CC BY
48
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
6. Берзиньш, Г.В. Комплексное использование древесных отходов / Г.В. Берзиньш, А.П. Озолиньш, В.М. Хрулев и др. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987. - 28 с.
7. Ветшев, В.Ф. Математическое моделирование раскроя бревен с целью повышения выхода пиломатериалов / В.Ф. Ветшев, С.А. Черепанов // Вестник СибГТУ - 2001. - № 2. - С. 44-47.
8. Захаров, М.В. Обоснование и разработка автоматизированного метода определения размеров поперечных сечений круглых лесоматериалов: дисс. ... канд. техн. наук / М.В. Захаров. - Архангельск, 2004. - 141 с.
9. Иванов, Д.В. Интенсификация формирования поперечного сечения пиломатериалов / Д.В. Иванов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2005. - № 6.
- С. 47-53.
10. Ерхова, О.И. Исследование обзола досок при раскрое бревен овального сечения / О.И. Ерхова // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - № 4. - 2012.
- С. 87-91.
11. Пат. № 80389 Российская Федерация, МПК В27В, 5/12. Станок для получения обрезного пиломатериала из горбыля / Корякин В. А, Корякин И. В., Шпигарь В. А. [и др.] : заявл. 25. 06. 2007; опубл. 10. 02. 2009.
МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ПРОФИЛЬНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ КРУПНЫХ ОТХОДОВ ЛЕСОПИЛЕНИЯ
A. А. ФОМИН, доц. каф. технологии машиностроения Владимирского ГУ, канд. техн. наук,
B. Г. ГУСЕВ, проф. каф. технологии машиностроения Владимирского ГУ, д-р техн. наук
Профильное фрезерование древесины находит широкое применение в процессах производства мебели, строительстве домов и т. п. и может быть реализовано применением фасонного режущего инструмента, профиль которого совпадает с профилем обработанного изделия, либо применением концевых фрез и современных многофункциональных станков с числовым программным управлением. Для производства обшивочной профильной доски первый путь является более дешевым и предпочтительным по сравнению со вторым, вследствие чего моделирование мощности резания излагается применительно к первому варианту. Моделирование мощности резания при цилиндрическом фрезеровании достаточно подробно изучено и излагается в ряде учебников и монографиях по деревообработке [1 - 5], в то время как исследованию мощности резания при профильном фрезеровании древесины в т. ч. крупных отходов лесопиления не уделялось достаточного внимания.
Мощность резания при цилиндрическом фрезеровании древесины определяется по объемной формуле [1]
P = Ка (btv/60), (1)
где KT - табличное значение удельной работы резания;
а = а а а а,, а - общий поправочный
попр п w p Ь v г
коэффициент;
fomin1@mail.ru, prof_gusev@mail.ru а а а а а - поправочный коэффициент
п w p Ь v А А А
соответственно на породу, влажность древесины, затупление лезвий фрезы, угол резания и скорость резания; b - ширина фрезерования; t - глубина резания;
vs - скорость подачи обрабатываемой заготовки.
Математическая модель мощности резания (1) не учитывает специфики профильного фрезерования древесины и, в частности, отходов лесопиления. Специфика фрезерования древесины фасонной фрезой заключается в переменном значении текущего радиуса инструмента по высоте, а специфика отходов лесопиления - в сбежистости древесной заготовки и случайном появлении сучков в зоне резания, которые имеют более высокую твердость обрабатываемого материала по сравнению с чистой стволовой древесиной. Ширина фрезерования фасонной фрезой больше, чем цилиндрической, поскольку контакт с обрабатываемым материалом происходит по кривой второго порядка (в простейшем случае по дуге окружности). Протяженность контакта при профильном фрезеровании зависит от геометрических параметров фасонной фрезы и может быть найдена на основании известного радиуса профиля фрезы и центрального угла, соответствующего длине этого профиля.
82
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Мощность профильного фрезерования с учетом протяженности контакта фасонных режущих пластин инструмента с обрабатываемой заготовкой
P = Км (tv/30) R ,arcsm(B/2 R ,), (2)
где 5 - высота фасонной фрезы;
Rpk - радиус профиля фасонной фрезы.
