Резание древесины
Резанием именуется обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей методом отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки (ГОСТ 3.1109—82*). Не считая резания в деревообработке используют и раскрой материала, т. е. его разделение на отдельные заготовки без образования стружки (к примеру, посредством ножниц).
Древесина складывается из волокон, расположенных на протяжении ствола и соединенных между собой. Прочность на разрыв на протяжении волокон существенно выше, чем прочность на разрыв поперек волокон. Исходя из этого резание древесины в разных направлениях сопровождается неодинаковой затратой энергии и требует применения инструментов с различной формой (геометрией) режущих элементов.
При обработке древесины на режущий инструмент действует совокупность сил. Равнодействующая сил, направленная на режущий инструмент при обработке резанием, именуется силой резания Р, а упрочнение, приходящееся на единицу площади поперечного сечения снимаемой резцом стружки, — удельной силой резания К. Работу, затраченную на превращение единицы количества древесины в стружку, именуют удельной работой резания.
На упрочнение резания воздействуют порода древесины, степень ее влажности, острота и форма резца его режущих кромок, температурные условия (мерзлая, пропаренная, нагретая). Так, в случае если принять за единицу сопротивление резанию древесины сосны, то у липы оно составит 0,8, у ели — 0,9… 1, у ольхи, лиственницы—1,1, березы — 1,2… 1,3, бука— 1,3 … 1,5, дуба — 1,5 … 1,6. С повышением влажности от нуля до точки насыщения волокон (влажность 30%) механическая прочность древесины значительно уменьшается, с увеличением температуры упругие свойства и прочность древесины понижаются.
В зависимости от вида механической обработки древесины используют разные конструкции дереворежущих инструментов (однолезвийный, многолезвийный, с поступательным либо вращательным перемещением). Необходимый элемент режущего инструмента— лезвие в форме клина (рис. 1).
Оно образуется двумя главными поверхностями abdf — передней и acef — задней и двумя запасными abc и fde — боковыми. Кромка лезвия инструмента af, образуемая пересечением задней поверхностей и передней лезвия, именуется основной режущей кромкой.
При резании различают следующие углы: угол заострения р, образуемый передней и задней поверхностями лезвия; передний угол у между передней плоскостью и поверхностью лезвия Pv, перпендикулярной направлению перемещения резания; задний угол а, образуемый плоскостью резания и задней поверхностью лезвия.
Процесс резания древесины, который связан с внедрением лезвия инструмента в материал, формированием и отделением элементов стружки, по физической сущности достаточно сложен.
Дабы упростить ответ вопросов, которые связаны с резанием древесины, данный процесс сводят к более несложному — элементарному резанию, характеризующемуся следующими показателями:
— резание есть «открытым», т. е. ширина однолезвийного инструмента — резца — больше ширины обрабатываемой заготовки (к примеру, при строгании брусков ручными фуганками);
— траектория резания (путь режущей кромки при снятии одной стружки) прямолинейна, скорость резания постоянна, режущая кромка перпендикулярна направлению перемещения резца;
— толщина стружки постоянная;
— направление движения и плоскость резания резца в некотором роде ориентированы по отношению к направлению волокон и соответствуют одному из трех главных видов резания:
— резание в торец, в то время, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости, перпендикулярной направлению волокон древесины, перерезая их;
— продольное резание, в то время, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости волокон древесины параллельно направлению волокон;
— поперечное резание, в то время, когда режущая кромка резца перемещается в плоскости, параллельной волокнам древесины, но в направлении, перпендикулярном их длине.
Громаднейшее сопротивление оказывает древесина в ходе резания в торец. При резании на протяжении волокон оно значительно уменьшается практически в два раза, а при поперечном резании — в 5…6 раз если сравнивать с резанием в торец.
Рис. 1. Элементы лезвия
—
Лесоматериал перед изготовлением изделия обрабатывают ручными инструментами и на станках. Преобладающим видом обработки есть резание древесины. Обработка древесины резанием подразделяется на следующие виды: пиление, строгание, сверление, долбление, шлифование.
Процесс резания содержится в том, что под действием внешней силы в древесину углубляется резец и отделяет от нее (срезает) частички в виде опилок либо узкой долгой стружки.
Режущие инструменты бывают простые, однорезцовые, имеющие один резец (к примеру, стамеска, рубанок), и сложные, многорезцовые, имеющие совокупность резцов (к примеру, пилы).
