Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Общие сведения о резании древесины 9
1.2 Способы резания в условиях малообъемных лесозаготовок и деревообрабатывающих производствах 11
1.3 Методы расчета энергосиловых показателей 18
1.4 Выводы, цель и задача исследований 26
2. Теоретическое описание процесса резания древесины круглыми пилами в условиях разнопородного сырья 29
2.1 Исходные предпосылки 29
2.2 Особенности закрытого пиления 32
2.3 Основные направления резания древесины 33
2.4 Методика расчета энергосиловых показателей пиления 36
2.5 Математическая модель энергосиловых показателей 42
2.6 Выводы 47
3. Методика лабораторных и производственных экспериментальных исследований 50
3.1 Общие сведения 50
3.2 Экспериментальная установка по резанию древесины 52
3.3 Измерительная аппаратура 55
3.4 Методика лабораторных экспериментов 57
3.4.1 Факторы, влияющие на силу резания 57
3.4.2 Факторы, варьируемые в процессе эксперимента 58
3.4.3 Условия проведения лабораторных исследований 59
3.4.4 Обработка результатов экспериментов 60
3.5 Условия проведения производственных экспериментов 61
3.6 Методика производственных экспериментов 63
3.7 Выводы 66
4 Результаты лабораторных исследований резания древесины 67
4.1 Результаты экспериментов 67
4.2 Однофакторное моделирование 70
4.2.1 Влияние скорости инструмента на составляющие силы резания 70
4.2.2 Влияние скорости подачи на составляющие силы резания 74
4.2.3 Влияние глубины резания на составляющие силы резания 78
4.3 Двухфакторное моделирование 82
4.3.1 Зависимости составляющих силы резания от скорости инструмента и скорости подачи пилы 82
4.3.2 Зависимости энергосиловых показателей от скорости инструмента, скорости подачи пилы и глубины резания 85
4.3.3 Характер изменения угла между силой резания и направлением резания 89
4.4 Трехфакторное моделирование 91
4.5 Проверка математической модели 92
4.6 Выводы 96
5. Результаты производственных исследований
5.1 Общие сведения о проведении производственных испыта-
ний 99
5.2 Результаты производственных экспериментов 100
5.3 Энергосиловые расчеты с использованием математической модели в условиях малообъемных деревообрабатываю щих производств 109
5.4 Технология применения малогабаритных распиловочных устройств в условиях разнопородного сырья малообъемных лесозаготовок 115
5.5 Оценка экономической эффективности малогабаритных распиловочных устройств 120
5.5 Выводы 122
Основные выводы и рекомендации 125
Список использованной литературы
- Способы резания в условиях малообъемных лесозаготовок и деревообрабатывающих производствах
- Методика расчета энергосиловых показателей пиления
- Факторы, варьируемые в процессе эксперимента
- Влияние скорости инструмента на составляющие силы резания
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в России получили широкое распространение малообъемные лесозаготовки, характеризующиеся небольшими объемами заготавливаемой древесины, сезонностью и технологическими особенностями, связанными с переработкой древесного сырья различного сорта непосредственно на лесосеке.
В условиях малообъемных лесозаготовок происходит быстрое изменение объемов и процессов первичной обработки древесины. На лесосеках, верхних и нижних складах нередко выполняют продольную распиловку бревен различных пород малыми партиями, используя при этом одно и то же станочное оборудование. В связи с этим, при резании древесины с различными свойствами необходимо оперативное и точное определение режимов резания с учетом физико-механических свойств и параметров каждого дерева. Для выбора режима резания определяется касательная сила резания и сравнивается с допустимой нагрузкой на режущий инструмент, и с предельными энергосиловыми показателями пильного механизма.
В отечественной практике широко применяется способ определения силы резания с использованием поправочных коэффициентов на отклонение основных физико-механических свойств от базовой породы древесины. В качестве базовой (эталонной) породы принимают сосну. Коэффициент породы выражает отличие обрабатываемой древесины от эталонной. Эти коэффициенты приспособлены к крупным, рассортированным партиям древесины, пропускаемым через специализированное высокопроизводительное станочное оборудование. Поэтому пилы затачиваются с постоянными значениями параметров и вместе со станком настроены под определенную породу. В условиях малообъемных лесозаготовок, на лесосеке, сортировать древесину перед распиловкой не всегда удается, поэтому на одном станке может обрабатываться сразу несколько древесных пород, и каждая из них требует переналадки пильного механизма.
