Резание древесины элементарным резцом
Цель: Определить основные кинематические соотношения при резании древесины элементарным резцом.
Порядок выполнения работы
1. Из приведенной ниже табл. 2.1 выбрать исходные данные для рас- чета, в зависимости от двух последних цифр зачетной книжки.
2. Вычертить в соответствии с исходными данными схему резания древесины элементарным резцом, на которой показать основные элементы резца и стружки.
3. Определить значения углов b и γ.
4. Определить удельное сопротивление резанию K при различных значениях толщины стружки h.
5. Определить усилие резания P при всех значениях h.
6. Определить мощность N при всех значениях h.
Результаты расчетов свести в таблицу и по данным построить в мас- штабе графики зависимостей K = f(h); P = f(h); N = f(h).
Значения толщины стружки для всех вариантов принимаются равными:
h1 = 0,1мм.; h2 = 0,3мм.; h3 = 0,5мм.; h4 = 0,7мм.; h5 = 1,0мм.
Указания к выполнению работы
Для выполнения работы рекомендуется пользоваться учебной лите- ратурой, приведенной в списке литературы.
Срезание стружки клинообразным резцом (рис. 2.1), производящееся только одной его режущей кромкой, при прямолинейном равномерном движении резца и постоянной толщине стружки и ширине, меньшей, чем длина лезвия, называется элементарным резанием.
Рис.2.1. Элементы резца и стружки
Резец имеет следующие основные элементы: aбгд – переднюю грань;
азед – заднюю грань;
абз и дге – боковые грани;
аб и дг – передние боковые кромки; аз и де – задние боковые кромки;
В каждом резце различают угловые величины:
b – угол между передней и задней гранями, называемый углом заточки;
a – угол между задней гранью и направлением резания (задний угол);
g – угол между передней гранью резца и перпендикуляром к направле- нию резания (передний угол);
d – угол между передней гранью резца и направлением резания (угол резания). Угол резания равняется сумме углов заострения и заднего (d = b + a).
Резание характеризуется скоростью (V) и направлением движения резца по отношению к волокнам древесины, толщиной (h) и шириной (b) стружки.
Различают три главных направления резания по отношению к волок- нам: в торец, вдоль волокон и поперек волокон.
При резании в торец (^) направление резания и плоскость резания перпендикулярны волокнам древесины, при этом стружка распадается на отдельные элементы и называется элементарной.
При резании вдоль волокон ( ⎢⎢) направление резания и плоскость резания параллельны направлению волокон древесины. Стружка имеет вид тонкой ленты и называется сливной.
При поперечном резании (#) плоскость резания параллельна направ- лению волокон, а направление и скорость резания перпендикулярны на-
правлению волокон древесины. Стружка получается непрочная, ее элемен- ты слабо связаны между собой.
На практике встречаются и другие виды резания: продольно- торцовое, поперечно-торцовое, продольно-поперечное и др.
Значение переднего угла определяется из следующего соотношения:
g = 90° - d. (2.1)
Для определения усилия резания Р величина удельного сопротивле- ния резанию К определяется по следующей формуле
К = Кo ап аw аdаrаh аv, (2.2)
где Кo – основное удельное сопротивление резанию древесины сосны, ост-
рым (резцом при угле резания d = 45О , толщине стружки 1мм,
влажности древесины 15% и скорости резания в пределах 50...60
м/с) Н/м2 (в табл. 2.2 приведена размерность Н/мм2 = 106 × Н/м2);
ап – коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления резанию в зависимости от породы;
аw – коэффициент, учитывающий влияние влажности древесины;
аd– коэффициент, учитывающий влияние угла резания;
аr– коэффициент, учитывающий степень затупления резца; аh – коэффициент, учитывающий влияние толщины стружки; аv – коэффициент, учитывающий влияние скорости резания.
Значения удельного сопротивления резанию и поправочных коэффи-
циентов приведены в табл. 2.2–2.7.
