Глава II. Механическая обработка древесины

§ 3. Основные понятия и определения

Обработка древесины, в результате которой получают заготовки или изделия заданных размеров и формы без изменения ее химического состава, называется механической. При изготовлении мебели механическую обработку древесины производят в основном резанием с образованием стружки и гнутьем.

Древесину резанием с образованием стружки обрабатывают ручным инструментом и на станках. Ручным инструментом выполняют следующие виды резания древесины: пиление ручными пилами, строгание стругами, долбление долотами, резание стамесками, сверление сверлами с помощью приспособлений (коловорот и др.), шлифование шкурками.

Перед обработкой ручным инструментом заготовки, как правило, предварительно размечают.

Резанием на деревообрабатывающих станках производят пиление дисковыми и ленточными пилами, фрезерование, сверление, долбление, точение и шлифование. В соответствии с этими видами обработки созданы станки: круглопильные, ленточнопильные, фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шипорезные, сверлильные, цепнодолбежные, круглопалочные, токарные и шлифовальные.

В условиях серийно-массового производства древесину обрабатывают на настроенных на заданный размер станках или с помощью специальных приспособлений без предварительной разметки. Разметку применяют только на отдельных операциях раскроя, чтобы увеличить полезный выход заготовок.

В условиях индивидуального производства древесину обрабатывают на станках по замерам с применением разметки и без нее, а также с использованием специальных приспособлений.

Древесина разрезается одним или несколькими резцами в форме клина (рис. 1). Резец 2 срезает с заготовки 3 стружку 1 толщиной е мм. В направлении движения резец действует на древесину с определенной силой, называемой силой резания.

Рис. 1. Схема резания древесины: 1 - стружка, 2 - резец, 3 - заготовка

Каждый из резцов образует поверхность резания, а резцы в целом - поверхность обработки. Плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через кромку резца, называется плоскостью резания.

Резец имеет переднюю, действующую на стружку, грань abdf, заднюю грань ackf, обращенную к поверхности резания, боковые грани abc и fdk. Прямые кромки резца: af - передняя режущая (лезвие), аb и fd - боковые передние, ас и fk - боковые задние.

Если ширина заготовки больше ширины резца, то кроме лезвия работают одна или обе боковые передние кромки; в этом случае они режущие. При одной режущей кромке резание называется открытым, при двух - полузакрытым, при трех - закрытым.

Резец движется со скоростью v, направленной перпендикулярно режущей кромке. Такой резец называется прямым.

При работе прямого резца различают углы, измеряемые в главной секущей плоскости Л, перпендикулярной режущей кромке af:

а - задний, между задней гранью резца и плоскостью резания;

β - заточки или заострения, между передней и задней гранями;

γ - передний, между передней гранью и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания;

δ - резания, между передней гранью и плоскостью резания.

В режущих инструментах используют и косые резцы. У косого резца (рис. 2) режущая кромка af расположена под некоторым углом к направлению резания и перпендикулярна к ней. Этот угол называется углом скоса резца φ_с.

Рис. 2. Схема резания косым резцом

При резании древесины различают три основных направления (вида) резания по отношению к волокнам древесины: в торец, вдоль волокон и поперек волокон.

При резании древесины в торец (рис. 3, а) плоскость и направление резания перпендикулярны волокнам древесины, при резании вдоль волокон (рис. 3, б) - параллельны волокнам древесины.

Рис. 3. Основные направления (виды) резания: а - в торец, б - вдоль волокон, в - поперек волокон

При резании поперек волокон (рис. 3, в) плоскость резания параллельна направлению волокон древесины, а направление резания перпендикулярно к ним.

Кроме основных видов резания существуют переходные: торцово-продольное, торцово-поперечное, продольно-поперечное, торцово-продольно-поперечное.

При резании вдоль волокон различают также резание по волокнам или против волокон, характеризуемое углом4 встречи резца с волокнами.

На рис. 4 изображен однородный по строению древесины участок заготовки. Угол между направлением резания и направлением волокон древесины называется углом встречи φ_вс. При небольшом значении φ_вс резание происходит по волокнам, при φ_вс>90° - против волокон.

Рис. 4. Измерение угла встречи резца с волокнами: а - резание против волокон, б - резание по волокнам

Строение текстуры древесины обрабатываемых заготовок неоднородно. Поэтому при обработке заготовок виды резания и, следовательно, углы встречи на разных участках режущей кромки неодинаковы, особенно на участках, имеющих пороки строения древесины.

Влияние различных факторов на силу резания. При резании древесина оказывает сопротивление действию резца, для преодоления которого необходимо приложить к резцу определенную силу. Величина силы резания зависит от породы обрабатываемой древесины, вида резания, угла резания и заднего угла, остроты резца.

Если приближенно считать древесину однородным изотропным материалом, то величина силы резания будет возрастать пропорционально ширине срезаемой стружки.

Если принять силу резания при обработке заготовок из сосны за единицу, сила резания при обработке ольхи, березы, бука, ясеня и дуба составит соответственно 1,05; 1,25; 1,4 и 1,7, а при обработке липы, осины и ели - 0,8; 0,85 и 0,95.

Сила резания возрастает при резании в торец, уменьшается - при резании поперек волокон. Если принять силу резания поперек волокон за единицу, то при резании вдоль волокон сила резания увеличится примерно в два раза, при резании в торец - в шесть раз.

С увеличение угла резания сила резания возрастает. Например, при срезании с заготовки сухой сосны стружки толщиной 0,1 мм при увеличении угла резания с 45 до 70° сила резания возрастает при резании поперек волокон в 1,1-1,3 раза, при резании вдоль волокон и в торец соответственно в 2 и 1,5 раза. При срезании стружки толщиной 1 мм эта зависимость сохраняется при резании поперек волокон и в торец; при резании вдоль волокон сила резания возрастает примерно в 4 раза.

Величина заднего угла влияет на значение силы резания только тогда, когда она очень мала. В этом случае резец подминает под себя волокна древесины, которые после прохождения резца постепенно выпрямляются. Происходит так называемое упругое восстановление волокон, при котором увеличивается их нажим на заднюю грань. В результате растет сила трения на заднюю грань резца, противодействующая его продвижению.

На силу резания оказывает влияние затупление резца в процессе работы. Чем больше резец затупился, тем сильнее возрастает сопротивление древесины резанию, тем большую нужно приложить силу резания. Причем чем толще стружка, тем слабее сказывается затупление резца на силе резания, поэтому при резании тонкой стружки надо особенно заботиться об остроте резца.