Способы резания древесины

К основным способам обработки древесины резанием относятся пи- ление, строгание, фрезерование, сверление, долбление, точение, шли- фование, а также резание ножницами или ножами листовой древесины (резание без стружкообразования).

Пиление – операция разделения древесины на части с помощью многорезцового инструмента. Для распиловки лесоматериалов приме- няют ручные или механические пилы.

Пила представляет собой многорезцовый инструмент в виде полот- на, ленты, диска, цилиндра с расположенными на рабочей кромке ре- жущими зубьями. Некоторые пилы при установке в станки нуждаются

в натяжении, которое создается специальными устройствами; такое на- тяжение придает пилам при пилении необходимую устойчивость.

К этой категории относятся пилы, применяемые в лесопильных ра- мах, и ленточные пилы.

Основные виды пил – рамные, ленточные и круглые (рис. 6).

Рис. 6 – Основные виды пил:

а – рамная, б – круглая, в – ленточная

Рамные пилы представляют собой длинные узкие тонкие стальные полотна, на одной кромке которых насечены зубья (рис. 6).

Рис. 7 – Схемы работы пил:

а – рамная, б – круглая, в – ленточная

Предназначены они для продольной распиловки бревен и брусьев на доски и другие пиленые материалы в специальных станках, называе- мых лесопильными рамами, в которых пилы получают поступательно- возвратное движение от кривошипно-шатунного механизма и произво- дят пиление при движении в одну сторону.

При обратном движении (за холостой ход) зубья резать не могут, так как задняя грань образует с направлением движения тупой угол и в этом случае было бы не резание, а сминание древесины.

Круглые пилы, называемые также дисковыми, представляют собой тонкий стальной зубчатый диск (смотрите рис. 6 б). Они имеют непре- рывное вращательное движение с постоянной окружной скоростью. Применяются для продольной и поперечной распиловки лесоматериа- лов всех видов.

Вследствие большой скорости резания и потому большой произво- дительности круглые пилы являются наиболее распространенными.

Ленточная пила имеет форму тонкой стальной бесконечной ленты, на одной кромке которой насечены зубья (рис. 6 в). Пила устанавлива- ется в станке на двух шкивах, один из которых может перемещаться в направлении длины пилы и таким образом ее натягивать.

При вращении шкивов получается непрерывное равномерное дви- жение пилы – движение резания.

Применяются ленточные пилы для продольной распиловки бревен и брусьев на доски, для распиловки толстых досок на более тонкие; узкие ленточные пилы применяются в производствах древесных изделий для пиления по кривой линии.

Движение подачи бревна осуществляется посредством вальцов. Кривошипно-шатунный механизм рамы состоит из шатуна и коленча- того вала.

Пильная рамка за один оборот коленчатого вала делает два хода – подъем и опускание – на величину двух радиусов кривошипа, называе- мую величиной хода. Пиление происходит за один ход при опускании рамки и пил вниз.

На рис. 7 б показана круглая пила для поперечного резания лесома- териалов.

Движения резания и подачи производятся пилой. В станках про- дольной распиловки бревен движение резания осуществляются пилами, а движение подачи на пилы производится вальцами, гусеницами, теле- жками.

На рис. 7 в показана схема ленточнопильного станка. Лесоматериалы на пилу подаются вручную, тележкой или вальцами. Движение резания производится пилой, а движение подачи – материалом.

Толщина полотнища пил лесопильных рам в зависимости от их дли- ны составляет 1,8 – 2,4 мм.

Для распиловки бревен диаметрами до 60 см часто применяют по- лотнища толщиной 2 и 2,2 мм при длине 1250 – 1500 мм.

Толщина круглых пил зависит от их диаметра и составляет, напри- мер, для диаметра 320 мм 1,8 – 2,2 мм, для диаметра 500 мм – 2,2 – 2,8 мм, для диаметра 800 мм – 3 – 3,6 мм и т. д.

Для успешной работы пил зубья должны соответствовать опреде- ленным размерам и профилям. В частности, для пил лесопильных рам рекомендуется профиль, показанный на рисунке 8.

Рис. 8 – Профили зубьев рамных пил:

t – шаг зубьев, h – высота зуба, r – радиус впадин, α – затылочный угол, β – угол заточки зуба, γ – передний угол

Этот профиль имеет заднюю грань зуба, очерченную по ломаной ли- нии. Линия пересечения передней грани зуба с задней образует так же, как в элементарном резце, режущую кромку, называемую передней. Две боковые кромки передней грани тоже принимают участие в резании и называются боковыми режущими кромками.

Между передней гранью одного зуба и задней гранью последующе- го образуется пространство, называемое впадиной зуба. В ней размеща- ется срезаемая в виде стружки древесина.

Дно впадины очерчено по дуге окружности с радиусом r, который называется радиусом закругления впадины зуба.