Применение типовых, стационарных станков при малых объемах распиловки древесины технологически невыгодно. Это обстоятельство привело к созданию за рубежом и в России малогабаритных распиловочных устройств.
Однако практика эксплуатации таких станков, снабженных приводами меньшей мощности, чем у стационарного, специализированного станочного оборудования, показывает необходимость уточнения методик расчета режимов резания древесины.
В связи с этим возникла задача по более точному и одновременно оперативному расчету энергосиловых показателей резания древесины для условий малообъемных лесозаготовок.
Цель работы. Повышение технологической эффективности за счет снижения сил и энергозатрат на продольную распиловку древесного сырья с динамичными свойствами в условиях малообъемных лесозаготовок.
Объект исследования. Объектом исследования является древесина различных пород в условиях малообъемных лесозаготовок, при условии динамичного изменения породного состава обрабатываемой древесины в процессе продольной распиловки. Древесноволокнистая плита MDF (medium density fiberboard), топляк, сплавная древесина.
Предмет исследования. Физико-механические характеристики лесоматериалов различных пород, а также древесноволокнистой плиты MDF.
Методы исследования. Применялись пьезометрические измерения составляющих сил резания в различных режимах пиления, статистическая обработка экспериментальных данных, сопоставление физико-механических характеристик различных лесоматериалов, математическое моделирование процесса пиления, многофакторный анализ. Экспериментальные исследования выполнены методами фотосъемки, хронометража и пьезометрических измерений.
Научная новизна. Предложены статистические модели для расчета энергосиловых показателей резания различных пород древесины; обоснован
7 эталонный материал MDF для расчета коэффициента породы; впервые предложены статистические модели изменения угла между скоростью подачи и результирующей силой резания; разработан станок для распиловки лесоматериалов (получен патент №2122939).
Положения, выносимые на защиту:
1) методика моделирования коэффициента породы древесины по ма териалу на древесной основе MDF;
2) математические модели и методики расчета энергосиловых показателей резания для условий малообъемных лесозаготовок; результаты экспериментальных исследований процесса закрытого резания MDF; технические и технологические решения позволяющие оптимизировать процессы пиления древесины.
Достоверность выводов и результатов исследований. Научные положения и выводы, изложенные в настоящей работе, обоснованы экспериментально и расчетами по статистическим моделям. Достоверность результатов исследований подтверждена лабораторными опытами с применением современных методов программной пьезометрии, а также производственными испытаниями.
Значимость для теории. Разработана методика определения энергосиловых показателей резания MDF, на ее основе разработан способ идентификации статистических моделей этих показателей на другие породы древесины; определены статистические модели изменения угла между скоростью подачи и результирующей силы резания.
Значимость для практики. Разработка статистических моделей резания позволила создать алгоритм для определения показателей режима резания и кинематических параметров малогабаритных распиловочных станков.
Применение расчетов по моделям позволит уменьшить нагрузки на режущий инструмент и продлить его срок службы, а также повысить производительность малогабаритного распиловочного оборудования.
Апробация работы. Основные научные положения диссертации и отдельные ее разделы были заслушаны на научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МарГТУ в 1998-2003 гг., на международной научно-практической конференции «Ра-циональное использование лесных ресурсов» (г. Йошкар-Ола, 1999), а также в отделе Holzbearbeitung (Деревообработка) Institut fuer Werkzeugmaschinen (Институт станков и автоматов), Universitaet Stuttgart, ФРГ.
Реализация работы. Результаты исследований были внедрены при Институте станков и автоматов Штуттгартского университета (IfW, Stuttgart, Germany), на ОАО «Марийский ЦБК» г. Волжск и фабрике «Маэстро» г. Йошкар-Ола, а также введены в учебный процесс Марийского государственного технического университета.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 статьях. Также получен патент на конструкцию станка для распиловки лесоматериалов №2122939.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем работы составляет 175 страниц, включая 47 иллюстраций, 21 таблицу, 129 формул, список литературы из 118 наименований и 12 приложений.
