Особенности износа твердосплавного инструмента при фрезеровании ламинированных ДСтП наклонными ножами

УДК674.023

Б. В. Войтеховский, ассистент (БГТУ);

С. А. Гриневич, кандидат технических наук, доцент

ОСОБЕННОСТИ ИЗНОСА ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ЛАМИНИРОВАННЫХ ДСтП НАКЛОННЫМИ НОЖАМИ

В современной мебельной промышленности для создания оригинальной и конкурентоспособной продукции все больше применяются плитные материалы с различными декоративными покрытиями. К таким материалам относятся и ламинированные древесностружечные плиты. Однако механическая обработка данного вида древесного материала является довольно трудоемким процессом. Поэтому инструмент для фрезерования ЛДСтП должен быть оснащен режущими элементами с повышенной износостойкостью.

Данная статья посвящена исследованию влияния угла наклона режущего лезвия, угла резания, скорости резания, толщины срезаемого слоя, толщины стружки на износ фрезерного инструмента при обработке ЛДСтП. По опытным данным получена математическая модель, построены зависимости и сделаны выводы.

In the modern furniture industry to creation of original and competitive production are more and more applied wood materials by the covered various decorative coverings. To such materials concern laminated chipboard. However machining of such material kind is enough labour-intensive process. Therefore woodworking tools for milling laminated chipboard should be equipped by cutting elements with the increased wear resistance.

In paper is devoted to researches of influence of a corner of an cutting edge inclination, a corner of cutting, speed of cutting, thickness of a cut off layer, thickness of a shaving on wear are resulted. On skilled data the mathematical model is received and graphical dependent are constructed and made conclusions.

Введение. Ламинированные древесностружечные плиты (ЛДСтП) нашли широкое распространение в мебельном производстве. Благодаря различным по цвету, текстуре, физико-химическим свойствам покрытий, дизайнеры мебели получили широкое поле деятельности по проектированию конкурентоспособной и модной мебели.

Однако механическая обработка данного вида материала является довольно трудоемким процессом. Это вызвано тем, что плотность поверхностных слоев ДСтП в несколько раз больше, чем в ее средней части. Также в поверхностных слоях находится большее количество связующего (смолы). Эти особенности сильно сказываются на характере износа режущего инструмента и его стойкости. Поэтому деревообрабатывающий инструмент для фрезерования ЛДСтП должен быть оснащен режущими элементами с повышенной износостойкостью.

Особенностью затупления резца при фрезеровании ДСтП является то, что участки лезвия, обрабатывающие более плотные слои, изнашиваются быстрее (рис. 1).

Такой вид износа подтвержден многими авторами, занимавшимися данной проблематикой [1, 2]. Величина износа режущего инструмента в значительной степени зависит от режима обработки, материала режущего элемента и др. Кроме традиционных параметров, существенное влияние на стойкость инструмента оказывает угол наклона ножа. Однако характер износа

и его величина при создании поворота режущего элемента не изучены.

Рис. 1. Схема износа резца при фрезеровании ламинированных ДСтП

Теоретически, установка резцов под углом должна обеспечить повышение стойкости режущего инструмента за счет плавности входа резца в обрабатываемый материал. Кроме того, придание угла наклона режущему элементу уменьшает угол резания в плане и создает так называемое кинематическое заострение резца.

Исходя из вышеизложенного, решено исследовать влияние переменных технологических факторов на характер и величину износа твердосплавного фрезерного ножа при создании угла наклона в плане.

Основная часть. Для проведения исследований использована экспериментальная установка на базе станка С26-2М. На основании методов планирования эксперимента составлена методическая сетка опытов. Основными переменными факторами приняты: средняя толщина стружки а, скорость резания V, толщина срезаемого слоя к, угол резания 5, угол наклона режущей кромки ю. Методическая сетка и результаты опытов представлены в таблице. В качестве выходного показателя принята величина фаски по задней поверхности резца п на участках, обрабатывавших наиболее плотные слои ЛДСтП [3]. Для определения износа режущего инструмента по задней поверхности использовался метод слепков [4]. Достоинством этого метода является возможность получения информации о динамике затупления твердосплавной пластины без ее снятия и последующего повторного базирования, что гарантирует чистоту проведения эксперимента. Критерием завершения эксперимента являлась появление сколов на облицованной поверхности.

В результате проведения экспериментов установлено, что характер износа режущей кромки остается прежним.

