МОНТАЖНІ ІНСТРУМЕНТИ І ПРИСТОСУВАННЯ

При обробці деревини за допомогою ручних машин виконуються наступні операції: пиляння, стругання, довбання, свердління й фрезерування. Механічна обробка деревини, як правило, проводиться з порушенням волокон різальним інструментом, що мають один ніж, кілька фрез або велику кількість різців (пилки). Процес різання полягає в тому, що під впливом зовнішньої сили різець, що має форму клина (рисунок 2.1,а), проникаючи у деревину ріжучою крайкою, перерізує волокна й відокремлює їх у вигляді тирси або стружок.

Параметри процесу різання багато в чому визначаються геометрією (сукупністю характеристик його форми й розташування в просторі) різця. Нехай ріжучий клин-різець 1 (рисунок 2.1,а) пройшов у заготовці 2 деякий шлях, утворюючи стружку 3. У ріжучій частині клина можна виділити наступні елементи: передню поверхню П, по якій сходить стружка; задню поверхню З, звернену до формованої на заготовці поверхні різання; бічні поверхні Б (права й ліва щодо напрямку вектора швидкості υ); головне лезо Л_г, утворене перетинанням передньої й задньої поверхонь; бічні леза Л_б – перетинанням задньої й бічних поверхонь; задні крайки К – перетинанням задньої й бічних поверхонь (активної ролі в процесі різання не відіграють).

 

Рисунок 2.1 – Схема процесу різання деревини

 

Кутові параметри різця звичайно вимірюють у перетині площиною, перпендикулярній лезу (на рисунку 2.1, а цей перетин різця заштрихований). Кут між передньою й задньою поверхнями різця називають кутом заточення β. Положення передньої поверхні визначає кут різання δ – кут між передньою поверхнею й площиною різання. Заднім кутом α різця називають кут між задньою поверхнею й площиною різання. Положення передньої поверхні різця іноді визначають переднім кутом γ між передньою поверхнею різця й площиною, що проходить через лезо, і нормаллю до площини різання. У всіх випадках геометрії різця: γ + β + α = 90°. Кут різання δ = α + β.

 При обробці деревини звичайно розглядають три головні види різання: у торці – торцеве (┼), при якому площина різання й напрямок різання перпендикулярні волокнам деревини (рисунок 1,б); уздовж волокон – поздовжнє (║), при якому площина й напрямок різання паралельні волокнам деревини (рисунок 1, в); упоперек волокон (╫), при якому площина різання паралельна волокнам деревини (рисунок 1,г), а напрямок різання перпендикулярно їм. Між головними може бути безліч перехідних (проміжних) видів різання (поздовжньо-торцеве, поздовжньо-поперечне, торцьово-поперечне і т.д.).

Вихідні характеристики процесу різання деревини визначаються трьома основними факторами: видом матеріалу (порода й вологість) і його фізико-механічними властивостями; кутовими, фізико-механічними властивостями матеріалу різця, геометрією різця, його гостротою і т.д.; режимом і розміром обробки (товщиною стружки, швидкістю подачі й різання, напрямком різання стосовно напрямку волокон і ін.).

При обробці деревини робочу зону різця становлять лезо й прилягаючі до нього ділянки передньої й задньої поверхні. Для визначення величини й напрямку загальної сили, з якою різець діє па деревину, у теорії різання всю робочу зону різця розчленовують на ділянки й розглядають сили, що діють на кожну ділянку й на різець у цілому.

Рисунок 2.2 – Ділянки робочої зони різця (а) і взаємодія елементів різця з деревиною; леза (б); передньої грані (в); задньої грані (г)

 

Робоча зона різця (рисунок 2.2,а) має три ділянки: передню грань (ділянка ak), задню грань (ділянка bd) і лезо (ділянка and).

