Мета роботи. Освоїти методику виконання експериментальних досліджень процесу пиляння круглими пилками із застосуванням математичного планування багатофакторного

Освоїти методику виконання експериментальних досліджень процесу пиляння круглими пилками із застосуванням математичного планування багатофакторного експерименту, набути навички постановки дослідів та статистичного оброблення їх результатів.

2. Теоретичні відомості

2.1.Фактори впливу та параметри оцінки процесу пиляння круглими пилками

Вид різання – поздовжнє розпилювання колод та дощок на круглопилкових верстатах має дуже широке використання у деревообробній галузі, а найбільше - в заготівельних цехах деревообробних підприємств . Але незважаючи на досить широке поширення цього виду різання існує багато факторів, які безпосередньо впливають на організацію даного процесу розпилювання та основні його техніко-економічні показники.

Основні фактори, які впливають на якість при повздовжньому розпилюванні деревини круглими пилками, можна розділити на чотири групи:

1. Фактори, що відносяться до оброблюваної деревини: порода, вологість, фізико-механічні властивості, точність форми оброблюваного матеріалу.

2. Фактори, що відносяться до різального інструменту (круглих пилок): матеріал, фізико-механічні властивості (міцність, жорсткість, зносо- і вібростійкість), параметри зубців (кутові і лінійні розміри, крок, уширення на сторону, якість поверхні граней).

3. Фактори, що відносяться до процесу пиляння: швидкість різання і подачі, товщина і ширина стружки, ширина і висота пропилу, кут зустрічі, тертя зубців і корпусу пилки до деревини, сили взаємодії зубців з деревиною, напруження в корпусі пилки, коливання пилки.

4. Фактори, що відносяться до круглопилкового верстата, як робочої машини: жорсткість вузлів, точність елементів, вібростійкість, якість налагодження і вивірки, технічний стан робочих механізмів, надійність, довговічність і ступінь автоматизації процесу.

Під час дослідження окремих питань поздовжнього розпилювання деревини круглими пилками і вирішення практичних завдань з підвищенням якості і ефективності оброблення деревини на круглопилкових верстатах, врахувати всі фактори впливу дуже складно. Правильніше із всієї кількості виділити визначаючі (найважливіші) фактори, котрі найбільше впливають на показники роботи круглопилкових верстатів.

Основними показниками роботи круглопилкових верстатів є: точність розпилювання, шорсткість обробленої поверхні, сила і потужність на різання, корисний вихід продукції, продуктивність і собівартість оброблення.

На точність розпилювання великий вплив мають фізико-механічні властивості деревини, стійкість пилок та якість їх підготовлення до роботи, надійність базування матеріалу при розпилюванні, технічний стан верстату та його геометрична точність, жорсткість вузлів, якість налагодження і вивірки.

На якість обробленої поверхні великий вплив мають фізико-механічні властивості деревини, точність уширення зубців на сторону, гострота зубців, величина подачі на зубець, швидкість різання, коливання пилок, вібрація механізмів верстату, якість встановлення пилок на валу, точність налагодження і вивірки верстату.

Сила і потужність різання залежать від породи деревини, режимів розпилювання, гостроти зубців, кутових параметрів зубців, кількості пилок на валу.

Корисний вихід продукції в процесі розпилювання деревини на круглопилкових верстатах залежить від ширини пропилу і стійкості пилок в пропилі під час роботи. При низькій стійкості пилок внаслідок криволінійного пропилу зростають припуски на повторне оброблення пиломатеріалів, і як наслідок, зростають відходи деревини, відповідно, знижується корисний вихід продукції.

Продуктивність процесу пиляння залежить від режимів розпилювання, надійності верстату в роботі, ступеня автоматизації верстата і безперервності процесу.

Собівартість розпилювання визначається за калькуляційними статтями витрат (основна зарплата виробничих працівників, додаткова зарплата, відрахування на соцстрах, електроенергія, загально цехові витрати).

