Сравнительный анализ влияния профиля зубьев твердосплавных дисковых пил на технологическую стойкость и мощность при раскрое ламинированных древесностружечных плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

сравнительный анализ влияния профиля зубьев твердосплавных дисковых пил на технологическую стойкость и мощность при раскрое ламинированных древесностружечных плит

Лукаш В.Т., Гриневич С.А.

(БГТУ, г. Минск, РБ) dosy@bstu.unibel.by

В статье приведен сравнительный анализ результатов исследований влияния основных технологических параметров процесса пиления на фактический путь резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала, потребляемую мощность при обработке ламинированных древесностружечных плит.

COMPARATIVE ANALYSIS OF HARD-FACE ALLOW TEETH PROFILE OF CIRCULAR SAW on technological RESISTANCE AND POWER OF CUTTING LAMINATED Chipboard

In paper results of experimental researches of basic technology factors of cutting influence on quality of processing and power capacity are considered at machining laminated chipboard plates by hard-face alloy circular saws.

Введение

В настоящее время появился большой ассортимент древесных композиционных материалов с различными физико-механическими свойствами (ДСтП, МДФ, OSB, ЦСП), как правило, обладающих повышенными абразивными свойствамию из-за наличия связующих смол и отвердителей. Последнее предопределило нецелесообразность использования для обработки таких материалов стального режущего инструмента.

Основным видом механической обработки ламинированных древесностружечных плит (ЛДСтП) является раскрой дисковыми пилами с твердосплавными пластинами на заданные размеры. До сих пор остаются неизученными вопросы стойкости инструмента, качества обработки, энергопотребления и режимов пиления. Решение данной проблемы может быть получено только путем проведения соответствующих экспериментальных исследований.

ламинированный древесностружечный дисковый пила

Основная часть

Производители дисковых пил рекомендуют для раскроя ламинированных ДСтП использовать попеременно-косой (рис. 1, а) и плоско-трапециевидный (рис. 1, б) профили зубьев [1]. Данные профили отличаются не только по форме, но и по качеству раскроя и трудоемкости подготовки.

А б

Рис. 1. Профили зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП: а - попеременно косой; б - плоско-трапециевидный.

Использование соответствующей конструкции инструмента позволяет обеспечить высокое качество обработки, уменьшить силы и мощность резания. Кроме того, правильный выбор конструкции дисковой пилы и профиля ее зубьев позволит значительно повысить срок службы инструмента, сократить простои технологического оборудования, снизить затраты на подготовку пил к работе.

Исследование потребляемой мощности при обработке ламинированных ДСтП реализовано с помощью методов планирования эксперимента. Выбор постоянных и переменных факторов выполнен аналогично с работами [2, 3]. Перечень факторов и их значение представлены в табл. 1.

Таблица 1

Перечень технологических факторов, принятых при проведении эксперимента

Уровни варьирования переменных факторов и соответсвующие им значения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Уровни и диапазоны варьирования

Выходными показателями, фиксируемыми в ходе эксперимента, являлись:

- начальная мощность резания (мощность при остром резце) - Y1 (P0, Вт)

- конечная мощность резания (мощность при появлении сколов) - Y2 (Pкон, Вт)

- значение фактического пути резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала - Y3 (L, м).

Полезная мощность на резание рассчитывалась через крутящий момент на шпинделе станка, который определялся по величине разбаланса тензомоста. Методика определения крутящего момента основывается на принципе измерения сопротивления металлов и полупроводников под действием деформаций [4].

Для получения уравнений регрессии, описывающих выходные характеристики процесса пиления, использован B-план второго порядка.

Методическая сетка опытов, а также средние арифметические значения результатов серий дублированных опытов для каждого из рассматриваемых профилей зубьев дисковых пил представлены в табл. 3.

По результатам статистической обработки результатов эксперимента получены математические модели, позволяющие определить величины потребляемой мощности при обработке ЛДСтП пилами с попеременно-косым и плоско-трапециевидным профилем зубьев в начальный момент резания (уравнения 1, 2) и при потере качества обработки, т.е. появлении сколов на поверхности облицовочного слоя (уравнения 3, 4), а также значения фактического пути резания до появления сколов (уравнения 5,6).

Знание величин мощности, потребляемой в начале резания, т.е. при остром инструменте, при разных профилях, позволит последние корректно сопоставить и проанализировать. Конечная мощность по критерию качества обработки в совокупности со знанием технологической стойкости может являться критерием оптимизации процесса пиления ламинированных ДСтП.

Таблица 3

Методическая сетка опытов

* начальная мощность резания (мощность при остром резце), Y1 (Вт):

- попеременно-косой профиль зубьев

(1)

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

(2)

* конечная мощность резания (мощность при появлении сколов) - Y2 (Вт)

- попеременно-косой профиль зубьев

(3)

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

(4)

* технологическая стойкость (путь резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала), Y3 (м).

- попеременно-косой профиль зубьев

(5)

- плоско-трапециевидный профиль зубьев

(6)

Адекватность полученных математических моделей подтверждена проверкой по F-критерию Фишера.

По полученным моделям были построены графические зависимости на нижнем, нулевом и верхнем уровнях варьирования переменных факторов (рис. 2, 3, 4).