Сили на лезі. Епюру нормальних тисків на лезі можна представити як частину кільця (нормальний тиск однаковий на кожній одиниці довжини контуру леза). Величина тиску перебуває в межах міцності деревини на стиск, тому що тут має місце руйнування. Контур леза (дуга апd) розглядається таким, що складається із двох ділянок – дуг an і пb (рисунок 2.2,б). При підсумовуванні нормальних тисків по контуру an одержуємо рівнодіючу N_л1 а при підсумовуванні сил тертя по цьому ж контуру – Т_л1. Геометрична сума цих сил – S_л1 – сила впливу ділянки леза an на деревину. Аналогічно на ділянці леза пb діють сили N_л2 і Т_л2 та їх геометрична сума S_л2. Складаючи графічно сили S_л1 і S_л2, одержуємо загальну силу впливу леза різця на деревину S_л, Цю силу розкладають для практичних цілей на дві складові: Р_л – по дотичній до абсолютної траєкторії різання й Q_л, – по нормалі до неї. Величина цих сил на одиниці довжини (1 мм) леза залежить від радіуса затуплення ρ різця й кутів α і δ, від нормального тиску σ_в.сж по контуру різця й від коефіцієнта тертя f_л . Отже

Р_л = f(ρ,δ,α, σ_в.сж, f_л); Q_л = f(ρ,δ,α, σ_в.сж, f_л).                      (1)

 

Головний з виявлених факторів – радіус затуплення ρ. Якщо прийняти інші фактори за постійні величини одержимо

 

Р_л≈Аρ;  Q_л = А'ρ                                            (2)

де А и А' — співмножники, що не залежать від ρ.

 

Отже, при дуже гострих різцях (ρ ≈ 0) сили на лезі практично відсутні.

Сили на передній грані. При впровадженні різця в деревину слідом за стадією пружної деформації матеріалу передньою гранню різця відбувається руйнування клітинних стінок, і питомий тиск по поверхні зіткнення передньої грані з деревиною відразу ж досягає величини тимчасового опору деревини зминанню σ_в.см (рисунок 2.2,в). При подальшому просуванні різця зім'ята передньою гранню деревина давить на незруйновані ряди сусідніх кліток і руйнує їх. Цей процес відбувається при незмінному значенні σ_в.см, тому середній питомий тиск на передній грані залишається постійним, що не залежать від глибини впровадження різця.

У цьому випадку результуюча нормальних сил на передній грані

N_п = σ_в.см ak×1,                                              (3)

де ak – довжина контакту передньої грані різця зі стружкою (ширина деталі п приймається рівною 1).

 

Виникаюча при русі різця сила тертя по передній грані

Т_п = N_пf_п                                                   (4)

де fn — коефіцієнт тертя передньої грані різця по стружці.

 

Геометричне додавання N_п і Т_п дає сумарну силу впливу передньої грані різця на деревину S_п. Розклавши цю силу на дві складові по тим же напрямкам, що й силу S_л, зводимо вплив передньої грані різця на деревину до дотичної сили Р_п і нормальної Q_п. Величина цих сил залежить від властивостей деревини (σ_в.см), кута різання δ, коефіцієнта тертя стружки по передній грані різця f_п, глибини впровадження різця х, уважаючи від початку різання (тому що ak = cos δ).

Сили на задній грані. При різанні (рисунок 2.2,г) різець підминає під себе обсяг деревини nbd. Оскільки величина ρ мала, можна вважати, що деформування деревини відбувається в пружній зоні. Тиск у цьому випадку буде пропорційним деформації деревини в цій точці: найбільшим в точці b, найменшим (рівним 0) у точці d, де деревина не деформована.

Результуюча нормальних тисків по задній грані на схемі показана вектором N_з, результуюча сил тертя – вектором Т_з, сумарна сила впливу задньої грані – вектором S_з, а також його складовими: дотичній Р_з, і нормальній Q_з.

                      (5)

 

де c – коефіцієнт пружності поверхні деревини;

ρ – радіус затуплення різця;

α – задній кут різця;

f_з – коефіцієнт тертя між задньою гранню різця й деревиною.

 

Загальна сила впливу різця на деревину

                                                   (6)

де     

 

Дотичну силу Р називають силою різання. Вона завжди спрямована по абсолютній траєкторії різання убік руху різця. Нормальна сила Q може виявлятися як сила віджиму (різець віджимає заготовку від задньої поверхні різання убік масиву деревини) або як сила затягування (різець затягує заготовку убік стружки, що зрізується). Звичайно сила віджиму виникає при зрізанні тонких стружок тупим різцем з більшим кутом різання, а сила затягування – при зрізанні товстих стружок гострим різцем при малому куті різання.

