обработка древесины. Курс лекций для студентов iii курса направления подготовки
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Лекция 3. «Технология обработки древесины» 1. Характеристика изделий из древесины Изделия из древесины, в том числе столярно – строительные, состоят из отдельных узлов и деталей. Для их изготовления используют пиломатериалы или полученные их них черновые заготовки, а также полуфабрикаты, также, как столярные, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, данера, лущеный и струганый шпон и т.п. Пиломатериаоы (ГОСТ) на деревообрабатывающие изделия поступают в виде досок и брусьев. Размеры пиломатериалов при их влажности 15 %: длина 1 – 6,5 м; ширина 80 – 250 мм; толщина 13 – 100 мм. Черновые заготовки представляют собой бруски, чаще прямоугольного сечения, размеры которых превышают размеры будущих деталей на величину припуска на обработку. Колиброванные заготовки получают в результате станочной обработки черновых заготовок. Размеры поперечного сечения колибровочных заготовок равны размерам деталей. Лущеный шпон (ГОСТ) получают, срезая непрерывное древесное полотно с вращающегося распаренного чурака или лиственной или хвойной (сосна, кедр, лиственница) древесины. Применяют для облицовки деталей мебели, изготовления фанеры и гнутокатанных деталей. Строганый шпон (ГОСТ) получают путем строгания на фанеростроганных станках распаренной древесины лиственных пород, и имеющих красивую текстуру. Из хвойных пород – тис и лиственница. Строганый шпон основной облицовачный материал для мебели. Фанера состоит из трех и более листов лущеного шпона, склеенных между собой так, что направление волокон соседних слоев взаимоперпендикулярны. Столярные плиты – это щиты с серединой из реек и поверхностями из шпона. Их применяют для изготовления ответственных деталей в судо- и вагоностроении, а также в строительной промышленности. ДСП получают путем прессования в горячих прессах мелкой древесной стружки, смешанной со связующими. Выпускают полутвердые плиты (до 750 кг/см 3 ) и твердые более 750 кг/см 3 (вагоностроение). ДВП вырабатывают из низкосортной древесины. Куски древесины в рубительной машине превращают в щепу, которая после пропаривания разделяется на волокна в рафинерах (машина непрерывного действия для размола волокнистых полуфабрикатов) или дефибраторах (аппарат для изготовления древесной массы истиранием). В зависимости от способа производства рафинерную массу со связующими доводят до нужной влажности в горячих прессах. 2. Элементы технологического процесса Чтобы получить готовые детали, вначале из досок на круглопильных (реже ленточнопильных) станках выпиливают черновые заготовки, затем у черновых заготовок на фуговальных станках создают базовые поверхности, после чего на продольно-фрезерных станках обеспечивают требуемую шероховатость поверхности и нужное сечение деталей, получая колиброванные (чистовые) заготовки. Даже чистовым заготовкам придают окончательную форму детали или выполняют следующие виды продольной обработки на соответствующих станках: а) снятие фаски; б) зарезку фальца; в) заоваливание кромок; г) закругление кромок; д) выборку канавок. Для получения из сырья и материалов готовой продукции необходимо выполнить в определенной последовательности отдельные работы, совокупность которых называется производственным процессом. Часть производственного процесса, непосредственно связанная с изменением размеров, формы и свойств перерабатываемого материала, называется технологическим процессом. Технологический процесс подразделяется на стадии и операции. Операция – это элементарная часть технологического процесса, выполненная на одном станке или на одном рабочем месте. Комплекс операция, охватывающий определенный этап технологического процесса, называется стадией. Например, в процессе обработки древесины на станках различаю следующие стадии: - раскрой материала на заготовки; - обработку черновых заготовок; - склеивание и облицовывание чистовых заготовок; - вторичную машинную обработку чистовых щаготовок. Число операций в технологическом процессе может изменяться. Наиболее производительны проходные операции, при которых заготовка движется в одном направлении относительно режущего инструмента. Часть технологической позиционной операции, выполняемой при одном закреплении детали в станке или приспособлении, называется установкой. Иногда в течение одной технологической операции одним и тем же режущим инструментом последовательно обрабатывают разные плоскости детали (две и более). Каждую такую обработку называют переходом. Если до выполнения перехода заготовку пропускают через станок несколько раз, то каждый пропуск заготовки называется проходом. 