Продольное пиление древесины пилой с косой заточкой зубьев Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ДЕРЕВООБРАБОТКА

10 20 30 40

Время, мин

50 60

0

Рис. 3. График зависимости величины поглощения антисептика «Ултан» в зависимости от времени выдержки под вакуумом: 1 - сосновых заготовок с преобладанием заболони («мгновенное» создание разряжения); 2 - сосновых заготовок с преобладанием ядра («мгновенное» создание разряжения); 3 - еловых образцов («мгновенное» создание разряжения); 4 - еловых образцов (постепенное создание разряжения)

2) стабилизировать разряжение для еще большего повышения пропускной способности окаймленных пор;

3) с целью увеличения глубины проникновения защитного средства в древесный материал применить циклическое гидродавление;

4) для исключения возможности возникновения компрессии воздуха, оставшегося в древесине, ограничить величину гидродавления, создаваемого в режиме пропитки, значениями 0,1 ..., 0,2 МПа.

Эксперименты показали, что заболонь и при стационарных нагрузках (в нашем случае разряжении) пропитывается хорошо. Для ядровой и спелодревесной древесины оптимальной оказалась выдержка под разряжением в 0,08 МПа продолжительностью в 20 мин (рис. 3). Это можно объяснить тем, что про-

движение фронта пропиточной жидкости прекращается вследствие перекрытия входов в поры торусами. В заполненных раствором клетках начинаются реакции взаимодействия «Ултан» с веществами древесины с образованием кристаллов арсенатов меди и хрома, которые вытесняют непрореагировавший раствор из полостей клеток.

С целью более глубокого продвижения пропиточного раствора необходимо применить переменные нагрузки в виде циклического гидродавления, что позволит исключить смещение торусов к входам в поровые камеры. Кроме того, давление жидкости величиной 0,1-0,2 МПа не способно спровоцировать компрессию защемленного в полостях клеток воздуха, что снимает необходимость в проведении операции осушающего вакуумирования древесины для подсушки ее поверхности.

Как показали опытные пропитки, применение данных рекомендаций позволяет обеспечить требуемое качество консервирования древесины, сократив весь процесс до 1 часа, а энергопотребление - до 1 кВт/м3.

Библиографический список

1. Материалы межрегиональной научно-технической конференции «Производство, применение, свойства первого в России хромомедномышьякового (ССА) антисептика “Ултан”», Екатеринбург, 2006. - 55 с.

2. Ермолин, В.Н. Основы повышения проницаемости жидкостями древесины хвойных пород: Монография / В.Н.Ермолин. - Красноярск, СибГТУ, 1999. - 100 с.

3. Калачев, Г.П. Исследование процесса и разработка технологии пропитки древесины с использованием импульсных колебаний: дисс. ... канд. техн. наук / Г.П. Калачев. - М.: МЛТИ, 1980. - 180с.

4. Корнфельд, М.О. Упругость и прочность жидкостей / М.О. Корнфельд, - М.-Л., 1951. - 107 с.

ПРОДОЛЬНОЕ ПИЛЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ПИЛОЙ

С косой заточкой зубьев

И.Т. ГЛЕБОВ, проф. каф. станков и инструментов УГЛТУ, канд. техн. наук, А.К. ГОРОХОВСКИЙ, асс. каф. станков и инструментов УГЛТУ

Для продольного пиления древесины используют пилы с различными зубьями: плющеными, разведенными, оснащенными пластинками твердого сплава, с косой заточкой

и т.д. Одной из задач процесса пиления является снижение энергопотребления. Для решения такой задачи зубья пилы выполняют с косой заточкой: поочередно с правой и левой заточкой.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

177

ДЕРЕВООБРАБОТКА

5 4 3 2 1

Рис. 1. Поперечные сечения срезаемых слоев: а - зубчатая кромка пилы; б - сечения срезаемых слоев

//А

Рис. 2. Схема продольного пиления круглой пилой

На рис. 1а показан профиль зубьев кромки пилы в пропиле, на рис. 1б - сечения срезаемых слоев зубьями при одинаковой подаче на зуб S . Ширина пропила равна b.

