Дереворежущий инструмент. Справочные материалы

A. H. ЧЕМОДАНОВ, Е. М. ЦАРЕВ, С. Е. АНИСИМОВ





                ДЕРЕВОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ





    СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ








Рекомендовано научно-методическим советом Учебно-методического объединения по образованию в области лесного дела в качестве учебного пособия по специальности «Лесоинженерное дело»









Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 674:630*
ББК 37.13+43.90
    4-42

Рецензенты:
кафедра ТОЛП Уральской государственной лесотехнической академии (зав. кафедрой профессор, доктор технических наук Н. В. Лифшиц);
начальник отдела лесозаготовок Департамента промышленного и топливно-энергетического комплекса республики Марий Эл
А. Н. Лебедев;
кафедра ДОП Марийского государственного технического университета (кандидат технических наук, доцент С. В. Иванов)


      Чемоданов, А. Н.

4-42   Дереворежущий инструмент. Справочные материалы : учебное
      пособие / А. Н. 4емоданов, Е. М. Царев, С. Е. Анисимов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 660 с. : ил., табл.
        ISBN 978-5-9729-1081-6

      Представлены сведения о видах дереворежущего инструмента, используемого для обработки лесоматериалов на всех фазах технологического процесса лесозаготовительного производства, при переработке древесины в деревообрабатывающем производстве. Рассмотрена классификация дереворежущего инструмента, вопросы его качественной подготовки к работе, условия эффективной эксплуатации режущего инструмента, повышения долговечности работы.
      Для студентов лесотехнических специальностей, инженернотехнических работников лесопромышленного и деревообрабатывающего производств.

                                                 УДК 674:630*
                                                 ББК 37.13+43.90





ISBN 978-5-9729-1081-6

   © 4емоданов А. Н., Царев Е. М., Анисимов С. Е., 2023
   © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

        ПРЕДИСЛОВИЕ


      На лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятиях большой объем работ выполняется при первичной обработке и переработке лесоматериалов: поперечное и продольное пиление, строгание, фрезерование, раскалывание, сверление, точение. Качество выпускаемой продукции, производительность труда, эффективность использования дереворежущего оборудования в значительной степени зависят от свойств режущего инструмента, подготовки его к работе и правильной эксплуатации.
      Оптимальная конструкция дереворежущего инструмента должна обеспечивать высокое качество и точность обработки, значительную производительность оборудования, износостойкость инструмента и безопасность в работе, простоту и удобство в изготовлении и использовании. Выполнение отмеченных условий главным образом зависит от свойств выбранного материала инструмента и правильной его подготовки, угловых и линейных параметров инструмента, его конструктивной формы.
      В процессе использования дереворежущего инструмента решающее значение имеют операции по его подготовке: заточка, развод и плющение зубьев, проковка и вальцовка пил, балансировка и монтаж инструмента, его пайка и термическая обработка. Для этого необходимо хорошо знать сущность этих операций и оборудование для подготовки дереворежущего инструмента, его конструкцию и кинематические схемы, оптимальные режимы работы.
      Представленное пособие рассматривает основные виды дереворежущего инструмента, его назначение и геометрические параметры, перечень необходимых операций по подготовке инструмента к работе, применяемое для этих целей оборудование и контрольно-измерительные приборы, наиболее значимые вопросы по организации на предприятии инструментального хозяйства. В учебных целях предлагаемое пособие может быть использовано студентами лесных специальностей при проведении практических занятий, учебных и производственных практик, курсовом и дипломном проектировании. На производстве данное пособие окажет значительную помощь при квалифицированной подготовке и эксплуатации современных дереворежущих инструментов.

3

        1.            ПОНЯТИЕ О МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

     Для получения различных по назначению, форме и размерам лесоматериалов их подвергают механической обработке. Теоретические основы механической обработки древесины называют теорией резания. Задачами теории резания древесины являются определение усилий, возникающих при резании и потребной мощности на резание, а также нахождение оптимальных параметров режущих инструментов и режимов резания, дающих наибольшую производительность при наименьших затратах энергии и требуемом качестве обрабатываемой поверхности.
     Различают следующие основные способы механической обработки древесины: резание, пиление, рубку, раскалывание, фрезерование и др. В основе большинства способов механической обработки лежит процесс резания древесины, т. е. отделение одной части дерева от другой с помощью резца.
     Для деления древесины с образованием стружки применяют разнообразные режущие инструменты, основным элементом которых является простой (элементарный резец) резец, представляющий собой клин. Внедряясь в древесину, резец отделяет тонкую стружку постоянной толщины. Резание таким резцом называется элементарным.
     Простой резец (рис. 1.1) представляет собой клин, у которого различают переднюю грань АОО'А', заднюю грань ВОО'В', переднюю (главную) режущую кромку (лезвие) ОО', образованную пересечением передней и задней грани, и боковые грани АОВ и А'О'ВПересечение передней грани с боковыми дает боковые режущие кромки АО и А'О'. Только условно можно принять, что режущие кромки представляют собой прямые линии, в действительности переход от одной плоскости к другой происходит по криволинейной поверхности с некоторым радиусом р. Чем меньше р, тем острее резец.
     Угол р, составленный передней и задней гранями называется углом заточки или углом заострения резца. Если передняя режущая кромка

4

составляет прямой угол с боковыми гранями и перпендикулярна направлению движения резания, заточка резца называется прямой, в ином случае она будет косой.