Усилие резания (Р, Н), и мощность резания (N, Вт), определяются соответственно по формулам:
Р = К b h, (2.3)
N = K b h v, (2.4)
где b – ширина стружки, мм; h – толщина стружки, мм; v – скорость резания, м/с.
В качестве примера рассмотрим порядок расчета при последних цифрах зачетной книжки 10.
1. Исходные данные выбираем из табл. 2.1:
порода древесины – С (сосна);
направление резания по отношению к волокнам – ⎢⎢(продольное);
ширина стружки – 5 мм; угол резания – 30 °;
влажность древесины – 120 %;
скорость резания – 60 м/с;
угол наклона задней грани – 20 °;
количество часов работы резца после заточки – 4.
2. Определяем значения углов b и g:
Угол заточки режущей кромки:
b = d - a = 30 -20 = 10°.
Передний угол резания:
g = 90° - δ = 90 - 30 = 60°.
3. В зависимости от направления резания по табл.2.2 находим основ- ное удельное сопротивление резания Кo. Для нашего варианта:
Кo = 6,9 Н/мм2.
Поправочные коэффициенты находим из приведенных ниже таблиц: в зависимости от породы ап = 1,0 (см. табл. 2.3);
в зависимости от влажности аw = 0,85 (см. табл. 2.4);
в зависимости от угла резания аd= 0,7 (см. табл. 2.5);
в зависимости от степени затупления резца аr= 1,5 (см. табл. 2.6);
в зависимости от толщины стружки:
аh1 = 2,2; аh2 = 1,4; аh3 = 1,2; аh4 = 1,1; аh5 = 1,0;
в зависимости от скорости резания аv = 1,0, так как влияние скорости резания в пределах до 60 м/с на усилие резания заметно не сказывается.
Общее удельное сопротивление резанию:
К1 = 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·2,2·1,0 = 13,55 Н/мм2; К2 = 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,4·1,0 = 8,62 Н/мм2; К3 = 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,2·1,0 = 7,39 Н/мм2; К4 = 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,1·1,0 = 6,77 Н/мм2; К5 = 6,9·1,0·0,85·0,7·1,5·1,0·1,0 = 6,16 Н/мм2.
4. Определяем усилие резания при всех значениях толщины стружки:
Р1 = 13,55·5·0,1 = 6,8 Н; Р2 = 8,62·5·0,3 = 12,9 Н; Р3 = 7,39·5·0,5 = 18,5 Н; Р4 = 6,77·5·0,7 = 23,7 Н; Р5 = 6,16·5·1 = 30,8 Н.
5. Определяем мощность при всех значениях толщины стружки:
N1 = 13,55·5·0,1·60 = 407 Вт = 0,407 кВт; N2 = 8,62·5·0,3·60 = 776 Вт = 0,776 кВт; N3 = 7,39·5·0,5·60 = 1109 Вт = 1,109 кВт; N4 = 6,77·5·0,7·60 = 1422 Вт = 1,422 кВт; N5 = 6,16·5·1·60 = 1848 Вт = 1,848 кВт.
6. Результаты расчетов сводим в таблицу
| Толщина стружки h, мм | Поправочный коэффициент аh | Удельное сопро- тивление реза- нию К, Н/мм2 | Усилие реза- ния Р, Н | Мощность N, кВт |
| 0,1 | 2,2 | 13,55 | 6,8 | 0,407 |
| 0,3 | 1,4 | 8,62 | 12,9 | 0,776 |
| 0,5 | 1,2 | 7,39 | 18,5 | 1,109 |
| 0,7 | 1,1 | 6,77 | 23,7 | 1,422 |
| 1,0 | 1,0 | 6,16 | 30,8 | 1,848 |
7. По полученным данным строятся в масштабе графики зависимо- стей K = f(h); P = f(h) и N = f(h) (рис.2.2, 2.3, 2.4).