После статистической обработки результатов эксперимента было получено уравнение (1). Однако результаты, полученные по этому уравнению, несопоставимы, поскольку путь резания для разных условий будет разным. Поэтому для корректного сопоставления и анализа результатов их удобно представить в виде удельного износа (т. е. износа, отнесенного к пути резания).

П = 1066,537 + 11,702 ю- 24,497 • 5- 3,905 X X V - 0,565 • к - 282,267 • а + 0,036 ю2 + 0,078 X X V2-0,138-ю-5+0,017• V + 0,643 ю к +

+ 16,470 • ю • а - 0,053 • 5-V- 0,5815-к +

+ 0,893 • V•к + 2,303 ^•а + 55,300^ ка.

Уравнение регрессии для расчета пути резания Ь по критерию качества имеет вид [6]:

Ь = 490,31 +121,25 • ю+ 0,64^ 5 + 0,32 -V -

- 51,11 • к - 2218,05 • а + 4,98 • ю2 - 2,61 юх

х 5 + 1,21 ю^ V + 24,75 • ю^ к + 288,03 • ю^ а +

+ 62,78 • V • а + 917,19 • к^а.

По представленным уравнениям регрессии построены графики зависимости удельного износа от переменных технологических факторов. Графические зависимости построены на нижнем, среднем и верхнем уровнях варьирования.

Методическая сетка и результаты опытов

№ опыта Х1 Х2 Х3 Х 4 Х 5 У

[ю] [5] [V] [к] [а] [п]

град град м/с мм мм мкм

1 30 80 50 4,5 0,45 580

2 0 80 50 4,5 0,45 190

3 30 60 50 4,5 0,45 700

4 0 60 50 4,5 0,45 220

5 30 80 20 4,5 0,45 480

6 0 80 20 4,5 0,45 107

7 30 60 20 4,5 0,45 570

8 0 60 20 4,5 0,45 119

9 30 80 50 1,5 0,45 440

10 0 80 50 1,5 0,45 120

11 30 60 50 1,5 0,45 530

12 0 60 50 1,5 0,45 115

13 30 80 20 1,5 0,45 440

14 0 80 20 1,5 0,45 129

15 30 60 20 1,5 0,45 500

16 0 60 20 1,5 0,45 103

17 30 80 50 4,5 0,05 330

18 0 80 50 4,5 0,05 142

19 30 60 50 4,5 0,05 473

20 0 60 50 4,5 0,05 193

21 30 80 20 4,5 0,05 285

22 0 80 20 4,5 0,05 112

23 30 60 20 4,5 0,05 370

24 0 60 20 4,5 0,05 127

25 30 80 50 1,5 0,05 285

26 0 80 50 1,5 0,05 152

27 30 60 50 1,5 0,05 372

28 0 60 50 1,5 0,05 169

29 30 80 20 1,5 0,05 301

30 0 80 20 1,5 0,05 175

31 30 60 20 1,5 0,05 365

32 0 60 20 1,5 0,05 155

33 30 70 35 3 0,25 397

34 0 70 35 3 0,25 116

35 15 80 35 3 0,25 235

36 15 60 35 3 0,25 301

37 15 70 50 3 0,25 293

38 15 70 20 3 0,25 239

39 15 70 35 4,5 0,25 260

40 15 70 35 1,5 0,25 220

41 15 70 35 3 0,45 300

42 15 70 35 3 0,05 200

На рис. 2. представлено влияние угла наклона фрезерного ножа на величину удельного износа.

jg 0,35

I °'3°

>-Г 0,25 ^ 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

о о и

со

S «

и

Л

ч

(D £

0 5 10 15 20 25 30 Угол наклона режущей кромки, град

Рис. 2. Влияние угла наклона режущей кромки ю на удельный износ:

1 - а = 0,45 мм; к = 4,5 мм; V = 50 м/с; 5 = 80°

2 - а = 0,25 мм; к = 3,0 мм; V = 35 м/с; 5 = 70°

3 - а = 0,05 мм; к = 1,5 мм; V = 20 м/с; 5 = 60°

Очевидно, что с увеличением угла наклона фрезерного ножа удельный износ уменьшается. Снижение наиболее интенсивно на нижнем уровне варьирования переменных факторов. Положительный эффект создания угла наклона, с одной стороны, обусловлен значительным увеличением пути резания до появления сколов на поверхности облицованного слоя, а с другой стороны - уменьшением величины износа режущей кромки за счет увеличения длины лезвия, участвующего в обработке.

На рис. 3. представлена зависимость удельного износа от угла резания.