Площади поперечных сечений срезаемых слоев зубьями 3, 4, 5 и т.д. одинаковы. Найдем площадь S поперечного сечения срезаемого слоя для зуба 4. Проведя ось симметрии пропила, получим Adcm = Amgh. Сложное по форме сечение срезаемого слоя заменим параллелограммом dhfe. Площадь его S = 2Sb/2.

Средняя длина рабочей части режущей кромки равна lp = b / 2cosX. Тогда средняя толщина срезаемого слоя при пилении круглой пилой

аср = (S / lp) sinp = 2SzcosXsinp, (1)

где р - угол подачи.

Эта формула получена для случая, когда величина n > Sz, n = btgX, (рис. 1). Если n < S, то

аср = Sz cos X sin p. (2)

Пример. Ширина пропила b = 3,6 мм, подача на зуб Sz = 0,5 мм, угол наклона режущей кромки X =5е и 10е. Определить величину n и формулу для определения толщины срезаемого слоя.

Решение. n = btgX = 3,6 tg 5°= 0,315 мм. При X = 10° n = 0,635 мм.

Толщину срезаемого слоя следует находить в первом случае по формуле (2), а во втором - по (1).

На рис. 2 приведена схема пиления круглой пилой со скошенными зубьями. Если угол наклона режущей кромки X = 0°, то режущая кромка расположена перпендикулярно стенкам пропила (показана точкой). Угол встречи фв при пилении изменяется от нуля в точке А до 90° в точке С (90° > ф > 0). Процесс резания изменяется от продольного // до торцового X. В произвольной точке В дуги контакта имеет место продольно-торцовое резание.

Если угол наклона режущей кромки X = 90°, то режущая кромка расположена параллельно стенкам пропила (показана прямой линией). Угол скоса фс при пилении изменяется от нуля в точке А до 90° в точке С (90° > ф > 0). Процесс резания изменяется от продольного // до поперечного #. В произвольной точке В дуги контакта имеет место продольно-поперечное резание, а угол скоса равен углу встречи, фс = фв.

Если угол наклона режущей кромки 90° > X > 0, то в произвольной точке В дуги контакта резание переходит от продольно-торцового к продольно-поперечному и получается продольно-торцово-поперечное резание, которое характеризуется углом наклона фн. Угол наклона измеряется в основной плоскости Pv между направлением волокон, направленных в массив, и главной секущей плоскостью P Из рис. 2 следует, фн = X.

Для определения сил и мощности резания необходимо знать значения фиктивной силы резания и касательного давления срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба пилы. Для продольно-торцово-поперечного резания можно записать:

178

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

ДЕРЕВООБРАБОТКА

- фиктивная сила резания

р//-±-# = Р//.± - (Р//-1 - Р//.#)Фн / 90; (3)

- касательное давление срезаемого

слоя на переднюю поверхность зуба

k//-±-# = k //-1 - (k //-1 - k //-#)Фн / 90, (4)

где р//-± = 1,57 + 0,0359 фв [1];

Р// # = 1,57 - 0,0065 фс ; k// ±= (0,196 + 0,0039фв)5 + (0,069 +

+ 0,0014фв)Г - (5,4 + 0,158 фв); k// #= (0,196 - 0,00184фс)5 +[0,069 -- (0,069 - Б)0,011фс]Г - (5,4 - 0,053фс);

Б# = 0,059^0,069, меньшее значение Б# при 5 < 55°,большее - при 5 > 55°;

5 - угол резания, град;

V - условная скорость резания, м/с, причем, если V < 50 м/с ,то V = (90 - V ), иначе V = V, где V - скорость главного движения.

Если фн = 90°, то из (3) и (4) получаем данные для продольно-поперечного резания. Если фн = 0°, то из (3) и (4) получаем данные для продольно-торцового резания (рис. 2).