Резец имеет переднюю оо’т‘т, заднюю оо’п‘п и боковые грани опт и о’т‘п’, образованные этими гранями основную режущую кромку-лезвие оо’, боковые передние кромки от, о’т’ и задние кромки on и о’п’. При пилении боковые кромки кроме этого являются режущими.
При работе резца в форме клина различают следующие углы. Угол, образованный передней и задней гранями резца, именуется углом заострения либо заточки и обозначается буквой р (греч. «бета»). Угол, образованный передней плоскостью резания и гранью резца, именуется углом резания и обозначается буквой б (греч. «дельта»).
Рис. 1. Элементы резца:
а — грани: oo’m‘m — передняя, оо’п‘п — задняя, отп и о’т‘п’ — боковые, оо’ — режущая кромка, б — углы, (5 — угол заострения, 8 — угол резания, « — угол наклона либо задний угол, у— передний угол, в — резание открытое при прямолинейном перемещении резца, г — резание открытое при криволинейном перемещении резца, д — резание закрытое; 1 — обрабатываемая поверхность, 2 — поверхность резания, 3 — обработанная поверхность, 4 — плоскость резания, 5 — резец, 6 — стена паза, 7 — дно паза, в — ширина паза
Пересечение граней образует режущую кромку либо лезвие резца (см. рис. 31,а). При резании прямолинейным перемещением резца, имеющего прямолинейную режущую кромку, получается плоская в направлении резания поверхность, именуемая плоскостью резания.
Резание возможно открытым, в то время, когда при внедрении резца образуется одна поверхность резания, и закрытым при образовании за один проход резца двух либо трех поверхностей резания, к примеру, в то время, когда основная кромка резца вырезает дно паза, а боковые кромки — стены паза (рис. 31, в, г,д).
Угол, образованный передней плоскостью и гранью резца перпендикулярной плоскости резания, именуется передним углом у (греч. «гамма»). Угол, образованный плоскостью резания и задней гранью резца, именуется задним углом, либо углом наклона а (греч. «альфа»). При резании древесины эти углы бывают у инструментов однорезцовых и многорезцовых (у выпивал).
За любой проход резца от обрабатываемой подробности отделяется часть древесины, именуемая стружкой. В стружке, снимаемой резцом, различают толщину, ширину и длину.
Скорость резания обозначается через и и измеряется в м/сек, скорость подачи обозначается через и и измеряется в м/мин.
Внедрение резца в древесину встречает соответствующее сопротивление, исходя из этого, дабы углубить резец в древесину, нужно приложить силу определенной величины. Сила резания, приходящаяся на 1 мм2 площади поперечного сечения стружки, именуется удельной силой резания.
С увеличением скорости резания удельная сила начинает возрастать, что вызывается увеличением сопротивляемости древесины, превращаемой при резании в стружку. Сопротивление, оказываемое древесиной при резании, в килограммах, рассчитанноэ на 1 мм2 поперечного сечения стружки, именуется удельным сопротивлением резанию.
Работа, затрачиваемая на превращение 1 см3 древесины в стружку, именуется удельной работой резания и измеряется в кгм/см3.
Работа, затрачиваемая в 1 сек. на резание, именуется мощностью резания и измеряется в л. с. (лошадиных силах) либо в кет (киловаттах).
При резании древесины нужно знать, под каким углом необходимо ставить резец к обрабатываемой поверхности и под каким углом заточить его. От этого сильно зависит качество обработки и производительность труда. Величина наклона и углов заточки зависит от твёрдости и породы обрабатываемой древесины и от чистоты обработки и условий резания.
Угол заточки для строгальных железок должен быть 20—30°, для стамесок — 18— 20 ; чем жёстче обрабатываемая древесина, тем больше должен быть угол заточки.
При строгании в торец берется угол резания 30—35°; при строгании в направлении волокон (по слою) 45—48°; при строгании поперек волокон (в их плоскости) 48—50°.
Древесина имеет неоднородное волокнистое строение и исходя из этого режется по-различному в зависимости от направления резца по отношению к волокнам. Различают три главных случая резания древесины: в торец, на протяжении волокон и поперек волокон.
При резании в торец волокна перерезаются поперек, преодолевается сопротивление волокон смятию и сжатию. Стружка получается небольшая, она легко ломается и рассыпается. Данный случай резания есть самым тяжёлым. Обрабатываемая поверхность получается шероховатой.
Торцовое резание обозначается значком.