^ 0,35

I 0,30

>-Г 0,25

0 0,20

1 0,15

К

« 0,10

3 0,05

4

Д 0,00

\

1

60 65 70 75 Угол резания 5, град

80

Рис. 3. Влияние угла резания 5 на удельный износ:

1 - а = 0,45 мм; к = 4,5 мм; V = 50 м/с; ю = 30°

2 - а = 0,25 мм; к = 3,0 мм; V = 35 м/с; ю = 15°

3 - а = 0,05 мм; к = 1,5 мм; V = 20 м/с; ю = 0°

Теоретически удельный износ при изменении угла резания должен быть прямо пропорционален пути резания, что подтверждают графики 1

и 2, однако для кривой 3 данная зависимость нарушается, что может быть связанно с особенностями работы резца в области микростружек. Толщина стружки мала, поэтому затупленным резцом слой материала сразу не срезается, а деформируется, что увеличивает трение по задней поверхности ножа и увеличивает фаску.

Зависимость удельного износа от скорости резания представлена на рис. 4.

Как видно из графика, с увеличением скорости резания удельный износ уменьшается. Это связано с тем, что с увеличением скорости резания происходит более интенсивный рост пути резания Ь по уравнению (2), чем увеличение фаски п по уравнению (1).

0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

о

о н

з и

«

н

л е Уде

>7-

Ч

1

/

1 -

2 -3 -

20 25 30 35 40 45 50 Скорость резания V, м/с

Рис. 4. Влияние скорости резания V

на удельный износ: а = 0,45 мм; к = 4,5 мм; ю = 30°; 5 = 80° а = 0,25 мм; к = 3,0 мм; ю = 15°; 5 = 70° а = 0,05 мм; к = 1,5 мм; ю = 0°; 5 = 60°

На рис. 5 представлена зависимость удельного износа от величины снимаемого слоя.

0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05

о

о н

з и

«

н

л е Уде

0,00

IX.

1

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Высота снимаемого слоя к, мм

Рис. 5. Влияние толщины снимаемого слоя к на удельный износ:

1 - а = 0,45 мм; V = 50 м/с; ю = 30°; 5 = 80°

2 - а = 0,25 мм; V = 35 м/с; ю = 15°; 5 = 70°

3 - а = 0,05 мм; V = 20 м/с; ю = 0°; 5 = 60°

Уменьшение величины удельного износа, вероятно, связано с меньшими динамическими

3

нагрузками на режущий элемент. При увеличении высоты снимаемого слоя происходит рост пути резания на дуге контакта. Соответственно для прохождения одного и того же пути резания режущий элемент при меньшем припуске делает большее количество врезаний в обрабатываемый материал.

Зависимость удельного износа от толщины стружки представлена на рис. 6.

0,35

с о

и

со «

«

ы

И Л

ч

<и £

0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05

0,00

3 2

\

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Толщина стружки а, мм

0,5

Рис. 6. Влияние толщины стружки а на удельный износ:

- 5 = 80°; к = 4,5 мм; V = 50 м/с; ю = 30°

- 5 = 70°; к = 3,0 мм; V = 35 м/с; ю = 15°

- 5 = 60°; к = 1,5 мм; V = 20 м/с; ю = 0°

Снижение удельного износа связано с увеличением технологической стойкости ножей и переходом от микростружки к макростружке.

На верхнем уровне варьирования удельный износ не зависит от толщины стружки. Это связано с тем, что при данных условиях увеличение пути резания пропорционально увеличению фаски по задней поверхности резца.

Заключение. 1. Получено уравнение регрессии, математически описывающее влияние технологических факторов на величину фаски по

задней поверхности ножа. Согласно проведенным исследованиям, установлен характер влияния переменных технологических факторов на износ режущих элементов.

2. Подтверждено, что придание угла наклона режущим элементам не только увеличивает технологическую стойкость фрез, но и уменьшает удельный износ, что свидетельствует о целесообразности применения данного технологического приема.

Литература

1. Цуканов, Ю. А. Обработка резанием древесностружечных плит / Ю. А. Цуканов, В. В. Ама-лицкий. - М.: Лесная пром-сть, 1966. - 95 с.

2. Гришкевич, А. А. Разработка режимов резания, конструктивных и геометрических параметров инструмента при фрезеровании кромок древесностружечных плит: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / А. А. Гришкевич. - Минск, 1998. - 176 л.

