Повышение эффективности фрезерно-пильного оборудования на основе разработки конструкций уилиндрических фрез для получения технологической щепы Елькин, Виталий Павлович
Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время Уведомить о поступлении
Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Елькин, Виталий Павлович. Повышение эффективности фрезерно-пильного оборудования на основе разработки конструкций уилиндрических фрез для получения технологической щепы : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.21.05.- Ленинград, 1989.- 17 с.: ил.
Введение к работе
Актуальность теми. Перспективным впдоа фрезерно-пильпого оборудования для переработки тонкоыерного сирья являются фре-зерно-пилыше агрегати, оснащенные цилиндрический фрезерным инструментом. Однако фрезерно-пшшшо агрегаты ішеют ряд не -достатков, что снижает их эффективность, в частности, конструкция фрезерного инструмента и режимы его эксплуатации не обеспечивают достаточно высокое качество получаемой продукции. Одниц из путей решения этой задачи является повышение качесгза технологической щепы, основный недостатком которой является неудов -детворигелъное качество среза, что отрицательно злияет не ка -чество и выход целлюлозы.
Настоящая работа является частью проводимых ЦНИЖОДом актуальній: комплексных исследований, направленных на создание высокопроизводительного фрезерно-пильного оборудования, оснацен -ного цилиндрический фрезерный инструментом, обеспечиваадкм по -лучение высококачественное технологической щепы и сшаенко эпер-гоемкоста процесса фрезерования.
Цель работы. Повышение эффективности фрезерно-пильного оборудования но основе разработки конструкции цилиндрических фрез и рациональных режимов их эксплуатации, обеспечивающих увеличение выхода и повиаение качества технологической цепи при переработке ыерзлоЯ к талой древесины.
Научная новизна. Рассмотрена трехмерная задача взаимодействия резца с древесиной в процессе образования элемента цепи при цилиндрическом Фрезеровании. Получены зависимости, езязьгаа-вдио' толзшгу и величину деформація! цег.и с физико-цехоничеекпия характеристиками древесины, параметрами процесса фрезерования я углеїими пореиетрачи резца. Экспериментально установлено, что осуществление торцово-продольно-поперечного вида резания при цилиндрической фрезеровании повисает качество обработанной поверхности и технологической цепы, снизаег энергозатраты. Виполнєеу исследования по фрезерование цер'элоЗ древесины.
Практическая ценность. Раз работали исходные требования к геометрический и угловші napausipeu цилиндрического ^разерзого
инструмента и рациональные реашы его эксплуатации, что позволило производить на фрезерно-пильноы оборудовании высококачественную технологическую цепу для ЦБП и пиломатериалы, релачить. выход цепы, снизить энергозатраты процесса фрезерования. Разработаны и защищены авторскими сеидетельеивами конструкции фре -зерного инструмента (а.с. 538888; а.с. I3554SI).
Реализация работы» На основании результатов исследований разработан и изготовлен экспериментальный образец цилиадриче -ской фрезерной головки брусующего узла линии агрегатной переработки бреген модели ЛАПБ-2, который прошел производственные испытания на Солоибальскоы ЛДК (г. Архангельск) и находится в эксплуатации более 5 лет. В настоящее время данными фрезерными головнем оснащены 8 линий модели ЛАПБ-2 я комплектуются іши все линии ЛАПБ-2, выпускаемые Вологодским СПО. Разработана и утверждена Минлеопромоа СССР заявка на серийное изготовление фрезерных головок. Разрабоїана, изготовлена цилиндрическая фрезерная головка к станку для выработки палешїериалов из апель -. ных горбылей. Разработана документация и изготовлена на Каменец-Подольском заводе дерезорежущего инструмента опытно-промышленная партия резцов с иаклонной-.главной резущей кройкой. Материалы исследования использованы при разработке документации нз фрезерный инструмент опытно-промышленного образца линии агрегатной переработки бревен подели ЛАПБ-3. Расчетный годовой экономический эффект ої'применения цилиндрической.фрезерной головки в брусующем узле составляем не иенее 71,6 тыс.р. на одну линию ЛАПБ-2.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабо-їн докладывались и обсукдались на Второй научно-технической конференции иолодых учених и специалиезоз лесопильной промышленности (г. Архангельск., 1975 г.) и совещании специалистов стран СЭВ п Финляндии (г. Архангельск, 1985 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано восемь печатных рабої в получено два авторских свидетельства.