Способы резания в условиях малообъемных лесозаготовок и деревообрабатывающих производствах
Термин «малообъемные лесозаготовки» получил в настоящее время актуальность из-за резкого снижения объемов заготовки древесины в России.
Последнее десятилетие стало серьезным испытанием на выживаемость всего лесопромышленного комплекса страны. Вывозка древесины и производство пиломатериалов в стране сократилось более чем в 4 раза. Производственно-технический потенциал используется всего лишь на треть, в то же время физический износ оборудования из-за резкого сокращения инвестиций достиг 70%. [81].
Экономическая реформа в РФ привела к массовому дроблению крупных лесозаготовительных предприятий, появлению новых, у которых лесозаготовки не являются главной сферой деятельности. Средний годовой объем лесозаготовок многих предприятий составляет ниже 10 тыс. м3 в год. В этих условиях эксплуатация дорогостоящего лесоскладского оборудования стала не эффективной. Кроме этого, согласно новому Лесному кодексу РФ, лесозаготовители наряду с лесозаготовками должны заниматься лесовосстановительными работами в соответствии с договорами аренды лесного фонда [82]. В связи с этим в России стали появляться малые лесозаготовительные предприятия с годовым объ-емом заготавливаемой древесины до 10 тыс. м .
При малообъемных лесозаготовках выгодно производить обработку древесины непосредственно на лесосеке и осуществлять вывоз готовой лесо-продукции из различных пород древесины. Для обработки древесины на лесосеке существуют передвижные станки (некоторые из них описаны ниже), которые значительно уступают в мощности и производительности стационарным, однако могут быть многофункциональными и легко перемещаемыми по лесосеке.
Любое лесозаготовительное предприятие подразумевает обработку объекта труда, а значит, изменение его формы посредством резания. Классифика цию способов резания в условиях малообъемных производств можно представить в виде таблицы 1.1.
Существуют также и другие технологические операции (лущение, долбление), которые не внесены в таблицу из-за малого применения по сравнению с рассмотренными видами. Из таблицы 1.1 видно, что при обработке древесины в условиях малообъемных лесозаготовок широко применяются дисковые пилы и фрезы.
При выполнении продольной распиловки на лесосеке, качественный (породный) состав древесины постоянно меняется, для этого приходится каж дый раз перенастраивать станок под ту или иную породу, замедляя, тем самым, технологический процесс.
Для более детального рассмотрения первичной обработки древесины сформулируем основные отличия малообъемных лесозаготовок от крупных лесозаготовительных предприятий (табл. 1.2). Как видно из сравнительного анализа, при обработке древесины в условиях малообъемных лесозаготовок выгодно применять комбинированные деревообрабатывающие станки, которые самостоятельно осуществляют производство готовой продукции из сырья непосредственно на лесосеке или на нижнем складе.
Пильный механизм состоит из двух пил (0450 и 0500 мм), развернутых в пространстве под углом 90. Станок позволяет вырезать из круглого лесоматериала обрезную доску и брус. В зависимости от профиля бревна, а также от его структуры (содержание древесной гнили и пустот) возможно варьирование ширины и толщины доски, что уменьшает выход технологических отходов и горбыля. В связи с этим, двухдисковую угловую пилу выгодно использовать при распиловке ценной древесины (морёный дуб), получая при этом наиболее полное использование древесного материала. Точность позиционирования пильного устройства находится в пределах 0,2 мм. Управление и обслуживание станка осуществляется при помощи ЧПУ. Другим примером может служить круглопильный станок «KARA» рис. 1.2.
Весь процесс распиловки также осуществляется на одном станке. Подача лесоматериала происходит автоматически в зависимости от породы древесины и требований к качеству пропила. Круглопильный станок может быть снабжен двумя колесами для транспортировки в прицепном состоянии, а также гидравлическими устройствами подачи лесоматериала и сбрасывателями. Питание станка мощностью 37 кВт, может осуществляться при помощи дизель-генератора с приводом от т тракторного двигателя мощностью от 50 кВт (75 л.с.)
