Что такое резание древесины
Что такое резание древесины
1. Основные процессы резания древесины
Обработка древесины включает в себя ряд последовательно выполняемых процессов, а именно:
К механической обработке древесины, которая выполняется в настоящее время в основном механизированным способом на станках и значительно реже вручную, относится резание, гнутье, прессование и раскалывание. Преобладающее значение имеет резание древесины, осуществляемое путем пиления, строгания, фрезерования, сверления, долбления, точения и шлифования.
Резание древесины производится при помощи режущего инструмента, имеющего один или несколько резцов того или иного вида.
Рис. 88. Резец
Резание элементарным резцом происходит в результате внедрения в древесину лезвия резца и отделения стружки его передней гранью (грудкой).
В резце различают следующие углы, характеризующие положение резца при резании:
Различают также ширину b и толщину h стружки материала, снимаемого резцом за один проход.
Влияние породы древесины на усиление резания характеризуется коэффициентом крепости, значения которого изменяются значительно.
Поправочные коэффициенты для определения удельного сопротивления резанию древесины разных пород принимают следующие:
Коэффициенты крепости приняты для воздушно-сухой древесины. Поэтому в расчет вводят также коэффициент, учитывающий влияние на сопротивление резания влажности древесины.
Средняя величина коэффициента, учитывающего влажность древесины, составляет:
Движение резца может происходить в трех основных направлениях, а именно:
Для улучшения чистоты обрабатываемой поверхности и уменьшения задира применяют дополнительный специальный резец-стружколоматель, укорачивающий надкол и способствующий надлому стружки. Для тех же целей помещают впереди резца прижим (рис. 89,5), предупреждающий образование глубоких надколов. Эти надколы будут тем меньше, чем ближе к лезвию расположен прижим.
При резании поперек волокон древесина частично режется вдоль волокон, частично отрывается (в более слабых местах), отчего поверхность обработки получается шероховатой.
Во многих случаях режущие инструменты (сверла, строгальные ножи, дисковые пилы и др.) имеют вращательное движение, т. е. происходит резание с переменным направлением резца по отношению к волокнам древесины (рис. 89, 6). Одновременно с резанием производится надвигание (подача) материала на вращающиеся резцы, в силу чего процесс резания и образования стружки становится сложным, сочетая в себе различные виды резания.
Можно различать следующие изменения в положении резца относительно направления волокон древесины: продольно-поперечное (рис. 90, а) с изменением резания от продольного вначале до поперечного в конце, продольно-торцовое (рис. 90, б) с переходом от продольного резания до торцового, поперечно-. торцовое (рис. 90, в) с переходом от поперечного до торцового.
Во всех случаях начальным является резание, при котором древесина оказывает сопротивление скалыванию, характеризуемое коэффициентом скалывания. Величина коэффициента меняется в зависимости от угла резания (φ) (табл. 53).
Таблица 53. Удельное сопротивление резанию древесины воздушно-сухой сосны
При строгании на строгальных станках изменение угла резания незначительно, так как толщина снимаемого слоя древесины обычно составляет от 2 до 8 мм; при пилении круглыми пилами и фрезеровании угол φ изменяется в больших пределах, а при долблении на цепно-долбежных станках и сверлении изменение его величины происходит от 0 до 90° (рис. 91).
Угол резания обусловливает величину усилия, необходимого при внедрении резца для снятия волокон, их сдвига, образования и удаления частичек стружки. Чем меньше этот угол, тем меньше усилие для внедрения резца. В табл. 54 приведены значения коэффициентов, учитывающие влияние угла резания на удельное сопротивление, причем за единицу принят угол в 45°.
Таблица 54. Поправочные коэффициенты для определения удельного сопротивления резанию под углом
3 от радиуса закругления резца»>
Таблица 55. Зависимость коэффициента К3 от радиуса закругления резца
Продолжительность работы резца и замена зависит от требуемой чистоты обработки.
Нажим на древесину перед резцом-стружколомателем увеличивает сопротивление резанию в 1,1-2 раза в зависимости от расстояния между прижимом и лезвием.
Уменьшение толщины стружки h повышает удельное сопротивление резанию.