Установим влияние глубины резания на мощность фасонного фрезерования заготовки, не имеющей сбежистости. Для конкретных условий профильного фрезерования (конкретной геометрии фрезы, режима резания, состояния древесины, ее породы и т.п.) функцию (2) можно представить
Pp = С ^ (3)
где С = (Ка v /30) R ,arcsm(B/2 R ,) = const.
Выражение (3) представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через начало координат. Для различных условий профильного фрезерования значения коэффициентов С отличаются друг от друга, поэтому изменение мощности в функции глубины резания характеризуется отрезками прямых линий, выходящих из начала координат в виде веера лучей, наклоненных под различным углом к положительному направлению оси абсцисс. Для цилиндрического фрезерования древесины из сосны (высота фрезы В = 100 мм, скорость рабочей подачи заготовки vs = 15 м/мин, скорость резания v = 45 м/с, число зубьев Z = 4, частота вращения n = 4880 мин1, радиус профиля фасонной фрезы Rpk = 106,3 мм, угол резания 5 = 60°, средняя толщина срезаемого слоя acp = 0,13 мм, угол выхода Фвых = 15°, фреза проработала 120 мин, общий поправочный коэффициент на условия фрезерования апопр = 1,44) коэффициент ССсц = 1296, из березы Сйц = 1586, из дуба Сдц = 1612, а для фасонного фрезерования Ссф = 1347,8; Сйф = 1684,8; С ф = 1692,0 соответственно.
Мощность фасонного фрезерования связана со скоростью рабочей подачи древесины также линейной зависимостью
P = С v, (4)
где С = (Ka t/30) R . arcsin(B/2 R .) = const.
v v T попр / pk v pk
Для цилиндрического фрезерования древесины из сосны (t = 10 мм, В = 100 мм, v = 41 м/с, Z = 4, n = 4880 мин-1, Rpk = 106,3 мм, 5 = 60°, а = 0,13 мм, ф = 15°, Т = 120 мин,
5 cp 5 5 т вых 5 5
а = 1,44) коэффициент С ц = 864, из березы
попр vc
Субц = 1058 и из дуба Судц = 1075. Для фасонного фрезерования древесины из сосны С ф = 899, березы Субф = 1123, дуба С,дф = 1128. Сравнение коэффициентов Ссц, Сйц, Сдц, характерных для цилиндрического фрезерования древесины различных пород, свидетельствует об увеличении мощности фрезерования в последовательности: сосна, береза и дуб, что объясняется более высокой плотностью обрабатываемой древесины, а, следовательно, и удельной работы резания.
Аналогичная закономерность изменения мощности сохраняется и для фасонного фрезерования древесины, но коэффициенты Ссф, Сйф, Сдф, больше коэффициентов Ctcц, Ctбц, Сдц, что свидетельствует о более высоких значениях мощности фасонного фрезерования по сравнению с цилиндрическим. Этот факт можно объяснить не только большей протяженностью контакта инструмента и заготовки, но и тем, что при фасонном фрезеровании припуск снимается режущими пластинами, имеющими кривизну режущего профиля, которая вызывает сравнительно большие деформации материала, требующие большей затраты энергии в единицу времени. Для цилиндрического фрезерования ширина фрезерования b равна высоте B фрезы, поэтому согласно (1) мощность резания в функции высоты B описывается прямыми линиями
1-3 (рис. 1, а). При профильном фрезеровании, увеличение высоты B вызывает возрастание мощности резания в соответствии с пунктирными линиями. Точки, нанесенные на графиках, соответствуют экспериментальным данным. В математическую модель (2) входит выражение arcsin(B/2 Rpk), которое содержит обратную тригонометрическую функцию синуса. Определим влияние этого выражения на значение мощности профильного фрезерования. В аргументе рассматриваемой функции высота В - положительное число не равное нулю, в противном случае режущий инструмент не существует. Поэтому изменение функции синуса следует рассматривать в пределах от 0 до 1.