Рис. 1.1. Элементарный резец

      Плоскость xxx'x', получаемая в результате движения резца в направлении x-x, представляет собой плоскость обработки. Угол между передней гранью резца и плоскостью обработки называется углом резания J, а угол между передней гранью и перпендикуляром к плоскости обработки называется передним углом у. Как правило, задняя грань не совпадает с плоскостью обработки и составляет с ней угол, называемый задним углом а. Соотношение между углами выражается уравнением:

8 = (а + в) и Y = 90° -(а+в) = 90° - 8.


(1.1)

      В зависимости от положения плоскости резания по отношению к волокнам различают три вида простого резания: в торец, вдоль и поперек волокон.
      При резании в торец (рис. 1.2, а) плоскость обработки и направление движения резца перпендикулярны направлению волокон, которые


5

расположены по оси у - у , а движение резца по оси x - x . В этом случае волокна разрушаются по их длине.


Рис. 1.2. Виды резания по ориентации волокон древесины: а - в торец; б - вдоль волокон; в - поперек волокон

      При резании вдоль волокон (рис. 1.2, б) плоскость резания xOz и направление движения резца совпадают с направлением волокон, идущих по оси x-x. Стружка отделяется по плоскости Ox вследствие разрыва связей между волокнами и излома по плоскости ОМ, проходящей поперек волокон.
      При резании поперек волокон (рис. 1.2, в) происходит движение резца поперек волокон в их плоскости. В этом случае волокна древесины лежат в плоскости резания xOz и их направление совпадает с осью z-z. Отделение стружки происходит по плоскости Ox и поверхности OM вследствие нарушения связи между волокнами.
      Нарушение любого из условий простого резания вызывает появление сложного резания, которое характеризуется одновременной обработкой двух-трех поверхностей, переменной скоростью резца, криволинейной траекторией его движения, переменной толщиной стружки, расположением плоскости резания под разными углами к направлению волокон и т. д.


6

      Скорость движения резца называется скоростью резания v. Для внедрения резца в древесину и отделения от нее стружки к нему должно быть приложено усилие Pₚ, называемое силой резания. Оно складывается из усилий: на перерезание древесины, деформацию стружки, преодоление трения элементов стружки о резец, резца о древесину и т. д.
      При срезе стружки резец контактирует с заготовкой по контуру akcd (рис. 1.3), который называют активным контуром режущего элемента. Активный контур включает в себя часть передней грани (участок ak), контактирующую со срезаемой стружкой, округленную режущую кромку (лезвие kc) и часть задней поверхности (участок cd). Лезвие kc поднимает материал, расположенный ниже плоскости резания kk', на величину радиуса округления р. После прохода лезвия подмятый материал упруго восстанавливается и воздействует на заднюю грань cd.

Рис. 1.3. Силы, действующие на резец

      На всем активном контуре возникают нормальные и касательные нагрузки. Типичное распределение нормальных нагрузок q, действующих на активный контур со стороны обрабатываемого материала, показано на рис. 1.3. Обычно действие распределенных по активному конту

7

ру нагрузок заменяют одной сосредоточенной силой P. Это сила взаимодействия резца с материалом, ее часто раскладывают на составляющие Px и Pz. Касательная сила Px - это составляющая силы P, направленная вдоль вектора скорости резания v . Нормальная сила Pz - это составляющая силы P, направленная перпендикулярно вектору скорости резания v . Касательная сила Px всегда направлена против вектора скорости резания и препятствует движению резания. По этой силе ведут расчет необходимой мощности привода механизма главного движения.
      Если нормальная сила Pz направлена от поверхности резания в сторону стружки (рис. 1.3), то ее называют силой отжима. Сила отжима, которой условно присвоен знак плюс (+), стремится отжать резец от поверхности резания. Если нормальная сила Pz направлена от поверхности резания в глубь заготовки, то ее называют силой затягивания. Силе затягивания присвоен знак минус (-). По величине нормальной силы определяют необходимую жесткость режущего инструмента и шпинделя станка.
      Прочность режущего инструмента рассчитывают по суммарной силе P, поэтому для обоснования параметров режущего инструмента необходимо знать влияние условий резания на величину сил резания. Все условия резания принято разделять на три группы: определяемые обрабатываемым материалом (прочность, структура, влажность и температура материала); определяемые режущим инструментом (угловые параметры, острота резца); определяемые режимами резания (скорость резания, скорость подачи, ширина стружки).
      Чем больше прочность материала, тем больше при прочих равных условиях касательная и нормальная силы. Зная это, можно по известной плотности ориентировочно определить возможные силы резания какого-либо нового материала. При резании всех древесных пород в торец возникают наибольшие, а при резании поперек волокон наименьшие силы.
      Влияние влажности древесины на силу резания связано с уменьшением прочности при увеличении содержания влаги. При наличии в древесине свободной влаги (при влажности более 30 %) она выступает в качестве смазки и уменьшает коэффициент трения древесины по резцу, поэтому с ростом влажности сила резания несколько уменьшается.
      С ростом температуры древесины сила резания также уменьшается. Уменьшение идет плавно как при отрицательных, так и при положи