В табл. 56 даны средние значения коэффициента Кс, учитывающего влияние толщины стружки при резании сухой древесины хвойных пород.
с для определения удельного сопротивления резанию в зависимости от толщины стружки»>
Таблица 56. Значения коэффициента Кс для определения удельного сопротивления резанию в зависимости от толщины стружки
Трение резца о стружку в особенности сказывается при пилении, когда опилки заполняют пазухи между зубьями и сам пропил.
Величина коэффициента, учитывающего повышение сопротивления резанию вследствие трения о стружку (опилки), составляет:
Для ленточнопильных и круглопильных станков с механической подачей 1,1-1,2
Для цепно-долбежных станков (в зависимости от глубины долбления и породы древесины). 1,1-2,2
Скорость резания υ, при прочих равных условиях, обусловливает число действующих резцов в единицу времени. С увеличением скорости резания возрастает удельное сопротивление резанию, что учитывается коэффициентом Kυ (табл. 57), но вместе с тем улучшается качество обработки.
υ для определения удельного сопротивления резанию в зависимости от скорости резания (при продольном пилении)»>
Таблица 57. Значения коэффициента Кυ для определения удельного сопротивления резанию в зависимости от скорости резания (при продольном пилении)
Длина волны (м) равна величине подачи ( м /мин), деленной на число оборотов в минуту строгального вала и число резцов.
Рекомендуемая чистота обработки поверхности, характеризуемая длиной волны (в мм), следующая:
Степень чистоты обработки поверхности характеризуется высотой неровностей (гребней), оставляемых режущим инструментом, измеряемой в микронах (мк). В соответствии с этим ГОСТ 7016-54 устанавливает 10 классов чистоты обработки (табл. 58).
Таблица 58. Классы чистоты обработки поверхности древесины
В соответствии со стандартом рекомендуемые нормы чистоты поверхности древесины в мебельном производстве приведены в табл. 59.
Таблица 59. Рекомендуемые нормы чистоты поверхности древесины в мебельном производстве (по Б. М. Буглаю)
1 ( Ворсистость допускается в случае применения лакокрасочных материалов, не поднимающих ворса.)
Для улучшения обработки поверхности пользуются следующими приемами:
§ 2. Основы резания древесины
Механическую обработку древесины производят двумя способами — с нарушением волокон (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление) и без нарушения волокон (гнутьё, прессование).
Обработка древесины ведется в основном с нарушением волокон древесины, причем наиболее распространенным способом обработки является резание.
Резание древесины бывает со стружкообразованием (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление) и без отделения стружки (образование шпона на лущильных станках, раскрой шпона на ножницах, раскалывание древесины, колка дров, клепок для бочек и др.).
Процесс резания состоит в том, что под воздействием внешней силы металлический резец (нож), имеющий форму клина, внедряясь в древесину режущей кромкой (лезвием), перерезает волокна и отделяет их в виде опилок и стружки.
В процессе резания образуется длинная стружка, при получении которой на поверхности древесины создаются неровности (вырывы). Чтобы избежать этого, стружку необходимо надломить, для чего в рубанке устанавливают стружколом (горбатик).
Резец (рис. 3, а) имеет форму клина и состоит из режущей кромки (лезвия), передней, задней и боковых поверхностей. Плоскость, вдоль которой прямолинейно продвигается режущая кромка резца, называется плоскостью резания. Угол β, образуемый передней и задней поверхностями резца, называется углом заострения, или углом заточки. Угол σ, образуемый передней поверхностью резца и плоскостью резания, называется углом реза ния. Задний угол α образуется между задней поверхностью резца и плоскостью резания, передний угол γ — между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания.
Рис. 3. Резание древесины:
а — элементы резца; ОО’ — режущая кромка — лезвие резца, OO’m’m — передняя поверхность резца, ОО’п’п — задняя поверхность резца, Omn, O’m’n’—боковые кромки, ftad — плоскость резания, σ — угол резания, β — угол заострения, α — задний угол, γ — передний угол, б — резание в торец, в — резание вдоль волокон, г — резание поперек волокон, д — резание поперечно-торцовое, е — резание продольно-торцовое, ж — резание продольно-поперечное, з — резание открытое, и — резание полузакрытое, к — резание закрытое; 1 — резец; 2 — древесина
Качество обработки древесины зависит от правильного выбора углов заострения: при большой величине угла на резание затрачивается больше усилий, а при малой — лезвие быстро тупится, мнется и в некоторых случаях ломается.
