Глава 17. расчеты режимов резания

Назначение режима резания заключается в выборе станка и инструмента, определении скорости резания и расчете скорости подачи. Выбор сочетания «станок — инструмент» должен дать наи­больший экономический эффект.

Скорость резания (частота вращения рабочих шпинделей) на деревообрабатывающих станках обычно не регулируется, хотя этот фактор влияет на производительность процесса, стойкость инст­румента, себестоимость обработки.

При расчете скорости подачи возникает необходимость реше­ния прямых и обратных задач. Прямыми называются расчетные задачи, в которых по заданной скорости подачи и известным тех­нологическим параметрам обработки (толщине снимаемого слоя или высоте пропила, породе древесины и др.) требуется опреде­лить мощность, затрачиваемую на резание, касательную и нор­мальную силы, а также ожидаемую шероховатость обработанной поверхности. В обратных задачах рассчитывают наибольшую ско­рость подачи из следующих условий: полного использования мощ­ности привода механизма резания v_s(P)max, обеспечения заданного уровня шероховатости обработанных поверхностей v_s(R)max; рабо­тоспособности инструмента (например, пилы из условия нормаль­ного заполнения емкости межзубной впадины) f_s(a)max; прочности или жесткости режущих элементов или инструмента в целом v_s(J)max.

Должна рекомендоваться минимальная из полученного ряда рас­четных значений величина скорости подачи. Разумеется, назначен­ная скорость подачи v_s должна находиться в пределах кинематиче­ских возможностей станка v_jmin <v_s< v_smax, где v_smin ...v_smax — диа­пазон скоростей подачи станка по паспорту. Если скорость пода­чи ограничивается только кинематикой станка, может оказаться целесообразной модернизация механизма подачи.

Методы решения прямых и обратных задач, связанных с расче­тами энергетики и показателей резания, излагаются ниже.

Силовые расчеты процессов резания на практике обычно вы­полняются по «объемному методу», основанному на вычислении мощности резания по объемной формуле с последующим опреде­лением действующих сил. В общем виде объемная формула мощно­сти, Вт, записывается следующим образом:

где К — удельная работа резания в данном процессе и при данных условиях обработки, Дж/см³; S — площадь поперечного сечения удаляемой части материала (пропила, снимаемого припуска, от­верстия и т.п.), мм².

Выражение в формуле, взятое в скобки, есть объем материала, удаляемого с обрабатываемого объекта за 1 с (см³/с), отсюда и название формулы — «объемная».

Для силовых расчетов также может быть использован метод таб­личной силы, основанный на вычислении силы резания на одном резце инструмента с последующим определением силы воздей­ствия инструмента в целом на заготовку и мощности резания

где F_xц — цикловая (средняя) касательная сила резания, Н; v — скорость главного движения, м/с.

Таким образом, по объемному методу после определения мощ­ности резания вычисляют силы резания, а по методу табличной силы действуют в обратной последовательности.

В соответствующих главах настоящего раздела для процессов сложного станочного резания приведены таблицы значений удель­ной работы К_Т и удельной силы F_XT резания в зависимости от сред­ней толщины срезаемого слоя для строго определенных (таблич­ных) условий резания.

Общий поправочный множитель a_попр к величинам К_T или F_XT, учитывающий конкретные условия расчета, определяется как про­изведение поправочных множителей, учитывающих влияние от­дельных факторов резания:

где а_п — поправочный множитель на породу древесины; а_ш — то же на влажность древесины; а_т — то же на температуру древесины; a_φ — то же на угол встречи лезвия со структурными элементами обрабатываемого материала (например, волокнами древесины); а_р — то же на затупление лезвия; а_δ — то же на угол резания; a_v — то же на скорость резания; а_t — то же на глубину обработки (для процессов закрытого резания, например, пиления); а_е — то же на угол скоса лезвия (табл. 29...41).

Для расчетов необязательно по каждому процессу находить все поправочные множители. Обычно при вычислении а_попр ограничи­ваются множителями, указанными ниже.

Расчетные формулы для общего поправочного множителя я_попр

Поправочные множители определены по результатам экспери­ментальных исследований.