Виходячи із вище наведеного, можна зробити висновок, що для високопродуктивної експлуатації круглопилкових верстатів та якісного й ефективного розпилювання деревини необхідно, в першу чергу, правильно підібрати конструкцію та параметри різального інструменту.

2.2. Постановка задачі дослідження

Поздовжнє розпилювання деревини круглими пилками відноситься до складного закритого процесу різання із стружкоутворенням. Воно здійснюється багаторізцевим інструментом, що обертається – круглою пилкою. Кожен зубець круглої пилки аналогічний різцю з трьома різальними кромками, а саме – однією поперечною і двома боковими. Складність поздовжнього розпилювання деревини круглими пилками тісно пов’язана із специфічною формою і розмірами ріжучого інструменту (товщина круглої пилки дуже мала по відношенню із діаметром), участю багатьох різців (зубців) в роботі по зрізанню стружки, утворення і переміщення стружки в закритому з трьох сторін вузькому просторі (пропилі), не постійною товщиною стружки на шляху різання, руйнування стружок на окремі частинки (тирсу), що змінюють розміри, великою швидкістю протікання процесу пиляння, періодичністю дії різців (зубців) на деревину, більшою кількістю взаємозалежних факторів, зміною фізико-механічних властивостей оброблюваної деревини [7].

Обертовий рух, який надається інструменту, характеризується швидкістю різання, його називають головним рухом і він значно більший від швидкості поступального руху, тобто, швидкості подачі.

Поступальним рухом називають рух подачі. Він визначається швидкістю подачі і призначений для подачі оброблюваного матеріалу на пилку або пилки на матеріал.

Здійснення процесу пиляння можливе тільки в тому разі коли мають місце обидва ці рухи.

В процесі пиляння на зубці і диск пилки діють сили різання, які можуть досягати значної величини і викликати деформацію зубців пилкового диска. Крім того, при роботі виникають відцентрові сили інерції і сили тертя від контакту із розпилюваним матеріалом та тирсою, яка утворюється при пилянні. Тертя викликає нагрівання диска пилки, яке, як і відцентрові сили, негативно відбивається на її роботі.

Для того щоб круглі пилки могли протистояти дії на них сил різання, нагрівання і відцентрових сил, їх виготовляють із високоякісних легованих сталей, а розміри визначають за відповідними ГОСТами і технічними умовами. Круглі пилки виготовляють: з плоским диском із сталі 9ХФ, строгальні із сталі 9ХФ або 9Х5ВФ, з пластинками із твердого сплаву із сталі 50ХФА і 9ХФ. Границя міцності цих сталей 120-150 кгс/мм².

Різальна частина круглих пилок складається із зубців, розміщених по колу. Форма зубців або їх профіль визначається кутами різання і обрисами задньої, передньої граней і міжзубної западини.

При виборі профілів зубців, їх кутів різання і режимів пиляння необхідно враховувати основні випадки різання шарового матеріалу: торцеве різання в радіальному і тангентальному напрямках, поздовжнє різання в тангентальному і радіальному напрямках, й поперечне різання в тангентальному і радіальному напрямках.

В залежності від призначення пилок профіль зубців і їх кутові значення бувають різними. За видом розпилювання (поперечне, поздовжнє або змішане) круглі пилки поділяються на пилки для поздовжнього, поперечного і змішаного розпилювання деревини і деревних матеріалів, які відрізняються один від одного характером різання, профілем зубців і способом їх загострення. [7].

Зубці круглих пилок повинні мати достатньо високу міцність, поперечну стійкість і хорошу стійкість леза (коротких і бокових ріжучих кромок). Стійкість лез зубців круглих пилок крім якісних показників металу визначається ще й кутовими значеннями зубців (кути загострення та різання). Вибір кутових значень зубців залежить від цілого ряду факторів: матеріалу пилок, породи деревини, яку розпилюємо, її стану (суха, волога, мерзла), структури деревного матеріалу, вибраних режимів пиляння і т.д.