На практике установлено, что для ножей рубанков наиболее оптимальным углом заострения является угол (25 ± 5) °, а передний угол, в зависимости от вида инструмента, материала и вида обработки, находится в пределах 43. 500.
Различают три варианта резания в зависимости от направления волокон: в торец, вдоль и поперек волокон.
При резании в торец (рис. 3, б) плоскость резания и направление резания перпендикулярны волокнам древесины, при! этом стружка скалывается по слоям, а поверхность получается шероховатой.
При резании вдоль волокон (рис. 3, в) плоскость резания и направление резания параллельны волокнам древесины, слои волокон легко разделяются, поверхность получается гладкой. Форма стружки зависит от толщины снимаемого слоя: толстая стружка надламывается по длине, а более тонкая получается в виде непрерывной ленты (строгание фуганком).
При резании поперек волокон (рис. 3, г) плоскость резания параллельна волокнам древесины, а направление резания перпендикулярно к ним. Стружка получается непрочной, а поверхность шероховатой. Лишь при тепловой обработке (распаривании) и при обжиме древесины перед резцом получается стружка в виде непрерывной ленты хорошего качества (лущение шпона).
Кроме основных имеются промежуточные случаи резания: поперечно-торцовое (рис. 3, д), продольно-торцовое (рис. 3, е) и продольно-поперечное (рис. 3, ж).
При резании происходит ряд сложных явлений, вызванных внедрением резца в древесину и образованием элементов стружки. Чтобы яснее представить сам процесс резания, его следует расчленить на элементы. Если в процессе обработки древесины резцом образуется одна поверхность резания и стружка срезается со всей обрабатываемой поверхности, такое резание называется открытым (рис. 3, з). В том случае, когда при обработке образуются две поверхности резания (рис. 3, и), резание называется полузакрытым (образование четверти в брусках дверных коробок и др.). Когда при обработке древесины получаются три поверхности (рис. 3, к), резание называется закрытым (выборка паза и др.).
Свойства древесины различных пород неодинаковы, поэтому при их обработке приходится затрачивать различные усилия. Например, обрабатывать древесину сосны легче, чем древесину березы, а древесину березы легче, чем древесину дуба. Отсюда вытекает следующий вывод: чем выше плотность древесины, тем труднее ее обрабатывать. Меньше усилий затрачивается на обработку влажной древесины, так как ее сопротивление разрушению ниже, чем сухой.
Большое значение для получения чисто обработанной поверхности древесины играет качество заточки резца (ножа). При работе тупым резцом волокна не перерезаются и не разделяются, а рвутся и мнутся, в результате чего получается нечистая поверхность. Острый резец легко разрезает или разделяет волокна и поверхность получается чистой.
Шероховатость поверхности древесины (ГОСТ 7016—82) характеризуется размерными показателями неровностей (риски, ворсистость, мшистость). При обработке шероховатость поверхности древесины зависит от направления волокон к обрабатываемой плоскости, толщины снимаемой стружки, величины угла заострения и скорости резания, числа резцов, качества их заточки, точности установки и др.
Качественная поверхность древесины получается при резании ее вдоль волокон, при подпоре волокон перед резцом и надламывании стружки. В рубанках волокна со стороны подошвы подпирает леток, а стружка надламывается стружколомом двойного ножа. При работе против слоя волокон получается большей частью нечистая поверхность (отщепы, отколы).
Основы резания древесины резцами деревообрабатывающего инструмента.
Процесс изготовления мебели, окон, дверей или отделочных материалов из дерева включает различные виды обработки древесины и других материалов на основе дерева (плиты ДСП, ЛДСП, МДФ, ДВП, ОСБ, фанера). Механическая обработка специальным деревообрабатывающим инструментом занимает среди них значительное место.
Именно для этого подвида механической обработки древесины и древесных материалов наша компания предлагает деревообрабатывающий инструмент (пилы дисковые, пилы ленточные, фрезы насадные и фрезы конические, а так же сверла).