Порядок расчета поясним на примере. Пример. На однопильном круглопильном станке распиливаются сосновые брусья на доски. Диаметр пилы D = 650 мм, число зубьев z = 36, толщина диска пилы S = 4,4 мм, уширение зубьев на сторону S—1,2 мм, ширина пропила b = 6,8 мм, зубья оснащены пластинами твердого сплава ВК15, угол резания 5 = 70°, скорость подачи V = 10 м/мин, частота вращения пильного вала n = 1500 мин1. Зубья пилы имеют косую заточку с углом наклона режущей кромки X = 10°. Определить мощность механизма главного движения в сравнении с пилением пилой с зубьями прямой заточки.

Решение. Величина смещения режущей кромки зуба с косой заточкой n = btgX = 6,8 tg 10° = 1,2 мм.

2. Окружной шаг зубьев

t = nD/z = 3,14 • 650/36 = 56,7 мм.

3. Углы (табл. 1):

- входа фвх = arccos((^ + t) / R) = = arccos((2(105 + 100)) / 650) = 0,888 рад;

- выхода фвых = arccos(^ / R) = = arccos((2*105) / 650) = 1,24 рад;

- контакта ф = ф - ф = 1,24 - 0,888 = = 0,354 рад;

- среднее значение фс = фв = д = ( фвх + фвых )/2 = (0,888+1,24)/2 = 1,065 р“ад = 61°. вх

Таблица

Результаты расчетов

Параметры Пила комбини- рованная Пила с прямой заточкой

Окружной шаг зубьев /, мм -56,7 56,7

Углы: входа фвх, рад 0,888 0,888

выхода фвых, рад 1,242 1,242

контакта фк, рад 0,354 0,354

среднее фв град 61 61

Длина дуги контакта пилы с брусом l, мм 114,9 114,9

Скорость главного движения V м/с 51,1 51,1

Фиктивная сила р// ± 3,76 3,76

резания древесины со- р//- # 1,17 -

сны, Н/мм Р//-±-#Р 3,47 -

Касательное давление k//-±_# 23,22 23,22

стружки на переднюю k//-# 7,22 -

поверхность зуба, МПа k//-± 21,44 -

Величина затупления Ар, мкм 6,7 6,7

Коэффициент затупления ар 1,18 1,18

Значение подачи на зуб S, мм 0,19 0,19

Толщина срезаемого слоя а, мм 0,32 0,16

Удельная сила резания F„, МПа 37,98 52,52

Мощность механизма главного движения Р, кВт 4,30 5,95

4. Длина дуги контакта пилы с брусом l = ф D / 2 = 0,354-650/2 = 114,9 мм.

5. Скорость главного движения

V = nDn / 60 000 =

= 3,14-650-1 500/60 000 = 51,1 м/с.

6. Фиктивная сила резания древесины

сосны:

- Р//± = 1,57 + 0,0359фв =

= 1,57 + 0,0359-61 = 3,76 Н/мм;

- Р// # = 1,57 - 0,0065 фс =

= 1,57 - 0,0065-61= 1,17 Н/мм;

- Р//-±-# = Р//-± - (Р//_± - Р//-#)фн / 90 =

= 3,76 - (3,76 - 1,17)10/90 =3,47 Н/мм.

7. Касательное давление стружки на переднюю поверхность зуба:

- k// ± = (0,196 + 0,0039-61)70 + (0,069 +

+ 0,0014-61) - 51,1 - (5,4 + 0,158-61) =

= 23,2 МПа;

- k//- # = 7,2 МПа;

- k//-±-# = k//-±-# = k //-± - (k //-± - k //-#)фн / 90 =

= 23,2 - (23,2 - 7,2) - 10/90 = 21,4 МПа.

8. Величина затупления режущей кромки зуба

Ар = уЛпГКК /1000 = 0,0001-114,9 х х 1500 - 480 - 0,9 - 0,9/1000 = 6,7 мкм.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

179