CC BY
29
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕЗЦА
С МЕРЗЛОЙ ДРЕВЕСИНОЙ
Сиваков В.В. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
Some features of interaction of a cutter with frozen wood.
Процесс резания древесины состоит из следующих периодов: врезания, перерезания волокон и отделение частиц древесины в виде стружки, выхода из древесины и холостого пробега. Во время каждого из этих периодов преобладает один из механизмов изнашивания: выкрашивание или постепенный износ [1].
Процесс врезания резца в мерзлую древесину может привести к интенсификации трещинообразования и выкрашивания режущей кромки, так как общее сопротивление резанию при этом увеличивается практически мгновенно, а материал резца становится более хрупким под действием отрицательных температур.
Выкрашивание также наблюдается в случае перерезания волокон из-за неоднородного распределения контактных нагрузок на лезвие. При отрицательных температурах происходит повышение прочностных свойств древесины, в результате чего неоднородность нагружения режущей кромки снижается и постепенный износ может доминировать в этот период. С понижением температуры интенсивность процесса изнашивания увеличивается.
При врезании в мерзлую древесину холодного резца его температура в результате трения по ледяным включениям и древесным волокнам будет быстро расти, достигая максимального за цикл значения в точке выхода из древесины. При этом происходят два процесса- нагрев поверхности резца при трении, а также отвод тепла с поверхности на расплавление льда и испарение образовавшейся влаги [2].
Схематизация источников тепла представлена на рис.1. Продолжительность непрерывного действия этих источников определяется временем одного реза, что придает процессу нагрева резца при резании циклический (импульсный) характер, а тепловой поток можно считать стационарным лишь на некотором удалении от режущего элемента. Поэтому общая температура достигнет стабильного значения только через некоторое время работы. Время стабилизации температурного режима зависит от вида и условий обработки. Схема изменения температуры при резании приведена на рис.2.
Для исследования распределения температур вблизи лезвия можно использовать нестационарное уравнение теплопроводности, предположив с целью получения более простого решения, что вся теплота выделяется на режущей кромке и отводится в тело за счет теплопроводости, и учитывая, что интенсивность охлаждения поверхностей резца во время холостого пробега, а также при взаимодействии с ледяными включениями в древесине часть тепла с его поверхности расходуется на растопление льда и испарение
образовавшейся воды, в результате чего поверхностные слои испытывают тепловые удары, что может способствовать интенсификации как износа, так и выкрашивания.
Температура на рабочих поверхностях может быть рассчитана по формуле
1
4 аЛ
-Ъл
Т(г, г) = Т0 е 4-
ор 2Д/г г
где Т0- температура окружающей среды; Ь- коэффициент температуроотдачи; аг - температуропроводность резца с учетом условия резания мерзлой древесины; @ - угол заострения; _ выделяющая энергия, X-время, прошедшее с момента воздействия источника тепла; г2 - координаты точки; с- теплоемкость; р- плотность инструментального материала.
При резании температура режущего элемента циклически изменяется. При этом неустановившийся тепловой режим контактирующих поверхностей режущего элемента обусловливает возникновение температурных напряжений, которые способствуют хрупкому разрушению материала и рассчитываются по формуле
Е - а0 -а- а
&г ~ .л (гтах гнач) ,
3,25(1 - ц)А
где ц- коэффициент Пуассона; Е- модуль продольной упругости; а0-температурный коэффициент теплового расширения; Хнб- наибольшая температура нагрева; Хнм- наименьшая температура нагрева; А-теплопроводность материала резца; а- коэффициент теплоотдачи окружающей среды; а- половина толщины инструментальной пластины.
Упругое во сстановле ние
Рисунок 1 - Схема источников тепла, действующих на резец
а
£ а и
С
§
и Н
температура на рабочей поверхности
средняя температура резца
температура окружающей среды
Время работы
Рисунок 2 - Изменение температуры резца в процессе резания
В случае обработки мерзлой древесины перепад температур увеличивается, что может способствовать достижению более высоких значений температурных напряжений и вследствие этого повышенному трещинообразованию режущей кромки, что приводит к интенсификации износа инструмента.
Литература
1. Памфилов Е.А., Петренко Н.М. К вопросу о механизме изнашивания дереворежущего инструмента//Изв.вузов. Лесной журнал. 1978, №3.- С. 148-150.
2. Сиваков, В.В. Повышение износостойкости режущих рабочих органов лесозаготовительных машин и инструмента для резания мерзлой древесины: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических. - Брянск, 2000.