Таблица 29 Поправочный множитель а_п на породу древесины

Порода	ап	Порода	ап
Липа	0,8	Сосна	1,0
Осина	0,85	Ель	0,95
Ольха	1,05	Ясень	1,75
Бук	1,4	Лиственница	1,1
Дуб	1,55	Береза	1,25

Таблица 30. Поправочный множитель а_T на температуру гидротермически обработанной древесины

Температура Т, °С	-20	-10		+ 10	+20	+30	+40	+50	+60
аТ	1,4	1,3	1,2	1Д	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6

Таблица 31. Поправочный множитель a_w на влажность древесины

Древесина	Влажность, W, %	Множитель аш, для процесса резания
открытого (фрезеро­вания точения, стро­гания, лущения)	закрытого (пиления)
Очень сухая	5...8	1,10	0,90
Сухая	10. .15	1,00	1,00
Полусухая	25...30	0,95	1,05
Сырая	50...70	0,90	1,10
Проваренная	> 70	0,80	—

Таблица 32. Поправочный множитель a_ρ на затупление резцов (расчет К)

Дли­тель­ность работы инстру­мента после заточки Т, мин		Множитель аρ для процесса
пиления	фрезе­рова­ния цилин­дриче­ского про­доль­ного	точения продоль­ного и свер­ления	долбления фрезерной цепочкой при подаче
рамной пилой	ленточ­ной пилой	круглой пилой про­доль­ного	круглой пилой попе­речного	осевой	боко­вой
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
	1,17	1,2	1,3	1,1	1,2	1,2	1,24	1,3
	1,32	1,4	1,5	1,15	1,3	1,3	1,4	1,52
	1,42	1,6	1,8	1,2	1,42	1,35	1,55	1,73
	1,5	1,8	2,2	1,3	1,5	1,4	1,65	1,88
	—	2,0	2,5	1,4	1,57	1,45	1,78	2,00
	—	2,2	2,8	1,5	1,6	1,5	1,86	2,1

В случае продольно-торцового резания, когда острота инстру­мента определяется величиной пути резания L_peз резцов в заготов­ках, пользуются данными табл. 33 для уточнения сил резания.

Таблица 33. Поправочный множитель а_р на остроту режущей кромки для продольно-торцового резания (расчет F_x)

Угол встречи φв, град

Множитель ар для пути резания Lpeз , км

Открытое резание

0; 180 30; 150 60; 120

1,14/1,12 1,18/1,14 1,20/1,16 1,25/1,18

1,27/1,22 1,31/1,24 1,37/1,30 1,43/1,35

1,35/1,30 1,44/1,35 1,52/1,42 1,61/1,49

1,43/1,36 1,54/1,44 1,65/1,53 1,76/1,62

Закрытое резание

60... 90

1,28/1,22

1,50/1,40

1,70/1,55

1,83/1,70

Угол встречи φв, град

Множитель ар для пути резания Lрез, км

Открытое резание

0; 180

1,50/1,41

1,55/1,46

1,59/1,51

1,62/1,55

-/1,58

30; 150

1,62/1,52

1,68/1,59

1,73/1,64

1,78/1,69

-/1,73

60; 120

1,74/1,63

1,83/1,70

1,90/1,77

1,95/1,83

-/1,88

1,87/1,72

1,96/1,81

2,05/1,90

2,11/1,97

-/2,04

Закрытое резание

60... 90

2,05/1,83

2,22/1,95

-/2,07

-/2,20

-/-

Примечания: 1. Для пути резания L_рез = 0 а_р = 1,00.

2. В числителе — данные для резания древесины твердых пород, в знаменателе — для резания древесины мягких пород.

Таблица 34. Поправочный множитель а, на глубину обработки для продольного пиления круглой пилой

Глубина обработки t, мм
Множитель at	0,84	0,9	0,95	1,0	1,03	0,07	1,11

Таблица 35. Поправочный множитель а_δ на угол резания резцов (расчет К )

Угол резания δ, град	Множитель аδ для процесса
пиления ленточной пилой	продольного фрезе­рования и пиления круглой пилой*	продольного точения
	—	—	0,93
	—	—	1,00
	—	0,78	—
	—	0,86	1,22
	0,72	1,00	—
	0,85	1,16	2,00
	1,00	1,34	—
	1,20	1,55	—
	1,42	1,80	—
	1,65	2,10	—

* Для поперечного пиления древесины принимают а_δ = I

В случае продольно-торцового резания для более точного учета угла встречи пользуются данными табл. 36.

