Влияние режимов фрезерования древесностружечных плит на фракционный состав стружки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ НА ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ СТРУЖКИ

Рудак П.В., Рудак О.Г., Куис Д.В.

Введение

На эффективность работы системы аспирации при фрезеровании древесины и древесных материалов большое влияние оказывает фракционный состав улавливаемых стружки и пыли. С размерами древесных частиц связаны силы сопротивления их движению со стороны воздушной среды. Частицы стружки больших размеров в момент выхода из зоны резания обладают высокой кинетической энергией, их скорость падает медленно, что затрудняет улавливание [1].

Процесс фрезерования характеризуется различной толщиной стружки в зависимости от режима резания, направления подачи (встречная или попутная) и, как правило, описывается величиной средней толщины стружки - толщиной стружки на середине дуги контакта лезвия с обрабатываемым материалом.

Непостоянство толщины стружки по своей длине, включение в состав древесностружечных плит (ДСтП) древесных частиц различного фракционного состава в процессе изготовления, возможность появления трещин по мере движения лезвия в обрабатываемом материале, появление вырывов частиц плиты в результате разрушений клеевых связок, эффект доизмельчения стружки, уже отделенной от заготовки, но повторно взаимодействующей с лезвием, и иные особенности процесса обработки плитных древесных материалов фрезерным инструментом приводят к тому, что толщина стружки, образующейся при некотором режиме фрезерования, может отличаться от средней величины, полученной расчетом.

В результате измельчения изменяются некоторые свойства вещества и приобретаются новые. Дисперсность в значительной мере определяет свойства стружки и пыли поглощать смазочные материалы, например с направляющих станка. Это вызвано, в основном, тем, что при диспергировании вещества многократно увеличивается его суммарная площадь поверхности.

Кроме физических и химических свойств, дисперсный состав в значительной мере определяет характер и условия распространения и осаждения древесных частиц в воздушной среде.

Цель исследования, результаты которого представлены в данной работе, - установить закономерности фракционного состава стружки, образующейся в процессе фрезерования ДСтП при различных режимах резания. фрезерование древесностружечный плита стружка

Задачи исследования:

- разработать методику экспериментальных исследований процесса фрезерования ДСтП с целью анализа фракционного состава стружки в зависимости от режимов фрезерования;

- в соответствии с разработанной методикой, по результатам экспериментальных исследований для широкого диапазона подач на зуб (0,1-1 мм), для неполного (встречного и попутного) и полного фрезерования получить данные о фракционных составах образующейся стружки;

- на основе полученных данных выполнить построение кривых распределения частиц стружки по фракциям.

Методика проведения экспериментальных исследований

На сегодняшний день применяют следующие основные методы определения дисперсного состава стружкии и пыли: ситовый анализ - разделение частиц на фракции путем последовательного просеивания навески стружки и пыли через лабораторные сита с отверстиями различных размеров; седиментометрия - разделение навески на фракции путем ее осаждения в жидкой или газообразной среде; микроскопический анализ - рассмотрение частиц с помощью оптического или электронного микроскопа, определение формы частиц, их размера и количества по фракциям; центробежная сепарация - разделение частиц на фракции с помощью центробежной силы. Наибольшее распространение получил ситовый анализ с просевом ручным или механическим способами [2].

Механический просев обеспечивает более высокую сопоставимость результатов просева в связи с единообразием режима воздействия на навеску.

Наиболее распространен механический просев навески, загруженной в верхнее сито колонны комплекта сит с различным размером ячеек. Но в этом случае при просеве на тонких ситах условия рассева затрудняются вследствие отсутствия в пробе грубых частиц.

При проведении анализа фракционного состава стружки авторами работы применялся сухой механический просев навески последовательно в ситах с различными размерами ячеек.

На деревообрабатывающем центре ROVER B 4.35 (BIESSE, Италия) с числовым программным управлением (ЧПУ) выполнялось фрезерование ДСтП фрезами на различных режимах резания.