Рис. 2. Случаи резания:
а, б — резание продольное, в — торцовое, г — поперечное, д — продольно-торцо* вое, г — поперечно-торцовое, ж — продольно-поперечное
При резании на протяжении волокон (рис. 32, а, б) все слои древесины подрезаются, не задираясь, и поверхность получается ровной. Более толстая стружка надламывается по длине, а узкая получается в виде шелковистой упругой ленты (сливной стружки), довольно часто завивающейся спиралью. Резание на протяжении волокон в 2—2,5 раза легче, чем резание в торец.
Продольное резание обозначается значком ||.
Поперечное резание происходит при перемещении режущей кромки резца в плоскости волокон перпендикулярно их направлению. При резании поперек волокон волокна частично вырываются из древесины, поскольку они в этом направлении слабо связаны между собой, и получается маленькая ломкая стружка, а поверхность шероховатая. Резание поперек волокон в 5—6 раз легче резания в торец. Поперечное резание обозначается значком #.
Производится резание и в других направлениях: продольно-торцовом, поперечно-торцовом, продольно-поперечном, и поперечно-торцово-продольном и др.
Условия, оказывающие влияние на чистоту обработки
Чистота обработки древесины резанием определяется количеством и величиной имеющихся на обрабатываемой поверхности неровностей: вмятин, выколов, вырывов и др. На чистоту резания влияют направление резания, подпор и расположение волокон перед резцом, надламывание стружки при резании, толщина снимаемой стружки, острота заточки резца, скорость и угол резания, число действующих резцов, скорость подачи н особенности строения древесины.
Направление резания. самая чистая обработка древесины достигается при резании на протяжении волокон. При снятии весьма узкой стружки возможно взять чистую обработку торца.
Резание же поперек волокон из-за не сильный соединения их содействует тому, что резец вырывает большое количество волокон и обрабатываемая поверхность получается нечистой.
Подпор волокон перед резцом. Резец при работе изгибает стружку, которая из-за собственной упругости, а время от времени и косого размещения волокон, местами впереди резца откалывается, оставляя на строганой поверхности шероховатости. Чтобы получить чистую поверхность обработки без вырывов и предотвратить отщепление частиц древесины при резании, древесину нужно перед резцом прижать. Для этого перед резцом волокна искусственно подпирают.
Чем ближе к лезвию резца сделан подпор, тем более чистой получается обработанная поверхность.
В ручном рубанке волокна подпирает передний край летка в подошве рубанка, а на станках — особые устройства. При косом размещении волокон обрабатываемую подробность поворачивают так, дабы строгание происходило по слою, не взадир.
Надламывание стружки. Для более предупреждения отщепления и чистого строгания стружку при срезании надламывают стружколомателем, именуемым в ручных рубанках горбатиком. Стружколоматель появившуюся стружку загибает вперед и расчленяет на более небольшие частицы.
На фуговальном и рейсмусовом станках для предохранения древесины от сколов и выры-вой перед ножевым валом устанавливают прижим, а на валу перед ножом ставят стружколоматель.
Толщина стружки. Толстая стружка больше сопротивляется изгибанию и надламыванию, чем узкая. Исходя из этого толстая стружка до срезания отщепляется от обрабатываемой древесины, образуя довольно часто перед резцом опережающие трещины. Чем уже снимается _стружка при резании, тем чище получается обрабатываемая поверхность.
При зачистке поверхностей столярных деталей на циклевальных станках толщина стружки доводится до 0,01 мм.
Острота заточки резца. Чистую поверхность при резании возможно взять лишь остро заточенным резцом. Затупленный резец не разрезает волокна, а сминает и разрывает их, отчего поверхность древесины получается шероховатой.
Угол резания. Повышение угла резания содействует надламыванию стружки и повышает чистоту обработки. Увеличенный угол резания может приблизить резание к скоблению, при котором резец устанавливают к обрабатываемой поверхности под углом 90°.
Скорость резания. Скоростью резания именуется скорость перемещения резца, измеряемая в метрах в секунду (м/сек). Чем больше скорость резания, т. е. чем стремительнее движется резец, тем чище получается обрабатываемая поверхность. При громадной скорости резания волокна стружки перерезаются дезвием резца существенно раньше, чем они изогнутся либо отщепятся от древесины, тем самым улучшается уровень качества обработки.
Исходя из этого деревообрабатывающие станки трудятся со скоростью резания, достигающей 70—100 м/сек.