Аргумент функции arcsin(B/2 Rpk) принимает нулевое значение при радиусе Rpk=<», а
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
83
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
P , кВт
p
Рис. 1. Влияние высоты (а) и радиуса профиля фасонной фрезы на мощность резания (б): 1 - сосна, 2 - береза, 3 - дуб
значение, равное единице, при Rpk = 0,55. При RPk = да фасонное фрезерование превращается в цилиндрическое, при котором профиль фрезы очерчен по прямой линии. При Rpk = 0,5B профиль фасонной фрезы представляет собой полуокружность длиной nRpk с центром в точке, лежащей в поперечной плоскости симметрии фрезы на максимальном радиусе. Иными словами, профиль фрезы представляет собой полуокружность с центральным углом, равным п радиан. Промежуточные положения профиля фрезы (от прямой линии до полуокружности) характеризуются тем, что при увеличении Rpk начиная от 0,5В, происходит перманентное удаление центра профиля фрезы на бесконечно большое расстояние R = да.
pk
Физический смысл такого изменения радиуса Rpk с позиции процесса фрезерования древесины заключается в том, что при Rpk = 0,5B происходит деформация обрабатываемого материала в наибольшей степени, в то время как при Rpk = да древесина испытывает минимальную деформацию. Большая деформация древесины в процессе профильного фрезерования, естественно, вызывает увеличение мощности резания. Описанный характер влияния функции arcsin(B/2Rpk) на процесс профильного фрезерования подтверждается графиком, представленным на рис. 1б, на котором отражено уменьшение мощности резания при увеличении радиуса Rpk. Кривые 1-3 описываются уравнениями, характерными
для профильного фрезерования древесины из сосны, березы и дуба соответственно
P = 259,2 • R arcsin(50/R ) (5)
рс 7 рк 4 рку 4 у
P б = 324,0 • R arcsin(50/R ) (6)
рб 7 рк 4 рк' 4 '
P = 401,8 • R arcsin(50/R ) (7)
Расчеты по формулам (1, 5-7) подтвердили сформулированное выше научное положение о том, что при профильном фрезеровании заготовок требуется больше энергии, чем при цилиндрическом. Для профильного фрезерования отходов лесопиления, характеризующихся сбежистостью с положительным приращением припуска, формула мощности резания имеет вид
РР=-
кта„0„Ръ(!+^Ч$св)
30
RPK arcsin
В
\2RPK J
(8)
где т - текущее время фрезерования;
всб - средний статистический угол, характеризующий сбежистость заготовки. Для сбежистой заготовки с отрицательным приращением припуска мощность резания
РР =
КЛоПРЧ(* + ЧТ tg(7I-pc6))
30
xRPK arcsin
В
\2RPK J
(9)
Радиус профиля Rpk связан с максимальным R и минимальным R радиусами
max mm r J
фасонной фрезы формулой
RPK ~
Г Rrmx-Rrmn ^
l-cos(0,5tp)
(10)
84
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
где ф - центральный угол, соответствующий длине профиля фасонной фрезы, т.е. угол раскрытия профиля.
С учетом (10) формула мощности резания при профильном фрезеровании отходов лесопиления представится
- с положительным приращением припуска сбежистой заготовки
Рр
_KTanonPvs(t + vs^^c6)
30
Ртах ~^min
1 - cos(0,5tp)
Л (
arcsin
В
V 2Ррк J
(11)
- с отрицательным приращением припуска сбежистой заготовки
РР =
KTanonpVS (t + V5Xtg(TT - Рс6 ))
30
Ртах ~Рщт ' В '
^l-cos(0,5ф), ^ 2 Ррк у
(12)
Заменим в (11) и (12) минную скорость подачи v,, в результате получим выражение мощности профильного фрезерования для сбежистой древесной заготовки:
- с положительным приращением при-
пуска
т_ , S .Zn _ . KTanonp(t+ Л™ TtgPcJ
РР-
1000
30
SzZn
1000
Pmax-Pmm 1 - cos(0,5ф)
arcsin
f В л
V ^Ррк J
(13)
P,
p
60 50 40 30 20 10
5 10 15 20 25 30
кВт
1 3 2 \
сосна “ “ береза
2 3\ 1
1 3
\ о 12
v, м/мин
s~
Рис. 2. Влияние скорости подачи сбежистой заготовки из различных пород древесины на мощность профильного фрезерования
с отрицательным приращением при-
пуска
КТапопр(* + Sz^Z Т tgfA - Рсб))
Рр-
1000
30
SzZn
1000
Рщах ^min
1 - cos(0,5ф)
arcsin
В
V ^Ррк J
(14)
где Sz - подача на зуб фрезы;
Z, n - соответственно число зубьев и частота вращения фрезы.