Структура и объем работа. Диссеріация состоит из введения, вооьмв разделов, выводов и рекомендаций, списка использованной . лктерагуры и приложений. Рабоаа содерниг \Zb страниц машинописного seKcsa 37 риоункоз. Список использованной литературы
к я
Й
мои В к о
В*
g
со g
я Й
?
g g
пg
3 я
а с
Є в
?
?
оборудования является создание фрезерного инструиента, разра -ботка рациональных режимов его эксплуатации, что позволит увеличить выход и повысить качество технологической щепы» поверхности обработки пилоиатериалов, снизить энергоемкость процесса фрезерования. Исходя из этого в задачи проводимого исследова -ния входило:
теоретическое исследование взаимодействия резца с дрв -весиной при цилиндрической фрезеровании, определение толщины щепы и условий получения элемента щепы с минимальной деформа -цией торца;
экспериментальное исследование влияния параиетров про -цесса на силовые и качественные показатели при фрезеровании талой и мерзлой древесины.
Рис. I. Схема образования элементов цепы способом скола
Во втором разделе представлены теоретические исследования образования элемента щепы при цилиндрической фрезеровании. Рас*» смотрена пространственная задача взаимодействия резца с древесиной при полузакрытом виде фрезерования. Установлено, что в зависимости от физико-кеханических характеристик обрабатнваеиой древесины, параметров процесса и угловых параиетров резца эле -центы цепы при цилиндрической фрезеровании могут быть образованы следуюцими способами: сколом вдоль волокон, сколом поперек волокон (рис. I), расслоениец вдоль волокон, расслоением попе -рек волокон (рис. 2).
На схемо обозначено: Ч>% - угол встречи вектора'скорости резания ~у" с направлением волокон древесины; 'С я - угол наклона главкой режуцей кромка резца; У- эквивалентный угол действия; Я - равнодействующая сила воздействия передней грани резца на древесину; j/ и Т - нормальная и касательная составляющая силы "ft".
Образование элемента кепи сколом будет происходить при соотношении углов 4 > '-f . Угол н будет определять вид скола поперек или вдоль волокся в зависимости от того,как"е кзса -тельные но прятания tn ;шТн достигнут долустішого значения. С увеличением угла »? будет происходить переход СІ ЇОрЦОЗО -продольного к торцозо-продолыго-поперечному резаний.
При сколе элемента цепи вдоль волокон ( I )
^1 а3 ^^.coS^-^-f-^ta^s-'fJ-coS2'?,,
При сколе злеиенза щепы поперек волокон ( 2 )
^й^"гt-cosCfg-r;-^віп(ч>8- Y)- cos2ч>м
В завис шосгях (I) п (2): [ f „. ] и [Т,, ] - допустимые напрянения скалывания древесины поперек я вдоль ззолокоа, Н/м ; ( - коэффициент добавочного сопротивления (по Воскресенско -. ну С.А.); aj, - коэффициент пропорциональности, зависящий ог физико-мехеняческих свойств древесины. При Ї = I a-t =Е т.о. модулю упругости древесины, Н/ц
їис. 2. Схема образования элемента щепы расслоенной
При значениях угла fg>, меньших эквивалентного угла действия V, сила s вызывает в подрезаемом элементе нориальные растяжения поперек волокон Сэр* , при достижении которыми допустимых значений элемент щепы отрывается от основной иассы древа -сины. В эхом случае подрезанный элемент щепц рассиогриы как "балку-слой", лежащую на упругом основании.
Зависимость, связывающая толщину щепы t щ с физико-механическими свойствами древесины, параметрами процесса фрезерования и угловыми параметрами резца будет следующая:
і(зр# J -W
41 '
tjctg^-ctg (S +П )]
u.
- Sin (S +У ) sin. (S + 4>6 ) ( 3 )
где[<5р^1 - допустимое напряжение расіяжения древесины поперек волокон,Н /а^;, і ц? _ иодуль упругости древесины в зави-
сицосіи оі угла Vg , H/u^; V/ - величина, характеризующая упругие свойства древесины; К2 и К3 - функции Крылова А.Н.
