Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Перед деревообрабатывающей промышленностью, как и перед промышленным комплексом РФ в целом, поставлена задача разработки и внедрения энергосберегающих технологий. В мебельном, столярно-строителыюм и других производствах широко применяются шиповые клеевые соединения. Наиболее распространенным и изученным способом изготовления элементов шиповых соединений является фрезерование. Образующиеся при фрезеровании отходы в виде стружки необходимо удалять с использованием систем аспирации, энергоемкость которых сопоставима с энергоемкостью технологического оборудования. Кроме того, при фрезеровании перерезаются волокна древесины, что снижает качество склеиваемых поверхностей и увеличивает расход клея, повышая себестоимость изготовления клееных деталей.
Таким образом, существует необходимость разработки безотходного способа изготовления элементов шиповых соединений с формированием поверхностей высокого качества.
Эти требования могут быть выполнены при использовании способа холодного торцового прессования элементов шиповых соединений, путем вдавливания в торцы заготовок пуансона с профилем, соответствующим форме прямоугольных шипов и проушин. Операция формирования прямоугольных шипов с помощью холодного торцового прессования, являясь безотходной, обеспечивает высокое качество склеиваемых поверхностей. Однако внедрение данного способа в производство сдерживается недостаточной изученностью процесса торцового прессования, что вызывает необходимость проведения исследований, направленных на разработку и внедрение данного способа в производство.
Существующие в настоящее время рекомендации в государственных стандартах и специальной технической литературе по выбору вида и параметров шиповых соединений различного назначения, определению их качества, а также выбору режимов обработки, относятся к ограниченному ряду типоразмеров шиповых соединений, полученных в основном фрезерованием. Таким образом, существует необходимость разработки методики выбора параметров шиповых соединений различного вида и назначения.
Цель и задачи исследования.
Целью исследования является разработка безотходного энергосберегающего способа формирования элементов шиповых соединений холодным торцовым прессованием заготовок из древесины.
Задачи исследования:
исследовать качественные изменения структуры древесины при внедрении призматического пуансона в торцовую поверхность образцов;
разработать математическую модель, позволяющую установить влияние значимых факторов на энергосиловые параметры процесса местного торцового прессования;
установить зависимости наиболее значимых показателей качества шипов, получаемых прессованием, от их параметров и режимов процесса прессования;
разработать методику выбора параметров шиповых соединений различного назначения, а также методику выбора оборудования и оснастки для холодного торцового прессования элементов шиповых соединений.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является процесс прессования древесины; предметом исследования - процесс торцового прессования шипов и проушин в деталях шиповых соединений.
4 Методы исследования.
Исследования проводились на основе теоретического и экспериментального изучения процесса местного торцового прессования древесины. Экспериментальные исследования выполнены с применением стандартных и принятых в деревообработке методик и методов математического планирования эксперимента. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики при помощи программ Microsoft Excel и Advanced Grapher. При разработке системы показателей для оценки конкурентоспособности шиповых соединений применялись основные положения квали-метрии и стандарты в области качества.
Научная новизна работы.
-
Экспериментально исследовано качественное изменение структуры древесины сосны, березы и дуба при внедрении призматического пуансона в торцовую поверхность образцов. Определены стадии процесса деформирования древесины при формировании прямоугольной проушины.
-
Установлены закономерности влияния геометрических параметров проушины и влажности древесины на усилие прессования. Получена математическая модель для расчета усилия торцового прессования прямоугольных проушин в заготовках из древесины сосны, березы, дуба.
-
Получены экспериментальные зависимости глубины деформированной зоны и твердости дна проушины от влажности древесины, ширины и глубины проушины для исследованных пород древесины.
-
Получены экспериментальные уравнения для расчета прочности шиповых соединений на растяжение и изгиб в зависимости от влажности и прочности древесины.
Практическая значимость.
Разработан обладающий существенной новизной способ торцового прессования элементов шиповых соединений в деревянных заготовках и конструкция оснастки для его осуществления. Разработана методика выбора параметров шиповых соединений различного назначения, а также оборудования и оснастки для прессования элементов шиповых соединений на стадии подготовки производства. Разработаны классификаторы шиповых соединений, прессового оборудования и оснастки. Разработана система показателей конкурентоспособности шиповых соединений.
Результаты работы положены в основу выбора оптимальных параметров шиповых соединений и режимов их прессования при внедрении в производство нового техпроцесса изготовления дверей на ООО «Техноресурс», г. Киров. Полученные результаты подтверждают эффективность применения торцового прессования для изготовления шиповых соединений по длине и позволяют снизить сроки подготовки их производства и себестоимость изготовления.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора используются в учебном процессе в ГОУ ВПО «ВятГУ» при подготовке студентов по специальностям 150405 - Машины и оборудование лесного комплекса и 261001 - Технология художественной обработки материалов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
стадии процесса деформирования и качественное изменение структуры древесины сосны, березы и дуба при формировании прямоугольных проушин способом холодного торцового прессования;
закономерности влияния влажности древесины, ширины и глубины проушины на усилие торцового прессования прямоугольных проушин в заготовках исследованных пород древесины;
экспериментальные зависимости показателей глубины деформированной зоны и твердости дна проушин от влажности древесины, ширины и глубины проушины;
экспериментальные зависимости для расчета прочности соединений на шипах, полученных способом торцового прессования;
методика выбора и расчета параметров шиповых соединений различного назначения.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их сопоставлением с известными теоретическими и эмпирическими закономерностями, данными, полученными другими авторами, применением апробированных методик при проведении экспериментальных исследований, оценкой статистических характеристик полученных результатов, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и региональных научно-технических конференциях «Наука - производство - технологии - экология» (г. Киров, 2000-2006, 2008 гг.), Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Общество - наука - инновации" (г. Киров, 2010 г.), на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (г. Вологда, 2005, 2008 гг.); демонстрировались на межрегиональных специализированных выставках «Лес. Деревообработка. Мебель» (г. Киров, 2005-2007 гг.) и «Вят-каДревМаш» (г. Киров, 2008-2010 гг.), выставке «Вятский левша» (г. Киров, 2006 г.), интернет-выставке «Интеллект Вятки» (г. Киров, 2000 г.), международной научно-технической выставке «Российская национальная выставка» (г. Минск, 2005 г.), выставках «Живые системы» (г. Киров, 2006-2007 гг.); докладывались на V Международном евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века» (г. Екатеринбург, 2010 г.).
В полном объеме результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на научных семинарах кафедры «Машины и технология деревообработки» Вятского государственного университета.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 опубликованных научных работах общим объемом 3,6 п.л., в том числе 2 статьи общим объемом 0,6 п.л. в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК по специальности, 16 статей в сборниках материалов международных и всероссийских конференций и симпозиумов. Ведется работа над заявкой на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 184 страницах основного текста, включает 74 рисунка, 20 таблиц, 5 приложений; библиографический список содержит 134 наименования.
