автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Оптимизация обработки цементностружечных плит резанием

^ а

На правах рукописи АМАЛИЦКИЙ ВИТАЛИЙ ВИКТОРОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ РЕЗАНИЕМ

05.21.05- Технология и оборудование

деревообрабатывающих производств; древесиноведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж 1998

Работа выполнена в Государственной академии сферы быта и услуг.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Пижурин A.A.

доктор технических наук, профессор Памфилов Е.А.

доктор технических наук, Шамаев В.А.

Ведущая организация - Домостроительный комбинат ДСК-160 (г. Королев)

Защита диссертации состоится 27 марта 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 064.06.01 в Воронежской государственной лесотехнической академии (Россия, 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, диссертационный Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Автореферат разослан 20 февраля 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор уз ^, ^ _ Курьянов В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полное и рациональное использование древесины находится в ряду наиболее актуальных проблем развития лесного комплекса страны. Производство плит является одним из эффективных путей использования древесного сырья.

К числу древесных материалов на связке из синтетических смол добавились стружечные плиты на неорганической связке. Их происхождение начиналось с легких строительных плит из древесной шерсти на связке из гипса, магнезии или цемента. Начиная с 1974 года стружечные плиты на цементной основе (ЦСП) изготавливаются во всем мире, обладают негорючестью и сопротивляемостью воспламенению; стойкостью к воздействию климатических факторов; средней биологической стойкостью; достаточной прочностью; хорошей звуко-и теплоизоляцией. Их недостатки - невысокое сопротивление ударным нагрузкам, большой объемный вес, труднообрабатываемость.

В России производство ЦСП начато в 1983 году на Костромском опытно-экспериментальном заводе мощностью 30 тыс. м3 плит в год и составило в 1990 году свыше 700 тыс. м3 плит, выпускаемых девятью заводами.

Особенности резания ЦСП определяются их свойствами, отличными от древесины и других плитных материалов на древесной основе: повышенной твердостью и плотностью, наличием цементного камня и низкой теплопроводностью. При резании ЦСП режущая кромка инструмента встречает частицы цельной древесины; частицы древесины, модифицированные химическими добавками; цементный камень; пустоты на границе раздела фаз и внутри цементного камня. Каждая из этих составляющих оказывает влияние на силы резания и изнашивание режущего инструмента. Показатели резания также зависят от сил адгезии между частицами и затвердевшим цементом. ЦСП имеет различную в двух направлениях и меньшую по сравнению с другими плитными материалами прочность при более высокой плотности.

Анализ результатов исследований сложных станочных процессов резания показал, что при проектировании оборудования и инструмента для обработки ЦСП резанием, выборе режима обработки должны учитываться особенности их строения и свойства.

Разработано несколько технологий и режимов производства плит, изучен ряд физико-механических свойств, однако отсутствует обобщающее системное исследование, оценивающее обрабатываемость ЦСП резанием. Многообразие способов обработки, факторов, оказывающих влияние на процесс резания, требует специального ис-

следования, которое позволит в полной мере использовать этот ценный материал и сформулировать основополагающие моменты теории резания класса композиционных древесных материалов, к которым относится ЦСП. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.

Цель и задачи исследования. Исходя из анализа проблемы, особенностей обрабатываемого материала и области его применения цель настоящего исследования сформулирована следующим образом: на основании теоретических обобщений и экспериментальных исследований изучить процесс обрабатываемости ЦСП резанием, сформулировать основополагающие положения процесса резания плит как гетерофазного транстропного композиционного материала на древесной основе и разработать оптимальные условия обработки ЦСП пилением, фрезерованием, сверлением и шлифованием.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать технологическую систему обработки резанием

ЦСП.

2. Разработать оптимизационную модель обработки ЦСП резанием.

3. Исследовать структуру ЦСП с позиций влияния на процессы резания и изнашивания режущего инструмента.

4. Определить общие закономерности механизма резания ЦСП, силовые показатели резания и формы процесса стружкообразования.

5. Выявить закономерности изнашивания режущего инструмента из различных инструментальных материалов при обработке ЦСП.

6. Установить оптимальные режимы обработки и область рационального использования инструментов из различных материалов для пиления, фрезерования, сверления и шлифования ЦСП.

Научная новизна работы. Разработана технологическая система (ТС) обработки ЦСП резанием, позволяющая прогнозировать и управлять технологическим процессом обработки плит, состоящая из подсистем и элементов: заготовки, режущего инструмента, режимов обработки, технологического оборудования, операторов, средств контроля и измерения.