Таблица 36. Поправочный множитель а_δ на угол резания δ для продольно-торцового резания (расчет F_x)

Угол встречи φв, 0		Множитель аδ = Fxδ / Fxδ=60 для углов резания δ, °
	0,80	0,86	1,00	1,13	1,30	1,50	1,70	1,95
	0,79	0,86	1,00	1,15	1,32	1,54	1,76	2,03
	0,77	0,85	1,00	1,17	1,36	1,58	1,85	2,15
	0,75	0,85	1,00	1,20	1,40	1,65	2,00	2,30

Иногда для уточнения удельной работы резания учитывают поправочный множитель на угол скоса лезвия, а для уточнения табличной силы — поправочные множители на углы встречи, ско­са и наклона.

Таблица 37. Поправочный множитель а_с на угол скоса лезвия (расчет К)

Угол скоса лезвия е,°	Множитель а	для процесса
продольного точения	строгания шпона
	1,0	1,0
	1,04	1,2
	1,08	1,35
	1,14	—

Таблица 38.Поправочные множители на углы встречи, скоса и наклона (расчет F)

Угол встречи φв,°	Множитель а φв	Угол скоса φс,0	Множитель a φс	Угол наклона φH ,°	Множитель a φH
0; 180	1,0		1,00		1,00
15; 165	1,35		0,96		1,40
30; 150	1,65		0,88		2,00
45; 135	1,94		0,75		2,95
60; 120	2,18		0,62		4,00
75; 105	2,41		0,54		4,90
	2,59		0,50		6,35

Таблица 39. Поправочный множитель a_v на скорость резания (расчет К)

Скорость резания V, м/с	av для процесса	Скорость резания V, м/с	avдля процесса
пиления круглой пилой продольного	фрезерования цилиндриче­ского продольного	пиления круглой пилой продольного	фрезерования цилиндриче­ского продольного
	1,07	1,10		1,06	1,17
	1,08	1,04		1,16	1,25
	1,00	1,00		1,23	1,33
	0,98	1,00		1,34	1,42
	1,02	1,06

При уточнении силы резания можно использовать данные табл. 40.

Таблица 40. Поправочный множитель a_v (расчет F_x)

Скорость резания ve, м/с	Поправочный множитель av = Fxv/Fxv=40
	1,10/1,07
	1,04/1,08
	1,00
	1,00/0,98
	1,06/1,02
	1,17/1,06
	1,25/1,16
	1,33/1,23
	1,42/1,34

Примечание. В числителе — данные для открытого резания, в знаменателе — для закрытого резания.

Множитель для перехода от касательной силы к нормальной может быть выбран по табл. 41.

Основная цель расчета скорости подачи по мощности резания — определить скорость подачи, при которой наиболее полно исполь­зуется станок (установленная мощность привода механизма реза­ния Р_прив._р).

При определении скорости подачи v_s по мощности резания Р_р (Р_р = Р_прив. * η, где η — коэффициент полезного действия механиз­ма резания станка) объёмная формула мощности не может быть использована непосредственно, так как предварительно необхо­димо найти удельную работу К, но для ее выбора по таблице нужно заранее знать среднюю толщину срезаемого слоя, вычис­ляемую через скорость подачи v_s, еще не известную. В объемную формулу мощности (196) вместо скорости подачи подставляют ее значение через а_ср:

Таблица 41. Переходный множитель т от касательной к нормальной силе резания

				Множитель m для процесса
Резцы	пиления рамными и продольного круглыми пилами при S,, мм	пиления ленточ­ными пилами при 5, мм	пиления круглыми пилами поперечного при Sz, мм	фрезерования цилиндрического продольного при аср, мм
	0,2	0,6		0,04...0,33	0,05 ...0,2	0,1	0,3	0,5
Острые	0,25	-0,11	-0,16	0,25...0,3	0,4	-0,13	-0,22	-0,25.
Средней остроты	0,5	0,0	-0,06	_	0,6	0,35	0,09	0,01
Тупые	0,74	0,19	0,07	0,6...0,7	1,0	0,77	0,34	0,24