Прямая линия, соединяющая вершины зубьев, называется линией вершин зубьев. Прямая, касательная к дугам впадин, представляет линию впадин. Расстояние между линией вершин и линией впадин, измеренное по перпендикуляру, называется высотой зубьев, расстояние между вершинами – шагом зубьев.

Для распиловки бревен на шпалы, брусья и доски применяют также пилы со вставными зубьями. В диске пилы имеются гнезда, снабженные гребнем. В каждое гнездо заводятся зуб и замок, имеющие направляющий паз. Зубья устанавливаются специальным ключом.

Рис. 9 – Профили зубьев круглых пил:

t – шаг зубьев, h – высота зуба, r – радиус впадин, α – затылочный угол, β – угол заточки зуба, γ – передний угол

Достоинствами этих пил являются: неизменность диаметра пилы, возможность применения твердосплавных сталей, подверженных мень- шему износу, сравнительно быстрая смена зубьев.

Однако подобные пилы дают большую ширину пропила, так как ре- жущая короткая кромка зубьев пил имеет ширину 5,5 – 6,5 мм. Обычно такие зубья применяют на пилах диаметром не менее 1000 мм.

Для поперечной распиловки зубья круглых пил имеют форму тре- угольников. Часто применяемые профили зубьев таких пил показаны на рисунке 9).

Для заострения боковых кромок применяется косая заточка, при этом боковые кромки соседних зубьев затачиваются в разные стороны.

В круглых пилах передний угол γ измеряется между передней гра- нью и радиусом, проведенным через вершину данного зуба.

Задний угол α измеряется между задней гранью и касательной, про- веденной через вершину данного зуба.

При увеличенном числе зубьев вследствие того, что толщина срезае- мого слоя древесины, приходящегося на один зуб, уменьшается, обеспе- чивается более высокое качество распиливаемой поверхности.

Мощность резания при увеличенном числе зубьев больше, так как древесина в пропиле измельчается на более мелкие части.

Кроме круглых пил с плоским диском или диском, имеющим одина- ковую толщину по диаметру, в специальных случаях применяются так- же пилы с различной толщиной диска по диаметру.

К последнему типу пил относятся, в частности, конические, у ко- торых на периферии толщина диска меньше, чем в центральной части. Этим достигается наименьшая потеря древесины на пропил; такие пилы применяются для отпиливания от брусков тонких дощечек толщиной до 10 – 12 мм. Имеются также пилы с большей толщиной периферийной части или с так называемым поднутрением боковых поверхностей, даю- щие очень чистый пропил (строгальные пилы).

Ленточные пилы, применяемые для распиловки бревен и брусьев, имеют сравнительно широкое полотно, 150 – 350 мм.

Столярные ленточные пилы, применяемые в основном для выпилов- ки криволинейных заготовок и деталей, имеют малую толщину и шири- ну полотнища. Профиль зубьев этих пил характеризуется прямой задней гранью и малым шагом.

Форма зубьев пил, или их профиль, имеет весьма важное значение. Так, профиль зубьев оказывает непосредственное влияние на произво- дительность пил, качество распиливаемой поверхности, на расход энер- гии при резании, а также на потерю древесины на пропил.

Зубья пил должны быть достаточно прочны и устойчивы в работе, чтобы обеспечить хорошее качество распиловки и большие скорости подачи, определяющие высокую производительность станка; при этом должны соблюдаться также условия применения пил наименьшей воз- можной толщины. Эти условия обеспечиваются правильным выбором всех элементов зубьев пил: вида кривой очертания зубьев, величины шага и высоты зубьев, углов заострения, резания, переднего и заднего, величины и формы впадины зубьев.

Во впадине зубьев размещается основная часть древесины, срезае- мой данным зубом в виде стружек. При этом в таких станках, как лесо- пильная рама, объем срезаемой плотной древесины часто больше, чем возможный наибольший объем впадины, вследствие чего древесина там прессуется. Часть мелких опилок попадает в пространство между пилой и стенками пропила и выкрашивается наружу.

Для свободного движения пилы в пропиле без защемления и предот- вращения трения о его боковые поверхности производится развод либо плющение зубьев (рис. 10).

Развод состоит в отклонении вершинок зубьев одного в правую сто- рону, а соседнего – в левую.

Рис. 10 – Схема образования пропила:

а – пила с разведенными зубьями; б – пила с плющенными зубьями.

Плющение, или расплющива- ние, зубьев заключается в ушире- нии их вершин, включая перед- нюю режущую кромку.

При разведенных зубьях древе- сину по всей ширине пропила сни- мают два соседних зуба, а при плю- щеных – один зуб. Процесс плюще- ния, показанный схематически на данном рисунке, производится сле- дующим образом. Вершинная часть зуба со стороны задней грани имеет прочную опору-наковаленку.

