CC BY
10
УДК 674.053
B. Т. Лукаш, соискатель, заведующий лабораторией (БГТУ);
C. А. Гриневич, кандидат технических наук, доцент (БГТУ);
А. А. Гришкевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой (БГТУ);
А. Н. Угляница, студент (БГТУ)
УДЕЛЬНАЯ РАБОТА РЕЗАНИЯ ПРИ РАСКРОЕ ЛАМИНИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ (ЛДСтП) ДИСКОВЫМИ ПИЛАМИ
Обеспечение качественного раскроя ламинированных древесностружечных плит дисковыми пилами с пластинами твердого сплава является серьезной проблемой в мебельной промышленности. Для решения этой проблемы разрабатываются новые профили зубьев пил, новые инструментальные материалы, оптимизируются режимы обработки. При этом внедрение каждого нового профиля требует проведения исследований сил резания, мощности, технологической стойкости инструмента и, как результат, разработки рекомендаций для производства.
В статье приведены результаты расчета по экспериментальным данным удельной работы резания при раскрое ламинированных древесностружечных плит твердосплавными пилами с плоскотрапециевидным профилем зуба. Удельная работа резания для тех же условий также была рассчитана по устоявшейся в деревообработке методике. Сравнительный анализ показал, что зависимости имеют идентичный характер, но существенно отличаются в численных значениях.
Providing qualitative cutting the laminated chipboard plates of disk saws with plates of a hard-face alloy is a serious problem in the furniture industry. New profiles of teeths of the saws, new tool materials are developed for the solution of this problem, processing modes are optimized. Thus introduction of each new profile demands carrying out researches of forces of cutting, power, technological stability of the tool which is equipped with it and, as result, development of recommendations for production.
Results of calculation on experimental data of specific work of cutting are given in article at cutting the laminated chipboard plates by hard-alloy saws with a plainly-trapezoid profile of tooth. Specific work of cutting for the same conditions also was calculated by the technique which has settled in a woodworking. The comparative analysis showed that dependences have identical character, but essentially differ in numerical values.
Введение. Деревообрабатывающая промышленность относится к числу непрерывно совершенствующихся отраслей: меняются технологические процессы, модернизируется старое и внедряется новое оборудование, применяется более производительный инструмент. Современный рынок дереворежущего инструмента достаточно насыщен, и зачастую производственнику трудно сориентироваться при выборе. Как правило, он руководствуется только своими знаниями и полученным производственным опытом. Старая методическая и нормативная база, к сожалению, сегодня не совсем актуальна, а новой обучающей литературы и публикаций исследователей недостаточно.
Авторами было принято решение более глубоко изучить процесс обработки современных плитных материалов дисковыми пилами с пластинами твердого сплава с целью определения наивыгоднейших условий их обработки и предложения необходимых рекомендаций.
Область исследований была выбрана не случайно. В мебельной промышлености сегодня широко используются различные древесные композиционные материалы, и в частности древесностружечные плиты, облицованные пленками на основе термореактивных полимеров.
Некоторые аспекты процесса пиления ДСтП поднимались учеными и ранее, но они касались
в основном обработки необлицованных плит [1, 2], и, как правило, результаты были получены для пил из инструментальных сталей либо пил с пластинками твердого сплава, изготовленных согласно ГОСТ 9769-79 [3]. Полученные данные не могут отражать реальной картины обработки ламинированных ДСтП, т. к. последние, кроме повышенной абразивной способности, свойственной всем композиционным материалам, обладают и хрупким облицовочным покрытием, от качества обработки которого в основном и зависит качество выполнения операции пиления.
Кроме того, рекомендуемые ГОСТ 9769-79 пилы для распиловки плитных материалов сегодня уже мало используются, да и сам нормативный документ требует доработки в связи с тем, что появились новые конструкции пил, профили зубьев и их комбинации, применяются другие инструментальные материалы и марки твердого сплава.
Авторами ранее поднимался также вопрос о том, что рекомендации производителей и результаты исследований зачастую не совпадают [4].
Среди вопросов, требующих детального изучения, главными, на наш взгляд, являются стойкость инструмента, качество обработки, энергопотребление и режимы пиления, т. к. они до сих пор остаются открытыми.
Решение данной проблемы может быть получено только путем проведения соответствующих экспериментальных исследований.
Основная часть. В качестве исследуемых были приняты рекомендуемые производителями профили: попеременно-косой (рис. 1), плоскотрапециевидный (рис. 2) и елочно-плоский с вогнутой передней гранью (рис. 3).
\
\
1 \
Y
Рис. 1. Попеременно косой профиль зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП
m о"
\Т / 1И1 44° 1,1
44° "
\ —
-1
Рис. 2. Плоскотрапециевидный профиль зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП
Рис. 3. Елочно-плоский с вогнутой передней гранью профиль зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП
Каждый профиль имеет свои конструктивные особенности и геометрические характеристики, что, безусловно, будет отражаться на условиях работы зубьев.
При раскрое ламинированных ДСтП пилами с попеременно-косым профилем зубьев (рис. 1) обеспечивается эффект подрезки наружных поверхностей обрабатываемого материала. В то же время для этой формы зубьев характерен больший линейный износ, т. к. основная нагрузка
приходится на вершину трехгранного угла, что приводит к достаточно быстрому его затуплению и появлению сколов на поверхности пропила.
Стойкость пил с плоскотрапециевидным профилем зубьев (рис. 2) значительно выше, чем предыдущего, поскольку на резцах с «трапецией» отсутствуют острые углы. В данном случае основную нагрузку несет трапециевидный зуб - он формирует пропил, а прямой выравнивает его, выполняя легкий финишный рез по бокам пропила [5].
Комбинация зубьев, представленная на рис. 3, также позволяет постепенно обрабатывать материал. Зуб треугольной формы осуществляет рассечение поверхностного слоя. Его заостренная форма облегчает удаление материала, позволяет избегать сдавливания и образования сколов. Вогнутая поверхность передней грани обеспечивает плавную обработку материала, начиная с боковых сторон зуба к центру. При такой форме зуба, по словам производителей инструмента, пропил получается ровным и без сколов, что позволяет обходиться без подрезающей пилы. Однако практика использования на производстве пил с елочно-плоским профилем и вогнутой передней гранью зубьев показала, что полностью исключить сколы на двустороннем «лами-нате» при пилении такими пилами невозможно, но их размеры и количество можно уменьшить.
Широкое использование последнего профиля, а также ряда других, появившихся относительно недавно (05 «Ьеисо»), ограничено трудностями, связанными с их подготовкой. В связи с чем последние не получили такого распространения, как первые два.
Представленные особенности работы разных профилей будут отражаться на силовых показателях процесса раскроя ДСтП.
В работах [6-8] приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами на кафедре деревообрабатывающих станков и инструментов Белорусского государственного технологического университета. В частности, получены уравнения регрессии, отражающие влияние подачи на резец и (мм), скорости резания V (м/с), величины выхода пилы из пропила а (мм) на выходные показатели:
• начальная мощность резания (мощность при остром резце), У1 (Вт):
- попеременно-косой профиль зубьев
У1 (Ро) = -1141,46 + 2491,25 -иг +35,70-V-- 9,14 - а -114218,323-иг2 - 0,27 - V2 + 0,15 - а2 + + 216,88-иг - V; (1)
- плоскотрапециевидный профиль зубьев У1 (Ро) = -1479,211 -2015,833-и г +46,205-V -
- 4,994 - а - 0,323 - V2 + 0,081-а2 +
+ 181,25 • U, • V - 31,667 • U, • a;
(2)
• конечная мощность резания (мощность при появлении сколов) - У2 (Вт):
- попеременно-косой профиль зубьев
^ С^кон) = 36,6 + 4228,75 • и2 -1,315 • К -
- 1,38 • а -147625 • В] + 246,875 • • V; (3)
- плоскотрапециевидный профиль зубьев К(Р ) = 296,969+1688,974 • В -1,837 • V -
2 ^ кон ' 7 7 X 7
- 14,884 • а - 62403,846 • В] + 0,178 • а2 + + 233,75 • и2 • V - 69,167 • и2 • а + 0,077 • V • а; (4)
• технологическая стойкость (путь резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала) - У3 (м):
- попеременно-косой профиль зубьев
73(Х) = 3945,1 + 56680 • -136,24 • V + + 53,59 • а - 686875 • Вг2 + 0,86 • V2 -
- 1,63 • а2 + 0,85 • V • а; (5)
- плоскотрапециевидный профиль зубьев 73(£) = 1854,553 + 725818,333 • и2 -598,465 • V +
+ 1322,588 • а - 8060312,5 • В2 + 4,579 • V2 -
- 18,041 • а2 -5133,333 • В • а. (6)
Исследования проводились на экспериментальной установке, созданной на базе промышленного станка ФСА, позволяющей регистрировать силовые показатели процесса пиления [9].
Полезная мощность на резание рассчитывалась через крутящий момент на шпинделе станка, который определялся по величине разбаланса тензомоста.
Для получения уравнений регрессии, описывающих выходные характеристики процесса пиления, использован В-план второго порядка.
Адекватность полученных математических моделей подтверждена проверкой по Б-крите-рию Фишера.
Сравнение технологической стойкости твердосплавных пил убедительно доказывает целесообразность применения плоскотрапециевидного профиля, стойкость которого существенно больше [8].
Существующие методы расчета мощности процесса пиления древесностружечных плит основаны на определении удельной работы резания [1, 10, 11]:
К = Кт ау асв ауар,
(8)
„ KbhVS „
P =-^, кВт,
60-1000
(7)
где К - удельная работа резания, Дж/см3; Ь -ширина пропила, мм; Н - высота пропила, мм; VS - скорость подачи, м/мин.
В свою очередь удельная работа резания определяется через табличное значение Кт с учетом поправочных коэффициентов:
где Кт - табличное значение удельной работы резания при заданной толщине стружки, Дж/см3 [11, табл. 15 с.168]; ау - коэффициент, учитывающий влияние объемного веса плиты; асв -коэффициент, учитывающий содержание связующего; aV - коэффициент, учитывающий влияние скорости резания; ар - коэффициент, учитывающий износ резца.
Значение Кт можно определить также по формуле, полученной на основе обработки экспериментальных данных проф. А. Л. Бершад-ского [11]:
Kj = ■
0,85 A
41,
(9)
где А - коэффициент, зависящий от группы плит: при распиловке плит I группы (изготовленные из резаной стружки) - А = 1; II группы (изготовленные из стружки-дробленки) - А = 0,833; III группы (изготовленные из стружки-отходов д/о станков) -А = 0,825; e - средняя толщина стружки, мм.
Поэтому теоретически важным аспектом является определение удельной работы резания К (Дж/см3) при обработке ламинированных древесностружечных плит инструментом, оснащенным твердосплавными зубьями именно плоскотрапециевидного профиля, а также сравнение полученных результатов с данными общепринятой методики расчета.
Удельную работу резания при пилении ламинированной древесностружечной плиты находили через начальную мощность резания Р0, определенную с помощью полученной математической модели (2).
к = P0i60. (,0)
bhVS
Для расчета удельной работы резания приняли начальную мощность процесса, чтобы исключить влияние затупления зубьев ар (ар = 1).
Графики, построенные по результатам расчетов, представлены на рис. 4.
Для нахождения удельной работы резания К по методике [10] определили значения остальных поправочных коэффициентов для плиты, использованной в эксперименте (ау = 0,89; асв = 1;
av =60 = !-,17 ; ау =70 = ^3 ; ау =80 = 1, 44).
По формуле (8) с учетом найденных значений поправочных коэффициентов была рассчитана удельная работа резания. Результаты расчетов, проведенных для нижнего, нулевого и верхнего уровней варьирования переменных факторов, представлены в виде графиков (рис. 5).
