МЕТОД РАСЧЕТА РАДИУСОВ ЗАГИБА ЗАГОТОВОК ИЗ ДРЕВЕСИНЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД
Соколов В.Л. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
Strategy of calculation of radiuses of curvature of stocking up is Presented from coniferous wood.
Одним из способов получения изделий из древесины, имеющих форму отличную от прямолинейной, является использование операции гнутья. Гнутье древесины ранее широко использовалось при производстве мебели, гнуто-клееных конструкций, в производстве спортивного инвентаря и т.д. Изделия, полученные с использованием операции гнутья, имеют ряд неоспоримых преимуществ, среди которых повышенная прочность (не происходит перерезание волокон древесины). Вместе с тем, большинство технологий гнутья было разработано применительно к древесине лиственных пород, таких как бук, дуб, береза, липа. На деревообрабатывающих предприятиях Сибири перечисленные выше породы используются в незначительных объемах, основы сырьевой базы составляют древесина таких хвойных как сосна и лиственница. В связи с этим, нами были проведены теоретические и экспериментальные исследования в области разработки технологии гнутья древесины хвойных пород. В качестве пластификаторов нами были выбраны недорогие и недефицитные реагенты, позволяющие частично растворять лигнинную часть древесины.
Для того чтобы определить минимальную величину радиуса загиба заготовки необходимо рассмотреть следующую схему.
Рисунок 1 – Схема для расчета радиусов загиба:
R1 – радиус изгиба заготовки на нейтральной линии;
R2 – радиус загиба заготовки в зоне сжатия;
R3 – радиус загиба заготовки в зоне растяжения.
Согласно представленной схеме, при гнутье заготовки можно выделить три основные зоны: зону растяжения, зону сжатия и нейтральную линию. Соответственно, в зонах сжатия и растяжения происходит изменение размеров заготовки, в области нейтральной линии длина заготовки не изменяется.
Принимая длину окружности равной 2πR, можно вычисть требуемый радиус загиба через длину используемой заготовки. В свою очередь радиусы в зоне сжатия и растяжения получают как R2=R1-Н/2, R3=R1+Н/2, где Н - толщина заготовки.
В случае, когда заготовка изгибается не по замкнутому контуру, т.е. длина заготовки меньше длины окружности (l ≠ 2πR), необходимо вносить соответствующие поправки:
l = 2πR/n,
где 1/n – доля длины окружности, занимаемой заготовкой.
Условие сохранения целостности заготовки в процессе гнутья можно определить следующим образом:
lсж = l(100-Δlсж);
l р= l(100+Δlр),
где lсж – длина заготовки в зоне сжатия;
lр – длина заготовки в зоне растяжения;
Δlсж и Δlр –относительное удлинение (укорочение) заготовки при соответствующем виде деформации.
Δlсж=100%(l0 - lсж)/ l0;
Δlр=100%(lр – l0)/ l0,
где l0 – длина заготовки до деформации;
lсж и lр - длина заготовки в момент разрушения при соответствующем виде деформации.
Для того, чтобы снизить процент брака от разрушения заготовок при гнутье необходимо экспериментально определять величины Δlсж и Δlр для каждой партии заготовок, назначая запас прочности (90% от полученных величин Δlсж и Δlр ).
Для расчета возможных углов загиба необходимо учитывать направление изгиба (радиальное, тангенциальное), ширину годичного слоя, вид пластификатора, начальную влажность и режимы подготовки заготовок к операции гнутья.
Таким образом, радиусы в зоне сжатия и растяжения могут быть рассчитаны по следующим формулам
R2 = n l (100 - Δlсж)/200π;
R3 = n l (100 + Δlр)/200π.
Для того чтобы получить численные значения радиусов необходимо определить величины деформаций в зонах сжатия и растяжения. С этой целью нами были проведены следующие исследования. Из заготовок, используемых для гнутья, вырезались образца с размерами 20х20х30 мм, причем последний размер вдоль волокон. Полученные образцы пропитывались пластифицирующими составами, далее определялась величина деформации и предел прочности при сжатии вдоль волокон. По величине деформации подбирался состав с лучшими пластифицирующими свойствами. Для того, чтобы исключить фактор температуры, пропитка и испытания образцов проводились без нагревания. Для определения величины деформации в зоне растяжения использовали радиальный строганый шпон толщиной 1 мм. Ленты шпона с размерами 100х20 мм помещались в зажимы так, чтобы расстояние между захватами составляло 50 мм. Величину деформации, как и в первом случае, определяли по шкале испытательной машины Р-5.
В результате обработки экспериментальных данных было получено, что для большинства используемых пластифицирующих составов величина деформации в зоне сжатия и растяжения составляет в среднем 5-6 %.
Если подставить данную величину в приведенные выше формулы, то мы получи, что для заготовок толщиной 20 мм и длиной 1000 мм при гнутье по замкнутому контуру радиус в зоне сжатия должен быть не менее 150 мм в зоне растяжения – 170 мм. В данном случае сохраняется условие, когда Н=R2-R3. При увеличении сечения заготовок следует ориентироваться по большей величине радиуса, т.е. по зоне растяжения, что позволит избежать разрушения материала.
В случае, когда гнутье производится по незамкнутому контуру, следует учитывать, то, что после снятия нагрузки происходит незначительное увеличение радиуса загиба. Данная величина может быть определена опытным путем в условиях предприятия при отработке технологии.