АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ СКОЛОВ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ПИЛЕНИИ ДРЕВЕСИНЫ КРУГЛЫМИ ПИЛАМИ С ПОПУТНОЙ И ВСТРЕЧНОЙ ПОДАЧАМИ

 

Агапов А.И., Копылов В.В. (ВятГУ, г. Киров, РФ)

 

The analysis of formation having chopped off at longitudinal division of timber by round saws with passing and counter submissions.

 

Качество обработки на круглопильных станках характеризуется рядом показателей: прямолинейностью пропила, отсутствием сколов на входе и выходе пилы из пропила, отсутствием рисок на поверхности пропила и шероховатостью полученной поверхности.

Шероховатость поверхности пропила и прямолинейность реза в основном зависят от качества подготовки пилы, технического состояния станка и режимов резания. На образование сколов основное влияние оказывает кинематика процесса, способ пиления, а также режимы резания.

Различают два способа пиления: с попутной подачей и со встречной. Основное распространение получил последний способ.

Попутное пиление ранее встречалось только в торцовочных станках и при раскрое облицованных материалов. Круглопильные станки для продольной распиловки с попутной подачей появились сравнительно недавно. С 1980г. выпускается отечественный многопильный станок для модели СБ8М распиловки бруса. Аналогичные способы распиловки с попутной подачей применены в шведском станке фирмы ''Кокумс'' – 508, выпущенном в 1979г. и японском – ''GRS'' – 6170, выпущенном в 1984г. Редкое применение попутной подачи в круглопильных станках для продольной распиловки объясняется, прежде всего, опасностью затягивания и выброса заготовки в направлении подачи, а так же увеличением мощности на резание. В свою очередь попутная подача имеет ряд преимуществ перед встречной, во–первых, более высокое качество получаемой поверхности пропила, а во–вторых более благоприятное распределение составляющих силы резания, позволяющее разгрузить привод подачи.

Проведем сравнительный анализ образования сколов при встречной и попутной подачах. Сколы возникают в том случае, если предел прочности древесины на растяжение поперек волокон оказывается меньше сил отрыва, возникающих в зоне контакта резца с древесиной. На величину этих сил основное влияние оказывают: величина подачи на зуб, затупление резца, угол резания и угол встречи резца с волокнами. На рисунке 1 представлена схема действия сил при встречном пилении на станке с нижним расположением пильного вала. Здесь возможны два варианта направления действия нормальной составляющей силы резания: а – с отжимом, б – с затягиванием. Анализируя схемы, можно отметить, что для случая пиления с затягиванием – рисунок 1б, на входе пилы в пропил образование сколов маловероятно, а на выходе – образование сколов неизбежно (без учета сил сцепления между волокнами). Для случая, представленного на рисунке 1а, образование сколов зависит от соотношения нормальной Q и касательной P составляющих силы резания. Уравнения баланса сил, при котором образование сколов будет маловероятно для входа и выхода пилы из пропила соответственно запишется в виде:

                                           Q_вхcosj_вх £ R_вхsinj_вх ,                                   (1)

                                       Q_выхcosj_вых ³ R_выхsinj_{вых .}.                                (2)

Известно, что:

                                                     Q = mR,                                                (3)

                                              sin²j = 1 – cos²j,                                        (4)

где m – переходный множитель от касательной силы к нормальной.

 

Учитывая выражения (3 и 4) получаем следующие неравенства:

 

                                        m²cos²j_вх £ 1 – cos²j_вх,                                   (5)

                                      m²cos²j_вых ³ 1 – cos²j_вых.                                 (6)

 

                а                                                                  б

Рис.1–Схемы действия сил при встречном пилении на станке с нижним расположением шпинделя: а – с отжимом, б – с затягиванием

1 – заготовка; 2 – пила; Н – высота пропила; а – вылет пилы из пропила, R – радиус пилы; P, Q - соответственно касательная и нормальная составляющие силы резания; j_вх, j_вых. – соответственно углы входа и выхода

 

Из рисунка 1а можно записать:

                                         cosj_вх = (R - а)/R,                                       (7)

