CC BY
8
5. Глухих Л. С. Экспериментальное исследование внутренних напряжений в клеевом шве при фанеровании: дис. ... канд. техн. наук. Свердловск, 1970. 195 с.
6. Саенко В. Т. Исследование и разработка новых видов фанеры конструкционного назначения из древесины лиственницы: дис. ... канд. техн. М., 1980. 192 с.
7. Бегунков О. И., Бегункова Н. О. Оценка внутренних напряжений в фанере // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур : материалы VII междунар. науч.-практ. конф. (Хабаровск, 4 мая 2018 г.). Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018. Вып. 7. С. 19-21.
8. Куликов В. А., Чубов А. Б. Технология клееных материалов и плит: учебник для вузов. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 344 с.
9. Исаев С. П. Повышение эффективности склеивания лиственничного шпона при изготовлении фанеры марки ФСФ: дис. ... канд. техн. наук Л., 1986. 221 с.
10. Израелит А. Б. Оптимизация конструктивных форм гнутоклееных изделий из шпона. М.: Лесн. пром-сть, 1977. 72 с.
УДК 674.815-41
СНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
REDUCED COST OF WOODBOARDS FOR HORIZONTAL ELEMENTS
Плотников С.М. (Сибирский государственный университет науки и технологий имениМ.Ф. Решетнева, г. Красноярск, РФ) Plotnikov S.M. (Siberian State University of Science and Technology)
Показана возможность снижения стоимости трехслойных древесных плит, находящихся в горизонтальном положении, за счет создания послойной асимметрии их конструкции.
The possibility of reducing the cost of three-layer wood boards in a horizontal position by creating a layered asymmetry of the structure is shown.
Ключевые слова: древесная плита, растяжение, сжатие, односторонняя прочность
Keywords: wood board, tensile, compression, one-way strength
До 30 % древесных плит, включая OSB, в строительных конструкциях и в мебельных элементах находятся в горизонтальном положении (в книжных полках - до 85 %) и являются несущими. Такие плиты подвергаются нагрузке изгиба, при которой нижняя половина плиты работает на растяжение, а верхняя - на сжатие вдоль пласти. Предел прочности на растяжение характеризует предельную силу, которую выдерживает 1 см2 поперечного сечения постепенно растягиваемого образца до момента его разрыва. Аналогично можно описать предел прочности на сжатие.
Пределы прочности древесных плит на сжатие и растяжение вдоль пла-сти установлены в [1]. Усредненные зависимости данных величин от плотности плиты с 15-процентным содержанием смолы представлены на рисунке 1. Здесь же показано отношение этих величин.
20
15
10
5 0
8 г . 1/
бСж> ^ *
^б ^-^раст
2,0 1,6 1,2 0,8 0,4
Р, кг/м3
200 400 600 800
Рисунок 1 - Зависимости пределов прочности плиты и их соотношений от плотности
Связь между прочностью на растяжение араст и сжатие асж плиты и ее плотностью (р, кг/м3) приближенно можно выразить линейными уравнениями
Сраст = 0,022р - 2, Осж = 0,028р + 2.
Под термином «прочность» в данном случае подразумевается предел прочности. Известно, что разрушение при изгибе происходит в момент, когда напряжения в растянутой зоне (нижняя половина плиты) достигают предела прочности, при этом в сжатой зоне (верхняя половина плиты) они остаются значительно ниже предельной величины, т.е. араст < асж.
Модуль упругости на растяжение и сжатие вдоль волокон древесных частиц для различных пород древесины приблизительно одинаков [2]. То же самое относится и к отвердевшей смоле.
Для диапазона плотностей производимых в настоящее время древесных плит предел прочности на сжатие в 1,5...2 раза превышает предел прочности на растяжение. Отношение этих величин тем больше, чем ниже плотность плиты. Для плиты средней плотности (р = 700 кг/м3) принимаем 5 = асж/ар = 1,6 .
Прочность определяется наименьшей величиной сопротивления материала, т.е. прочностью наиболее слабого звена [3]. При прочих равных условиях прочность древесной плиты на сжатие превышает прочность на растяжение параллельно пласти, поэтому в условиях изгиба излом однородной плиты всегда начинается на нижней стороне, испытывающей растяжение, в то время как верхняя сторона плиты формально имеет завышенную прочность. Исходя из критерия экономичности, плита должна быть равнопрочной конструкцией относительно своей основной нагрузки - изгибающей. Сделав верхнюю и нижнюю стороны плиты равнопрочными относительно горизонтальной центральной плоскости, можно либо экономить смолу в верхних слоях плиты, либо использовать в них низкокачественные материалы. В этом случае плита будет иметь конструкцию, несимметричную по толщине, т.к. в верхний наружный слой смолы внесено меньше, чем в нижний. Такая несимметрия профиля является одной из причин, вызывающей покоробленность плиты. Данный дефект, устраняется активными способами [4].