Затем переносят неизвестные величины (табличное значение удель­ной работы К_т и средняя толщина а_ср) в левую часть равенства:

где а_попр — общий поправочный множитель к табличному значе­нию удельной работы резания К_т, равный произведению всех учи­тываемых поправочных множителей; S — площадь поперечного сечения удаляемой части древесины, мм²; z — число резцов; п — частота вращения инструмента, мин^-1.

По произведению К_та_ср с помощью таблиц зависимости F_XT от а_ср находим соответствующую ему величину а_ср, а по ней — ско­рость подачи v_s. (Зависимости F_XT от а_ср для отдельных процессов приведены в соответствующих главах.)

Примеры расчетов

Пример 1. Определить мощность и силы резания при продоль­ном раскрое заготовок ленточной пилой.

Условия расчета: заготовки березовые толщиной t = 100 мм, влажностью 25 %; станок — диаметр шкивов D_m = 1000 мм, часто­та вращения шкивов 720 мин^-1, ленточная пила толщиной В = 1 мм, угол резания зубьев δ = 60°, развод зубьев на сторону b₁ = 0,4 мм, шаг зубьев t₃ = 30 мм, продолжительность работы пилы после за­точки Т = 120 мин, скорость подачи v_s = 10 м/мин.

Решение. I. Мощность Р_р рассчитываем по объемной формуле

По условию известны t и v_s. Требуется определить К_Т, В_пр. Величину К_T выбираем по табл. 9 в зависимости от а_ср и t, t = 100 мм; S_z вычисляем из известной по условию v_s, определив скорость v.

Ширина пропила В_пр = b + 2b_x = 1 + 2 • 0,4 = 1,8 мм; а_ср = а_х = = (B_np/B)S_z = 0,13 • (1,8/1) = 0,234 мм.

По табл. 9 имеем: при t = 100 мм К_Т = 70 для а_ср = 0,25. Чтобы определить значение К_Т для а_ср = 0,234, производим следующее вычисление: увеличение а_ср на 0,050 мм (с 0,20 до 0,25) приво­дит к уменьшению К_Т на 12 Дж/см³ (с 82 до 70); следовательно,- увеличение а_ср на 0,034 мм приводит к уменьшению значения К_Т на 8,16 Дж/см³ (12,0:0,050-0,034 = 8,16). Тогда К_Т для а_ср = 0,234 равно 73,84 Дж/см³ (82 — 8,16 = 73,84). Аналогично поступаем во всех случаях, когда заданный параметр, в данном случае д_ср, по­падает в промежуток между табличными значениями.

Выбор поправочных множителей: для пиления ленточной пилой a_попр = a_na_wa_pa_&; а_п = 1,25 по табл. 29 для березы; a_w = 1,05 по табл. 31 для W = 25%; а_p = 1,4 по табл. 32 для Т = 120 мин; а_& = 0,72 по табл. 35 для 5 = 60°. Отсюда а_проп = 1,25-1,05-1,4-0,72 = 1,33;

II. Расчет сил резания. Касательная сила на пиле F_xn = P_p/v = = 2946/37,7 = 78,14 Н. Нормальная сила F_zu = mF_xll = 0,6 -78,14 = = 46,89 Н, где m = 0,6 для затупленных зубьев по табл. 41.

Касательная сила на зубе F_x = F_xn/z_np = 78,14/3,3 = 23,68 Н, где z = t/t₃ = 100/30 = 3,3. Нормальная сила на зубе F_z = mF_x - 0,6-23,68 = = 14,21 Н.

Пример 2. Определить наибольшую скорость подачи при фрезе­ровании на рейсмусовом станке по мощности резания и качеству обработанной поверхности.

