CC BY
6
УДК 621.9.02
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОГИИ КАЛИБРОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ
В. Ю. Екимова, П. В. Цаплин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: tsaplin10@mail.ru
Представлены расчёты мощности станка для калибрования древесностружечных плит в первом его приближении. Представлен способ калибрования древесностружечных плит комбинированным способом.
Ключевые слова: термосиловое воздействие, древесно-стружечные плиты, тепловая энергия, шероховатость поверхности, трение,
FEASIBILITY TECHNOLOGY BACKGROUND CALIBRATION OF CHIPBOARDS COMBINED METHOD
V. Y. Ekimova, P. V. Tsaplin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: tsaplin10@mail.ru
The article presents the calculations of the power of the machine for the calibration of particle boards in its first approximation. The method of calibration ofparticle boards by the combined method is presented.
Keywords: thermal force, particle Board, thermal energy, surface roughness, friction,
В стратегии развития лесного комплекса РФ до 2020 года, утверждённая приказом (№ 242/482) министерства промышленности и торговли РФ, министерством сельского хозяйства РФ от 31 октября 2008 года, определяются приоритетные направления развития лесной отрасли, в том числе переработки древесного сырья и пути их реализации. В частности, поставлена задача получения древесных плитных изделий для мебельного производства с наименьшими энергозатратами, но при этом более высокого качества. Широко используемые в промышленном производстве в настоящие время шлифовальные ленты для обработки поверхности древесных плит обладают рядом недостатков. К основным можно перечислить как получение невозвратных отходов, повышенная шероховатость поверхности под ламинирование, высокая потребляемая мощность, кропногабаритность и т. д. Предлагаемый способ термосиловой обработки поверхности плит исключает вышеперечисленные недостатки. Главная особенность предлагаемого способа состоит в организованном резании фрезой для снятия припуска с последующим выглаживанием за счёт сил трения термопротяжным узлом (см. рисунок).
Согласно закону сохранения энергии выделенное количество тепловой энергии требуется для нагрева пластины до температуры необходимой для достижения минимума шероховатости поверхности плиты. Точки, с одинаковой температурой в совокупности образуют изотермическую поверхность. Изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности.
Совместный способ фрезерования и термосилового воздействия на поверхность древесных композиционной плит: 1 - винтовая фреза; 2 - термопротяжный узел
Резкое изменение температуры получается в направлении нормали п к изотермической поверхности. Поэтому температурное изменение плиты при термосиловом воздействии можно описать с помощью температурного градиента. Предел отношения изменения температуры Д? к расстоянию между изотермами по нормали Дп называется градиентом температуры:
,5? | Л ,
дш | — I = — == grad ? = VI 5п) Лп
(1)
с1а88=8ес1:юп2>
Переход трения в теплоту осуществляется суммарной мощностью двигателя (Кдв) в составе следующих компонентов:
т. е.
где
^в ^водила (Срезания + ^трения) + -^подачт плиты + ^нагрев пластины + -^хол^д^
N = N + N + N + N + N
дв рез тр под нагр хол.ход
(2)
ЛМрез =
р 30
Сила резания ^рез зависит от глубины резания И и плотности плиты р и площади контакта S,
т. е.
Брез = И р 8.
(3)
Термопротяжный узел в нашем случае совершает вращательное движение. Поэтому при расчёте потребляемой мощности необходимо учитывать линейную окружную скорость. Линейная окружная скорость - равномерное движение по окружности с постоянной частотой вращения и в технике определяется числом оборотов в минуту, а поэтому
2пЯМ пШ
Г"' = (4)
где Я - радиус фрезы; N - число оборотов.
В процессе производства ДСтП неизбежно возникают недопустимые нормы качества её для мебельной промышленности. Так при калибровке плит винтовой фрезой со сложным движением режущей кромки после шестичасовой эксплуатации шероховатость достигается 500-550 мкм, что недостаточно.
В процессе контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью всегда могут возникать отличия от поверхности, заданной чертежом изделия. Характеристикой качества ДСтП является её шероховатость: чередование выступов и впадин, различные неровности, вызванные резанием и термосиловым воздействием. Задачей обрабатывающих инструментов является получение
поверхности не только с малой шероховатостью, но и с минимальной глубиной деформированного слоя.
Для устранения разнотолщинности, не параллельности, различных неровностей и различной шероховатостей согласно ГОСТ 10632-89 и 15812-89 необходима промежуточная операция калибрования со снятием припуска путём шлифования на станках с барабанным или ленточным механизмом, совершенствование технологии ДСтП путём создания новых типов машин с системами приводов режущих и формообразующих узлов, обладающих высокой производительностью, долговечностью, надёжностью и экономичностью. Очевидно, что в основу привода конструкции станков должны быть заложены условия, исключающие превращение снятого припуска изделия в пыль. Заменив шлифование направленным, организованным узлом резания, представляется возможность получать требуемые фракции отходов без абразива и с возможностью их повторного использования. Нами рассматривается способ снижения шероховатости плит при более длительной эксплуатации фрезы методом термосилового воздействия.