Формулы (2), (13) и (14) связывают мощность резания с независимыми факторами процесса профильного фрезерования, характеризующими фасонный режущий инструмент (факторы Z, Rmax, Rmm, B и RpK), режим резания (Sz, n, t)), текущее время обработки т, сбежис-тость отходов лесопиления всб, п-всб ), а также породу, влажность древесины, затупление лезвий фрезы, угол резания и др. (КТ и апопр).
Выполним моделирование мощности резания на основании полученных выражений в программной среде Advanced Grepher. Приведем расчетные формулы, адаптированные к этой программной среде, что позволит по моделям (3), (13) и (14), выполнять расчеты мощности фрезерования практически для любых режимов фрезерования, допускаемых технической характеристикой применяемого деревообрабатывающего оборудования.
Мощность профильного фрезерования древесины различных пород в функции сбежистости заготовки с положительным приращением припуска возрастает (рис. 2), что объясняется прогрессирующим увеличением фактической глубины резания с течением времени обработки. Прямые линии 1-3, изображенные внизу графика сплошным жирным шрифтом, характеризуют изменение мощности резания в функции рабочей подачи древесины из сосны (время обработки 2; 5 и 10 с.), пунктирные линии графика - для березы, а верхние сплошные линии 1-3 - для дуба.
Уравнение нижней прямой 1 графика, адаптированное к программной среде Advanced Grepher, имеет вид
Pp = 36x1,44v(10 + 2x0,01v))/ )30x62,5asin(100/(2x62,5)). (15)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
85
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
P , кВт
p
P , кВт
p
40 34 28 22 16 10
3
3,5
4
6 5 \
4 3 V
1 2
4,5
5
и103, мин-1 б
Рис. 3. Влияние максимального радиуса (а) и частоты вращения фасонной фрезы (б) на мощность резания при обработке: 1 - осины, 2 -сосны, 3 - лиственницы, 4 - березы 5 - дуба, 6 - ясеня
На основании (15) можно составить уравнения для расчета мощности резания при других условиях профильного фрезерования. Из рассмотренных пород древесины самое большое значение мощности резания характерно для дуба, затем - для березы и наименьшее значение - для сосны. При скорости рабочей подачи 15 м/мин мощность фрезерования заготовок, не имеющих сбе-жистости, составила: для сосны - 13,5 кВт, березы - 16,7 кВт, дуба - 16,9 кВт. При этих же условиях профильного фрезерования сбежистых заготовок в течение 10 с. мощность резания составила: для сосны - 17,3 кВт, березы -21,6 кВт, дуба - 26,8 кВт. Приращение мощности резания возрастает при переходе к профильному фрезерованию древесины с более высокой плотностью, а также при увеличении времени обработки. Для положительного приращения припуска мощность профильного фрезерования в функции времени обработки описывается уравнениями
1. Рр = (33x1,43x20(5 + 0,01х20т))/30х x80asin(100/(2x80)), при KT = 33 Дж/см3, а = 1,43; a = 0,1 мм, tg р, = 0,01;
RPK = 80 мм, t = 5 мм, В = 100 мм. (16)
2. Pp= (33x1,43x15(15 + 0,01х15т))/30х x90asin(120/(2x90) при KT = 33 Дж/см3,
а = 1,43; a = 0,1 мм, tg р, = 0,01;
RPK = 90 мм, t = 15 мм, В = 120 мм. (17)
3. Pp= ((36x1,44x25(10 + 0,01x25i))/30x x70asin(140/(2x70)) при KT = 36 Дж/см3,
а = 1,44; a = 0,1 мм, tg р, = 0,01;
RPK = 70 мм, t = 10 мм, В = 140 мм. (18) Для сбежистой заготовки с отрицательным приращением припуска изменение мощности резания описывается уравнениями
1. Рр = (33x1,43x20(5 - 0,01x20i))/30x x80asin(100/(2x80) при KT = 33 Дж/см3, а = 1,43; a = 0,1 мм, tg р, = -0,01;
RPK = 80 мм; t = 5 мм, В = 100 мм. (19)
