ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЕЛЕНИЯ И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКИХ ПОРОД ДАВЛЕНИЕМ

 

Ивановский В.П. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

 

The basic aspects on improvement of perspective with waste technology of division and education of forms of wood of breeds by pressure with application of new tools are considered.

 

В связи с увеличивающимся дефицитом древесины хвойных и твердых лист­венных пород в настоящее время возрастает потребность в использовании мягко­лиственной древесины в деревообрабатывающей промышленности и строительст­ве. Это обусловлено, прежде всего, низким уровнем использования мягколиствен­ной древесины, не комплексным подходом к освоению имеющихся лесных ресур­сов, несколько худшими показателями физико-механических свойств в сравнении с хвойными породами, отсутствием специальных технологических процессов по переработке, их научно-обоснованных режимов и технических средств. Только в Европейской части недоиспользуется до 40 млн. кубических метров такой древе­сины, наиболее полное применение мягколиственной древесины по объёму и эко­номическим показателям, достигается при комплексной переработке на заготовки, а отходов на технологическую щепу. Развитие новых методов модифицирования древесины, использование быстрорастущих малоценных мягких пород и полная переработки отходов является приоритетными направлениями на современном этапе развития лесной науки, обеспечивающим сохранение лесных ресурсов. Обработка резанием древесины еще долго будет основным способом в технологических процессах  деления и формообразования. Но, параллельно с этим имеются и нетрадиционные способы механической обработки, одним из которых является бесстружечное резание, которое оптимально и эффективно реализуется в технологических операциях деления и формообразования, повышая эффективность и общий уровень деревообрабатывающего производства. Исследования деформативно-прочностных и конструкционных свойств низкосортной древесины мягких пород (липа, осина, ольха, тополь и др.) указывают на то, что они поддаются бесстружечному резанию с меньшей энергоемкостью, чем древесина твердых пород и плитных древесных материалов, так как обладают более высокой деформативностью и пластичностью.

Экономное расходование материалов обусловлено самим характером пластического деления и формообразования, когда из заготовки простой формы, можно получить детали более сложных форм практически того же объема. Высокие скорости прямолинейного деления и пространственного дефор­мирования, небольшое число операций, обуславливают кратковременность рабо­чих циклов и обеспечивают повышение производительности процессов бесстру­жечного резания на таких операциях.

Однако, отсутствие рациональных режимов резания в этой области, теоретических основ и надежных технических средств деления и формообразования древесины давлением, препятствует использованию данных безотходных опера­ций на практике. При традиционной обработке резанием мягколиственной древе­сины, по данным различных исследований, теряется до 30% древесного сырья. Основная доля потерь приходится на технологические процессы деления и формо­образования. Поэтому, исследуемые технологические процессы деления и формо­образования древесины давлением, были выделены из всего многообразия процес­сов бесстружечного резания на основе разработанной классификации, позволяющей на стадии проектирования выбирать наиболее эффективные конструкции режущих устройств. Повышение эффективности технологических процессов обработки древесины давлением велось по трем основным направлениям: производительность труда и качество обработки, снижение энергоемкости. Решение указанной проблемы невозможно без тщательной разработки и организации технологических процессов с обоснованием мероприятий по повышению качества обработки: подготовка инструментов, оптимизация режимов резания, подготовка древесины и других. Анализ состояния вопроса позволил установить, что в достаточной мере изучены и промышленно применяются следующие виды обработки давлением: гнутье, бесстружечное деление прямолинейными ножами, штамповка и прокат. Технологические процессы деления дисками и формообразования под давлением мало изучены и не нуждаются в научном обосновании. Комплексная оценка трех групп влияющих факторов: резец объект и режим обработки, позволила построить закономерности и установить последовательность  развития деформаций в древесине, провести анализ силового взаимодействия на основе созданных математических моделей для деления и формирования давлением. Решалась задача по аналитическому определению контактного давления:

;                                   (1)

где: F- сила резания; R-радиус площади контакта; P(y)- величина контактного давления; m₁ и m₂-постоянные, определяемые упругостью волокон древесины и материала инструмента с учетом силовых и температурных деформаций в контактирующих элементах; - угол контакта.