Принимая за основу калибровку и снижения шероховатости плит очевидно, что силы сопротивления резания и выглаживания плиты распределены на разных концах равноплечего рычага и могут иметь разные силы сопротивления. Считая это звено звеном приведения, запишем дифференциальное уравнение второго порядка, включающего работу движущих сил и кинетическую энергию вращающегося рычага
А = Т. (5)
Мизб Ф = (1пр Ш12 / 2), (6)
где Мизб - избыточный момент, равный разности приведённых моментов сил движущихся и сил сопротивления,
Мизб = Мдв - Мсопр, (7)
или
(1пр Ш12 / 2) = Мдв - Мсопр. (8)
Очевидно, обрабатывающий узел должен быть идеально сбалансирован, коэффициент неравномерного хода должен быть минимален и угловое ускорение стремиться к нулю, тогда уравнение движения (8) примет вид
пр ю2
— = М - М (9)
2^Ф дв сопр ^ '
Технология обработки ДСтП методом синтеза калибрования двухподвижной винтовой фрезой (для снятия припуска изделия) и термосилового воздействия с последующим выглаживанием термопротяжной пластиной, установленной на одной оси с фрезой, призвана называться как ресурсосберегающая. Этот метод может быть реализован на основе калибровально-термопро-тяжного узла, который имеет собственную угловую скорость и скорость вращения фрезы.
Предлагаемый метод заключается в замене шлифования направленным организованным узлом резания, чем достигается качество, безотходность и повторность использование оборудование. Суть метода снижения шероховатости поверхности ДСтП термосиловым воздействием заключается при более длительной эксплуатации фрезы.
Режим целенаправленной обработки поверхности ДСтП предъявляет следующие требования:
1. Требование настройки точности кинематических параметров станка (скорость подачи плиты, окружная скорость водила, частота вращения фрезы) и статических настроек термопротяжного узла во избежании износа.
2. Требование балансировки при вращении фрезы относительно вертикальной оси с применением планетарного редуктора, чем достигается устойчивость работы режущего узла способствующий снижения шероховатости.
3. Требование к поверхности термосилового инструмента с использованием композиционно-наплавочных сплавов для увеличения стойкости термосилового инструмента.
4. Требование минимального коэффициент неравномерного хода.
5. Требование стремления углового ускорения к нулю.
В процессе обработки поверхности плит как резанием, так и термосиловым воздействием происходит контакт между поверхностями плиты и обрабатываемого органа. В связи этим происходит износ, как режущего инструмента, так и термопротяжного органа. Интенсивность изнашивания зависит не только от усилия прижима термопротяжного органа, но и во многом зависит как от продолжительности времени работы обрабатываемого инструмента, так и от кинематических параметров работы станка, а именно: скорости подачи плиты, окружной скорости калибро-вально-термопротяжного узла.
При обработке древесно-стружечных плит термопротяжным инструментом на его стойкость могут оказывать влияние следующие факторы: материал термопротяжной пластины, структура древесно-стружечной плиты, её влажность, которая не должна превышать 10 %, марка древесностружечной плиты (П-1, П-2А, П-2Б, П-3), плотность (650-850 кг/м3), химическое строение дре-весно-стружечной плиты, усилие прижима самого термопротяжного инструмента. От каждого перечисленного параметра соответствует и параметр износа термопротяжного инструмента.
В связи с этим, теория и методы проектирования станков, узлов резания и формообразования обработанной поверхности являются актуальными для получения изделий строительного и мебельного назначений из древесных композиционных плит.
Выводы:
1. Предложен и обоснован способ обработки поверхности древесных плитных изделий методом термосилового воздействия;
2. Определена методика расчёта энергопотребления, силовых и кинематических характеристик термопротяжного узла экспериментальной установки по обработки поверхности древесных плит;
3. Приведена кинематическая схема привода термосилового узла;
4. Представлены требования к режиму целенаправленной обработки поверхности древесных плитных изделий.
Библиографические ссылки
1. Кутуков, Л.Г., Зотов Г.А. Шлифовальные станки для обработки древесины [Текст]: / Л.Г. Кутуков, Г.А. Зотов. М. : Лесная. промышленность, 1983. 80 с.
2. Основы теплопередачи [Текст] / М.А. Михеев, И.М. Михеева, М., Энергия, 1977, 344 с.
3. Патент РФ № 2313450 С1. Способ снижения шероховатости и разнотолщинности древесностружечных плит устройство для его осуществления, [Текст]: ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет / А.Г. Ермолович, К. А. Ермолович, В.В. Ромашенко. - За-явл. 29.06.2006, № 2006123154/12; Опубл. в Б.И., 2007, № 36. МПК В 27М 1/02.
4. Патент РФ № 2376131. Способ фрезерования древесных материалов [Текст]: ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет / А.Г. Ермолович, В.В. Ромашенко, П.В. Цаплин,.П.С. Шастовский, заявл. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), опубл. в Б.И., 2009 № 15 МПК В 270 1/02 (2006.01).
5. Шастовский П. С., Ереско С. П., Алашкевич Ю. Д. Экспериментальные исследования получения плит из фрезерной стружки на лабораторном прессе и установление физико-механических характеристик // Хвойные бореальной зоны. 2015. Т. 33. № 1-2. С. 73-77.
© Екимова В. Ю., Цаплин П. В., 2019