2. Pp = (33x1,43x15(15 - 0,01x15i))/30x x90asin(120/(2x90) при KT = 33 Дж/см3, а = 1,43; a = 0,1 мм, tg р, = -0,01;
RPK = 90 мм, t = 15 мм, В = 120 мм. (20)
3. Pp= (36x1,44x25(10 - 0,01x25i))/30x x70asin(140/(2x70)), при KT = 36 Дж/см3,
а = 1,44; a = 0,1 мм, tg р, = -0,01;
RPK = 70 мм, t = 10 мм, В = 140 мм. (21) С увеличением максимального радиуса Rmax фасонной фрезы мощность резания возрастает и описывается уравнением Р = ((33x1,43x20(5 + 0,01x20x10))/30)x
Р x(Rmax - 65)/(1 - COS(3,14 -
- 0,02)) asin (100 /(2x70). (22)
Увеличение минимального радиуса R . фасонной фрезы при неизменных других ее размерных характеристиках приводит к снижению мощности резания, что объясняется уменьшением кривизны профиля фрезы, а, следовательно, протяженности контактного взаимодействия инструмента с заготовкой и размельчения древесины. Влияние максимального радиуса Rmax фасонной фрезы на
86
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
значение мощности резания Рр возрастает с повышением плотности древесины. Так, для дуба изменение максимального радиуса фрезы с 80 до 160 мм вызвало увеличение мощности резания на 11 кВт, для березы - на
8,7 кВт, а для сосны - 7 кВт (рис. 3, а). Мощность резания в функции частоты вращения фасонной фрезы изменяется по линейной зависимости (рис. 3, б), при этом ее значение располагается в порядке возрастания для рассмотренных пород древесины: осина, сосна, лиственница, береза, дуб и ясень.
Ниже приведены уравнения, адаптированные к программной среде Advanced Grepher, которые характеризуют изменение мощности резания в функции частоты вращения режущего инструмента для сосны при трех различных режимах профильного фрезерования
1. Рр = (33x1,43x20x5/30)(0,1x2n/1000)80x xasin(100/(2x80)), при KT =33 Дж/см3, апощ, = 1,43; аср = 0,1 мм, RPK = 80 мм, t = 5 мм, В = 100 мм, фв = 15°, vs = 20 м/мин. (23)
2. Pp = (33x1,43x25x10/30)(0,1x2w/1000)80x
xasin(100/(2x80)), при KT =33Дж/см3, а = 1,43; а = 0,1 мм, RD„ = 80 мм, t = 10 мм, В = 100 мм, фв = 15°, vs = 25 м/мин. (24)
3. Pp = (33x1,43x25x20/30)(0,1x2w/1000)80x
xasin(100/(2x80)), при KT =33Дж/см3, а = 1,43; a = 0,1 мм, RD„ = 80 мм, t = 20 мм, В = 100 мм, фв = 15°, vs = 25 м/мин. (25)
Возрастание мощности резания при увеличении частоты вращения фрезы объясняется тем, что последняя прямо пропорциональна скорости резания, входящей в формулу мощности в виде множителя в первой степени. Кроме этого, частота вращения n связана со средней толщиной срезаемого слоя арр обратной пропорциональной зависимостью [2]:
асР=^Т=^Г(26)
2 2 2zn
где а , а - соответственно максимальная и
max ср
средняя толщина срезаемого слоя; фвых - угол выхода режущего клина из древесины;
Sm - минутная подача древесины; z - число зубьев фрезы.
Из (26) следует, что при увеличении n уменьшается аср, что в свою очередь, приво-
дит к возрастанию удельной работы резания
K. Параметр Kt входит в формулу мощности
(2) и связан с Рр прямой пропорциональной зависимостью, поэтому увеличение n приводит к возрастанию мощности резания Рр.
Увеличение числа зубьев z фрезы приводит к возрастанию числа единичных резов в единицу времени и одновременно с этим к уменьшению средней толщины срезаемого слоя, а следовательно, к увеличению удельной работы резания KT и мощности Рр. На значение мощности резания влияет также влажность (W, %) древесины. Приведенные выше графики мощности резания соответствуют профильному фрезерованию древесных заготовок влажностью W = 12-15 %.