Расширение (расплющивание)

вершин происходит за счет сильного прижима этой части зуба к наковален- ке посредством профилированного валика; при поворачивании на некото- рый угол валик профилированной поверхностью делает вмятину на перед- ней грани зуба, вследствие чего его вершина уширяется в виде лопаточки.

Развод и плющение могут производиться либо механическим, либо ручным способом. Эти операции трудоемки, особенно ручное плюще- ние. Имеются станки для механического плющения, в том числе для го- рячего. Перед горячим плющением на полуавтоматическом станке про- изводится электрический нагрев зубьев.

При ручном методе надо затратить на обработку пилы 12 – 15 мин, а при механическом – 2,5 мин.

После плющения все вершины зубьев получаются разной формы и

кромки их весьма слабы.

а 1 2

2

Рис. 11 – Схема расплющивания кончика зуба:

а – исходное положение; б – конечное положение валика. 1 – наковаленка; 2 – профилированный валик

Для устранения этих недостат- ков необходима дополнительная операция – формовка, заключаю- щаяся в обжиме зубьев с боков при помощи либо специального ручно- го аппарата, называемого формов- кой, либо специальных станков. Имеются станки, в которых произ- водятся и плющение, и формовка в некоторых случаях одновременно.

Плющение зубьев пил считается более совершенным и прогрессив- ным методом, чем развод (рис. 11).

Установлено, что качество пропила у рамных пил с плющеными зубьями выше, чем у пил с разведенными зубьями, такие пилы более устойчивы в пропиле, поэтому их можно применять более тонкие; в свя- зи с этим уменьшается потеря древесины на пропил, а следовательно, увеличивается объемный выход, уменьшается затрата энергии на распи- ловку (при одновременном увеличении шага на 25 – 50%); такими пила- ми возможна распиловка со скоростями подачи на 10 – 15% большими, чем пилами с разведенными зубьями.

Скорость резания в круглопильных станках представляет собой ско- рость передних режущих кромок, которая соответствует окружной ско- рости круглой пилы:

V = D · n / (1000 · 60),

где V – скорость резания, м/с;

D – диаметр круглой пилы, мм;

n – число оборотов пилы в минуту.

Обычно скорость резания на круглых пилах составляет 40 – 70 м/с.

При внедрении скоростного резания она доводилась до 100 – 110 м/с.

Таким же путем определяется скорость резания для ленточных пил:

D здесь будет иметь значение диаметра шкива.

В лесопильных рамах пилы совершают возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного механизма; скорость движения пил и их передних режущих кромок имеет переменное значение от нуля до максимума.

Значения действительной скорости движения пил в зависимости от угла поворота кривошипа из верхнего вертикального его положения мо- гут быть подсчитаны по известным формулам, которые даются в курсе теории механизмов и деталей машин.

В технологических и экономических расчетах используется обычно понятие средней скорости движения пил и резания, определяемой вы- ражением:

V ср = 2 · H · n / 60,

где V ср – средняя скорость резания, м/с;

H – высота хода (максимального подъема) пильной рамки, м;

n – число оборотов вала рамы в минуту.

В зависимости от значений H и n средняя скорость резания состав- ляет от 2 до 7 м/сек.

Средняя скорость резания у лесопильных рам примерно в 10 раз меньше, чем у круглопильных станков, что объясняется различным ха- рактером движения пил.

Скорость подачи в пильных станках зависит от подачи древесины на один зуб пилы. Подача на один зуб обусловливается жесткостью по- лотна пилы, формой зуба, размером впадин между зубьями (условиями размещения опилок во впадине), а также требуемым качеством пропила. Опытами и производственной работой установлено, что для круг- лых пил в лесопильном производстве при продольной распиловке ле- соматериалов хвойных пород подачи на зуб на круглопильных станках:

– распиловки бревен доходят до 2 – 2,5 мм;

– распиловки пиломатериалов до 0,8 – 1 мм;

– лесопильных рам такая подача может доходить до 2 – 2,6 мм.

– на ленточных станках:

– распиловки бревен до 3 – 3,5 мм;

– делительных до 1 мм;

– столярных до 0,1 мм.

Схема срезания зубьями круглой пилы древесины при продольном пилении представлена на рисунке 12.

Рис. 12 – Схема работы круглой пилы при продольном пилении

Постоянное число оборотов пилы в минуту дает постоянную окруж- ную скорость, или скорость резания. U – подача материала, V – скорость вращения пилы, R – радиус пилы, t – шаг зубьев.

Брусок древесины с определенной высотой пропила подается на пилу с постоянной прямолинейной скоростью подачи. При резании каж- дый зуб пилы описывает по отношению к древесине траектории, пред- ставляющие некоторые кривые – циклоиды.