 

Задача оптимизации:

                                           (2)

Далее с учетом влияния доминирующих внешних факторов при обработке давлением: конечная плотность древесины, температура, время контакта, угол смятия, были созданы предпосылки для выбора оптимальных параметров дереворежущих инструментов: дисков штампов и др. Приведенные численные расчеты и дальнейшие экспериментальные исследования подтвердили верность теоретических положений. Параллельно отрабатывались и совершенные режимы резания.

Реализация на практике процессов деления и формообразования древесины давлением должны сопровождаться оптимальным режимом нагружения, температурой, скоростными показателями. Назначены и обоснованы конструктивные параметры инструментов: диаметры ок­ружности резания, углы радиального и тангентального поднутрений, длина задней поверхности режущего элемента, высота контрпрофиля с учетом выявленных температурных коэффициентов деформативности. Намечены направления по проектированию са­мозатачивающихся инструментов и устройств со вставными резцами повышенной износостойкости. Конструкции 11 инструментов защищены авторскими свиде­тельствами на изобретения и патентами РФ. Результаты НИР внедрены на 13 дере­вообрабатывающих предприятиях Москвы, Воронежа, Волгодонска.

Безотходные технологические процессы обработки мягколиственной древе­сины позволят заменить твердолиственные ценные породы древесины в промыш­ленном изготовлении декоративных элементов мебели, столярно-строительных и других изделий, а также повысить производительность труда, улучшить качество срезков и формованных элементов.

Реальный экономический эффект на среднем деревообрабатывающим пред­ приятии составит от 50 до 200 тыс. за счет использования малоценной тонко­ мерной древесины и вовлечения в производство отходов, снижения затрат, повы­шения стойкости инструмента, сокращения количества операций, энергетических затрат, расхода инструмента и сырья. В целом, из-за этого повышается полезный выход изделий из заготовок до 30%. Выработаны практические рекомендации по повышению эффективности технологических процессов. Штучную производительность любого режущего инструмента можно определить по формуле:

                                              (3)

где Т - сменный фонд времени станка, мин;   - коэффициент использования станка;  -

время обработки учетной единицы продукции, мин.

Время цикла обработки:

                                                    (4)

 

А так как                                                                                     (5)

То                                                                                                   (6)

здесь  - время чистого резания, мин; - коэффициент производительности; L -путь обработки, м; U - скорость подачи, ;

Тогда, производительность инструмента

                                                            (7)

Таким образом,  производительность определяется коэффициентами рабочего дня, машинного времени, использования станка и скоростью подачи. Если величина коэффициентов зависит от условий проведения производства, то скорость подачи определяется конструкцией инструмента и величиной подачи на один резец U_Z (для всех технологических процессов резания). Скоростные режимы эксплуатации определяют производительность инструмента, а допускаемая подача на резец Uz, прямопропорционально связана с качеством обработки и технической работоспособностью инструмента (ограниченная мощностью привода и работоспособностью режущих элементов, например, по выносу опилок и стружки или преодолению сил трения при бесстружечном деформировании). Кроме того, работоспособность инструмента зависит от степени остроты режущих кромок и его жесткости. Скоростные возможности некоторых инструментов так же не установлены, так как погрешности изготовления ведут к увеличенному остаточному дисбалансу, а балансировка инструментов (не только динамическая, но и статическая) практически не проводится. В то время, как, точность статической балансировки по величине остаточного момента неуравновешенности соответствует моменту трения качения:        

                                                    (8)

где с – коэффициент трения качения балансировочной оправки, см; G- вес инструмента, кг.

Производственный эксцентриситет центра тяжести инструмента часто превышает величину 0,1 мм, то есть, ограничивает частоту вращения шпинделя станка до 3000 мин^-1. Нормы безопасности промышленно выпускаемых инструментов (по допускаемой неуравновешенности) научно необоснованны. Чем больше масса и сложнее форма инструмента , тем выше его остаточный дисбаланс. Такой инструмент требует обязательной трудоемкой динамической балансировки.

Заключение.

Комплексное решение проблемы подготовки технологических процессов позволит поднять качественные показатели в производстве изделий из мягколиственной древесины. Назначенные режимы резания позволяют повысить производительность труда. Повышение эффективности процессов достигается разработкой инструментов более высокого качества по критериям безопасности, производительности, стойкости, качества обработки и экономичности.