Особенности процесса резания древесины режущим инструментом со сложной симметричной формой зуба

Гордеев В.Ф., доцент, Адиков С.Г., аспирант.

Нижегородский государственный технический университет

Введение. В данной работе показаны разработка и применение сложной симметричной формы зуба инструмента при прямолинейном возвратно-поступательном пилении древесины с целью улучшения наиболее важных показателей процесса, а именно:

- рациональное использование древесного сырья с увеличением выхода пилопродукции;

- экономия электроэнергии;

- увеличение производительности труда;

- коренное улучшение качества продукции.

Разработка новой симметричной формы зуба пильного инструмента

Древесина является ортотропным (со слоистой параллельно-волокнистой структурой) материалом. Она характеризуется различием свойств по трем взаимно перпендикулярным направлениям: вдоль волокон, поперек волокон в радиальном направлении, поперек волокон в тангенциальном направлении. При обработке таких материалов выделяется шесть главных видов резания. Однако, учитывая небольшое различие в прочностных показателях материала в радиальном и тангенциальном направлениях с целью упрощения анализа процесса резания допустимо пренебречь слоистостью структуры древесины. Древесину можно принять анизотропным (с параллельно-волокнистой структурой), выделить два направления по показателям свойств материалов (параллельно волокнам и перпендикулярно им), а также различать три главных вида резания: торцовое, продольное, поперечное.

Пиление - это процесс закрытого резания многорезцовым инструментом (пилой) с целью деления обрабатываемого объекта на объемно недеформированные части путем превращения в стружку минимального объема древесины, расположенного между этими частями. Отличительным признаком процесса пиления, является образование в разделяемом объекте пропила. Пропил - это щель, образуемая резцами инструмента в результате срезания и удаления узких стружек (опила). Чтобы формировать пропил, резцы инструмента должны иметь три рабочих лезвия - одно главное и два боковых. О видах резания можно говорить только для каждого лезвия в отдельности.

Процессы пиления классифицируются по многим признакам. В данной работе особое внимание уделено пилению полосовыми пилами, с прямолинейным возвратно-поступательным главным движением. Сюда можно отнести пиление ручным инструментом (ножовки, двуручные пилы, лучковые пилы), электроинструментом (лобзики), а также станочный процесс пиления рамными пилами. Направления пропила (не путать с одноименным главными видами простого резания) могут быть совершенно разнообразными:

- продольное пиление (поверхности пропила плоские и расположены параллельно волокнам);

- поперечное пиление (поверхности пропила плоские и расположены перпендикулярно волокнам);

- смешанное пиление (промежуточное между продольным и поперечным); резание древесина инструмент

- криволинейное пиление (поверхности пропила кривые) [4]

Одним из возможных способов повышения эффективности возвратно-поступательного пиления древесины является применение симметричной формы зуба. Действительно пиление, как на прямом, так и на обратном ходу должно, обеспечить повышение производительности в два раза (при неизменных остальных условиях). Кроме того, очень важно обеспечить универсальность, то есть пиление как вдоль, так и поперек волокон зубом одной формы (в реальных условиях чисто продольного и чисто поперечного пиления не бывает из-за неоднородности строения древесины). И при всем при этом не потерять ни в качестве пиломатериалов, ни в стойкости инструмента.

В настоящее время разработано и применяется большое число пил с зубьями различной формы и различных геометрических параметров. Но симметричный почти не применяется. Только для ножовок [1], можно отметить симметричную форму зуба, показанную (без указания заточки) на рисунке 8.

Однако ножовки с такой формой зуба предназначены только для поперечной распиловки, распиливание в продольном направлении практически невозможно. Универсальная же форма зуба несимметрична.

В пилорамах процесс пиления всегда осуществляется только в одном направлении, что и приводит к практически единственной применяемой сейчас форме зуба [2] (см. рисунок 7).

Поэтому и было решено разработать симметричный универсальный зуб, который к тому же не уступал по технологичности и по получаемому качеству пиломатериалов применяемым в настоящее время. За основу был взят зуб, показанный на рисунке 1.

Разработка зуба состояла из нескольких этапов. На первом этапе каждый зуб стандартной формы был раздвинут веером навстречу друг другу (см. рисунок 1). Несомненно, при такой заточке, нагрузка на каждый зуб выравнивается (силы по передней грани зуба направлены навстречу силам по задней грани).

Рисунок 1 - Первый этап проектирования новой формы зуба: 1 - режущие кромки одного зуба в одной плоскости, 2 - режущие кромки одного зуба в двух плоскостях

Закрытый характер резания диктует условия в отношении межзубной впадины. Действительно, срезанные зубом пилы стружки (опилки) могут быть размещены исключительно (если пренебречь просачиванием их между телом пилы и стенкой пропила) в межзубной впадине. Но тогда емкость впадины должна быть достаточно большой, чтобы не ограничивать производительность процесса пиления, а ее профиль - способствующим наибольшему уплотнению срезанной стружки и заполнению объема впадины.

Условия работы межзубной впадины [5] оценивают коэффициентом напряженности впадины , который определяется по формуле

 = , (2)

где - объем впадины, ;

- номинальный объем стружки, .

Не вдаваясь в характер процесса стружкообразования новым зубом (так как осуществляется не вырыв волокон а их перерезание, несомненно, объем опилок уменьшается) из рисунков 7 и 8 видно, что объем впадины при применении симметричного зуба равнопрочного со стандартным рамным (одинаковые опасные сечения) и с одинаковыми параметрами по высоте и шагу приводит к увеличению объема впадины.

Рисунок 7 - Сравнение площадей межзубных впадин зуба «Кремлевский» и зуба рамной пилы

Рисунок 8 - Сравнение площадей межзубных впадин зуба «Кремлевский» и зуба стандартной продольной ножовки

Таблица 1 - Геометрические размеры испытуемых пил