3. Клубков, А. П. Критерии затупления дереворежущего инструмента при фрезеровании древесины и древесных материалов / А. П. Клубков, Б. В. Войтеховский // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2007. -Вып. XV. - С 222-224.

4. Войтеховский, Б. В. Исследование стойкости фрезерного инструмента с наклонными резцами при обработке боковых поверхностей ламинированных ДСтП / Б. В. Войтеховский, С. А. Гриневич, В. Т. Лукаш // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2007. -Вып. XV. - С 225-229.

5. Гриневич, С. А. Исследование технологической стойкости при фрезеровании ламинированных древесностружечных плит наклонными резцами / С. А. Гриневич, Б. В. Войтеховский // Труды БГТУ. Сер II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2010. - Вып. XVIII. - С. 284-288.

Поступила 15.03.2011

УДК 674.053

В. Т. Лукаш, ассистент (БГТУ);

С. А. Гриневич, кандидат технических наук, доцент

ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ЗУБЬЕВ ДИСКОВЫХ ПИЛ С ПЛАСТИНАМИ ТВЕРДОГО СПЛАВА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ И ПОТРЕБЛЯЕМУЮ МОЩНОСТЬ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЛАМИНИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

Пиление дисковыми пилами с пластинами твердого сплава относится к наиболее распространенным и производительным процессам обработки ламинированных древесностружечных плит. Основной задачей при обработке таких древесных материалов является обеспечение высокого качества получаемой продукции при минимуме потребляемой мощности и максимальной производительности.

В статье приведен сравнительный анализ результатов исследований влияния основных технологических параметров процесса обработки на фактический путь резания до появления сколов на поверхности облицовочного материала, потребляемую мощность при обработке ламинированных древесностружечных плит пилами с попеременно-косым и плоско-трапециевидным профилями зубьев в начальный момент резания и при потере качества обработки. Получены математические модели, позволяющие устанавливать величины переменных технологических факторов, обеспечивающих максимальную технологическую стойкость дисковых пил с пластинами твердого сплава.

Sawing by hard-face allow circular saws is one of the most widespread and high-efficiency processes of machining laminated chipboard plates. The important problem at a processing such materials is achieving of high quality receivable production at a minimum of power consumption and the maximal productivity.

In paper researches results of the basic technological parameters influence on an actual way of cutting before occurrence having chopped off on material surfaces, power consumption are brought at processing laminated chipboard plates by saws with an alternately-slanting and plainly-trapezoid toes structure during the initial moment of cutting and at loss of processing quality. The mathematical models are allow to establish variable technology factors providing the maximal technological stability of hard-face disk saws.

Введение. В настоящее время появился большой ассортимент древесных композиционных материалов с различными физико-механическими свойствами (ДСтП, МДФ, 08Б, ЦСП), как правило, обладающих повышенной абразивной способностью из-за наличия связующих смол и отвердителей.

Последнее предопределило нецелесообразность использования для обработки таких материалов обычного режущего инструмента. Быстрорежущая сталь не дает удовлетворительных результатов, поскольку связующее в плите, а также клеящие вещества в самой древесине придают плитам повышенные абразивные свойства. Наилучшими для этих целей являются инструменты, оснащенные пластинами твердого сплава или его модификации.

Однако до сих пор остаются открытыми вопросы обработки инструментом с пластинами твердого сплава таких материалов, как, например, древесно-стружечные плиты, прессованная древесина, древесина, склеенная синтетическими клеями, пластмассы и др.

Древесностружечные плиты, облицованные пленками на основе термореактивных полимеров, широко используются в различных отраслях народного хозяйства, что ставит перед исследователями задачи по определению наивыгоднейших условий их обработки.

Основным видом механической обработки ламинированных древесностружечных плит (ЛДСтП) является раскрой дисковыми пилами с твердосплавными пластинами на заданные размеры. Среди во-

просов, требующих изучения, главными являются стойкость инструмента, качество обработки, энергопотребление и режимы пиления.

Решение данной проблемы может быть получено только путем проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Основная часть. Производители дисковых пил рекомендуют для раскроя ламинированных ДСтП использовать попеременно-косой (рис. 1, а) и плоско-трапециевидный (рис. 1, б) профили зубьев [1-4]. Данные профили отличаются не только формой, но и по качеством раскроя и трудоемкостью подготовки.

\ Y А>. а 1! ,,0,3

г* , Y II + 44V 1

б

Рис. 1. Профили зубьев дисковых пил с пластинами твердого сплава для распиловки ламинированных ДСтП: а - попеременно косой; б - плоско-трапециевидный