§ 15. Основы резания

Основным видом обработки древесины является механическая обработка, т. е. обработка давлением или резанием.

Обработка давлением заключается в пластическом деформировании или разделении материала без образования стружки. К основным видам обработки древесины давлением относятся: гнутье (изгибание цельных или слоистых заготовок древесины с закреплением изогнутой формы), прессование (уплотнение древесины) и раскалывание (разделение древесины вдоль волокон режущим инструментом клиновидной формы).

Обработка резанием заключается в образовании новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки (деформированного и отделенного в результате обработки резанием поверхностного слоя материала заготовки). К обработке резанием — основному виду механической обработки древесины — относятся: пиление, строгание, фрезерование, долбление и сверление.

Качество обрабатываемых изделий зависит от правильно подобранных параметров режущего инструмента (ГОСТ 25751—83) и режимов резания. К основным режущим инструментам относятся резцы, пилы, фрезы, сверла (рис. 11), зенковки, долота. При обработке резанием непосредственно с поверхностью древесины соприкасается лезвие режущего инструмента (рис. 12 и 13, а). Конфигурация лезвия зависит от вида режущего инструмента.

Рис. 11. Режущий инструмент:

а — дисковая пила, б — строгальный нож, в, г — фасонная и концевая фрезы,

д, е — сверла, ж — зенкер, з— перка

 

У ручных машин и станков лезвия фрез, сверл имеют сложную клинообразную конфигурацию. Элементами лезвий сложной конфигурации являются: передняя (главная) и вспомогательная задняя поверхности лезвия, главная и вспомогательная режущие кромки, вершина лезвия, угол заострения, передний и задний углы и угол наклона кромки лезвия (см. рис. 12). У лезвия простой формы, применяемого в рубанках и долотах, его элементами являются передняя и задняя поверхности лезвия, режущая кромка, угол заострения, передний и задний углы лезвия (рис.13).

Передней поверхностью лезвия Ау 2 называют поверхность лезвия инструмента, соприкасающуюся в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой (рис. 12, а...в). Задней поверхностью лезвия Аа 5 называют поверхность лезвия инструмента, соприкасающуюся в процессе резания с поверхностями заготовки (см. рис. 13). Главной задней поверхностью 4 (см. рис. 12) является задняя поверхность лезвия инструмента, примыкающая к главной режущей кромке 3; вспомогательной задней поверхностью А'а 6 лезвия инструмента — задняя поверхность лезвия инструмента, примыкающая к вспомогательной режущей кромке. Режущая кромка К — кромка лезвия 2 (рис. 13) инструмента, образуемая пересечением передней и задней поверхности лезвия. Главная режущая кромка К 3 (см. рис. 12) — часть режущей кромки, формирующая большую сторону, а вспомогательная режущая кромка К' 1 — малую сторону сечения срезаемого слоя. Вершиной лезвия 5 называют участок режущей кромки в месте пересечения двух задних поверхностей. Углом заострения р называют угол между передней и задней поверхностями лезвия (см. рис. 13). Передним углом у называют угол, образуемый передней поверхностью лезвия и основной плоскостью, перпендикулярной плоскости резания. Задним углом а называют угол, образуемый задней поверхностью лезвия и плоскостью резания R, по которой прямолинейно продвигается режущая кромка лезвия. Углом наклона кромки X называют угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью.

Рис. 12. Лезвия токарного резца (а), фреза  (б) и сверло (в): 1 — вспомогательная режущая кромка К', 2 — передняя поверхность лезвия А-,, 3 — главная режущая кромка К, 4 — главная задняя поверхность лезвия Аа, 5 — вершина   лезвия,   6 — вспомогательная   задняя   поверхность   лезвия   А'г

Чем меньше угол заострения лезвия р, тем меньше сопротивление древесины резанию и, следовательно, для обработки древесины потребуется приложить меньшую силу резания Р. Сила резания — равнодействующая сил, действующих   на   режущий   инструмент   при   обработке резанием. Однако при слишком малом угле заострения лезвие быстро тупится и может даже ломаться. При большом угле затрачивают большую силу резания для преодоления сопротивления древесины резанию. Поэтому угол заострения лезвия при ручной обработке древесины принимают обычно равным 23...25°.