Недостатком подобных станков является низкая производительность по сравнению с большими лесопильными рамами. Для повышения производительности и увеличения качества продукции в условиях малообъемных лесозаготовок выгодно применять пилы с плющеным зубом или пилы с твердосплавной напайкой. Такой вид зубьев имеет ряд преимуществ перед разводными зубьями: пила приобретает большую устойчивость в поперечном направлении, появляется возможность работать с меньшим уширением пропила, зубья меньше изнашиваются. Следует также отметить, что качество пропила пилой с твердосплавными зубьями значительно выше, чем у пилы с разводным зубом. Это объясняется кинематикой процесса пиления, которая предопределяет наличие на поверхности пропила систематических неровностей - рисок, оставляемых зубьями. Для плющеных и твердосплавных зубьев расчетная высота этих
неровностей близка к нулю; фактически стенки пропила имеют ступеньки шириной, образующиеся вследствие различия в ширине лопаточек отдельных зубьев [52]. Круглые пилы с поликристаллическими зубьями различий в ширине лопаточек практически не имеют, чем достигается высокое качество пропила за один проход.
Древесина обрабатывается резанием в соответствии с заданным технологическим процессом и технологической операцией (ГОСТ 3.1109-82), предусматривающей преобразование исходной заготовки или полуфабриката в изделие. В этом процессе в зоне резания взаимодействуют два объекта: заготовка древесины и режущий инструмент, которые являются носителями потоков обрабатываемого вещества (со скоростью U) и энергии. Потоки энергии подводятся в зону резания со скоростью U (скорость подачи, м/с) и V (скорость инструмента, м/с), что в сумме представляет собой скорость резания, которая оказывает положительное влияние на качество обработки.
Положительное влияние увеличения скорости резания объясняется появлением за счет силы инерции «добавочного подпора», который получают перерезаемые волокна древесины в дополнение к естественному сцеплению между ними. С появлением такого подпора волокна не успевают отклониться под давлением резца и перерезаются им раньше, чем нарушается связь их с соседними волокнами. И, как следствие, неровности разрушений на обрабатываемой поверхности уменьшаются [52].
Таким образом, высокое качество обработки может быть достигнуто двумя путями: вышеупомянутым путем оптимизации кинематических параметров резания и конструкционным путем проектирования оптимальной для данного режима обработки режущей части инструмента. Известные конструкции рабочей части режущего инструмента разнообразны рис. (1.3), и каждый из них обеспечивает хорошую работу в каком-либо отдельно взятом режиме резания.
Методика расчета энергосиловых показателей пиления
Для математического определения силовых параметров пиления сделаем следующие допущения: 1) режущая кромка имеет вид прямого отрезка, однородного, недефор-мируемого и прямого по всей его длине; 2) коэффициент трения кромок резца о древесину постоянен по всей площади воздействия силы сопротивления резанию; 3) обработка ведется одним инструментом для всех случаев резания (для исключения влияния геометрических параметров инструментов на силу резания); 4) влажность всех рассматриваемых материалов одинакова.
Все формулы для расчета удельной силы резания имеют величины, характеризующие механические свойства древесины: пределы прочности и упругости древесины при различных видах нагружения, модули упругости и т.п. Таким образом, в этих формулах отражена объективно существующая связь между показателями механических свойств обрабатываемого материала и силовыми характеристиками резания. Поскольку для каждой породы древесины свои показатели механических свойств, можно сделать вывод, что эти формулы отражают зависимость силы резания от породы древесины.
Особый интерес представляет установление зависимости силы резания от плотности древесины. В простейшем случае можно принять, что имеется прямая пропорциональность между удельной силой резания К и плотностью р. Тогда, удельную силу резания для любой породы можно определить по ее плотности путем экстраполяции уже имеющихся данных о плотности и удельной силе резания для двух других пород. При расчете энергосиловых показателей режимов резания этого приближения будет достаточно.
Примечания к таблице 2.1: ап - коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления резанью в зависимости от породы древесины; р - плотность древесины. В числителе - при абсолютной влажности 15%, в знаменателе при абсолютной влажности 40%; - в числителе дано значение при влажности 15%, в знаменателе при - 40%; — в числителе дано значение при влажности 12%, в знаменателе при влажности 30% и более.