Условия расчета: станок — мощность привода Р_{прив рез} = 5500 Вт, КПД механизма резания η= 0,94, ножевой вал — диаметр D = 103 мм, частота вращения п = 5640 мин^-1 (скорость резания г>=30,4 м/с), ножи средней остроты (Т = 120 мин), число ножей z = 2, угол реза­ния δ = 60°, обрабатываемый материал — сосна W = 10 %, ширина обработки b = 250 мм, глубина фрезерования t = 3 мм, требуемая шероховатость обработанной поверхности R_{m max} = 60 мкм, угол подачи φ_п = 0°.

Решение. I. Расчет скорости подачи по мощности привода ме­ханизма резания. Исходные формулы:

Расчетная формула

Для определения F_XT необходимо вычислить а_попр. Для фрезеро­вания а_попр = a_na_wa_pa_sav\ находим: а_п = 1; a_w = 1; а_р = 1, 3; для Т = 120 мин; а₅ = 1 для δ = 60°; av = 1,04 для v = 30,4 м/с; отсюда а_попр = 1-1-1,3-1-1,04 = 1,35.

Средний угол

Угол встречи φ_в = φ_ср + φ_п = 9,83 + 0 = 9,83°.

По табл. 21 для φ_в = 9,83° и F_XT = 4,64 Н/мм а_ср ~ 0,3 мм.

Скорость подачи по мощности привода механизма резания v_sPmax= = a_cpzn/( 1000 8Шф_ср) = 0,3 * 2 • 5640/(1000 • 0,17) = 19,9 м/мин.

II. Расчет скорости подачи v_sR по заданной шероховатости обра­ботанной поверхности. По номограмме для φ_в = 9,83° (рис. 32, фре­зерование) шероховатость R_{m max} = 60 мкм обеспечивается при S_z = 0,75 мм (не более). Отсюда v_sPmax = S_zzn/1000 = 0,75 - 2- 5640/1000 = 8,46 м/мин.

III. Рекомендуется к назначению меньшее из значений v_sRmax и v_sPmax, а именно 8,46 м/мин.

Проверка. Рекомендуемая скорость подачи соответствует кине­матическим возможностям станка v_smm = 8 м/мин, v_{s mах} = 24 м/мин (для рейсмусового станка СРЗ-6).

Раздел III. ПОДГОТОВКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Глава 18. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДГОТОВКЕ ИНСТРУМЕНТА

Подготовка режущего инструмента к работе — это комплекс технологических процессов, обеспечивающих оптимальные рабо­чие параметры инструмента при минимальных трудозатратах. Со­став технологических операций и процессов подготовки конкрет­ного типа режущего инструмента к работе определяется его конст­рукцией и условиями работы. Он включает операции заточки, ба­лансирования, правки, выверки, установки в станок и т.д.

Технологические режимы содержат сведения о составе техни­ческих средств (об оборудовании, приспособлениях, контрольно­-измерительных инструментах) и режимах выполнения операций. Кроме того, на предприятиях должны быть описания и инструк­ции по эксплуатации всех технических средств подготовки режу­щего инструмента.

В понятие «эксплуатация инструмента» входят: обеспечение ин­струментом рабочих мест (своевременное приобретение, поддер­жание фондов инструмента, доставка на производственные участ­ки и возврат в инструментально-раздаточную кладовую и др.) и технический надзор за его эксплуатацией. Технический надзор заключается в систематическом контроле качества подготовки ре­жущего инструмента, выявлении и устранении причин чрезмер­ного износа инструмента, во внедрении экономически выгодной системы смены режущего инструмента. Важным разделом техни­ческого надзора является контроль правильности эксплуатации и режимов работы инструмента на рабочих местах.

Режимы работы дереворежущего инструмента должны соответ­ствовать Руководящим техническим материалам и технологичес­ким режимам.

Глава 19. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Инструментальные стали. Дереворежущие инструменты работа­ют в условиях совместного механического, химического и абра­зивного изнашивания. Высокие скорости резания (до 100 м/с), малые углы заточки (20...60°) резцов, их высокая острота, нали­чие в древесине влаги, а в древесных материалах — частиц связую­щего определяют сложную картину износа и комплекс довольно жестких требований к инструментальным материалам. Они долж­ны обладать прочностью, пластичностью, твердостью, теплостой­костью и устойчивостью против коррозии.