                                    cosj_вых = (R - (а + Н))/R.                                 (8)

С учетом вышеизложенного, неравенства (5 и 6), преобразуются к виду:

                                          m² £ R²/(R - а)² – 1,                                    (9)

                                     m² ³ R²/(R - (а + Н))² – 1.                               (10)

Практикой установлено, что величина вылета пилы из пропила не должна превышать 8…10%, а высота пропила составляет 60…65% от радиуса пилы, следовательно, неравенства (9 и 10), можно записать в следующем виде:

                                         m² £ R²/(R - 0,1R)² – 1,                                 (11)

                                  m² ³ R²/(R -(0,1R + 0,6R))² – 1.                           (12)

Решив неравенства (11 и 12) относительно m, окончательно получаем: для участка входа пилы в пропил – m £ 0,48, для участка выхода пилы из пропила – m³3,12. На практике значения переходного множителя m находятся в пределах от 1,24 до – 0,3 (при подачах на зуб от 0,1 до 1,4мм; угле резания 60° и радиусе округления режущей кромки 10мкм). Следовательно, образование сколов на входе возможно. Вероятность образования сколов растет с уменьшением подачи на зуб, увеличением угла резания и ростом затупления резца. На выходе вероятность образования сколов весьма высока, так как расчетное значение переходного множителя существенно превышает практическое.

Рассмотрим теперь образование сколов при попутном пилении (рис.2).

 

а                                                                 б

 

Рис.2–Схемы действия сил при попутном пилении на станке с нижним расположением шпинделя: а – с отжимом, б – с затягиванием

1 – заготовка; 2 – пила; Н – высота пропила; а – вылет пилы из пропила, R – радиус пилы, P, Q - соответственно касательная и нормальная составляющие силы резания; j_вх, j_вых. – соответственно углы входа и выхода

 

В случае представленном на рисунке 2а нормальная сила является силой отжима, в случае представленном на рисунке 2б - силой затягивания.

Анализируя схемы можно отметить, что в случае, когда нормальная сила является силой отжима (рисунок 2а), образование сколов на входе в пропил маловероятно, на выходе – образование сколов неизбежно.

Для случая представленного на рисунке 2б образование сколов зависит от соотношения нормальной и касательной составляющей силы резания. Выполним расчет переходного множителя. Условие баланса сил для случая 2б запишется в следующем виде:

                                            Q_вхcosj_вх £ R_вхsinj_вх,                                     (13)

                                         Q_выхcosj_вых ³ R_выхsinj_вых.                                 (14)

Выполняя подстановки, аналогично предыдущему расчету для встречного пиления получим следующие значения переходного множителя:

                                          m²cos²j_вх £ 1 – cos²j_вх,                                   (15)

                                         m²cos²j_вых ³ 1 – cos²j_вых.                                 (16)

Из рисунка 2а можно записать:

                                           cosj_вх = (R - (а + Н))/R,                                  (17)

                                              cosj_вых = (R - а)/R.                                       (18)

Подставляя выражения (17 и 18) в неравенства (15 и 16) получаем:

                                    m² £ R²/(R -(0,1R + 0,6R))² – 1,                             (19)

                                           m² ³ R²/(R - 0,1R)² – 1.                                    (20)

Решив неравенства (19 и 20) относительно m, окончательно получаем: для участка входа в пропил значение переходного множителя m³ - 3,12; для участка выхода – m £ - 0,48 (знак « - » указывает на то, что нормальная сила является силой отжима). Это говорит о том, что на участке входа в пропил образование сколов маловероятно, так как область значений расчетного переходного множителя перекрывает его практические значения. На участке выхода из пропила образование сколов возможно, так как расчетное значение переходного множителя выходит за область практических значений. Однако, если провести сравнение со встречным пилением, то вероятность образования сколов значительно ниже.

Сравнивая значения переходных множителей для встречного и попутного пиления можно сделать вывод о том, что встречное пиление более предрасположено к образованию сколов, чем попутное. Следовательно, при попутном пилении можно ожидать более высокое качество обрабатываемой поверхности.