Обычно влияние породы древесины на энергосиловые показатели резания оценивают в относительных единицах, принимая за единицу силу резания сосны в определенных условиях. Однако свойства множества отобранных образцов сами по себе могут быть различны. Это объясняется различными условиями роста деревьев (разнообразием почв, климатических условий, характером местности, взаимным расположением деревьев в лесу и т.п.).
Чтобы упростить задачу по определению образцовых прочностных характеристик, можно в качестве эталонного образца взять искусственно полученный материал на древесной основе. Материал по возможности должен обладать изотропными свойствам, иметь одинаковые прочностные характеристики различных его образцов, а также иметь близкие по значению к древесным породам прочностные характеристики.
В качестве образцового материала предлагается взять MDF. Этот искусственный материал, изготовленный из модифицированной древесины, обладает всеми вышеперечисленными свойствами.
Математическое соответствие плотности к породе древесины было определено проф. П.М. Мазуркиным в 2001 году [60]. Оно выражается формулой ап = 0,000542 lp1 23678. (2.13)
Максимальная относительная погрешность формулы (2.13) составляет 18,2%, что вполне удовлетворяет приближенным расчетам коэффициента ап. Для модификации формулы (2.13) относительно MDF умножим уравнение на поправку 1,00/2,11=0,47393 и получим выражение для расчета а
Рассмотрим отдельно силы, действующие на резец по направлению осей X и Y (рис. 2.5), согласно формул (2.15).
Проекцию силы, действующей на лезвии резца Рл , можно получить путем интегрирования проекций сил нормального давления р и сил трения р/л по элементарным площадкам вдоль контура лезвия.
Если у резца принять угол резания 3=0 и задний угол а=0, то есть рассматривать резец-нить, и допустить, что по всему контуру лезвия нормальное давление одинаково p(l)=p=const, a f(l)=fy=const, можно получить выражение для истинных сил надрезания: 71 /2 л/2 Pj]x = jp sin9dl + Jp fл cosGdl = 2pp jsin0d0 + 2pf лр [cos0d9 = be be 0 0 (2,23) = 2pp[(- cos л/2) - (- cos 0)] + 2ppf л (sin л/2 - sin 0) В выражении принято dl = pd&, то есть силы просуммированы на половине дуги лезвия (от О = 0 до 0= л/2) и результат удвоен. Преобразовав (2.23) получим: РЛх = 2рр(1 + іл)- (2.24) Причем, Рлу - 0, так как нагрузки по оси Y уравновешены в следствии симметричности контура лезвия относительно оси X.
Рассмотрим проекции сил, возникающие на передней грани резца РПх, РПу. Современные экспериментальные данные, полученные при резании материалов, показывают, что нормальное давление р возрастает от нуля в точке отхода стружки от резца до максимума в точке лезвия с нарастающей интенсивностью. Если принять прямоугольную эпюру распределения нормального давления по передней грани, обосновывая этим постоянство коэффициента трения, и учесть, что величина нормального давления в любой точке контакта равна сопротивлению древесины смятию, можно записать аналитические выражения для сил по передней грани: рПх = Nnsin5 + Tncos8 = a0ecp(tg5 + fn), (2.25) рПу = Nn cos 5 - Тп sin 5 = ст0еср (1 - fntg5), (2.26) где Nn - равнодействующая нормального давления; Тп - равнодействующая сил трения; (т0 - предел прочности при сжатии вдоль волокон. Угол (рмежду скоростью резания Уи вектором Рп равен: РПу + 1 - fntg5 (2.27) Ф = arctg—- = arctg- " Рпх tg5 + fn Воздействие задней грани резца на древесину в зоне поверхности резания обусловлено явлением упругого восстановления обрабатываемого материала. Проф. В.И. Любченко [52] представил проекции сил в виде:
Факторы, варьируемые в процессе эксперимента
Для проведения энергосилового исследования были выделены факторы, влияющие на пиление древесины.