Твердость материала является важнейшим показателем его свойств. В дереворежущих инструментах она характеризуется чис­лом твердости по методу Роквелла HRC₃. По этому методу в поверх­ность инструмента на специальном приборе — твердомере ТР — вдавливается алмазный конус, и глубина внедрения отсчитывает­ся по индикатору прибора. Обычно при испытаниях общая нагруз­ка на конус составляет 1500 Н. Показания отсчитываются по шка­ле С_э, поэтому рядом с числом твердости указывается метод изме­рения HRC₃ (ГОСТ 9013-59, ГОСТ 23677-79).

Для изготовления современного станочного дереворежущего инструмента применяют углеродистые, легированные и быстро­режущие стали и твердые сплавы.

Углеродистые инструментальные стали представ­ляют собой сплав железа с углеродом. Чем выше содержание угле­рода, тем выше предел прочности стали, ее твердость, но ниже пластичность, способность сопротивляться ударной нагрузке. Для изготовления режущих инструментов применяют высокоуглероди­стые высококачественные стали с содержанием углерода от 0,9 до 1,3 %: У8А, У9А, У10А (ГОСТ 380 — 71); из них изготавливают ин­струменты для обработки древесины мягких пород или работаю­щие на малых скоростях резания, например ручные.

Легированные инструментальные стали кроме железа и углерода содержат специальные легирующие добавки, введение которых позволяет повысить износостойкость и прока- ливаемость стали. Большинство станочных инструментов для обра­ботки натуральной древесины изготавливают из этих сталей (9ХФ, 9Х5ВФ, Х6ВФ, Р4 по ГОСТ 5950-73).

Быстрорежущие инструментальные стали содер­жат те же легирующие добавки, но в значительно больших коли­чествах. Основная легирующая добавка — вольфрам (до 10...25 %), обеспечивающий сохранение твердости и режущей способности инструмента при нагреве до 500...550°С.

Из быстрорежущих сталей Р6МЗ, Р9, Р18 (ГОСТ 9374—77) целесообразно изготовлять только режущий элемент в виде навар­ной пластинки или вставного зуба для инструментов, интенсивно нагревающихся при резании, например при обработке клееных деталей, ДСтП.

Все положительные свойства легированных и быстрорежущих сталей в полной мере могут проявиться лишь при условии их пра­вильной термической обработки. Ее цель — измельчение строения (структуры) металла путем нагрева до определенной температуры с последующим охлаждением.

Твердые сплавы. В деревообработке нашли применение литые и вольфрамокобальтовые металлокерамические твердые сплавы.

Из литых твердых сплавов наиболее распространены стелли­ты и сормайты. Стеллиты (В2К, ВЗК) представляют собой сплав на кобальтовой, а сормайты (№ 1, 2) — на железистой основе (табл. 42). Износостойкость литых твердых сплавов в 3... 4 раза выше износостойкости легированных сталей.

Литые твердые сплавы применяют в основном для наплавки зубьев ленточных и рамных пил, а также тонких круглых пил. Эти сплавы можно наплавлять электродугой или газовой сваркой.

Таблица 42. Химический состав литых твердых сплавов, %

Марка сплавов	Углерод	Хром	Воль­фрам	Ко­бальт	Марга­нец	Ни­кель	Крем­ний	Железо
Стеллит:
В2					1,0	2,0	1,0	2,0
ВЗ	1,25... 1,5	28...32	28...32	27...36	0,5	2,0	2,0	2,0
Сормайт:
№ 1			—	—	2,0	4,0	4,0
№ 2			—	—	1,0	2,0	2,0

Металлокерамические твердые сплавы получают при спекании прессованных порошков карбидов вольфрама (WC). В качестве цементирующей связки служит металлический кобальт (Со). Этот тип твердого сплава обозначают буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (%). Например, сплав ВК15 содержит 85% WC и 15% Со. Если после цифры, обозначающей процент содержания кобальта, стоит буква М, сплав мелкозерни­стый, если буква В — сплав крупнозернистый.