Резцы деревообрабатывающего инструмента.
В процессе резания резец деревообрабатывающего инструмента, имеющий вид клина под действием внешней силы внедряется в дерево, разрушает волокна и отделяет их (срезает) в виде стружки или в виде опилок.
У резца, предназначенного для механической обработки древесины различают режущую кромку или лезвие, переднюю I, боковые II и заднюю грани III. Режущая кромка резца в большинстве случаев образуется пересечением передней и задней граней резца, а в некоторых случаях пересечением передней и боковой граней.
Важными параметрами резца деревообрабатывающего инструмента, так же определяющими качество обработки древесины являются углы под которыми пересекаются его грани. Различают следующие углы:
Между углами образуемыми резцом и поверхностью резания существуют зависимости:
Величина углов резца деревообрабатывающего инструмента оказывает большое влияние на силу резания и чистоту обработки.
Особенности процесса резания деревообрабатывающим инструментом.
Проникновение резца деревообрабатывающего инструмента в древесину производится с усилием, так как встречает сопротивление. Сила необходимая для преодоления сопротивления древесины называется силой резания и измеряется в килограммах или ньютонах. Сопротивление, оказываемое древесиной определяется на площади в 1 мм2 поперечного сечения стружки. Удельное сопротивлением резанию или удельная сила резания равны отношению силы резания к площади поперечного сечения стружки.
Кроме углов резца деревообрабатывающего инструмента на величину необходимой силы резания влияет порода древесины (чем плотнее тем труднее ее обрабатывать) и содержание влаги.
В процессе резания древесины, резец деревообрабатывающего инструмента (или сам древесный материал) совершают движение в направлении резания, это движение называется «подача». Подача резца деревообрабатывающего инструмента может быть прямолинейной, поступательной и вращательной.
А так же «скорость подачи», определяемая как скорость движения обрабатываемого материала (или резца в положение для срезания новых стружек). Скорость подачи зависит от количества резцов деревообрабатывающего инструмента и связана с требованиями обеспечения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности древесины.
Следующей важной особенностью процесса резания древесины является ориентация волокон по отношению к направлению резания.
Если направление резания совпадает с направлением расположения волокон древесины, происходит резание «вдоль волокон». Происходит при строгании или продольном раскрое доски на рейки. При таком резании древесина оказывает наименьшее сопротивление движению резца и обработанная поверхность получается более качественной.
При резании «поперек волокон» направление резания перпендикулярно расположению волокон. Происходит при поперечном раскрое длинной доски на более короткие или при подрезании краев доски (торцовке). Резец деревообрабатывающего инструмента перерезает волокна поперек, преодолевая их сопротивление сжатию и смятию. Обрабатываемая поверхность получается более шероховатой.
Резание древесины резцами деревообрабатывающего инструмента может быть открытым (фугование по всей плоскости), закрытым (пиление, выборка паза) и полузакрытым (выборка четверти).
Виды резания деревообрабатывающим инструментом.
Фрезерование древесины производится резанием вращающимися резцами на фуговальных, рейсмусовых, фрезерных, четырехсторонних и других станках.Фрезерование может быть прямолинейным, криволинейным, плоским и профильным. При фрезеровании образуется стружка различных видов, а так же опилки.
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Основным способом механической обработки древесины является резание при помощи различного вида резцов: простых и сложных.
К простым резцам относятся такие, как топор, стамеска, долото и др., а к сложным — пилы, состоящие из большого числа простых резцов — зубьев.
Сущность резания древесины заключается в том, что резец под действием силы внедряется режущей кромкой в древесину и отделяет от нее (срезает) частицы в виде стружек или опилок.
Рис. 1. Резец:
АК — передняя грань; AM — задняя грань; АР — режущая кромка (лезвие)
Каждый резец имеет форму клина. Чтобы резцы могли резать древесину с достаточной производительностью и давать необходимое качество обработки поверхности, они должны находиться под определенными углами по отношению к обрабатываемой поверхности древесины и иметь соответствующую величину и форму.
У резца различают переднюю, заднюю и боковую грани, переднюю, боковые и заднюю кромки.