Обрабатываемый материал - ДСтП производства EGGER Eurospan (Румыния) c отделкой с двух сторон ламинатом. Толщина плиты - 18 мм. Средняя плотность - 670 кг/м³ - контролировалась определением средней массы по результатам замеров для 5 кубиков 18Ч18Ч18 мм, вырезанных с различных участков плиты. Процент связующего - 10 %. Длина заготовки в эксперименте - 2800 мм.

После обработки материала выполнялся отбор представительной пробы стружки. Поскольку объем первичной пробы оказывался больше, чем необходимо для анализа, проба подвергалась перемешиванию и сокращению.

Предварительное перемешивание производилось по способу «конус». Для этого применялась воронка, установленная на штативе, через которую на плоскую поверхность насыпалась первоначальная проба частиц. После этого воронка переставлялась на другую плоскую поверхность и процесс повторялся. Данная операция проводилась не менее 3-4 раз.

Сокращение перемешенной пробы осуществлялось методом квартования при помощи крестовины (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а б

1 - крестовина; 2 - проба частиц; 3 - плоская поверхность

Рис. 1 Сокращение пробы методом квартования (а) и отбор пробы в одной паре противоположных секторов (б)

Часть пробы в одной паре противоположных секторов отбиралась (рис. 1, б), другая снова перемешивалась и квартовалась до тех пор, пока не получался необходимый для анализа объем частиц.

Далее анализируемая проба помещалась на наиболее тонкое сито, а полученный остаток перекладывался на сито, следующее по крупности ячеек. Такая последовательность проведения анализа благоприятна с той точки зрения того, что грубое зерно способствует просеву пробы на более тонких ситах.

На рис. 2 представлены фотографии некоторых применяемых сит (а), устройство для механического просева (б), а также применяемые весы (Adventurer ARC 120, OHAUS) (в).

а б в

Рис. 2 Фотографии некоторых применяемых сит (а), устройство для механического просева (б) и применяемые весы (в)

Применяли поддон с крышкой и сита восьми размеров ячеек. Соответствие размеров ячеек номерам сит: 1 - поддон; 2 - 0,063 мм; 3 - 0,125 мм; 4 - 0,25 мм; 5 - 0,5 мм; 6 - 1 мм; 7 - 2 мм; 8 - 4 мм; 9 - 8 мм.

В процессе исследований анализировались пробы стружки объемом по 100 см². Массу определяли с точностью 0,01 г.

Рассев считали законченным, когда через сито при повторном рассеве в течение 3 минут проходило не более 1% частиц, находящихся на данном сите. После окончания просева каждую фракцию с соответствующего сита и поддона взвешивали. Контролировали, чтобы суммарная масса всех фракций не отклонялась от массы исходной навески более чем на 1%.

После окончания просева проход из поддона взвешивали, а остаток помещали на следующее сито в порядке увеличения размера ячеек и продолжали просев.

При обработке полученных результатов суммарную массу всех фракций принимали за 100%. Процентное содержание частиц в каждой фракции определяли из соотношения:

где Дm_i - масса частиц на i-м сите, г; ?m_i - суммарная масса всех фракций, г.

За окончательный результат принимали среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Контролировалось, чтобы расхождение между результатами двух параллельных определений массы соответствующих фракций не превышало 1% от массы всей навески.

Если расхождение между результатами параллельных определений превышало приведенную величину, определение повторяли.

Исследовался диапазон подач на зуб от 0,1 мм до 1 мм с шагом 0,1 мм, что для частоты вращения фрезы n=16000 мин^-1 соответствует интервалу скоростей подач 3,2-16 м/мин.

Исследования проводили для неполного (встречного и попутного) и полного фрезерования. На основе полученных данных выполнено построение кривых распределения частиц стружки по фракциям.

На рис. 3 представлены кривые распределения размеров частиц стружки, полученной при различных режимах встречного фрезерования ДСтП однолезвийной прямозубой хвостовой фрезой Ш21 мм, при толщине снимаемого слоя 5 мм, частоте вращения фрезы 16000 мин^-1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Кривые распределения размеров частиц стружки, полученной при различных режимах встречного фрезерования ДСтП однолезвийной прямозубой хвостовой фрезой Ш21 мм, при толщине снимаемого слоя 5 мм, частоте вращения фрезы 16000 мин^-1

Указаны наибольшие толщины стружки а_max и соответствующие средние толщины стружек а_ср.