Инструменты, оснащенные твердым сплавом группы ВК, име­ют твердость HRC₃ 85... 90 и не теряют режущей способности при нагревании до 800...900°С, что обеспечивает повышение периода стойкости в 20... 50 раз даже по сравнению с быстрорежущей сталью. При этом эффективность твердого сплава тем выше, чем труднее материал поддается обработке резанием. Применять в деревообработ­ке титановольфрамокобальтовые, минералокерамические и безволь- фрамовые твердые сплавы нецелесообразно ввиду их хрупкости.

При проектировании инструментов, оснащенных твердым сплавом, следует помнить о его высокой хрупкости: во избежа­ние аварийного износа угол заточки β должен быть не меньше 40…50⁰. В деревообработке наиболее часто используют следующие марки твердых сплавов: ВК15 для обработки древесины хвойных пород; ВК10 для обработки ДСП и ДВП; ВК8, ВК6М для обра­ботки твердолиственных пород древесины и ДСтП.

Глава 20 ПОДГОТОВКА ПИЛ

Подготовка пил к работе заключается в подготовке полотен, зубьев, установке пил в станок и ремонте пил. Операции подго­товки зубчатых венцов пил различной конструкции практически одни и те же.

Подготовка рамных пил. Подготовка рамных пил состоит из сле­дующих операций: выявления и правки дефектов формы полотна; контроля напряженного состояния полотна; вальцевания; заклю­чительного контроля плоскостности и напряженного состояния полотна пилы.

Дефекты выявляют прикладыванием контрольной линейки к поверхности пилы, уложенной на поверочную плиту. Зазор между линейкой и полотном не должен превышать 0,15 мм. Правка пилы заключается в исправлении местных дефектов полотна: выпучин В, тугих мест Т, слабых мест С, изгиба И (рис. 44, а). Дефектные места исправляют ударами проковочного молотка по определенным точ­кам пилы, уложенной на наковальню.

Напряженное состояние полотна оценивают величиной стрелы прогиба f пилы 2, изогнутой с радиусом R = 1,75 м (рис. 44, б). Стрелу прогиба измеряют проверочной линейкой и щупами или спе­циальной линейкой 1 с индикаторами 3 и оценивают средним ариф­метическим двух замеров: при положении пилы вверх сначала одной стороной, а затем другой. Оптимальная величина прогиба зависит от размеров пилы и лежит в диапазоне от 0,8 до 0,35 мм.

Вальцевание рамных пил — одно из мероприятий повышения жесткости и устойчивости пил в работе. В процессе работы рам­ная пила нагревается, особенно у зубчатого венца. Режущая кромка удлиняется и под действием сил резания теряет устойчивую плос­кую форму. Происходит блуждание пилы в пропиле, что приво­дит к волнообразному или криволинейному пропилу. Жесткость рамных пил обеспечивается главным образом продольным натя­жением их в пильной рамке. Однако только за счет продольного натяжения не удается обеспечить необходимую жесткость пил ввиду того, что сила натяжения ограничена прочностью захватов и пильной рамки, воспринимающей силы натяжения всех пил постава.

Сущность вальцевания заключается в том, что среднюю часть полотна пилы 4 прокатывают под давлением между двумя вращающимися бочкообразными роликами 5 и 7 (рис. 44, в), базируя по ролику 6нерабочей кромкой. В месте прохода ролика пила удлиня­ется и растягивает смежные, невальцованные части полотна. В ре­зультате натяжения вальцованной пилы в пильной рамке в край­них частях пилы будут достаточные растягивающие напряжения при относительно небольших растягивающих усилиях (рис. 44, д, е). Количество, расположение и порядок нанесения следов вальцева­ния 1—5 показан на рис. 44, г.

По окончании вальцевания проводят оценку плоскостности и напряженного состояния пилы так, как описано выше для невальцованных пил. Если обнаружены местные дефекты (отклонение от плоскостности превышает 0,15 мм), производят дополнительную правку. Если напряженное состояние пилы не соответствует нор­мальному, проводят дополнительное вальцевание.