а) б) в)

г) д) е)

Рис.2 Зависимости фактического пути резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала от переменных технологических факторов при обработке ЛДСтП дисковыми твердосплавными пилами с: а, б, в - попеременно-косым; г, д, е - плоско-трапециевидным профилем зубьев

а) б) в)

г) д) е)

Рис.3 Зависимости начальной мощности резания от переменных технологических факторов при обработке ЛДСтП дисковыми твердосплавными пилами с: а, б, в - попеременно-косым; г, д, е - плоско-трапециевидным профилем зубьев

а) б) в)

г) д) е)

Рис.4 Зависимости конечной мощности резания от переменных технологических факторов при обработке ЛДСтП дисковыми твердосплавными пилами с: а, б, в - попеременно-косым; г, д, е - плоско-трапециевидным профилем зубьев

С точки зрения производства наиболее интересным является сопоставление конечных мощностей и технологической стойкости пил с указанными профилями зубьев. Сопоставляя пути резания (рис. 2) можно однозначно утверждать, что плоско-трапециевидный профиль при любых условиях обработки в пределах уровня варьирования переменных факторов обладает значительно большей технологической стойкостью, чем попеременно-косой. Это связано с характером затупления зубьев с попеременно-косым профилем.

При раскрое ламинированных ДСтП пилами с «косой» заточкой по задней грани (рис.1, а), основная нагрузка ложится на вершину трехгранного угла, что приводит к достаточно быстрому его затуплению (рис. 5) и появлению сколов, выровов. В результате сокращается срок службы пилы.

В пилах с плоско-трапециевидным профилем (рис. 1, б) основную нагрузку несет трапециевидный зуб, а прямой подчищает. Поскольку на резцах с «трапецией» отсутствуют острые углы, стойкость таких пил будет значительно выше, чем на пилах с «косой» заточкой.

На рис. 6, а показан зуб с заточкой в 45°, прорезающий паз в обрабатываемом материале. Он сопровождается плоским зубом, выполняющим легкий финишный рез по бокам пропила (рис. 6, б). Зуб с заточкой в 45° формирует пропил, а обычные зубья выравнивают его.

Рис.5 Изношенный зуб твердосплавной пилы

Рис. 6. Схема формирования пропила

а - трапециевидным и б - плоским зубом

Ширина фаски - 0,25-0,33 ширины зуба. Высота зуба «лидера» больше на 0,2-0,3 мм, что позволяет ему резать глубже, чем подчищающие зубья, и тем самым предохраняет их острые углы и увеличивает срок службы пилы между переточками. Благодаря такому резанию уменьшается усилие резания, улучшается качество обработки, увеличивается срок службы пилы [5].

Проведенная оптимизация с помощью математического пакета MathCad зависимостей (5) и (6) позволила установить, что максимальный путь резания при обработке ламинированных древесностружечных плит дисковыми пилами с попеременно-косым профилем зубьев составляет чуть менее 2000 м, в то время как для плоско-трапециевидного - около 17 000 м. Это доказывает целесообразность применения последнего профиля для раскроя ламинированных ДСтП с точки зрения технологической стойкости, а также снижения затрат на перезаточку режущего инструмента и уменьшения потерь времени на простои оборудования.

Однако для производства интересна не только стойкость инструмента, но и энергозатраты. Так, анализируя графики зависимостей начальной мощности резания от переменных технологических факторов (рис. 3) можно утверждать, что для плоско-трапециевидного профиля этот показатель на 50-100 Вт выше, чем для попеременно-косого. Меньшая начальная мощность для попеременно-косого профиля связана прежде всего с меньшей площадью контакта зуба с обрабатываемым материалом.

Сопоставляя зависимости для конечной мощности (рис.4) видно, что конечная мощность для плоско-трапециевидного профиля на 50-200 Вт выше, чем для попеременно-косого, что в первую очередь связано с большей технологической стойкостью пил с данным профилем, а, соответственно и с их большим затуплением.

Очевидно, что как для попеременно-косого, так и для плоско-трапециевидного профиля влияние основных переменных технологических факторов на силовые и мощностные показатели имеет схожие тенденции.

Заключение. Таким образом, при обработке ламинированных ДСтП конечная мощность при использовании пил с плоско-трапециевидным профилем выше чем для пил с попеременно косым ориентировочно в 1,4 раза, в то время как стойкость выше в 8,5 раз, что однозначно доказывает целесообразность применения данного профиля.

Литература

1. Каталоги инструмента для обработки древесины фирм: Leitz, Leuco, Faba, Freud

2. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с попеременно-косым профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2009. - Вып. XVII. - С. 317-321.

3. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с плоско-трапециевидным профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2010. - Вып. XVIII. - С. 234-239.

4. Кравченко, А. С. Применение силоизмерительного телеметрического устройства для исследования процессов пиления древесных материалов / А. С. Кравченко, В. Т. Лукаш // Труды БГТУ. Сер. II., Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2006. - Вып. XIV. - С. 172-174.

5. Мелони, Т. Современное производство древесностружечных и древесноволокнистых плит: пер. с англ. В.В. Амалицкого и Е.И. Карасева / Т. Мелони - М.: Лесная пром.-сть, 1982.- 416 с.

Размещено на Allbest.ru