Подачей древесины на зуб пилы будет расстояние между двумя лю- быми соседними траекториями, измеренное в направлении подачи. Это расстояние везде одинаково. С подачей на зуб пилы не следует смеши-

вать толщину стружки, которая измеряется по нормали к траекториям зубьев. Как видно из рисунка, толщина стружки переменна – она мень- ше у верхнего края и больше у нижнего.

В лесопильной раме при наиболее часто встречающемся случае, ког- да скорость подачи постоянна, а скорость резания переменна, подача на зуб и толщина стружки имеют переменное значение; тогда обычно вво- дят в расчеты среднее значение подачи на зуб.

В ленточнопильных станках имеется прямолинейная подача с по- стоянной скоростью, вследствие чего подача на зуб и толщина стружки будут постоянными величинами.

Сверление – процесс образования сверлом в заготовках сквозных и несквозных цилиндрических и конических отверстий. Сверла бывают перовые, центровые, спиральные, винтовые.

У сверла различают хвостовик, собственно стержень, режущую часть и элементы для отвода стружки.

Для механизированного сверления применяют электросверлильные машины ИЭ-1019А, ИЭ-1031А, ИЭ-1032.

Ими можно сверлить отверстия диаметром до 9 мм. Сверлят отвер- стия спиральными сверлами. Перед работой электросверлильную маши- ну тщательно осматривают и проверяют, после чего в патрон вставляют сверло и прочно его закрепляют, а затем нажимом на пусковой курок включают электродвигатель. В течение 1 – 2 мин работают вхолостую; если двигатель работает нормально, приступают к работе.

Долбление – применяют для получения в древесине прямоугольных отверстий (гнезд).

Для выборки гнезд, пазов, шипов и других работ применяют долота. Долота бывают плотничные и столярные. Рукоятки долот изготовляют из древесины – дуба, клена, бука, граба, белой акации, ясеня.

Древесина рукоятки должна быть здоровой, без трещин, гнили и червоточины влажностью до 12%. Рукоятки могут изготовляться из уда- ропрочной пластмассы.

Точение – позволяет получать тела вращения. Резание производит- ся резцом при вращении изделия или вращающейся ножевой головкой, внутри которой проходит заготовка квадратного сечения (круглопалоч- ные станки).

Вручную гнезда сверлят коловоротом или сверлилкой. В коловороте можно крепить сверла с диаметром хвостовика до 10 мм.

При использовании вместо сверла отвертки коловоротом можно за- вертывать шурупы. Мелкие отверстия диаметром до 5 мм высверливают сверлилкой.

Для высверливания глубоких отверстий используют бурав, пред- ставляющий собой сверло с ушком для ручки, которое расположено в верхней его части.

Шлифование – процесс получения ровных и гладких деревянных поверхностей под отделку, чаще всего с использованием шлифовальной шкурки.

Шлифовальная шкурка представляет собой абразив в виде зерен различного размера, нанесенный на бумажную, тканевую или комбини- рованную основу с помощью клея. Зерна абразива являются резцами, имеющими грани и кромки. Наиболее распространенные абразивы – кварц, наждак, электрокорунд и карбид кремния.

Важной характеристикой шлифовальных шкурок является номер их зернистости: № 200, 160 – шлифзерно; № 125, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20,

16, 12, 10, 8, 6, 5, 4 – шлифпорошки.

Целесообразно подвергать шлифованию древесину после пиления, строгания и фрезерования с шероховатостью поверхности не более 250 мкм.

Для получения требуемой шероховатости поверхности шлифование древесины чаще всего проводят в несколько проходов: сначала крупно- зернистой шкуркой (№ 32...20), затем среднезернистой (№ 16... 12) и, наконец, мелкозернистой (№ 10...8). При таком последовательном шли- фовании твердой древесины можно достичь шероховатости поверхно- сти до 16 мкм.

При ручном шлифовании используют специальные сборные колод- ки, выполненные из пробкового дерева с прикрепленной шлифовальной шкуркой или бруски древесины с наклеенными на их боковые поверх- ности полосками войлока или фетра толщиной 5 мм. В сборных колод- ках шкурка крепится к колодке.

Брусок или колодку со шлифовальной шкуркой, легко прижимая, плавно перемещают по шлифуемой поверхности древесины вдоль воло- кон. При поперечном шлифовании на поверхности остаются царапины, снижающие качество обработки. Также качество шлифования зависит от твердости древесины.

В процессе работы шлифовальную шкурку необходимо периодиче- ски очищать щеткой от пыли. По окончании шлифования пыль с по- верхности древесины снимают мягкой волосяной щеткой или сдувают сжатым воздухом, подаваемым компрессором.

Отшлифованная поверхность должна быть ровной и гладкой, без вмятин и царапин.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: