CC BY
37
УДК 674.914:674.338
В. В. Раповец, кандидат технических наук, ассистент (БГТУ);
Н. В. Бурносов, кандидат технических наук, доцент (БГТУ)
ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ И ДВУХЛЕЗВИЙНОГО НОЖА ПРИ ОБРАБОТКЕ БРЕВЕН НА ФРЕЗЕРНО-БРУСУЮЩИХ СТАНКАХ
В статье содержатся результаты исследований по установлению взаимосвязи геометрических параметров технологической щепы и двухлезвийного ножа при обработке бревен на фре-зерно-брусующих станках. Представлен анализ графических зависимостей длины скошенной части технологической щепы, угла среза торца технологической щепы от величины смещения оси бревна по отношению к оси вращения фрез. Подтверждена целесообразность оснащения фрезерно-брусующих станков механизмами вертикального центрирования бревен.
In article results of researches on an establishment of interrelation of geometrical parametres technological chip and double blade a knife contain at processing of logs on chiper canter machine tools. The analysis of graphic dependences of length of an oblique part technological chip, a corner of a cut of an end face technological chip from size of displacement of an axis of a log in relation to an axis of rotation of mills are presented. The expediency of equipment chiper canter machine tools are confirmed by mechanisms of a vertical centering of logs.
Введение. Проблема комплексного использования сырья в лесопильной промышленности охватывает ряд вопросов, куда входят, в частности, оптимизация раскроя сырья, снижение энергоемкости процесса обработки, улучшение условий базирования пиломатериала [1], определение и внедрение в практику средств и методов использования отходов лесопиления, создание технологических процессов, исключающих или снижающих количество отходов при повышении (обеспечении) качества получаемой пилопродукции [2].
Существенный вклад в решение данной проблемы вносит комплексная обработка древесины фрезерованием [3], получившая широкое распространение не только в Республике Беларусь, но и в странах близкого и дальнего зарубежья. Реализуется она посредством применения дорогостоящего энергоемкого агрегатного оборудования в основном зарубежного производства: фрезерно-брусующих станков (ФБС) и линий на их основе.
На фрезерно-брусующих станках наиболее эффективна агрегатная обработка древесины диаметром 8-18 см с получением бруса и технологической щепы. Но опыт эксплуатации современных ФБС в Республике Беларусь и за рубежом показывает, что на данных станках в зависимости от технологии производства продукции обрабатываются бревна с вершинным диаметром свыше 18 см. Использование ФБС играет немаловажную роль для Республики Беларусь.
Основная часть. Изучение особенностей формообразования пилопродукции и технологической щепы позволило определить факторы, оказывающие влияние на качество получаемой
продукции. В наибольшей степени они определяются геометрией режущего инструмента фрезерно-брусующих станков.
Фрезерно-брусующие станки оснащаются специальным режущим инструментом - фрезами со спиральным расположением цельных двухлезвийных ножей.
Геометрические параметры двухлезвийных ножей со спиральным расположением в корпусе фрезы влияют на процесс получения бруса и технологической щепы на фрезерно-брусующих станках и определяют качество получаемой продукции, энергетические затраты на процесс переработки древесины, а также эксплуатационные расходы на режущий инструмент.
Двухлезвийные ножи расположены по конической поверхности корпуса фрезы, срезают последовательно слои древесины толщиной 5 мм. Образуется технологическая щепа с углом среза торца 45°.
Проведенные экспериментальные исследования процесса резания древесины двухлезвий-ными ножами на ФБС [4, 5] позволили установить, что шероховатость поверхности пласти бруса зависит от угла входа ножей 7 (7 = 1, 2, 3...) в древесину и угла выхода из древесины при обработке бревен, которые определяются величиной вертикального смещения оси бревна относительно оси вращения фрез.
Углы входа и выхода 7-го ножа из древесины на соответствующей ему ширине пласти Ь7 бруса различные за счет конструктивной особенности фрезы и трансформации углов резания при вращении режущего инструмента.
Ранее было установлено, что длина элемента 1э (мм) технологической щепы представляет собой сумму длины щепы 1щ и проекции ее
242_ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2012. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность
скошенной части li и определяется по следующей формуле [6]:
ki = +l = +\\R - (а + 7)2 -
V
(R-JV)2 - (а + Ъ)2, i = 1,2,..., (1) tg ф 2
где /щ - длины щепы, мм; li - проекция скошенной части элемента щепы, мм; Ri - радиус резания i-м двухлезвийным ножом фрезы; а - величина смещения оси бревна по отношению к оси вращения фрезы, мм; bi - ширина пласти бруса, которую формирует i-й двухлез-вийный нож, мм; Зщ - толщина щепы, мм; ф - угол наклона короткого лезвия ножа по отношению к длинному лезвию, град.
Из выражения (1) видно, что длина элемента 1э технологической щепы изменяется только за счет проекции li скошенной ее части, поскольку длина 1щ технологической щепы - величина постоянная (т. е. 25 мм).
Определим предельные значения величин а и Ъ. Диапазоны изменения величин а и bi, входящих в зависимость, находим исходя из технических характеристик фрезерно-брусующих станков, например PSP 500 (фирма-производитель SAB, Германия), схема обработки бревен, фрезерование на которых представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема обработки бревен на фрезерно-брусующем станке PSP 500 (SAB, Германия): 1 - левая фреза с двухлезвийными ножами; 2 - опора; 3 - бревно минимального диаметра;
4 - бревно максимального диаметра
В процессе работы фрезерно-брусующего станка ось вращения Оф фрезы 1 не изменяет своего положения в вертикальной плоскости и находится на расстоянии 200 мм от поверхности опоры 2, по которой базируются для обработки бревна 3 и 4 в диапазоне диаметров от = 80 мм до d = 500 мм. На рис. 1 не пока-
зана правая фреза 1, симметрично расположенная относительно опоры 2. Оси бревен (^бтш, Обтах ) могут смещаться на величину а выше оси вращения Оф фрез 1 (а > 0), ниже (а < 0) или совпадать (а = 0) с осью вращения фрез в зависимости от диаметра перерабатываемого бревна. Расстояние от оси вращения Оф фрезы 1 до оси бревна 3 минимального диаметра составляет а = - 160 мм, расстояние от оси вращения Оф фрезы 1 до оси бревна 4 максимального диаметра составляет а = +50 мм. Радиус резания Я1 первым двухлезвийным ножом фрезы 1, близлежащим к поверхности пласти бруса, составляет 225 мм. Двухлезвийные ножи на фрезе срезают слои древесины толщиной 5щ = 5 мм, угол наклона лезвий ножа ф = 45°. Если ширина пласти бруса Ъг-тш = 0 мм (т. е. процесс резания не осуществляется и двухлезвийный нож пласть древесины не формирует); Ъ,тах = 0,7^бтах = = 350 мм. Построим график зависимости I от а в заданных диапазонах изменения переменной величины Ъ, (0 < Ъ, < 350 мм).
4 мм 30
25
20
155
10
5 0
II II II II IIb ' -6Л гО
s
N
-200 -150 -100 -50
0
50 а, мм
Рис. 2. Графики зависимости длины li скошенной части технологической щепы от величины а смещения оси бревна по отношению к оси вращения фрезы (• - минимумы зависимости li от а при разных bj)
В качестве примера на рис. 2 представлено пять графиков зависимости длины li от а в интервале от -160 < а < +50 мм при разных значениях Ъ1 (0 < а < 350 мм). Из рис. 2 видно, что минимальная длина скошенной части технологической щепы не превышает lmm = 5 мм. Наибольшее значение длины скошенной части технологической щепы в данном диапазоне изменения переменных величин а и bi равно 47,17 мм для Ъ1 = 350 мм и а = 50 мм.
Из (1) следует, что длина скошенной части элемента технологической щепы зависит от толщины получаемой щепы и угла ф наклона короткого лезвия ножа по отношению к длинному лезвию. Расчет по выражению (1) с учетом 1щ = 25 мм показывает, что отношение l э /l э достигает 2,41.
Качество поверхности среза торцов технологической щепы (поврежденность щепы) зависит от угла фщ среза торца щепы [7], поэтому проанализируем зависимость фщ от а при заданном значении Ь.
Тангенс угла фщ среза торца технологической щепы при заданном значении толщины обратно пропорционален длине I скошенной части щепы. С учетом формулы (1), получим:
18фщ = -щ =
V
*-Iа+у I -
( * ^
* -щ
& фJ
.(2)
-а + у
На рис. 3 изображены графики зависимости фщ от а в заданных диапазонах изменения переменной величины Ь (0 < Ь < 350 мм).
фщ, град
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5
-200 -150 -100
Ь1 = 0 мм Ь = 100 мм Ь = 200 мм
Ь = 300 (
Ь = 350 мм
50 а, мм
Рис. 3. Графики зависимости угла фщ среза торца технологической щепы от величины а смещения оси бревна по отношению к оси вращения фрезы
В качестве примера на рис. 3 представлено пять графиков зависимости фщ от а в интервале от -160 < а < +50 мм мм при разных значениях Ь (0 < а < 350 мм). Из рис. 3 видно, что для Ь = 350 мм угол среза торца технологической щепы имеет наименьшее значение фщ = 6° при расположении оси обрабатываемого бревна выше оси вращения фрез на величину а = 45 мм, а максимальный угол среза фщтах = 45° достигается для всех Ь при а = -Ь / 2 (как это и должно быть, так как при а = = -Ь / 2 длина и принимает минимальное значение).
Заключение. Представленные аналитические зависимости (1), (2) устанавливают связь параметров технологической щепы и двухлез-вийного ножа (длины, толщины, угла перерезания волокон). Они влияют на производительность процесса обработки древесины фрезами со спиральным расположением ножей, а также на качественные показатели получаемой
продукции, и поэтому их необходимо учитывать при расчетах режимов резания и проектировании фрез. Следует отметить, что представленные аналитические зависимости не учитывают угол заострения длинного и короткого лезвий ножа (Рд, рк) и задний угол (а).
Проведенные теоретические исследования с анализом закономерностей, устанавливающих взаимосвязь геометрических параметров технологической щепы и двухлезвий-ного ножа, обосновывают и подтверждают целесообразность оснащения фрезерно-бру-сующих станков механизмами вертикального центрирования бревен.
Литература
1. Фефилов, Л. А. Исследование условий базирования в подающей системе лесопильных рам: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / Л. А. Фефилов; Центр. науч.-ис-следоват. ин-т механ. обраб. древесины. -Архангельск, 1980. - 22 с.
2. Таратин, В. В. К проблеме комплексного использования пиловочного сырья с применением фрезернопильного оборудования / В. В. Та-ратин // Проблемы лесного комплекса России в переходный период развития экономики: материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Волог. гос. техн. ун-т. - Вологда, 2003. - С. 108-110.
3. Лурье, Л. З. Агрегатные методы выработки пиломатериалов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.21.05 / Л. З. Лурье; Моск. лесотехн. ин-т. - М., 1978. - 42 с.
4. Раповец, В. В. Практические результаты экспериментальных исследований резания древесины двухлезвийными резцами на фрезерно-брусующих станках / В.В. Раповец // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. -2008. - Вып. XVI. - С. 205-208.
5. Раповец, В. В. Комплексная обработка древесины со спиральным расположением двух-лезвийных ножей / В. В. Раповец // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообр. пром-сть. -2010. - Вып. XVIII. - С. 246-251.
6. Микулинский, В. И. Расчет параметров щепы и резцов при резании спиральными фрезами / В. И. Микулинский // Респ. межвед. сб. / Бел. технол. ин-т им. С. М. Кирова. - Минск, 1985. - Вып. 15: Механическая технология древесины. - С. 105-111.
7. Раповец, В. В. Комплексная обработка древесины фрезами со спиральным расположением сборных двухлезвийных ножей, обеспечивающая качество продукции и снижение энергозатрат: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / В. В. Раповец; Белорус. гос. технол. ун-т. -Минск, 2011. - 206 л.
Поступила 14.03.2012