Рассмотрим возможность экономии смолы при условии равнопрочно-
сти верхней и нижнеи сторон древесной плиты, что позволит снизить ее стоимость.
В современных трехслойных плитах содержание смолы в наружных слоях составляет в среднем 15%, во внутреннем - до 5%. При уменьшении последнего показателя в плите теряется необходимое внутреннее сцепление частиц. При этом, как правило, выдерживают соотношение наружных и внутреннего слоев 1+ 3 + 1. Таким образом, число условных единиц связующего (произведение процента связующего на его долю) в симметричной плите составляет
Е = 15*1 + 5*3 + 15*1 = 45.
В равнопрочной плите один из наружных слоев, как показано выше, может содержать смолы в 1,6 раз меньше, поэтому число условных единиц смолы
15
Ер = 15*1 + 5*3 + —*1 = 39,3.
1,6
Таким образом, экономия смолы составляет 14,5 %. Примерно на тот же процент сокращается выделение формальдегида из такой плиты. Стоимость нетоксичной, быстроотверждающейся смолы для современных плит составляет свыше 50% от стоимости всего изделия, следовательно, стоимость продукции снижается не менее, чем на 7,25 %.
Теоретические результаты были подтверждены экспериментально. Две партии трехслойных плит толщиной 20 мм форматом 430-430 мм2 (по 10 в каждой партии) с соотношением слоев 1+ 3 + 1 были изготовлены в лабораторных условиях. В первой партии наружные слои содержали 15% смолы, во второй количество смолы в одном из наружных слоев было снижено до 9,3%. Плиты прессовались при температуре прессующих поверхностей 1600С для первой партии и при температуре 174 0С / 146 0С для второй партии, т.е. средняя температура прессования оставалась постоянной. В процессе прессования слой плиты с меньшей концентрацией смолы касался более горячей прессующей поверхности. Разность температур между прессующими поверхностями 28 0С, требуемая для исключения коробления готовых плит, была найдена из [4].
Результаты статистической обработки изгибной прочности трехслойных плит представлены в табл. 1. Покоробленность плит лежала в пределах нормы.
Таблица 1 - Прочность при изгибе плит с различным содержанием смолы в наружных слоях
Плита Содержание смолы в наружных слоях, % Предел прочности при изгибе, МПа
Верхний слой Нижний слой
Контрольная 15,0 15,0 19,8
симметричная
Асимметричная 15,0 9,3 11,2
9,3 15,0 19,7
Прочность на изгиб асимметричной плиты с менее осмоленным верхним слоем практически не отличалась от прочности симметричной плиты и составляла 18,8 МПа. Если же при изгибе менее осмоленный слой находился снизу, наблюдалось значительное уменьшение прочности до 11,2 МПа. В
связи с этим использование несимметричной плиты имеет ту особенность, что одну из ее пластей необходимо маркировать, и плита должна быть в горизонтальном положении соответственно маркировке.
Небольшое усложнение технологии изготовления несимметричных плит (формирование стружечных ковров с тремя уровнями осмоленности вместо двух, создание температурного или влажностного дисбалансов при прессовании, а также необходимость маркировки плиты) компенсируется экономией смолы или использованием низкокачественного стружечного сырья, себестоимость таких плит снижается.
Список использованных источников
1. Кауфман Б.Н. Производство и применение древесно-стружечных плит. М.: Лесн. пром-сть, 1958. 196 с.
2. Niemz P., Schweitzer F. Einfluß ausgewählter Strukturparameter auf die Zug- und Druckfestigkeit von Spanplatten / Holz als Roh- und Werkstoff. Berlin, 1990. S. 361-364.
3. Фудзи Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов: пер с японск. М.: Мир, 1982. 232 с.
4. Плотников С.М. Управление покоробленностью древесных плит: монография. Красноярск: СибГТУ, 2016. 104 с.
УДК 621.785.532
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
RESEARCH OF THE POSSIBILITY OF USING MULTILAYERED STEEL MATERIALS FOR A WOODWORKING TOOL
Поликевич К.Б. Минаков А.И., Плохих А.И.
(Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), г.Москва, РФ)
Polikevich K.B., Minakov A.A., Plokhikh A.I.
(Bauman Moscow State Technical University)
В результате периодических динамических нагрузок зачастую происходит износ зубьев фрез, что приводит к уменьшению стойкости инструмента. Для повышения стойкости предложен для применения новый класс многослойных металлических материалов после проведения химико-термической обработки азотированием. Наличие ламинарной структуры позволяет увеличить глубину проникновение диффузанта, что может привести к увеличению износостойкости материала и, как следствие, увеличению стойкости инструмента.
As a result of periodic dynamic loads, wear of the cutter teeth often occurs, which leads to a decrease in tool life. To increase the resistance, a new class of multilayer metal materials after chemical-thermal treatment with nitriding has been proposed for use. The presence of a laminar structure makes it possible to increase the penetration depth of the diffusant, which can lead to an increase in the wear resistance of the material and, as a result, an increase in the tool life.