 При розрахунках машин для обробки деревини звичайно обчислюють одиничну силу різання P₁ (Н/мм), тобто силу різання, що приходиться на одиницю ширини стружки. Повна сила різання Р (Н) у всіх випадках пропорційна ширині стружки, що зрізується, В (м):

P=P₁B.                                                    (7)

Питомою силою різання К (МПа) називається сила різання, що доводиться на одиницю площі поперечного переріза стружки S (м²)

,                                                 (8)

де  В – ширина стружки, м;

h – товщина стружки, м.

 При розрахунках потужності, затрачуваної на різання, користуються поняттям питома робота різання А_к (Дж/м³), під якою розуміють роботу А (Дж) сили Р (Н) на шляху L (м), віднесену до номінального обсягу V (м³) зрізаної стружки, тобто

.                                              (9)

Потужність різання (Вт)

,                                       (10)

де V₁ = V/t – номінальний обсяг стружки, зрізаної за 1 с, м³/с.

 

Величини К и A_к залежать від багатьох факторів і їх теоретичне визначення утруднене. На практиці користуються середніми значеннями цих величин, отриманих у результаті експериментів.

Машини для розпилювання деревини містять у собі дискові, ланцюгові й лобзикові пилки.

Дискові пилки (рисунок 2.3) призначені для поздовжнього й поперечного розпилювання матеріалу товщиною до 65 мм. Робочим органом є пильний диск 4, що приводиться в обертання електродвигуном 1 через одноступінчастий циліндричний редуктор 5. Електродвигун змонтовано на опорній плиті 6. Глибина пропилу регулюється переміщенням двигуна з диском щодо поверхні основи. Для розпилювання деревини під кутом 0...45° до плити прикріплений напрямний сектор зі шкалою, по якому переміщається пильна головка. Диск обгороджений підпружиненим запобіжним кожухом 3. Включення пилки проводиться через двополюсний вимикач, встановлений у рукоятці 2. Основним недоліком дискових пилок є обмеження глибини пропила, що залежить від діаметра диска (співвідношення діаметрів 1:3).

 

Рисунок 2.3 – Дискова пилка

 

 

 

Рисунок 2.3.1 – Фото дискова пилка

 

Потужність пиляння при роботі дискових пилок (Вт)

 

                                       (11)

де K_т – питома робота пиляння дисковою пилкою, Дж/м³;

Q_попр – коефіцієнт, що враховує конкретні умови пиляння;

В_пр – ширина пропилу, м;

Н – висота пропилу, м;

і – швидкість подачі, м/хв.

Ланцюгові пилки (рисунок 2.4) застосовуються для поперечного розпилювання деревини. Робочим органом є ланцюг 6, що складається з ріжучих 10 й тих, що й сколюють 11, ланок; на ланці, що сколює, є хвостовик 12 для стійкого руху ланцюга в напрямній шині 4. Рух ланцюга здійснюється від електродвигуна 2 через одноступінчастий циліндричний редуктор 9, на вихідному валу якого насаджена ведуча зірочка 1. Натяг ланцюга регулюється переміщенням напрямної шини 4 із закріпленою на пружинному амортизаторі 7 веденою зірочкою 5. Редуктор і ведуча зірочка обгороджені кожухом 9. Включення пилки проводиться через вимикач 3.

 

Рисунок 2.4 – Ланцюгова  пилка     Рисунок 2.5 – Лобзикова пилка

      

Лобзикові пилки (рисунок 2.5) призначені для прямого і фасонного розпилювання деревини різних порід товщиною до 55 мм. Робочим органом є вертикально розташоване пильне полотно 10, що робить зворотно-поступальний рух. Рух полотна здійснюється від електродвигуна 7 через двоступінчастий редуктор 6, на вихідному валу 5 якого ексцентрично закріплений палець 4. На кінець пальця насаджений сухар 3, який переміщається в кулісі 1, закріпленій в повзуні 2. Під час обертання повзун робить зворотно-поступальний рух, що передається встановленому в ньому полотну. Переміщення лобзикової пилки по лінії різу здійснюється вручну за допомогою планки 8. Щоб уникнути перекосів і поломки полотна останнє переміщається по роликові 9. Лобзикові пилки постачені віброзахисними пристроями.