К , Н/мм2
20
К=f(h)
0,1 0,3 0,5 0,7 1
h , мм
Рис. 2.2. График изменения удельной силы резания
P , Н P=f(h)
40
0,1 0,3 0,5 0,7 1 h , мм
Рис. 2.3. График изменения силы резания
N , КВт
2
N=f(h)
1,5
0,5
0,1 0,3 0,5 0,7 1 h, мм
Рис. 2.4. График изменения мощности резания
Т а б л и ц а 2.1
Исходные данные для расчета процесса резания древесины
| Показатели | Цифра номера зачет. книжки | Значения исходных данных в зависимости от номера зачетной книжки | |||||||||
| Порода древесины | пред- посл. | С | Е | Б | Ос | Л | Лс | Бк | Л | Ол | Я |
| Направление резания по отношению к во- локнам | пред- посл. | ⎢⎢ | # | ^ | ⎢⎢ | # | ^ | ⎢⎢ | # | ^ | ⎢⎢ |
| Ширина стружки В, мм | пред- посл. | ||||||||||
| Угол резания d, град. | пред- посл. | ||||||||||
| Влажность древесины W, % | посл | ||||||||||
| Скорость резания V, м/с | посл | ||||||||||
| Угол наклона задней грани a, град. | посл | ||||||||||
| Кол-во часов работы резца после заточки | посл |
Т а б л и ц а 2.2
Значения основного удельного сопротивления резанию в зависимости от направления резания
| Направление резания: | КО, Н/мм2 |
| поперечное | 4,9 |
| продольное | 6,9 |
| торцовое | 19,6 |
Т а б л и ц а 2.3
Коэффициент, учитывающий влияние породы на удельное сопротивление резанию
| Породы | ап | Породы | ап |
| Липа | 0,80 | Ольха | 1,00–1,05 |
| Осина | 0,85 | Береза | 1,20–1,30 |
| Ель | 0,90-1,00 | Бук | 1,30–1,50 |
| Сосна | 1,00 | Дуб | 1,50–1,60 |
| Лиственница | 1,10 | Ясень | 1,50–2,00 |
Т а б л и ц а 2.4
Коэффициент, учитывающий влияние влажности древесины на удельное сопротивление резанию
| Абсолютная влажность, % | 8 – 10 | 15 – 20 | 20 – 30 | 50 – 70 | 70 и бо- лее |
| Коэффициент аW | 1,10 | 1,00 | 0,95 | 0,90 | 0,85 |
Т а б л и ц а 2.5
Коэффициент, учитывающий влияние угла резания на удельное сопротивление резанию
| Направле- ние резания | Значение коэффициента аdпри угле резания, град | ||||||||||
| Поперечное | 0,90 | 1,00 | 1,03 | 1,06 | 1,09 | 1,12 | 1,15 | 1,18 | 1,22 | 1,26 | 1,30 |
| Продольное | 0,70 | 1,00 | 1,10 | 1,20 | 1,30 | 1,50 | 1,70 | 2,00 | 2,40 | 2,80 | – |
| В торец | 0,60 | 1,00 | 1,15 | 1,30 | 1,45 | 1,70 | 2,00 | 2,40 | 2,80 | – | – |
Т а б л и ц а 2.6
Коэффициент, учитывающий влияние затупления резца на удельное сопротивление резанию
| Время работы после заточки, ч | аr | Время работы по- сле заточки, ч | аr |
| 1,0–1,1 | 1,4 | ||
| 1,2 | 1,5 | ||
| 1,3 | 1,6 |
Т а б л и ц а 2.7
Коэффициент, учитывающий влияние толщины стружки на удельное сопротивление резанию
| Порода | Коэффициент аh при толщине стружки, мм | ||||||||||||
| 1,00 | 0,70 | 0,50 | 0,40 | 0,30 | 0,20 | 0,15 | 0,10 | 0,05 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,01 | |
| Мягкие | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,7 | 1,8 | 2,2 | 2,9 | 3,1 | 3,3 | 3,6 | 4,2 |
| Твердые | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,7 | 2,0 | 2,5 | 3,5 | 3,9 | 4,4 | 5,1 | 7,0 |