Значения мощности резания при изменении влажности древесины различных пород приведены в таблице, данные которой соответствуют режиму профильного фрезерования отходов лесопиления: KT = 33 Дж/см3; а = 0,1 мм, Rd„ = 80 мм, t = 10 мм, В = 100 мм, фв = 15°, vs = 20 м/мин. По приведенным выше зависимостям можно определить мощность резания и для других режимов профильного фрезерования.
Периферийные сегменты имеют длину
2-3 м, стандартом допускается сбежистость 10 мм на 1 м длины, что приводит к увеличению снимаемого припуска примерно на 30 мм в конце обработки сегмента. Вследствие столь значительного увеличения припуска мощность резания в конце фрезерования периферийного сегмента возрастает в разы. Так, при фрезеровании дуба в течение 10 с. расчетная мощность резания достигает 60,6 кВт, что сопряжено с опасностью поломки режущего инструмента и снижением качества обработанных поверхностей и др. недопустимых явлений. В этой связи была выдвинута гипотеза о необходимости применения автоматического регулирования мощности резания.
Таким образом, теоретически доказано, что процесс профильного фрезерования характеризуется большей мощностью резания по сравнению с цилиндрическим. Выдвинуты гипотезы о необходимости автоматического регулирования мощности фрезерования и о существенном размельчении снимаемого
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
87
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица
Влияние влажности отходов лесопиления на мощность профильного фрезерования P, кВт
Порода древесины Влажность отходов лесопиления W, %
5..8 12...15 25.30 50.70 Более 70
Осина 11,6 10,5 10,0 9,5 8,4
Сосна 13,5 12,3 11,7 11,1 9,8
Лиственница 14,9 13,5 12,8 12,2 10,8
Береза 16,9 15,4 14,6 13,9 12,3
Дуб 21,0 19,1 18,1 17,1 15,3
Ясень 23,7 21,5 20,4 19,4 17,2
припуска при фасонном фрезеровании. Указанные положения и гипотезы нуждаются в экспериментальной проверке. Для этого проводили цилиндрическое и профильное фрезерование периферийных сегментов хвойных пород естественной влажности на спроектированном и изготовленном станке ПФП-100 [6, 7] при следующих режимах: скорость резания - 45 м/с, скорость рабочей подачи - 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 и 12 м/мин; припуск на обработку - 10-20 мм.
Для обработки использовали типовую сборную фрезу с механическим креплением режущих пластин из быстрорежущей стали Р6М5 с углом наклона ю = 0 к оси вращения инструмента. Размеры фрезы: максимальный диаметр - 180 мм, минимальный диаметр - 160 мм, высота - 100 мм, радиус профиля Ярк = 106,3 мм [8]. Для скоростей подачи vs < < 10 м/мин расхождение теоретических и экспериментальных данных составило 4,2-5,1 %.
Сравнение результатов расчетов и экспериментов для более высоких скоростей рабочей подачи не представилось возможным из-за нестабильного протекания процесса профильного фрезерования периферийных сегментов, что подтвердило выдвинутую гипотезу о необходимости оснащения станка системой автоматического регулирования мощности фрезерования.
Для профильного фрезерования отходов лесопиления на указанных выше режимах резания мощность, потребляемая приводом главного движения, превышала на 6-22 % по сравнению с цилиндрическим фрезерованием. Эксперименты подтвердили также возможность более простой ориентации дре-
весных заготовок при направлении их в зону резания вершинным концом, вследствие чего направление заготовки в зону резания комлевым концом использовать нецелесообразно.
