П |
роцесс изготовления мебели включает различные виды обработки древесины и древесных материалов, среди которых значительное место занимает механическая обработка. Ее производят с нарушением волокон древесины (резание, строгание и др.) и без нарушения (прессование, гнутье). В большинстве случаев механическую обработку осуществляют резанием.
Резание в общем случае — это процесс механической обработки древесины, во время которого она разделяется на части по заданному направлению. Резание различают без стружко — образования (раскалывание, штампование, раскрой на гильотинных ножницах) и со стружкообразованием (пиление, строгание, фрезерование, сверление и др.).
Резание выполняют режущим инструментом, имеющим один резец (нож), несколько (фреза) или много резцов (пила). В процессе резания клиновидный резец под действием внешней силы проникает в древесину, режущей кромкой перерезает ее волокна и отделяет их в виде опилок или стружки.
Резец имеет следующие элементы {рис. 6.1, а): режущую кромку (лезвие) be, переднюю bcde, заднюю bemn и две боковые грани — edm и Ьсп. По количеству режущих кромок резцы бывают простые, например нож ручного рубанка или продольно-фрезерного станка, и сложные, например фрезы.
Качество обработки древесины и все показатели процесса резания во многом зависят от угловых величин резца. Различают следующие углы {рис. 6.1, б):
Рис. 6.1. Элементы резца (а) и углы (б): / — передняя грань; 2 — боковые грани; 3 — задняя грань; 4 — плоскость резания |
— угол заострения, или заточки, (3 — образуется передней и задней гранями резца;
— угол резания 5 — образуется передней гранью резца и плоскостью резания (плоскость резания — поверхность 4, по которой передвигается лезвие резца);
— задний угол а — образуется задней гранью резца и плоскостью резания;
— передний угол у — образуется передней гранью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания.
Между указанными углами существуют зависимости:
а + р + у = 90°; а + Р = 6; 6 + у= 90°.
В процессе резания совершается два движения: резание и подача. Они могут быть прямолинейными поступательными и вращательными.
Линия, по которой резец осуществляет движение резания, называется траекторией резания, а путь, пройденный резцом в единицу времени по траектории резания, — скоростью резания. Скорость движения обрабатываемого материала (или резца в положение для срезания новых стружек) называют ско ростью подачи.
При поступательном движении резца скорость резания v (м/с) определяют по формуле
v-L/T,
где L — путь резца, м; Т — время, в течение которого резец проходит путь L, с.
При вращательном движении резца скорость резания определяют по формуле *
_ nDn V " 60-1000’
где ті — 3,14; D — диаметр режущего инструмента, мм; п — частота вращения режущего инструмента, мин -1.
Скорость подачи принимают исходя из условия обеспечения оптимальной величины подачи на резец. При обработке древесины вращающимися резцами скорость подачи (м/мин) определяют по формуле
u =SZ z-n/1000, (6.1)
где Sz — подача на резец, мм; z — число резцов, участвующих в резании; п — частота вращения режущего инструмента, мин’1.
Для круглоиильных и ленточнопильных станков скорость подачи
u = 6GSZ • v /1,
где v — скорость резания, м/с; t — шаг зубьев, мм.
Подача на резец связана с требуемой шероховатостью поверхности, которая характеризуется величиной неровностей на ней. Расчетную подачу на резец (мм) можно определить из формулы (6.1)
S, — 1000 u / z п. (6.2)
Высота кинематических неровностей (определяет шероховатость поверхности) рассчитывается по формуле
h = I2 / 8 R,
где 1 — длина волны; 1 = Sz ; R — радиус резания (т. е. режущего инструмента).
Формула (6.2) справедлива при условии, что в резании участвуют все резцьг режущего инструмента. При плохой настройке резцов, т. с. при их разновысотности, в формировании поверхности участвует один резец, и тогда формула (6.2) имеет вид
Sz =•= 1000 и і n.
Шероховатость поверхности в большой мере зависит от скорости резания и скорости лодачи. Она уменьшается с увеличением скорости резания и с уменьшением скорости подачи.
Для процесса резания важное значение имеет ориентация волокон древесины относительно направления резания. Различают три вида. резания — вдоль волокон, в торец и поперек волокон {рис. 6.2, as).