3. Допуски и посадки Детали и узлы изделий должны иметь определенное, заранее заданные чертежом размеры и форму. Размеры детали, проставленные на чертеже, называются номинальными. Действительные размеры деталей и узлов, полученные в результате обработки заготовки на станке, определяют измерением. Разность между действительными размерами и номинальными не должна превышать допускаемых отношений. Установлены научно обоснованные величины допускаемых отклонений действительных размеров от номинальных, при соблюдении которых обеспечивается требуемое качество сопряжений (соединений). Эти отношения называются предельными (15 мм ± 0,2 мм). Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском. Если при сборке одна деталь входит в другую, то размеры соединяемых частей называются сопрягаемыми (шин - гнездо). Несопрягаемые размеры деталей называются свободными. Детали при сборке изделий соединяют неподвижно или подвижно. Если в соединении размеры гнезда больше размера шипа, то между ними образуется зазор; если наоборот, то образуется так называемй натяг. В этом случае детали соединяются неподвижно. Чтобы получить в соединении нужный натяг или зазор, необходимо точно установить величину сопрягаемых размеров, которые после обработки должны находиться в пределах допускаемых отношений. Характер соединений называется посадкой (величина натяга или зазора). В деревообрабатывающей промышленности система допусков и посадок, позволябщая определить требуемую точность обработки, узаконена ГОСТ 6449 – 53. В системе допусков различают охватывающую поверхность – отверстие (гнездо) и охватываемую (шип), рассматриваемую как вал. При расчете сопряжений один из размеров считается основным, другой присоединительным. За основной размер применяют размер отверстия, а присоединительным считается размер вала. ГОСТ предусматривает три класса точности обработки деталей: первый класс применяют очень редко; второй класс является основным (столярно-сборочные детали; мебель; вагоностроение); по третьему классу обрабатывают детали для тары, некоторых строительных изделий, не требующие большой точности соединения. Посадкам присвоены буквенные обозначения. 4. Шероховатость обработанных поверхностей древесины Величина и характре поверхности древесины после обработки зависит от строения древесины, особенности крепления или движения режущего инструмента и движения подачи (кинематические поверхности), вибрации режущего инструмента (вибрационные поверхности). Кроме того, при обработке затупившимся инструментом образуется ворсистость или мшистость. По размерным показателям поверхностей, ворсистости и мшистости определяют шероховатость поверхности древесины и древесных материалов (ГОСТ). Шероховатость поверхности древесины характеризуется средней арифметической величиной максимальных высот поверхностей (расстояние от вершины гребня до дна впадины поверхностей) и вычисляется по формуле где – средняя арифметическая величина неровностей; … – величина максимальных неровностей; – число измерений неровностей. Волнистость и мшистость определяются визуально. Для деревообрабатывающей промышленности установлено 12 классов шероховатости поверхности. На поверхности древесины, обработанной по 17 – 12-му классам, не допускается ворсистость и мшистость. Вид обработки Класс шероховатости Продольное пиление пилами Поперечное пиление пилами Фрезерование поверхности Шлифование 3 – 6 3 – 6 5 – 9 7 - 10 В производственных условиях шерооватость поверхности контролируют, сравнивая обработанную поверхность с поверхностью эталонов. Эталоны должны быть изготовлены той же породы и получены тем же видом обработки, что и сравниваемые детали. 4.1 Взаимозаменяемость деталей Применение системы допусков и посадок позволяет получить детали с тако точностью обработки, при которой любая деталь, изготовленная в той или иной партии, соединяется с сопрягаемой без дополнительной обработки (пригонки). Такое свойство деталей называется взаимозаменяемостью, а сами они – взаимозаменяемыми. На взаимозаменяемость деталей, кроме точности и шероховатости обработки, оказывает влияние влажность среды, при которой они обрабатываются или хранятся. Перед обработкрй на станках относительная влажность древесины не должна быть выше 6 – 12 %. 