Очевидно, характер зависимостей удельной работы резания на рис. 4 и 5 одинаков, однако значения различаются. Таким образом, можно
утверждать, что методика расчета сил и мощности резания при пилении древесностружечных плит, представленная в литературе [1, 10, 11], должна быть доработана с учетом внедрения в производство новых профилей зубьев твердосплавных дисковых пил.
85
£ ; о
Ю !
Л t1 р
80
75
70
65
и »
Л g & 60
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Подача на зуб иг, мм -■-V = 60 м/с; а = 10 мм -U-V = 70 м/с; а = 25 мм -*- V = 80 м/с; а = 40 мм
Рис. 4. Зависимость удельной работы резания от подачи на резец по результатам эксперимента
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Подача на зуб иг, мм -''-V = 60 м/с; а = 10 мм -■-V = 70 м/с; а = 25 мм ——V = 80 м/с; а = 40 мм
Рис. 5. Зависимость удельной работы резания от подачи на резец по результатам расчета
Заключение. Получены значения и построены зависимости удельной работы резания от подачи на резец при раскрое ламинированных древесностружечных плит твердосплавными пилами с плоскотрапециевидным профилем зубьев. В результате сравнения эк-периментальных с результатами расчета по существующей методике установлено, что зависимости имеют идентичный характер, но значения удельной работы резания при использовании плоскотрапециевидного профиля меньше (в 1,2-1,9 раза).
Литература
1. Цуканов, Ю. А. Обработка резанием древесностружечных плит / Ю. А. Цуканов, В. В. Ама-лицкий. - М.: Лесная пром-сть, 1966. - 94 с.
2. Ивановский, Е. Г Фрезерование и пиление древесины и древесных материалов / Е. Г. Ивановский, П. В. Василевская, Э. М. Лаутнер. -М.: Лесная пром-сть, 1971. - 96 с.
3. Пилы дисковые с твердосплавными пластинами для обработки древесных материалов. Технические условия: ГОСТ 9769-79 / М-во станкостроительной и инструментальной промышленности. - Взамен ГОСТ 9769-69; введ. с 01.01.1981 до 01.01.1986. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1979. - 15 с.
4. Лукаш, В. Т. Влияние подачи на резец на технологическую стойкость режущего инструмента при пилении ламинированных ДСтП /
B. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2008. -Вып. XVI. - С. 230-234.
5. Мелони, Т. Современное производство древесностружечных и древесноволокнистых плит: пер. с англ. В. В. Амалицкого и Е. И. Карасева / Т. Мелони. - М.: Лесная пром-сть, 1982. - 416 с.
6. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с попеременно-косым профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2009. - Вып. XVII. - С. 317-321.
7. Лукаш, В. Т. Технологическая стойкость и начальная мощность при обработке ламинированных ДСтП пилами с плоско-трапециевидным профилем зубьев / В. Т. Лукаш, С. А. Гриневич // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2010. - Вып. XVIII. - С. 234-239.
8. Лукаш В. Т. Влияние профиля зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава на технологическую стойкость и потребляемую мощность при обработке ламинированных древесностружечных плит (ЛДСтП) // В. Т. Лукаш,
C. А. Гриневич // Труды БГТУ. - 2011. - № 2: Лесная и деревообраб. пром-сть. - С. 256-262.
9. Кравченко, А. С. Применение силоизме-рительного телеметрического устройства для исследования процессов пиления древесных материалов / А. С. Кравченко, В. Т. Лукаш // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2006. - Вып. XIV. - С. 172-174.
10. Бершадский А. Л. Резание древесины /
A. Л. Бершадский, Н. И. Цветкова. - Минск: Выш. школа, 1975. - 303 с.
11. Любченко, В. И. Резание древесины и древесных материалов: учеб. пособие для вузов /
B. И. Любченко. - М.: Лесная пром-сть, 1986. -296 с.
Поступила 23.02.2013
