CC BY
133
ДЕРЕВООБРАБОТКА
К ВОПРОСУ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ НЕРОВНОСТЕЙ ДРЕВЕСИНЫ
Б.М. РЫБИН, проф. каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ, д-р техн. наук, В.Г. САНАЕВ, проф. каф. древесиноведения МГУЛ, д-р техн. наук,
Д.В. КИРИЛЛОВ, ассистент каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ
Оценка качества обработки поверхности древесины и древесных материалов - это одна из главных задач технологии деревообработки. Показателем, оценивающим качество обработки, является получаемая шероховатость поверхности. Шероховатость контролируется параметрами шероховатости, которые определяют высотные и шаговые характеристики получаемых неровностей. При измерении высоты неровности на поверхности древесины параметр шероховатости включает высоту неровности от механической обработки и высоту анатомических неровностей. Это связано с так называемой «пористостью» древесины, то есть наличием независимо от плоскости среза пустот, образованных вскрытыми полостями крупных клеток, сосудов и других макронеровностей, обусловленных анатомией поверхностного слоя древесины.
Цель данной работы заключалась в определении параметров шероховатости, позволяющих разграничить высоты неровностей, полученных в результате механической обработки и анатомических неровностей.
Данные литературных источников [1, 2] показали, что решение поставленной зада-
rybin@mgul.ac.ru
чи возможно, если использовать для оценки шероховатости поверхности древесины группу параметров шероховатости, вычисляемых по относительной опорной кривой.
Опорные кривые профиля - это кривые изменения длины отрезков, которые приходятся на «тело» неровностей у линии, секущей профиль на разных уровнях. К параметрам шероховатости, определяемым по относительной опорной кривой профиля, относятся Rpk, Rk, Rvk. На рис. 1 приведена графическая интерпретация этих параметров шероховатости с использованием профилограммы профиля неровностей (рис. 1а) и относительной опорной кривой (рис. 1б). В дальнейшем изложении представлена методика нахождения координат точек A, B, D, E, H, и F, с помощью которых возможным становится определения параметров Rpk, Rk, Rvk.
Для определения параметров шероховатости Rpk, Rk, Rvk к центральному прямолинейному участку MN относительной опорной кривой проводится касательная линия.
Из точки пересечения касательной линии с перпендикуляром, восстановленным в начале координат оси относительной опорной длины (точка A на рис 1б), проводится
C
Рис. 1. Определение параметров Rpk, Rk, Rvk по относительной опорной кривой: а) профилограмма, б) относительная опорная кривая
68
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012
ДЕРЕВООБРАБОТКА
горизонталь до пересечения с относительной опорной кривой (точка B на рис. 1б). Из точки пересечения касательной линии с перпендикуляром, восстановленным в точке 100 процентов по оси относительной опорной длины (точка H на рис 1б), проводится горизонталь до пересечения с относительной опорной кривой (точка E на рис. 1б). Продолжение линий AB и EH по горизонтали на профилограмму позволяет получить на ней условно названные линии выступов и впадин.
Вертикальное расстояние в микрометрах между линией единичных выступов и линией единичных впадин есть величина параметра Rk.
На рис. 2 перенесены с увеличением фрагменты геометрических фигур с графика относительной опорной кривой (рис. 1 б), ха-растеризующих выступы и впадины контролируемой поверхности.
Определение параметров Rpk и Rvk осуществляется из условия равенства площадей соответственно ABC и ABD, HES и HEF. Как видно из рисунка, параметры Rpk и Rvk характеризуют высоту треугольников ABD и HEF и они несколько отличаются от реальной высоты неровностей, соответственно обозначенных Rp для фигуры ABC и Rv для HES (рис. 2).
Для определения величины параметров Rpk и Rvk было отобрано несколько образцов из древесины после различных способов механической обработки. С поверхности образцов были сняты профилограммы, по которым построены относительные опорные кривые (рис. 3).
Данные рис. 3 показывают, что опорные кривые имеют сходный характер, соответствующий неровностям, приближающимся к треугольному профилю. Отсюда для определения параметра Rpk (нахождение ординаты точки D), характеризующего выступы неровностей и параметра Rvk (нахождение ординаты точки F), характеризующего впадины неровностей, возможно использовать одну и ту же методику вычисления.
Сущность ее заключается в следующем. Значения параметров Rpk и Rvk определяются как высоты треугольников ABD и EHF соответственно (рис. 2). Поскольку площади
треугольников ABD и EHF равны площадям фигур ABC и EHS соответственно, можно записать
S
Rpk=2-
Rvk=2-
ABC
AB S
EHS
1000-/-t
(1)
(2)
где AB
значение относительной опорной длины tp на уровне сечения профиля p , мкм;
/ - значение базовой длины, мм;
th - значение относительной опорной длины tp на уровне сечения профиля ph, мкм.