Проведена скоростная фотосъемка профильного и цилиндрического фрезерования отходов лесопиления. Использовали скоростную фотокамеру мод. Canon EOS 7D, диафрагма f/5.6, выдержка 1/8000 с, скорость ISO-3200, фокусное расстояние - 50 мм. При цилиндрическом фрезеровании деформируемый слой древесины, подлежащий снятию, а также сформированная при этом стружка расположены параллельно режущему зубу фрезы. В зоне фрезерования во взвешенном состоянии постоянно находится мелкая стружка, при этом ее масса сравнительно небольшая, что подтверждается достаточно хорошей видимостью быстро вращающейся цилиндрической фрезы. В процессе профильного фрезерования в зоне резания во взвешенном состоянии находится значительно больший объем взвешенной мелкой стружки, что подтверждается увеличением количества светлых точек и значительным ухудшением видимости контура вращающейся фасонной фрезы. Деформируемый слой древесины искривляется в направлении, обратном кривизне вогнутой режущей пластины. Чем большее расстояние режущий клин проходит по дуге контакта, тем больше кривизна снимаемого слоя, а после выхода зуба из контакта с заготовкой размельченная стружка приобретает приблизительно /У-образный криволинейный контур, и в таком виде стружка выбрасывается из зоны резания. Скоростная фотосъемка подтвердила более тонкое размельчение
88
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
снимаемого припуска, на что требуется подвод большей энергии в единицу времени. Искривление снимаемого слоя древесины в процессе профильного фрезерования объясняется различными скоростями движения элементов стружки по передней поверхности режущего клина: в окрестности каждого из торцов диаметр фасонной фрезы максимальный, в поперечной плоскости симметрии - минимальный, что является причиной различный скоростей резания, а, следовательно, скоростей скольжения стружки по режущей пластине.
Проводили также профильное фрезерование сбежистых заготовок из сосны на скоростях подачи, превышающих 10 м/мин. Вследствие значительного увеличения припуска (на 25-30 мм в конце обработки периферийного сегмента) мощность и сила резания возрастали настолько, что происходил срез древесины в местах контакта зубьев приводных вальцов с установочной технологической базой заготовки. При дополнительном прижатии вальцов к заготовке срез древесины не происходил, но наблюдалась интенсивная вибрация технологической системы и резкое ухудшение качества обработанных поверхностей. Эти результаты подтвердили ранее выдвинутую гипотезу о том, что реализация высокопроизводительного профильного фрезерования отходов лесопиления требует решения вопроса, связанного с автоматическим регулированием мощности резания.
Таким образом, научные положения и гипотезы, сформулированные в теоретической части работы, получили полное экспериментальное подтверждение, а полученная научная информация может использоваться при проектировании оборудования и процесса профильного фрезерования крупных отходов лесопиления.
Библиографический список
1. Амалицкий, В.В. Деревообрабатывающие станки и инструменты: учебник / В.В. Амалицкий, В.В. Амалицкий. - М.: ИРПО, Издательский центр «Академия», 2002. - 400 с.
2. Любченко, В.И. Резание древесины и древесных материалов: учебник для вузов. 3-е изд. / В.И. Любченко. - М.: МГУЛ, 2004. - 310 с.
3. Глебов, И.Т. Резание древесины: учеб. пособие / И.Т. Глебов.- Екатеринбург: УГЛТУ, 2007.- 228 с.
4. Рыкунин, С.Н. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств: учеб. пос. / С.Н. Рыкунин, Ю.П. Тюкина, B.C. Шалаев - М.: МГУЛ, 2003. - 225 с.
5. Пижурин, А.А. Моделирование и оптимизация процессов деревообработки: учебник для вузов / А.А. Пижурин. - М.: МГУЛ, 2004. - 375 с.
6. Пат. № 95589 Российская Федерация, МПК В27С, 1/00. Станок для первичной обработки горбыля / Фомин А.А., Гусев В.Г.: заявл. 11. 03. 2010; опубл. 10. 07. 2010. Бюл. № 19.
7. Пат. № 2443547 Российская Федерация, МПК В27С, 1/00. Способ первичной обработки горбыля / Фомин А.А., Гусев В.Г.: заявл. 11. 03. 2010; опубл. 27. 02. 2012. Бюл. № 6.
8. Фомин, А.А. Оборудование и технология механической обработки отходов лесопиления : монография / А.А. Фомин - М.: Машиностроение, 2013. - 206 с.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
плотности древесины с помощью рентгеновского излучения и устройства для измерения сопротивления сверлению
Е.С. ШАРАПОВ, доц. каф. деревообрабатывающих производств Поволжского ГТУ, канд. техн. наук,
В.Ю. ЧЕРНОВ, асп каф. деревообрабатывающих производств Поволжского ГТУ
Древесина является одним из наиболее распространенных материалов, широко используемых в строительстве, мебельном и целлюлозно-бумажном производствах. Ос-
sharapov_evgeniy@mail.ru
новные преимущества древесины как материала: высокие прочностные характеристики, экологичность использования, устойчивость к воздействию окружающей среды, восста-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2014
89