I. Факторы, относящиеся к древесине: - порода; влажность; механические свойства; температура.
II. Факторы, относящиеся к режущему инструменту: - углы резания и заточки резца; геометрические размеры резца; радиус заострения режущей кромки; физико-механические свойства мате риала пилы.
III. Факторы, характеризующие взаимодействие резца с опытным об разцом: - общая сила резания и ее составляющие; скорости резания и по дачи; ориентация плоскости резания относительно волокон древесины; на правление подачи относительно главного движения (встречное, попутное).
При проведении экспериментов величины некоторой группы факторов задавались заранее и поддерживались постоянными на протяжении всех опытов (постоянные факторы). Другая группа факторов в процессе проведения опытов изменялась в строгой последовательности по заранее предусмотренной программе (независимые переменные факторы). Третья группа факторов (зависимые переменные факторы) определялась экспериментально в зависимости от изменения переменных факторов.
В ходе эксперимента к постоянным факторам относятся: - порода, влажность, температура и механические свойства опытных образцов; - анизотропность образцов (для исключения фактора ориентации волокон относительно плоскости резания в качестве материала опытного об разца был взят МДФ); - геометрические размеры резца и его физико-механические свойства; - радиус заострения режущей кромки; - направление скорости резания относительно скорости подачи инструмента. К независимым переменным факторам относятся: - скорость инструмента; скорость подачи; глубина пиления. К зависимым факторам относятся: - сила резания, Р; составляющие силы резания, РхРу, кинемати ческий угол встречи, .
Рассмотрим характеристику независимых переменных факторов. 1. Скорость инструмента.
Скорость резания задавалась числом оборотов электродвигателя 1480, 3350, 7800 оборотов в минуту и соответственно была равна 15,5; 35; 81,5 метров в секунду. Число оборотов задавалось при помощи ЧПУ станка. 2. Скорость подачи инструмента.
Переменная скорости подачи принимала значения 0,6; 3,6; 4,8 метров в минуту, имела постоянное значение на протяжении всего опыта и задавалась при помощи ЧПУ станка. 3. Глубина пиления.
Сила резания измерялась при пилении на глубину 2; 8; 10 миллиметров. Параметр задавался при помощи программного позиционирования пильного механизма.
При экспериментальных исследованиях особое внимание уделялось влиянию на силу резания скорости инструмента V, глубины прорези (пропила пазовым фрезерованием) h и скорости подачи (в нашем случае режущего инструмента на заготовку древесины) U. Первая и третья переменные являются основными факторами режима резания, а глубина прорези характеризует заготовку древесины.
Опыты по определению силы воздействия одного зуба пазовой фрезы на опытный образец проводились при следующих значениях постоянных факторов: а) влажность МДФ 15 - 20%; б) направление резания - встречное; в) температура окружающей среды, в которой находились образцы и экспериментальная установка 18 - 20С; г) геометрические параметры режущего инструмента: задний угол а=25, угол резания 5=85.
Переменные изменяемые факторы варьировались в следующих пределах: а) скорость инструмента V = 15 ... 80 м/с; б) скорость подачи инструмента U = 0,6 ... 4,8 м/мин; в) глубина резания h, мм.
Значения переменных факторов комбинировались друг с другом в последовательном порядке. Каждая серия включала в себя 27 комбинаций планирования экспериментов.
Для достижения точности эксперимента замер энергосиловых показателей при одинаковых значений переменных факторов резания проводился в разные дни с тарировкой пьезометрической головки между сериями наблюдений.
Влияние скорости инструмента на составляющие силы резания
Проверку моделей резания следует производить двумя способами: путём сравнения с теоретическими зависимостями и сравнения с существующими методиками расчета энергосиловых показателей.
Для сравнения полученных статистических зависимостей с теоретическими представим на рис. 4.8 поверхности, вычисленные по формулам (2.30) и (2.31) вместе с статистической моделью силы резания (4.63).
Из графика видно, что хорошее совпадение теоретической и практической поверхности происходит только при малых нагрузках на резец. Расхождение в энергосиловых показателях при больших силах объясняется сложностью процесса резания и невозможностью теоретически учесть все процессы, происходящие при резании. Разумеется, что при больших нагрузках идет деформация самого резца (изменение его геометрических параметров), изменение коэффициента трения и прочие явления, влекущие за собой увеличение силовых показателей.