Зносостійкість пилок, оснащених пластинками твердого сплаву, значно вища за зносостійкість сталевих пилок, виготовлених із інструментальних сталей. Порівняльна зносостійкість цих пилок в деревообробних виробництвах має співвідношення 1:54 (за одиницю прийняті пилки, виготовлені із інструментальних сталей). Тому для розпилювання багатьох деревних матеріалів, які володіють абразивними властивостями, а також масивної деревини, переважно, використовують пилки з пластинками твердого сплаву.

Твердосплавні пластинки мають твердість HRC 88-92, низький коефіцієнт розширення (по відношенню до сталі 1:2) і не вимагають загартування та відпуску. Серійне виробництво круглих пилок з пластинами з твердим сплавом здійснюється у відповідності з ГОСТ 9769-69 «Пилы дисковые дереворежущие с пластинками из твердого сплава». Цим ГОСТом передбачено випуск пилок трьох типів.

Перший тип твердосплавних пилок призначений для розпилювання деревностружкових і столярних плит, фанери, облицьованих щитів, щитів, облицьованих волокнистою плитою, листовими пластиками, і для поперечного розпилювання масивної і клеєної деревини;

другий - для поздовжнього розпилювання масивної і клеєної деревини та для розпилювання волокнистих плит;

третій - для розпилювання облицьованих щитів впоперек волокон при високих вимогах до якості їх оброблення.

Використання круглих пилок, оснащених пластинками із твердого сплаву, на деревообробних підприємствах вимагало й вимагає розробки цілого ряду технічних заходів і засобів, пов’язаних з їх експлуатацією. Різко підвищились вимоги до технології виготовлення цих пилок на заводі-виготовлювачі.

2.3. Аналіз існуючих конструкцій твердосплавних круглих пилок

На основі огляду існуючих конструкцій круглих пилок з пластинками твердого сплаву, котрі виготовляються вітчизняними та закордонними фірмами і використовуються на сучасних круглопилкових деревообробних верстатах, встановлено перелік найбільш поширених фірм-виробників. Серед них: Інтекс, Поділля, Механік, Freud, Leitz, Leuco, Pillana, Globus, Faba та інші.

Слід зауважити, що асортимент пилок у кожної із перерахованих фірм дуже широкий. Тут представлені круглі пилки для різання деревини, деревних матеріалів, та навіть пластмас і м’яких металів. Відповідно й форма твердої пластинки зубця, її ширина, а також і товщина тіла пилки будуть різними. Доцільно нагадати позначення для різного матеріалу зубців пилок. На пилках, де пластинки зубців виготовлені із швидкорізальної сталі роблять позначення HSS, із твердого сплаву – HM; із алмазним напиленням пластинок зубців – DIA.

На рис. 1 наведені основні форми твердосплавних пластин, а також їх позначення.

Рис. 1.1 Форми твердосплавних пластин круглих пилок

Для багатопилкових верстатів використовуються твердосплавні пластинки з прямою задньою гранню FZ, або із скошеною задньою поверхнею WZ.

Вважається, що пластинки із прямою задньою гранню FZвикористовуються для поздовжнього розпилювання деревини, де не вимагається підвищеної якості пропилу. Пилки із пластинами з косою задньою поверхнею WZ використовуються для поздовжнього пиляння деревини із підвищеними вимогами до якості пропилу, або для поперечного розпилювання деревини. [10.]

Незважаючи на досить велику кількість фірм виготовлювачів та широкий асортимент пилок для поздовжнього розпилювання деревини є проблемний момент, з яким досить часто приходиться стикатись виробничникам, це так зване «виляння» пилок у пропилі під час часткового затуплення інструменту при роботі на багатопилкових верстатах. [11.] Ця проблема вимагає більш глибокого вивчення та пропозицій, що до подолання таких негативних наслідків.

3. Методика виконання досліджень

Методика розроблення план-матриць багатофакторного