4.2 Контрольно-измерительные инструменты При наладке и настройке применяют поверочные линейки, индикаторы часового типа, угольники, щупы, микрометры, штангенциркули. Линейки металлические, с их помощью контролируют прямолинейность и плоскостность столов и плит станков, направляющих линеек. Индикатором измеряют биение шайб пильных дисков, валов, отклонение от прямолинейности плит и направляющих линеек. Угольниками проверяют перпендикулярность взаимного расположения элементов станков. Их применяют также для проверки взаимного положения смежных плоскостей обработки заготовок и деталей. Уровни применяют для определения горизонтальности столов, плит и других элементов станков. Щуп – набор металлических пластинок различной толщины. Им измеряют зазоры. Микрометром измеряют малые линейные размеры с погрешностью до ± 0,002 мм. Штангенциркуль используется для точного измерения наружных и внутренних размеров деталей. Он состоит из масштабной линейки, неподвижной и подвижной губок с нониусом. Лекция 4. «Основы теории механической обработки древесины» 1. Основные способы обработки древесины Процессы обработки древесины известны человечеству с древнийших времен. Топор – начало обработки древесины. Впоследствии значительно резко усиливается значение древесины в связи с распространением техники пиления, сверления и шлифования. По мере развития развития механического привода возникла и развивалась теория резания древесины. Начало положил проф. Петербургского горного института И.А. Тиме, который в 1870 году впервые изложил теоретические положения по определению сил резания для различных направлений движения резца относительно волокон древесины. Эти положения послужили основой дальнейшего развития науки о резании. Значительный вклад в ее развитие внесли проф. М.А. Дешевой, С.А. Воскресенский, А.П. Берщадский, Ф.М. Манжос и их ученики. Задачей теории резания древесины является определение усилий, возникающих при ее резании, мощности, расходуемой на резание, и параметров режущего инструментов, обеспечивающих максимальную производительность при требуемом качестве обрабатываемой поверхности. Резание – один из процессов, предусмотренных технологией заготовки, первичной обработки и поверхности древесного сырья. Резанием называют технологический процесс разрушения связей между частицами материала обрабатываемой заготовки по заданной поверхности посредством воздействия на заготовку рабочего инструмента. В процессе резания получают изделия требуемой формы, размеров и с требуемой шероховатостью поверхности. Режущий инструмент, имеющий режущие инструменты клиновидной формы, взаимодействующие с заготовкой в процессе резания. Режущий элемент воздейстует на заготовку лезвием (режущей кромкой) – активным ребром клина, формирующим новую поверхность в заготовке – поверхность резания. Срезаемый слой, удаленный с заготовки режущим элементом и получившую объемную деформацию (изменение формы и размеров), называется стружкой. Резание характеризуется следующими значениями угловых параметров: β – угол заострения или заточки, угол между передней и задней гранями; α – задний угол, угол между задней гранью и направлением резания; γ – передний угол, угол между передней гранью резца и плоскостью, перпендикулярной направлению резания; δ (∆ - дельта) – угол резания, угол между передней гранью резца и плоскостью резания δ = β + α – сумма углов заострения и заднего. По количеству лезвий режущего элемента, взаимодействующих с заготовкой и формирующих поверхность резания различают: открытое резание – одним лезвием; полузакрытое – двумя и закрытое – тремя лезвиями. При открытом резании лезвие резца по размерам полностью перекрывает ширину обрабатываемой поверхности образца, и в этом случае отсутствуют боковые поверхности обработки. Полузакрытое и закрытое резание различаются наличием одной или двух боковых поверхностей и, соответственно, двух или трех лезвий. Открытое резание одним резцом называют простым или элементарным резанием. Обработку реальным режущим инструментом, отличным от простого, характеризуют как сложный процесс резания. По способу получения заданной поверхности заготовки различают стружечное резание (с образованием стружки), и бесстружечное с непосредственным делением лезвием с незначительным деформированием поверхности резания. 2. Кинематические параметры и виды резания Резание древесины является сложным процессом и состоит из движения резца (главное движение) и движения подачи. Движение резца, обеспечивающее удаление одного срезаемого слоя и образование поверхности резания, называют движением резания. Движение резца, необходимое для последовательного удаления ряда срезаемых слоев, называется движением подачи. Различные сочетания движения резца и подачи позволяют получать различные траектории сложного движения резания. В процессе резания древесины траекториями простых движений являются, как правило, прямая и окружность. Закон движения определяется характером изменения во времени скорости движения и ее величины. Скорость резания – это скорость движения резца по траектории резания. Скоростью подачи называют скорость движения резца по траектории подачи. Скорость движения резания складывается из скоростей резания и подачи. Для характеристики работы резца, зависящих от соотношения υ резания и подачи, служат показатели подачи на оборот и подачи на резец (зуб). Подача на оборот S 0 (м) – путь точки лезвия резца, проходимый на траектории подачи за время одного оборота или одного двойного хода резца, т.