Кривые распределения дают наглядное представление о дисперсном составе стружки.

Установлено, что при фрезеровании ДСтП в исследованном диапазоне параметров режима резания распределение размеров частиц стружки описывается кривыми, близкими к кривым нормального закона распределения.

С ростом величины средней толщины стружки кривые распределения смещаются в сторону большей толщины стружки.

На рис. 4 и рис. 5 представлены кривые распределения размеров частиц стружки, полученной соответственно при встречном и попутном фрезеровании ДСтП однолезвийной прямозубой хвостовой фрезой Ш21 мм, при толщине снимаемого слоя 5 мм, частоте вращения фрезы 16000 мин^-1, подаче на зуб 0,1 мм (средней толщине стружки 0,085 мм). Показаны и соответствующие кривые нормального закона распределения.

На графиках указаны значения математических ожиданий µ и дисперсий у².

Как видно из рисунков, процесс фрезерования с подачей на зуб 0,1 мм характеризуется образованием повышенного количества частиц мелких фракций. Это может быть объяснено тем, что при таком режиме резания велика роль смятия обрабатываемого материала лезвием на дуге контакта.

Процесс резания начинается только после создания перед режущей кромкой необходимых напряжений, развитие которых связано со значительными деформациями обрабатываемой поверхности. При малой средней толщине стружки наряду с резанием увеличивается вклад в формирование новой поверхности процессов смятия и разрушения материала ДСтП по дуге контакта с лезвием.

Распределение размера стружки, полученной при попутном фрезеровании на рассматриваемом режиме, характеризуется меньшей величиной математического ожидания (µ=2,11, т.е. 0,07 мм) по сравнению с распределением размера стружки, полученной при встречном фрезеровании (µ=2,58, т.е. 0,1 мм).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Кривая распределения размеров частиц стружки, полученной при встречном фрезеровании ДСтП однолезвийной прямозубой хвостовой фрезой Ш21 мм, при толщине снимаемого слоя 5 мм, частоте вращения фрезы 16000 мин^-1, подаче на зуб 0,1 мм и соответствующая кривая нормального закона распределения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Кривая распределения размеров частиц стружки, полученной при встречном фрезеровании ДСтП однолезвийной прямозубой хвостовой фрезой Ш21 мм, при толщине снимаемого слоя 5 мм, частоте вращения фрезы 16000 мин^-1, подаче на зуб 0,1 мм и соответствующая кривая нормального закона распределения

Распределение размеров частиц стружки, полученной при встречном фрезеровании на рассматриваемом режиме резания характеризуется большей дисперсией по сравнению с распределением размеров частиц стружки, полученной в результате попутного фрезерования.

Заключение

Разработана методика экспериментальных исследований процесса фрезерования ДСтП с целью анализа фракционного состава стружки в зависимости от режимов фрезерования.

В соответствии с методикой, по результатам экспериментальных исследований для широкого диапазона подач на зуб (0,1-1 мм), для неполного (встречного и попутного) и полного фрезерования получены данные о фракционных составах образующейся стружки.

На основе полученных данных выполнено построение кривых распределения частиц стружки по фракциям.

Установлено, что формы кривых распределения частиц стружки по фракциям в исследованном диапазоне параметров режима резания могут быть описаны кривыми нормального закона распределения.

Для исследованных режимов фрезерования ДСтП установлены величины математических ожиданий, дисперсий и среднеквадратических отклонений, характеризующие распределение размеров образующихся частиц стружки по фракциям.

Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Т12М-098).

Литература

1. Рудак, П.В. Эффективное удаление стружки и пыли из области обработки в процессе фрезерования древесных материалов / Рудак П.В., Куис Д.В. // Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 24_26 нояб. 2010 г.: в 2 ч. / Белорус. гос. технол. ун-т; редкол.: И.М. Жарский [и др.]. Минск, 2010. С. 121 - 124.

2. Коузов, П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов / П. А. Коузов. Л.: Химия, 1987. 264 с.

Размещено на Allbest.ru