Задний угол лезвия а должен обеспечить возможно меньшее трение между поверхностью лезвия и обрабатываемой древесиной; при ручной обработке древесины задний угол а лезвия принимают обычно равным 15°, а передний угол у — 43...50°.

Рис. 13. Основные виды резания древесины:

а — элементы лезвия, б — резание в торец, в — резание вдоль волокон, г — резание поперек волокон; 1 — обрабатываемая древесина, 2 — режущая кромка К, 3 — передняя поверхность лезвия Ау, 4 — лезвие, 5 — задняя поверхность лезвия Л„, 6 — стружка; а — задний угол, р — угол заострения лезвия, у — передний угол, а — толщина стружки, АБ — поверхность резания R, Р — сила резания

При обработке резанием качество работ и производительность труда зависят от режимов резания: скоростей главного движения резания и движения подачи и площади срезаемого слоя.

Скоростью главного движения резания называют скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в главном движении резания — прямолинейного  поступательного или вращательного движения заготовки или режущего инструмента, происходящего при наибольшей скорости в процессе резания.

Скорость движения подачи называют скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи — прямолинейного поступательного или вращательного движения режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Подача — отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов другого движения во время резания. Цикл — полный оборот или движение в одну сторону при поступательно-возвратном движении.

При резании древесины ручным способом скорость главного движения резания не превышает 15 см/с. При работе электрифицированным инструментом скорость резания может достигать 10 м/с, а при работе на станках с режущим инструментом — 60...100 м/с, скорость движения подачи при этом достигает 1,6...3 м/мин. Скорость резания древесины зависит от того, в каком направлении происходит перерезание ее волокон.

По отношению к расположению волокон различают три основных вида резания древесины: резание в торец, вдоль и поперек волокон.

При резании древесины в торец (рис. 13, б), плоскость и направление резания перпендикулярны волокнам древесины, происходит поперечное перерезание волокон. При резании древесины вдоль волокон (рис. 13, в) плоскость и направление резания параллельны волокнам древесины, преодолевается связь между волокнами и сохраняется их целостность. При резании древесины поперек волокон (рис. 13, г) плоскость резания параллельна направлению волокон, но направление резания перпендикулярно им, происходит продольное перерезание волокон.

При механической обработке древесины плоскость и направление резания располагаются не только перпендикулярно или параллельно волокнам, но также под углом к ним. Поэтому различают дополнительные, промежуточные виды резания древесины: торцово-поперечное (под углом к плоскостям резания в торец и поперек волокон); торцово-продольное (под углом к плоскости резания в торец и вдоль волокон) и продольно-поперечное (под углом к плоскостям резания древесины вдоль и поперек волокон).

При резании в торец и перпендикулярно волокнам на поверхности древесины из-за сжатия волокон под действием лезвия перед их перерезанием образуется шероховатость. Она характеризуется числовыми значениями параметров неровностей резки, разрушения и ворсистости обработанной поверхности. Шероховатость при любом направлении резания, как в торец, так и вдоль или поперек волокон увеличивается при резании более мягкой древесины, при затуплении лезвия и неправильно подобранном угле резания.

От направления резания по отношению к волокнам древесины зависит величина силы резания. Сила, затрачиваемая на резание древесины вдоль волокон, в несколько раз меньше силы, затрачиваемой при резании древесины поперек волокон или в торец. Если силу резания вдоль волокон принять за единицу, то при резании древесины сосны поперек волокон сила резания увеличивается в 2,17 раза, а при резании в торец — в 4,3...5,4 раза.