е. S 0 = υ/u где υ – скорость подачи, м/с; u – частота вращения, с -1 Подача на резец (зуб) S z (м) – расстояние между двумя смежными траекториями резания, измеренное по направлению движения подачи, т.е. S z = S 0 /Z где z – количество зубьев, удаляющих срезаемые слои за время одного хода резания. Для многорезцовых инструментов Z определяется как частное от деления хода резания H (м) на расстояние между лезвиями двух смежных резцов или шаг резцов (зубьев) t з (м) Z = H/t з По положению плоскости, в которой движется резец (плоскости резания), и направлению движения лезвия в этой плоскоси по отношению к волокнам различают следующие главные виды резания: - резание в торец, или торцовое, когда плоскость резания и направление резания перпендикулярны волокнам; стружка при этом будет короткой, элементарной; - резание вдоль волокон, или продольное, когда плоскость резания и направление резания параллельны волокнам; в этом случае образуется ломаная элементарная стружка или сливная стружка в виде спиральной тонкой линии; - резание поперек волокон, или поперечное, когда плоскость резания параллельна волокнам, а направление резания перпендикулярно им; стружка в этом случае получается сливной или короткой элементарной. Возможны также переходные виды резания: продольно-торцевое, продольно-поперечное и поперечно-торцевое, при которых плоскость резания занимает промежуточные положения между положениями при двух главных видах. В отличие от элементарного резания, в котором одна плоская поверхность резания формируется одним прямолинейным лезвием резца, большинство производственных процессов резания многолезвийные, т.е. несколько поверхностей резания одновременно образуются несколькими лезвиями одного резца. При этом возникают различные варианты станочного процесса деления древесины. 3. Технологические процессы обработки древесины По технологическому назначению резания различают процессы пиления, фрезерования, точения, сверления, строгания, измельчения и др. Пиление (наиболее распространено) – процесс закрытого резания многорезцовым инструментом (пилой) с целью деления обрабатываемого образца на объемно недеформируемые части путем превращения в стружку минимального объема древесины, расположенного между этими частями. Процесс пиления более сложен, чем процесс резания элементарным резцом. Каждый зуб пилы имеет несколько режущих кромок, производящих резание в разных направлениях по отношению к волокнам древесины. При резании зубья пилы работают в закрытом пространстве, называемом пропилом с удалением мелких стружек – опилок. В процессе выделяют дно и боковые поверхности – стенки. Чтобы формировать пропил, резцы инструмента должны иметь три рабочих лезвия (по числу поверхностей пропила). В деревообрабатывающем производстве используют следующие виды пиления, отличающихся направлением пропила по отношению к волокнам: - поперечное – плоскость пропила перпендикулярна направлению волокон; - продольное – плоскость пропила параллельна направлению волокон; - смешанное – плоскость пропила под углом < 90° по отношению к волокнам. Фрезерование – процесс резания вращающимися ножами и резцами, укрепленными на барабане или диске. Стружка при фрезеровании имеет переменное поперечное сечение. Оно бывает продольным, поперечным, торцевым. Точение – процесс резания, при котором заготовка получает вращательное движение. Движение подачи вдоль оси вращения придается резцу. Точение – это рабочий процесс токарных станков. Применяется при производстве разного потребления и изделий производственного назначения на лесопромышленных предприятиях. Строганием называется обработка древесины ножами, срезающими стружку прямоугольного сечения постоянной толщины при движении либо резца относительно неподвижной в процессе резания заготовки (кряжа), либо заготовки относительно неподвижного ножа. Различают поперечное и продольное строгание. Измельчение древесины производят в процессе торцевого резания заготовок на щепу. Технологической целью измельчения древесины является получение мелких древесных частиц заданных размеров и формы, предназначенных для дальнейшей переработки в производствах целлюлозно-бумажном, ДВП и ДСП. При измельчении древесины широко применяют рубительные машины. Окорка. Цель – улучшить условия и показатели раскроя лесоматериалов в круглом виде. Окорку выполняют с помощью тупых короснимателей и в процессе резания. Одним из распространенных способов механической обработки древесины является раскалывание. При раскалывании клин внедряется в древесину вдоль волокон, не перерезая их. При внедрении клина в древесину образуется щель и последующем углублении клина древесина разделяется на части. |