Cистемный подход к проектированию шиповых соединений деревянных деталей и технологических процессов их изготовления Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ШИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ДЕТАЛЕЙ

и технологических процессов их изготовления

Г.П. КУЗНЕЦОВ, проф. каф. начертательной геометрии и черчения ВятГУ, д-р техн.наук,

О. А. РУБЛЕВА, ст. преподаватель каф. машин и технологий деревообработки ВятГУ

Шиповые клеевые соединения деревянных деталей широко используются в производстве мебели, столярно-строительных и других изделий. В настоящее время наибольшее применение получили шиповые соединения с прямоугольной и треугольной (зубчатой) формой шипов в продольном сечении, изготовленные на фрезерных станках с применением дорогостоящих фрез, имеющих сравнительно невысокую стойкость [1].

С целью повышения качества шиповых соединений деревянных деталей и снижения затрат на их изготовление разработаны конструкции шипов и технологии их изготовления путем вдавливания в торцы заготовок на прессах пуансона с профилем, соответствующим форме шипов [2]. Эти конструкции шипов и технологии их изготовления наиболее привлекательны для отдельных предпринимателей и малых предприятий деревообрабатывающей промышленности.

В связи с существованием множества альтернативных вариантов конструкций шиповых соединений и технологий их изготовления актуальной задачей является разработка методического обеспечения системного проектирования шиповых соединений и технологий их изготовления, а также методик выбора наиболее привлекательных из них для предприятий.

Для решения этой задачи разработан процесс системного проектирования технологических процессов изготовления шиповых соединений, включающий три подпроцесса (рис. 1):

1) проектирование шиповых соединений и выбор наиболее привлекательного по качеству (разработка альтернативных вариантов шипового соединения, оценка и выбор типа и размеров наиболее привлекательного по качеству варианта, разработка чертежей);

kuznetsov@vgu.ru; ru_olga_ru@mail.ru

2) разработка технологических процессов и выбор наиболее привлекательного (разработка альтернативных вариантов технологических процессов, оценка и выбор наиболее привлекательного варианта, разработка технологической документации);

3) проектирование технологической оснастки и выбор наиболее привлекательной (разработка альтернативных вариантов технологической оснастки, оценка и выбор наиболее привлекательного варианта, разработка чертежей).

В состав исходной информации для разработки этих подпроцессов входят требования к качеству изделия; сведения о заготовке (размеры заготовки, порода древесины, влажность, направление волокон); комплекс требований к шиповому соединению (технические требования заказчика к изделию, государственные стандарты на соединения); ограничения по затратам на изготовление соединения.

Для выполнения первого подпроцесса разработан классификатор шиповых соединений в форме компактной морфологической таблицы (рис. 2).

На этом классификаторе пунктирными линиями отмечены в качестве примера альтернативные варианты трех шиповых соединений. Первый вариант - зубчатое шиповое соединение по ГОСТ 19414-90, изготовленное фрезерованием. Второй вариант - прямоугольное шиповое соединение, однорядное, видимое по пласти, изготовленное прессованием. Третий вариант - прямоугольное шиповое соединение, двухрядное, невидимое по пласти, изготовленное прессованием.

Выбор наиболее привлекательного по качеству шипового соединения производится с помощью системы показателей «Качество шипового соединения» (рис. 3).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

155

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Исходные данные для проектирования шипового соединения и технологии его изготовления

1 Проектирование шипового соединения и выбор наиболее привлекательного

2 Разработка технологического процесса и выбор наиболее привлекательного

3 Проектирование технологической оснастки и выбор наиболее привлекательной

|-Сведения о назначении изделия [-Параметры заготовки

------ь-Комплекс требований к соединению

-Ограничения по затратам на изготовление соединения

— (-Классификатор шиповых соединений

-Система показателей и методика ■оценки качества шиповых соединений -Модели расчета показателей и оценки ^качества шипового соединения -Методика выбора наиболее (привлекательного варианта соединения

-Классификатор техпроцессов Изготовления шипов ■-База данных о технико -экономических ^показателях оборудования

-Система показателей и методика оценки затрат на изготовление шиповых соединений '-Модели расчета показателей затрат на изготовление соединения -Методика выбора наиболее привлекательного техпроцесса

-Классификатор технологической ■[оснастки

-База данных о конструкциях оснастки

-Система показателей и методика оценки затрат на изготовление оснастки .-Модели расчета показателей затрат на 'изготовление оснастки -Методика выбора наиболее привлекательной оснастки

/Техн<

(тация,

техно

Технологическая докумен-, чертежи соединения ] технологической оснастки

Рис. 1. Процесс системного проектирования шиповых соединений и технологических процессов их изготовления

156

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

___________зубчатое однорядное шиповое соединение

прямоугольное однорядное шиповое соединение ____ _____ . прямоугольное двухрядное шиповое соединение

Рис. 2. Классификатор шиповых соединений деревянных заготовок по длине

Этот комплексный показатель оценивается единичными (частными) показателями: глубина деформированной зоны; изменение макроструктуры деформированной зоны; шероховатость граней проушины; твердость дна проушины; прочность соединения по длине на растяжение; прочность соединения по длине на изгиб.