Исходя из этого, сравнение результатов с теоретическими формулами резания не совсем точно определяет достоверность модели в общем. Поэтому необходимо сравнение статистических моделей с существующими методиками расчета энергосиловых показателей.
Существующие методики энергосиловых расчетов в основном сводятся к обобщению результатов многочисленных экспериментальных исследований в систему эмпирических формул. Примером тому может служить методика проф. А.Л. Бершадского [10, 12, 13]. Сущность разработанного им «общего закона резания» сводится к утверждению, что в диапазоне обычно встречающихся тол щин срезаемого слоя 0,1 ... 2 мм экспериментальная зависимость единичной касательной силы F от толщины слоя е практически происходит по линейному закону (4.31) Fk=p + ke, (4.71) где k = tgcp = const; р - фиктивная единичная касательная сила на задней поверхности резца (лезвие отнесено к ней), Н; ке - фиктивная касательная сила по передней грани, где множитель к - фиктивное среднее удельное давление передней грани на поперечное сечение срезаемого слоя, Н/мм2.
Обработкой опытных данных по отдельным процессам сложного резания были установлены эмпирические зависимости для величин рик. Так, для продольно торцевого фрезерования березы установлены зависимости рик: р = 1,9 + 0,04Фв, (4.72) к = (0,25 + 0,005Фв)5 + (0.08 + 0,0018срв )V - (7,0 + 0,18срв), (4.73) где фв - угол между скоростью резания и направлением волокна; V - скорость резания, м/с; 5 - радиус заточки инструмента, мм.
Скорректировать силу относительно MDF можно делением полученного результата на породный коэффициент березы 0,76.
Существует также метод расчетов по степенным формулам, разработанный в ЛТА им. Кирова. Формулы имеют вид произведения ряда сомножителей с дробными показателями степеней. Основаниями этих степеней являются численные характеристики (показатели) исходных условий резания. Степенные формулы содержат исчерпывающую информацию о силах и мощности резания для того или иного процесса [52].
В конкретном станочном процессе резания при заданных исходных условиях единичная касательная сила зависит от толщины срезаемого слоя е (1.1). Следовательно, можно по результатам экспериментов, проведенных для определенных, табличных условий резания, составить таблицу (график), в которой единичная касательная сила, средняя на длине срезаемого слоя, или табличная сила, представлена как функция средней толщины срезаемого слоя ес PoKP,a6=0,155e-p 5,bV. (4.74)
При определении единичной касательной силы для расчетных условий, показатели которых отличаются от показателей табличных условий резания, пользуются поправочными множителями к табличной силе Pk = Рокр.таб anaWa5avapat = таб апопр (4-75) где а - поправочные коэффициенты на породу древесины, влажность, угол резания, скорость резания, радиус заточки, температуру и т.п.
Что касается точности расчетов, то использование таблиц для величин Рк и апопр предпочтительнее степенных формул, так как вывод последних неизбежно связан с погрешностями, вызываемыми аппроксимацией фактических зависимостей.
Таким образом, для проверки статистических зависимостей мы можем использовать три существующих методики для определения энергосиловых показателей резания. Представим сравнение касательной силы резания в виде графиков функции средней толщины стружки при одинаковых условиях резания MDF (рис.4.9).
Из графиков видно, что идеальной сходимости величин по разным методикам расчетов не происходит. Это связано с погрешностями измерительной аппаратуры экспериментов, результатов аппроксимации и упрощений. Однако все методики показывают приблизительно одни и те же результаты.
Для расчетов энергосиловых характеристик выбор методики обуславливается условиями деревообрабатывающего производства и условий применимости теории. Так, например, расчеты по степенным формулам применимы только при радиусе округления лезвия от 10 до 80 мкм, следовательно, эта методика не подходит для расчетов пил с поликристаллическими зубьями. Методики А.Л. Бершадского и «Табличной силы» имеют широкую применимость, однако первая имеет большое упрощение, связанное с переходом от сложных изменений силовых показателей к линейным (рис. 4.9), а вторая имеет много поправочных коэффициентов, значения которых не всегда удается найти.