Угол между гранями резца, образующими режущую кромку, называется углом заострения, или углом заточки.
Угол между передней гранью резца и плоскостью резания называется углом резания.
Угол между задней гранью резца и плоскостью резания называют углом установки, или углом наклона.
В зависимости от направления резания по отношению к волокнам древесины различают три основных случая резания:
— в торец с перерезанием волокон древесины поперек, перпендикулярно их направлению;
— вдоль волокон в плоскости продольного разреза дерева с перерезанием наискось небольшого количества волокон (вследствие косослойности — сбежистости древесины);
— поперек волокон в плоскости продольного разреза дерева.
При резании в торец получается мелкая, легко ломающаяся и рассыпающаяся стружка (опилки). При резании вдоль волокон получается тонкая упругая ленточная стружка. При резании древесины поперек волокон в плоскости их продольного расположения стружка получается ломкая и короткая.
На величину силы резания влияют: направление резания, твердость и особенности строения древесины, величина углов резца и степень его остроты.
Направление резания. Наименьших усилий требует резание древесины поперек волокон в плоскости продольного разреза дерева. В этом направлении для резания древесины требуется сила в 5—6 раз меньшая, чем при резании в торец, и в 3—4 раза меньшая, чем при резании древесины вдоль волокон.
Твердость и строение древесины. Древесина твердых пород труднее поддается резанию. Если принять удельное сопротивление резанию древесины сосны за единицу, то удельное спротивление резанию древесины других пород составит: липы и осины 0,8; березы 1,2—1,3; бука 1,3—1,5; дуба 1,5—1,6; ясеня 1,5—2,0. Свилеватая и косослойная древесина требует при резании вдоль волокон больше усилий, чем прямослойная древесина.
Форма, положение и острота резца. Чем меньше угол заточки резца и угол резания, тем меньше сила резания.
Рис. 2. Три основные случая резания древесины:
а — в торец; б — вдоль волокон; в — поперек волокон в плоскости продольного разреза дерева
Однако при очень небольшом угле заточки лезвие быстро затупляется. Практически угол заточки резцов принимается от 18 до 30°, а угол резания от 30 до 45°. Форма резца должна обеспечивать свободный выход стружки при резании древесины. Так при пилении пилами с недостаточной разводкой зубьев опилки заполняют впадины между зубьями, а также пространство между пилой и стенками пропила. Это вызывает значительное увеличение силы резания.
На чистоту поверхности древесины при обработке ее резанием влияют: направление резания, толщина и упругость стружки, величина угла резания, скорость резания и острота заточки резца, а также особенности строения древесины.
Направление резания. При резании древесины вдоль волокон получается наиболее чистая обработка поверхности. Чистое резание в торец можно обеспечить только при работе острым резцом и при снятии очень тонкой стружки.
При резании древесины поперек волокон обрабатываемая поверхность получается нечистой, так как волокна, слабо соединенные друг с другом, в значительном количестве вырываются резцом.
Толщина и упругость стружки. Резец при работе изгибает стружку, и она в связи с упругостью отщепляется на некотором расстоянии впереди резца. При этом получается шероховатая поверхность. Чем толще стружка, тем она сильнее отщепляется впереди резца. Поэтому чистота обработки поверхности древесины достигается лишь при снятии тонкой стружки. Чтобы избежать отщепления стружки, у строгальных инструментов имеются специальные устройства для прижима древесины перед резцом, а также стружколоматели.
Угол и скорость резания. Чем больше угол резания, тем чище обрабатывается поверхность древесины. Это происходит потому, что при большом угле резания стружка лучше подламывается и толщина ее уменьшается.
Увеличенный до 90° угол резания превращает резание в скобление. При высокой скорости резания достигается лучшая чистота поверхности древесины, так как волокна стружки перерезаются лезвием резца раньше, чем они успеют изогнуться и отщепиться от массива древесины.
Особенности строения древесины сильно влияют на чистоту обработки поверхности резанием. Отщепы и вырывы волокон древесины чаще всего образуются на свилеватых местах, около сучков, а также при косослойном строении древесины.
Обработка древесины резанием в плотничных и столярных работах подразделяется на следующие основные виды: рубка, теска, пиление, строгание, долбление и сверление.