 

Рисунок 2.4.1 – Фото  ланцюгова  пилка           

 

 

 

 

Рисунок 2.5.1 – Фото лобзикова пилка

 

Машини для стругання деревини (рубанки) різняться по ширині й глибині стругання за один прохід. Рубанок (рисунок 2.6) складається із вбудованого в корпус 2 електродвигуна 3, ремінної передачі 4, ножового барабана (фрези) 9 із вставними плоскими ножами 8, передньої рухливої 10 і задньої нерухливої 7 лиж, основної рукоятки 5 з вимикачем, ручки 1 і струмопровідного кабелю 6. Швидкість подачі при обробці деревини середньої міцності рівна 1,5...4 м/хв. Глибина стругання регулюється підйомом і опусканням за допомогою ручки 1 рухливої лижі в межах 0...3 мм. Конструкція рубанків передбачає роботу в стаціонарному положенні.

Рисунок 2.6 – Електричний рубанок

 

 

 

Рисунок 2.6.1 – Фото електричний рубанок

 

Фрезерні машини застосовують для стругання деревини на глибину до 20 мм, а також для зняття фасок і вибірки пазів. Машина (рисунок 2.7) складається з електродвигуна 4, опори 2, щитка огородження 5, цанги 1. Вал якоря електродвигуна, що обертається у двох шарикопідшипниках, виконаний порожнім. З одного кінця вала є циліндричне розточення під цангу, яка закріплюється гвинтом. На корпусі електродвигуна закріплена зубчаста рейка 3, що служить для поздовжнього переміщення двигуна уздовж його осі, тобто для установки фрези на необхідну висоту. Опора 6 фрезерної машини служить для установки електродвигуна під потрібним кутом і на певній висоті щодо оброблюваного матеріалу, а також для прямолінійного переміщення фрезерної машини по оброблюваному матеріалу й кріплення пристроїв для зняття фасок і вирізки кіл.

Потужність різання при струганні й фрезеруванні деревини, (Вт)

 

                                    (12)

де K_т – питома робота стругання для заданих умов різання, Дж/м³;

Q_попр – поправочний коефіцієнт, що враховує конкретні умови роботи;

В, Н – ширина й глибина стругання, м;

і – величина подачі машини, м/хв.

Рисунок 2.7 – Фрезерна машина

 

 

 Рисунок 2.7.1 – Фото фрезерна машина

Довбежники ручні призначені для вибірки пазів і гнізд у деревині. Основними параметрами є розміри обираних отворів і швидкість різання. Електродовбежник (рисунок 2.8) приводиться в дію трифазним асинхронним електродвигуном 7 з короткозамкненим ротором.

На передньому кінці вала ротора 8 закріплена провідна зірочка 5, яка пускає в хід довбальний ланцюг 13. До переднього щитка 4 кріпиться напрямна лінійка 2 з роликопідшипником, зовнішня обойма якого служить другою опорною ріжучому ланцюгу. Натяг ланцюга здійснюється переміщенням напрямної лінійки за допомогою гвинта 3. Вертикальне переміщення довбального ланцюга з електродвигуном у процесі роботи проводиться важільним пристроєм 6 по напрямних колонках 11, закріпленим на підставі 1, а повернення ланцюга у вихідне положення відбувається під дією пружини 9.

 

Рисунок 2.8 – Довбежник

 

Рисунок 2.8.1 – Фото довбежник

 

 Глибина довбання регулюється обмежником ходу 10. До оброблюваного матеріалу довбежник кріпиться затискним пристроєм 12. Ширина паза, отриманого за один прохід, відповідає довбальному ланцюгу, довжина паза – ширині лінійки, глибина паза – довжині напрямної лінійки.

Потужність різання (Вт) при роботі довбежників визначається по формулі (12),

                                                     (13)

де K_т – питома робота довбання при осьовій подачі, Дж/м³;

Q_попр – поправочний коефіцієнт, що враховує конкретні умови роботи;

В й Н – ширина й глибина гнізда, м;

u – величина подачі ланцюга, м/хв.

Продуктивність ручних машин для обробки деревини при пилянні (м/с)

П = К_иV_под,                                                 (14)

де К_и – коефіцієнт використання машини за часом;

 

 при струганні й довбанні (м³/с)

.                                                (15)