8

тельных температурах. При 0 °C сила меняется скачкообразно, что связано с изменением агрегатного состояния влаги. Увеличение переднего и заднего углов резца приводит к уменьшению сил резания.
      Острота режущего инструмента, оцениваемая радиусом затупления лезвия р, оказывает большое влияние на силу резания. Чем больше радиус р, тем больше касательная сила Px и сила отжима Pz. Касательная сила Px уменьшается при возрастании скорости резания от малых значений до 40-50 м/с, а при дальнейшем возрастании скорости до 100-120 м/с сила Px возрастает.
      В оборудовании, применяемом на лесозаготовках, в основном используется метод резания со снятием стружки - пиление.
      Пилением называют процесс разделения обрабатываемого образца на две или несколько частей при помощи повторного движения резцов в данном сечении. Для этой цели применяют инструменты, имеющие несколько резцов и называемые пилами. Процесс пиления значительно более сложен, чем процесс резания элементарным резцом. Каждый зуб пилы имеет несколько режущих кромок (по существу несколько резцов), производящих резание в разных направлениях по отношению к волокнам древесины. Кроме того, при резании зубья пилы работают в закрытом пространстве, называемом пропилом, что создает специфические условия по сравнению с работой элементарного резца.
      Используют следующие виды пиления, отличающиеся направлением пропила по отношению к волокнам древесины: поперечное пиление -плоскость пропила перпендикулярна направлению волокон; продольное пиление - плоскость пропила параллельна направлению волокон.
      Если траектории движения резцов пересекают направление волокон древесины, то процесс резания происходит с образованием опилок. Когда направление волокон и траектории движения резцов совпадают, процесс резания происходит с образованием стружки.
      Пилы имеют полотно и зубчатый венец. Их различают по форме и роду движения. По форме пилы разделяют на следующие виды: круглые, ленточные, прямые (рамные) и цепные.

9

        2.       КРУГЛЫЕ ПИЛЫ


      Круглые пилы - это многорезцовый инструмент, имеющий форму диска, сферы, цилиндра или квадрата. Пиление осуществляется вращательным движением инструмента при поступательном движении обрабатываемого материала или пилы вместе с ее приводом. Вращательное движение характеризуется окружной скоростью, которую условно называют скоростью резания, а поступательное движение - скоростью подачи. Осуществление процесса пиления возможно только в том случае, если имеются оба движения.
      По виду пиления круглые пилы разделяются на пилы для продольной, поперечной и смешанной распиловки древесины и древесных материалов [42, 43, 5, 6, 8, 9, 12, 13]. Они отличаются друг от друга профилем зубьев, углами резания и способом заточки. Классификация круглых пил дана на схеме (рис. 2.1).
      Промышленностью выпускаются несколько типов круглых пил, отличающихся различным технологическим назначением. Наиболее распространены пилы с плоским диском (рис. 2.2, а). Они бывают стальными и оснащенными пластинками твердого сплава. В зависимости от профиля зубьев пилы с плоским диском используют для продольной и поперечной распиловки древесины, фанеры, стружечных и волокнистых пил, облицовочных щитов и др.
      Пилы с коническим диском бывают лево-, право-, и двусторонние (рис. 2.1, б, в, г). Они применяются для продольной распиловки пиломатериалов на тонкие (до 15...20 мм) дощечки. Левосторонние (конус слева относительно движения подачи) предназначены для отпиливания дощечки с левой стороны доски (рис. 2.1, б), а правосторонние - с правой (рис. 2.1, в).
      Двусторонние конические пилы применяют для ребровой распиловки широких досок толщиной до 40 мм (рис. 2.2, г). Ограничения по толщине связаны с тем, что коническая часть пилы должна отогнуть отпиливаемую дощечку. Конические пилы более устойчивы в работе и уменьшают потери древесины в опилки примерно в 2 раза по сравнению с плоскими пилами за счет меньшей толщины периферийной части пилы.

10