Уровень сечения профиля p, относительная опорная длина tp измеряются в процентах от параметра шероховатости Rm и базовой длины / соответственно. Переход к микрометрам осуществляется по следующим формулам
p мкм = Р -Rm (3)
Р = 100% , () где рмкм - значение уровня сечения профиля в микрометрах;
р % - значение уровня сечения профиля в процентах;
Rm - значение параметра шероховатости Rm в микрометрах.
tp% -/
мкм =1000—---, (4)
100%
где tpMKM - значение относительной опорной длины в микрометрах;
П
х©
о4
«
Д
д
1)
д
1)
о
нй
д
1)
М
О
£
Относительная опорная длина tp, %
Рис. 2. Фрагменты относительной опорной кривой для определения параметров шероховатости Rpk и
Rvk
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012
69
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 3. Относительные опорные кривые обработанных поверхностей для некоторых пород древесины после различных способов обработки: I - бук (пиление ленточными пилами), II - осина (шлифование), III - береза [лущение (лицевая сторона)], IV - ель (шлифование), V - венге (шлифование), VI - амарант (фрезерование)
70
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица
Относительное изменение между параметрами шероховатости для некоторых пород и способов подготовки поверхности
Порядковый номер образца Значение параметров шероховатости, мкм Относительное изменение (в %) для параметров шероховатости
Rp Rpk Rv Rvk Rp и Rpk Rv и Rvk
I 56,10 34,77 23,80 20,27 38 14,8
II 20,19 6,37 24,48 13,05 68,4 46,7
III 15,15 12,31 55,55 30,49 18,7 45,1
IV 8,85 5,07 37,76 13,45 42,7 64,4
V 36,16 16,77 158,20 125,64 53,6 20,6
VI 10,92 6,27 127,92 62,69 42,6 51,0
tp % - значение относительной опорной длины в процентах;
l - значение базовой длины в милли-
метрах.
Уравнение, описывающие кривую на участках CB и ES, в общем случае имеет вид
F(P)=b0 ■ РЪ Р2 +b2 • Р+b3 , (5)
где F(p) - относительная опорная длина, мкм;
p - уровень сечения профиля, мкм; b0, b, b2, b3 - постоянные коэффициенты уравнения.
Площадь фигуры ABC (рис. 2) можно определить, проинтегрировав выражение (5)
SABC = |F(P)dP , (6)
0
где ра - уровень сечения профиля, проходящего через точку А, мкм. Проинтегрировав выражение (5), мы получим площадь фигуры, заключенной между кривой ES и осью относительной опорной длины. Площадь фигуры EHS (рис. 2) можно определить по формуле
100
SEHS =EHR- { F(P)dP , (7)
Ph
где ph - уровень сечения профиля, проходящего через точку H, мкм.
На рис. 4 представлена диаграмма значений параметров Rpk, Rp, Rvk и Rv. Как видно из данных рис. 4, значения параметров Rp и Rv для всех образцов несколько больше значений соответственно параметров Rpk и Rvk. Относительное изменение между параметрами Rp и Rpk можно вычислить по формуле
д=RpdRpk Ю0%. (8)
Rp
Аналогично можно рассчитать относительное изменение и для параметров Rv и Rvk. Результаты вычислений приведены в таблице. Условия формирования контролируемой поверхности для порядковых номеров образцов соответствуют данным рис. 3.
Из данных табл. 1 видно, что относительное изменение значений между параметрами шероховатости Rp и Rpk составляет от 38 до 68,4 %. Исключением является образец березового шпона, где относительное изменение между параметрами шероховатости составляет 18,7 %. Относительное изменение между параметрами шероховатости Rv и Rvk составляет от 45,1 до 64,4 %. Исключением являются образцы древесины бука и венге, где относительное изменение между параметрами шероховатости составляет 14,8 и 20,6 % соответственно.
Такое значительное относительное изменение между параметрами шероховатости Rp и Rpk, Rv и Rvk позволяет сделать вывод о занижении высоты неровности (параметр Rpk) и глубины впадины (параметр Rvk). Это будет вносить значительную погрешность в определении шероховатости обработанной поверхности древесины. Поскольку анатомические неровности являются доминирующими на поверхности контролируемых образцов, параметр Rvk будет занижать глубины впадин и тем самым искажать реальную картину неровностей анатомического происхождения. Заниженные показатели неровностей
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012
71