В результате исследований разработаны методики и модели для расчетов этих единичных показателей [3]. После оценки единичных показателей качества шиповых соединений выбираются наиболее привлекательные (лучшие) шиповые соединения. Этот выбор производится дифференциальным и (или) комплексным методами, описанными в ГОСТ 15467-79.

Первый подпроцесс заканчивается разработкой чертежей наиболее привлека-

тельного по качеству шипового соединения деревянных деталей.

Второй и третий подпроцессы системного проектирования техпроцессов (рис. 1) тесно взаимосвязаны и могут выполняться последовательно или совместно.

Для выполнения этих подпроцессов разработаны классификатор технологических процессов и оснастки для изготовления шипов прессованием в форме морфологической таблицы и структура баз данных о технологическом оборудовании, его стоимости и производителях.

Классификатор технологических процессов и оснастки для прессования шипов включает технические показатели: схема обработки (позиционная, проходная, позиционно-проходная), тип пресса по направлению усилия прессования (го-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010

157

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

ризонтальный, вертикальный), тип привода (пневматический, гидравлический, механический и др.), усилие прессования (до

1,5 кН, свыше 1,5 до 5 кН и т.д.), скорость прессования (до 30 мм/мин, свыше 30 до 60 мм/мин и т.д.), способ обжима заготовки

(без обжима, двухсторонний, четырехсторонний), конструкция механизма обжима заготовки (винтовой, клиновой, пневматический и др.), конструкция устройства для извлечения пуансона (пружинное, гидравлическое, рычажное и др.).

Рис. 3. Система показателей для оценки привлекательности шиповых соединений и технологических процессов их изготовления

158

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

На этом классификаторе пунктирными линиями отмечены в качестве примера альтернативные варианты технологических процессов и оснастки для прессования шиповых соединений. Первый вариант предусматривает использование горизонтального пневматического пресса для сращивания заготовок по длине, с усилием 3 кН. Схема обработки позиционно-проходная. Скорость прессования 120 мм/мин. Обжим заготовки четырехсторонний, пневматический. Извлечение пуансона производится за счет пружинного приспособления. Во втором варианте используют вертикальный гидравлический пресс с усилием 10 кН. Схема обработки позиционная. Скорость прессования 80 мм/мин. Обжим заготовки четырехсторонний, винтовой. Извлечение пуансона производится пружинным приспособлением. Третий вариант основан на применении винтового вертикального пресса с усилием 5 кН. Схема обработки позиционная. Скорость прессования 20 мм/мин. Обжим заготовки двухсторонний, винтовой. Извлечение пуансона производится рычажным приспособлением.

Для оценки затрат на изготовление шиповых соединений разработана система показателей (рис. 3). Комплексный показатель «Затраты на изготовление соединения» оценивается по ряду единичных (частных) показателей: затраты на заготовки, клей, электроэнергию, на подготовку инструмента, технологическую оснастку, амортизационные отчисления, на заработную плату. Для расчета единичных показателей разработаны методики и модели их оценки [3, 4].

Для выбора наиболее привлекательного технологического процесса используются два комплексных показателя: «Качество шипового соединения» и «Затраты на изготовление соединения» (рис. 3). Выбор наиболее привлекательного техпроцесса производится по обобщенному (глобальному) критерию «Привлекательность шипового соединения», причем, коэффициенты

весомости показателей определяются с позиций производителя и потребителей изготовляемой продукции.

Второй и третий подпроцессы заканчиваются разработкой технологической документации и чертежей оснастки.

Результаты работы. Разработана методика системного подхода к проектированию шиповых соединений деревянных деталей и технологических процессов их прессования. Разработан комплекс методического обеспечения, включающий классификаторы шиповых соединений и технологических процессов прессования шипов, систему показателей для оценки привлекательности шиповых соединений и технологических процессов их изготовления, модели расчета показателей качества шиповых соединений и показателей затрат на изготовление соединения, а также методики выбора наиболее привлекательных конструкций шиповых соединений и техпроцессов их изготовления.

Библиографический список

1. Гончаров, Н.А. Технология изделий из древесины: учеб. для вузов - 2-е изд., испр. и доп. / Н.А. Гончаров, В.Ю. Башинский, Б.М. Буглай. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 525 с.

2. Рублева, О.А. Замена фрезерования в операции формирования шипов при сращивании древесных заготовок по длине на обработку давлением / О.А. Рублева, А.О. Российский // Ежегодная региональная научно-техническая конференция Вят-ГТУ «Наука - производство - технология - экология». - Киров: ВятГУ, 2000. - Т 3 . - С. 103.

3. Рублева, О.А. Экспериментальное исследование показателей качества и усилия прессования прямоугольной проушины в заготовке из древесины сосны / О.А. Рублева, Г.П. Кузнецов // Сборник материалов всероссийской ежегодной научнотехнической конференции «Наука - производство

- технология - экология». - Киров: ВятГУ, 2006.

- Т. 5. - С. 175-179.

4. Рублева, О.А. Методика проектирования технологического процесса изготовления прямоугольного шипового соединения способом прессования / О.А. Рублева // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2008. - С. 67-69.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

159