Исследования деформирования торца элемента цепы передней гранью резце показали, что деформация элемента щепы полученной способом скола находится в зависимости от параметров процесса фрезерования, угловых параметров резца я геометрических размеров элемента. Цепа, полученная способом скола поперек волокон и расслоенйен, имеет меньшую величину деформации, чем щепа .полученная способом скола вдоль волокон. Определена величина деформации щепы, полученной при фрезеровании мерзлой древесины.
В третьем разделе изложена методика и результаты экспериментальных исследований, приведено описание экспериментальной установки, техническая характеристика параметров которой соответствует промышленшш условиям получения пиломатериалов и технологической цепы для ЦБП на фрезерно-пильнои оборудовании, Опыты проводились на образцах радиального и тангентального направления несквозного вида фрезерования и тангентального направления фрезеровения сквозного вида, что соответствует условиям работы узла первичного фрезерования и брусующего узла оборудо -
В8НИЯ.
По методике классического эксперимента исследовалось влия ние ширины В (10-50 мы), диаметра Д (400-300им) и глубины фре зерования Н (30-70; 100-150 мм). В качестве постоянных факторов приняты скорость резания V = 31,4 м/с, угловые параметры резца - (J3 = 40, л, = ю, <Г я 5, fEsO), величина подачи на ре зец и г = 20 ни, температура древесины Т = 20С. В качестве оценочных показателей приняты: максимальная сила резания, ка чество поверхности обработки и качество технологической цепы, которое оценивалось по фракционному составу, замерялась толщина элемента цепы. В качестве косвенного оценочного показателя каче ства технологической цепы была принята степень ее деформирован-» ности, для оценки которой были проведены лабораторные варки цел люлозы, оценивавшиеся выходом и показателями физпко-мехвничеекпх свойств целлюлозы. 1,
Результаты исследований показали, что с увеличение!! диаметре фрезерования максимальная сила резания и толщина щепы умень -шэются, качество поверхности обработки повышается. С увеличена-
ем глубины и іаириші фрезерования максимальная сило резания и . толщина цепы увеличішвютоя, качество поверхности обработки понижается*
В четвертом разделе приведена ыегодика и результаты экспериментальных исследований влияния скорости резания, подачи на резец и угла наклона главной режущей кроыки резца на силовые и качественные показатели процесса. Опыты проводились по плану Bj. Переменные факторы и уровни их варьирования приведены в табл. I.
Таблица I
Факторы
Xj - величина подачи на
резец иг , ым Xg - скорость резания
V , и/с Х$ - угол наклона главной режущей кромки резца Ч'и» рад. . .
В качестве'постоянных факторов были приняты ширина фрезерования В = 20 им, диаметр фрезерования Д = 600 мм, глубина фрезерования Н * 50 мм для условий работы узла первичного фрезерования и Н - 125 ш для условий работы брусующего узла, температура древесины Т = 20С. В качестве оценочных показателей приняты: максимальная сила резания, качество поверхности обработки, качество технологической цепы, которое оценивалось по фракционному составу, замерялась докдина цепы. Для определения влияния скорости резания и угла наклона главной режущей кройки резца были проведены лабораторные Еарки целлюлозы.
На основании проведенных опытов были получены уравнения регрессии, часть из которых предсгевлева в качестве примера.
I. Для глубины Н - 50 ш радиального вида фрезерования
2. Для глубины H - 50 ми тангентального еидз фрезерования У2 = 276,76 + 58,638^- 88,438Х2- 4I,GX3 + 63,562 -
- 16,07 + І5,975Х2Хз.
3. Для глубины Н = 125 ш тангентального вида фрезерования Уз = М* + 0.7 + 0,339Х2 - 0,І2?Х3 - O.IASXj2 + O.JiOSXjXj
где $ j ~ макс шальная сила резания Ртах і н; Ч 2 ~ иерохо-ватость поверхности Н mftX , ілкн; ^ з ~ ТОЛІ*ппа Щеш *^щ» №?* Наибольшее влияние на максимальную силу резания оказывает скорость резания, на шероховатость поверхности обработки и толщины щепы - скорость резания и величина подачи на резец. Б качестве примера приведены зависимости ыакслаальной силы резания, шероховатости, поверхности обработки и толщины щепы от скорости резания и величніш подачи на резец (ряс. 5 - 5 ).
Рис. 3. Зависимость иаксшальной сияй резания Р maxот подачи на резец иг и скорости резания V :
- радиальное направление фрезерования, Н = 50 іш;
- тангентальное направление фрезерования,
Н = 50 ші;
3 - тангентальное направле ние фрезерования, Н = 125 т.