При резании древесины вдоль волокон плоскость резания и направление резания параллельны л окнам. Острый резец легко отделяет волокна древесины, и обработанная поверхность получается качественной. Форма снимаемой стружки зависит от толщины снимаемого слоя. При снятии тонкого слоя рубанком стружка образуется в виде непрерывной ленты, а при снятии толстого слоя она надламывается по длине.
Рис. 6.2. Виды резания: « — вдоль волокон; б — в торец; в — поперек волокон; д — продольно торцевое; е — продольно-поперечное |
При резании в торец плоскость резания и направление резания перпендикулярны к волокнам древесины. Стружка скалывается по слоям, и поверхность получается более шероховатой.
Приведенные виды резания имеют место для прямослойной древесины. При наличии косослоя или свилеватости происходит смешанное резание. Она имеет место и при резании вращающимися резцами, так как резцы перемещаются не по прямой. Различают смешанное резание: продольно-торцовое, поперечцо-торцовое, продольно-поперечное (рис. 6.2, г-е).
Резание древесины может быть открытым, полузакрытым и закрытым (рис. 6.3). При открытом резании образуется одна плоскость резания, а стружка срезается со всей обрабатываемой поверхности, при полузакрытом — две смежные поверхности (например, выборка четверти), при закрытом реза-
Рис. 6.3. Виды резания: а — открытое; б — полузакрытое; в — закрытое |
нии образуются одновременно три поверхности (выборка паза, пиление).
При обработке древесины различных пород требуется неодинаковая сила резания, т. е. усилие, прикладываемое к резцу. Чем плотнее древесина, тем труднее ее обрабатывать. Влажную древесину легче обрабатывать, чем. сухую.
Силу резания F определяют в ньютонах (Н). Удельная сила резания К (Н/мм2) — это сила, приходящаяся на 1 мм2 поперечного сечения срезаемой стружки. Ее определяют по формуле
К = F / Ъ а,
где b и а — соответственно ширина и толщина срезаемого слоя древесины, мм.
Сила резания
F = К b а.
Сила резания и качество обрабатываемой поверхности зависят от направления резания, породы и влажности древесины, а также от геометрии резца и угловых параметров. С уменьшением угла заострения резца сила резания уменьшается, но в этом случае резец быстрее затупляется. Поэтому угол заострения принимают не менее 20°. С увеличением угла резания повышается качество обработки, но при этом требуется большее усилие резания. Минимальный угол резания принимают 40°, а максимальный — 75°. Но он может достигать 90° и даже больше (в ножовках, круглых пилах для поперечного резания).
Задний угол принимают не менее 10°. При меньшем значении возрастает трение резца о древесину и соответственно сила резания. Она повышается также с увеличением толщины, срезаемого слоя и по мере затупления резца.
При изготовлении мебели и выполнении резьбы применяют такие виды резания, как пиление, строгание, фрезерование, сверление, долбление, шлифование. Видами резания является также рубка топором, резание стамесками и ножами, циклевание.
Пиление производят с целью разделения древесины на части и получения заготовок заданных размеров и формы. Этот процесс осуществляется при различном движении пил: возвратно-поступательном прямолинейном (ручные пилы, лесопильные рамы); прямолинейном (ленточно-пильные станки); вращательном (дисковыми круглыми пилами).
Строгание — это резание древесины при прямом движении резца. При строгании снимают тонкую стружку постоянной толщины. Данный вид резания древесины выполняют ручными инструментами (рубанками, фуганками, стамесками и др.)
Фрезерование представляет собой процесс резания древесины вращающимися резцами на фуговальных, рейсмусовых, фрезерных и других станках. Фрезерование часто выполняют вместо строгания. Оно, как и строгание, может быть прямолинейным, криволинейным, плоским и профильным.
Сверление представляет собой закрытый вид резания вращающимися инструментами — сверлами. Резцы располагаются на конце сверла и снимают винтообразную стружку.
Дробление выполняется стамесками, долотами и на долбежных станках с целью получени продолговатых гнезд для шипов.
Шлифование — это процесс резания древесины шлифовальной шкуркой (точнее — абразивными зернами, наклеенными на тканевую или бумажную основу). Шлифование применяется с целью удаления неровностей и придания поверхности необходимой шероховатости.