Число действующих резцов. С уменьшением числа действующих резцов (зубьев пилы, ножей в ножевой головке) происходит повышение толщины стружки, приходящейся на один резец. Следовательно, значительно уменьшается удельная сила резания и расходуемая мощность, а уровень качества обработки поверхности ухудшается.
Скорость подачи. Скорость подачи — это скорость надвигания обрабатываемого материала на резцы либо, напротив, режущего инструмента на материал. Скорость подачи измеряют в метрах в 60 секунд (м/мин). Увеличение степени подачи при установившейся скорости резания приводит к увеличению толщины стружки и ведет к понижению чистоты обработки поверхности.
Вследствие этого для получения требуемой чистоты при громадных скоростях подачи увеличивают число оборотов ножевых головок и на одной головке устанавливают больше ножей. В тех же случаях, в то время, когда этого сделать запрещено, выбирают соответствующие скорости подачи сообразно требуемой чистоте поверхности.
Особенности строения древесины. На чистоту обработки поверхности резанием воздействуют изюминке строения древесины. Так, отщепы и вырывы древесины довольно часто образуются около сучков, и на свилеватых местах при резании против слоя (взадир).
Условия, оказывающие влияние на силу резания
На силу, потребную при резании, воздействуют заострения резца и углы резания, угол наклона резца, твердость древесины, направление резания, степень затупления резца, трение резца о стружку, влажность лезвия древесины и ширина резца.
Угол заострения резца р. При маленьком угле заострения резца требуется меньше упрочнений на резание. Но небольшой угол не снабжает нужной прочности резца, в особенности при резании древесины, владеющей большой твердостью, к примеру дуба, бука, граба, лиственницы и др. Лезвие скоро затупляется а также выкрошивается, в связи с чем приходится довольно часто создавать смену и заточку резца. На это затрачивается большое количество времени.
Исходя из этого на практике угол заострения делают большим — в 20—30° и больше.
Задний угол а (угол наклона). Дабы избежать трения задней грани резца о древесину, задний угол а должен быть не меньше 10° к плоскости резания.
Угол резания б. Чем меньше угол резания, тем меньше упрочнения требуется для внедрения резца в древесину. Но очень сильно уменьшать угол резания запрещено, поскольку от этого будет понижаться чистота обработки и устойчивость резца.
Твердость древесины. Чем жёстче древесина, тем больше требуется упрочнений для ее резания. Так, к примеру, в случае если при резании древесины сосны сопротивление ее резанию принять за единицу, то сопротивление резанию осины и древесины липы составит 0,8, ели — 0,9—1, лиственницы — 1,1, березы—1,2—1,3, бука — 1,3—1,5, дуба — 1,5—1,6, ясеня— 1,5—2.
Резание свилеватой либо косослойной древесины кроме этого требует приложения громадных упрочнений, чем резание прямослойной древесины в одном и том же направлении.
Направление резания. Мельчайших упрочнений при вторых однообразных условиях требует резание древесины поперек волокон. Оно легче резания в резания и торец на протяжении волокон.
Это обусловливается строением древесины и неодинаковой ее крепостью в различных направлениях.
Степень затупления резца. Режущая кромка резца при работе неспешно затупляется, т. е. делается заоваленной. При внедрении в древесину затупленный резец волокна не перерезает, а сдавливает, сминает и разрывает их.
Наряду с этим увеличивается потребная сила резания если сравнивать с резанием острым резцом.
По окончании четырех часов постоянной работы резец затупляется так, что потребная сила для резания возрастает приблизительно в 1,5 раза.
Трение резца о стружку. Стружки либо опилки, образующиеся при резании древесины, попадая между стенками пропила и резцом либо поверхностью высверливаемого отверстия, приводят к сильному трению, отчего инструмент нагревается. Наряду с этим сила резания возрастает.
Ширина лезвия резца. В то время, когда трудятся резцом, ширина лезвия которого меньше ширины обрабатываемой поверхности, древесина разрушается не только лезвием, но и боковыми кромками резца. Это происходит, к примеру, при выборке шпунта либо пилении и требует повышения силы резания, в особенности при обработки древесины поперек волокон, в то время, когда они разрываются по длине.
Влажность древесины. Чем выше влажность древесины, тем меньше она сопротивляется резанию. Так, к примеру, в случае если удельное сопротивление резанию древесины влажностью 15% принять за 1, то удельное сопротивление резанию свежесрубленной древесины составит 0,9.