На выход и качество ^технологической" щепы значительное влияние оказывает скоромь резания. С увеличением скорости резания снннаегся выход и качество щепы. Величина подачи на резец и угол наклона главной рекущей кромки резца оказывают меньшее влияние. С увеличением подачи на резец и угла наклона главной реаущей кромки резца выход и качество цепы погыиаехся.
Рис» 4-. Зависимость шерохова- _ Рис. 5. Зависимость голщины 20СЕИ поверхности обработки щепы tщ от подачи на резец
Ет0и подачи на резец Uj ц%ъ скорости резания V
и скоросги резания V
« аонгепгальиое направление фрезерования, Н = 50 ш;
^ радиальное направление фрезерования, Н = 50 мы;
- іангенталиое направление фрезерования, Н = 125 ш.
В пятом разделе приведена методика и результаты эксперимен-твлькых исследований елияния глубины фрезерования, скорости резания и подачи на резец при фрезеровании мерзлой древесины.
По методике классического зксперпиеніа исследовались влияние глубины фрезерования й (30-70 им), подачи на резец
и^ (15-25 им) и спорости резания V (22,5-47,1 ц/с). В качестве постоянных факторов приняты: иирпна фрезерования В = 20 цц, диаметр фрезерования Д = 6Q0 ш, температура древесины не выие Т = - 30С.
В качестве оценочных показателей приняты: максимальная сила резания, качество поверхности обработки и качество гехмологиче -ской щепы, которое оценивалось по фракционному составу, заыеря -лась толщина элемента щепы.
Результаты исследований показали, что с увеличением глубины фрезерования, подачи на резец я скорости резания максимальная сила резания и толщина щепы возрастет', выход технологической щепы уменьшается. Качество поверхности обработки с увеличением глубины фрезерования и подачи на резец понижается, а с увеличением ско -рости резаная - повышается. Качество технологической щепы с увеличением глубины фрезерования и подачи на резец повышается, а с
уВСЛИЧенИеі! СКОРОСТИ рЄЗВПИЯ - СКИЖ8ЄЇСЯ. ОїЦЄЧЄНО РЄЗК0Є СНЙЖ6-
нпе выхода я качества технологической щепы при переработке мерзлой древесины по сравнению с талой, увеличение максимальной силы резания, повышение качества поверхности обработки.
В шестой разделе приведены результаты лабораторных варок целлюлозы. Исследовалось влияние диаметра фрезерованая, скорости резания я угла наклона главной режущей кромки резца на качество технологической щепы (степень доіюршіроюнаости), а следовательно, на качество полученной из нее целлюлозы. Результаты исследования показывают не существование определенной связи мекду параметрами процесса фрезерования и угловыми парзнетраыи резца - условиями получения щепы - качествен и выходом целлюлозы. Усгэновлено, что величие угла наклона главной режущей кройки резца, снижение скорости резания и увеличение диаиетрэ фрезерования пояснительно влияют на качество технологической цепы, что ведет к повышении выхода и механических сеоіісіе полученной из нее целлюлозы.
В седьаом разделе изложены результаты производственных испытаний фрезерного инструмента,разработанного на основания результатов исследовании (а.с 1355*91). Была разработана, изготовлена и испытана в производственных условиях цилиндрическая фрезерная голоїкз для брусуицего узлз линии агрегатное лереработ-
»
ки бревен модели ЛАПБ-2, установленной на Солоцб8льском ЛДК (г. Архангельск). Испытания показали, что данная конструкция цилиндрической фрезерной головки позволяв! получить пиломатериалы и технологическую щепу соответствующие требованиям ГОСТ 26002-83 л ГОСТ 15 SI5-80, унифицировать фрезерный инструмент линии, повысить качество и выход технологической цены из древесины, которая раньше перерабатывалась пильным диском в опплки, снизить трудоемкость подготовки В ПОБКСИЕЬ надежность работы фрезерного инструмента. Испытание резцов с наклонной ре-нущей кронной з производственных условиях показали полонитель -ные результати.
В восьмом разделе дана экономическая оценка результатов исследования, для которой по принятой методике приведены расчеты экономической эффективности Qv внедрения цилиндрической фрезерной головки на ливии ЛАЕБ-2. Годовой экономический эффект на одну линию составляет не ценее 71,6 тыс.руб.