Установка рамных пил.Установка рамных пил в станок заклю­чается в формировании постава, креплении в продольном и попе­речном направлении, натяжении пил, проверке их положения и оценке жесткости пил. Согласно плану раскроя выбирают проклад­ки, устанавливаемые между пилами. В поперечном направлении крепление пил и прокладок осуществляется струбцинами, кото­рые закрепляют на вертикальных стойках пильной рамки.

Типовое крепление пилы в продольном направлении показано на рис. 45, а. Верхний захват пилы приспособлен для ее натяжения. Щечки 1 захвата подводятся под планки 2 пилы. Щечки осью 3 связаны между собой и со стержнем 4, передающим усилие натя­жения на поперечину пильной рамки 5. Эксцентрик 6, укреплен­ный в верхней части стержня, опирается рабочей профилирован­ной поверхностью через подэксцентрик 7 на подушку 8, лежащую на поперечине. Натяжение пилы осуществляется поворотом эксцентрика. Шарнирная связь стержня со щечками обеспечивает ус­тановку пилы с требуемым уклоном по упорам: верхнему 9 и ниж­нему 10.

На пилу со стороны древесины в процессе резания действуют силы по трем направлениям: резания F_x — вверх (при рабочем ходе пилы вниз), отжима F_z — по направлению подачи бревна, боковая F_y, возникающая из-за неодинакового давления на пилу слева и справа. Сила F_y наиболее опасна, так как в направлении ее дей­ствия пила (тонкая пластина) имеет минимальную жесткость. Для придания жесткости в рабочих условиях пила должна быть натяну­та. Показателем жесткости (у, Н/мм) служит отношение боковой силы F_y, Н, к величине вызванного ею прогиба полотна z, мм:

Обычно работают пилами, имеющими жесткость 60... 80 Н/мм. Такая жесткость достигается натяжением пилы силой N, при ко­торой растягивающие напряжения по поперечному сечению пилы σ = 80... 120 МПа. В случае приложения силы N по оси полотна (рис. 45, б) ее величина равна N₀ = σab, где а — ширина, b — толщина пилы, мм. Так, при а = 180 мм, b = 2 мм и σ_ср = 100 МПа сила натяжения N = 100 • 10⁶ (Па) • 180 • 10^-3 (м) * 2 * 10^-3 (м) = 36 * 10³ (Н) = 36 (кН).

Однако со стороны древесины усилия действуют главным обра­зом на зубья пилы. Поэтому рациональнее придавать большую жест­кость части пилы, прилегающей к зубьям, за счет перераспределе­ния по ширине полотна напряжений σ в сечении пилы. Техничес­ки это можно решить путем эксцентричного приложения сил на­тяжения (рис. 45, в) по отношению к оси полотна пилы. Вели­чина смещения линии натяжения е, мм, называется абсолютным эксцентриситетом. Но для пил разной ширины влияние одного и того же эксцентриситета различно. Поэтому для сравнения вво­дится понятие относительного эксцентриситета i:

При внецентренном растяжении напряжения по сечению рас­пределены неравномерно: эпюра имеет форму трапеции, напря­жения уменьшаются по линейному закону от σ_тах до σ_min:

где

Напряжения у зубьев σ_тах, как и σ_ср, всегда растягивающие. Напряжения σ_min с увеличением i могут стать равными нулю (при i = 0,17 и 6i = 1) или при i > 0,17 изменить знак — будут сжимающими.

Если i = 0,25 (по рекомендациям ЦНИИМОД), то

σ_max = σ_cp (1 + 6 • 0,25) = 2,5 σ_ср; σ_mjn = σ_ср (1 – 6 • 0,25) = - 0,5 σ_ср.

Сравним усилия натяжения при осевом (N₀) и эксцентричном (N_Э) расположении линии натяжения, если напряжения растяже­ния у зубьев σ₃ будут одинаковыми σ₃ = σ = σ_тах:

Как видно, при эксцентричном натяжении тот же эффект дос­тигается силой N₃, в 2,5 раза меньшей, чем N₀. Однако наличие на задней кромке сжимающих напряжений (-0,5 σ_ср) может вызвать ее поперечные колебания (