Разработана оптимизационная модель обработки ЦСП резанием, учитывающая вероятностный характер протекания процесса. Целевая функция модели реализует критерий минимума переменных затрат на обработку 1 п.м и, в отличие от используемых ранее, учитывает качество обработки, увязанное с вероятностью выполнения задания ТС. Оптимизационная модель позволяет определить оптимальные режимы обработки; оценить объем брака и выбрать метод его устра-

нения; решить задачу оптимизации при различных требованиях к качеству обработки; определить наилучшие параметры инструмента, выбрать инструментальный материал, периодичность и стратегию заточки.

Обобщены, проанализированы и систематизированы результаты исследований обработки резанием ЦСП, в том числе и те, в которых принял непосредственное участие автор, что позволило разработать теоретические основы и практические рекомендации по обрабатываемости резанием не только ЦСП, но и других композиционных древесных материалов этого класса.

На единой научной основе исследованы элементарное и сложное резание ЦСП, получены представления о взаимодействии резца со структурными элементами плит, установлены закономерности изменения сил, протекания процесса стружкообразования, формирования неровностей обработанной поверхности.

Выявлены физическая сущность процессов, происходящих на контактных площадках резцов, связанная с особенностями состава и строения ЦСП, закономерности изнашивания инструмента из различных материалов.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная оптимизационная модель реализована для пиления, фрезерования, шлифования и сверления ЦСП, в результате чего получены: оптимальные режимы резания в диапазоне заданных параметров и критериев точности обработки; рекомендации по выбору материала, геометрии, способа и периодичности заточки режущего инструмента.

Полученные данные внедрены на ряде деревообрабатывающих предприятий.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований в методическом отношении позволяют реализовать оптимизационную модель для любого вида обработки резанием древесных материалов. При этом необходимо установить зависимость геометрических характеристик срезаемого слоя, силовых и качественных показателей процесса резания, характеристик износа от исследуемых параметров.

Оптимизационная модель допускает увеличение числа показателей качества обработки и исследуемых параметров в случае необходимости уточнения решения.

Поскольку решение оптимизационных задач сложных процессов резания существующими методами при задаваемой достаточно высокой точности результата не требует значительного машинного времени, становится возможным проводить обширные исследования на разработанной модели.

Оптимизационная модель процесса резания допускает возмож-

ность учета вероятности безотказной работы элементов оборудования ТС.

Достоверность выводов и рекомендаций обеспечена: проведением комплексного системного анализа проблемы с применением теоретических и экспериментальных методов исследования;

применением современных методов математического анализа, статистики, планирования экспериментов, математического моделирования и проверкой адекватности полученных результатов; малой погрешностью опытных измерений, не превышающей 3..5% при уровне значимости 0,05.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Теоретические основы процесса резания ЦСП, (и других плитных древесных композиционных материалов этого класса), которые включают закономерности изменения энергетических и качественных показателей прямолинейного (элементарного) и сложных процессов резания от параметров и условий обработки; общие представления о взаимодействии резца со структурными составляющими плиты; физическую сущность процессов, происходящих на контактных площадках резцов, связанных с особенностями строения и состава ЦСП; закономерности изнашивания инструмента из различных материалов.

2. Технологическая система обработки ЦСП резанием, позволяющая прогнозировать и управлять технологическим процессом обработки, метод оценки и управления стабильностью ее функционирования по критерию вероятности выполнения задания.

3. Оптимизационная модель обработки ЦСП резанием, учитывающая вероятностный характер протекания процесса и применимая для любого вида обработки резанием древесных материалов.

4. Определенные с помощью разработанной оптимизационной модели и экспериментальных исследований силовых и качественных характеристик процессов оптимальные режимы пиления, фрезерования, сверления и шлифования ЦСП.

5. Оптимальные геометрия, периоды стойкости и материал режущих элементов инструмента для пиления, фрезерования, сверления и шлифования ЦСП.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертации по этапам докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных международных и межвузовских научно-технических конференциях ГАСБУ(МТИ) 1991...1997гг; II Международном симпозиуме "Строение, свойства и качество древесины" (М,МГУЛ, 1996г); Международной научно-технической конференции

"Композиционные материалы на основе древесины, их технология, структура, свойства и конструкции из них" (М, МГУ Л, 1997); Всероссийской научно-технической конференции "Теория, проектирование и методы расчета лесных и деревообрабатывающих машин" (М, МГУ Л, 1997);Научно-методическом совете по специальности 17.04 -"Машины и оборудование лесного комплекса"(М,1995...1997гг).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в монографии "Обработка резанием цементностружечных плит" и 12 научных статьях. Результаты изложены в 2 отчетах по НИР.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 281 странице машинописного текста, содержит 78 таблиц и рисунков. Список литературы включает 80 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Даны общая характеристика проблемы, актуальность и пути ее решения. Сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1.Состояние исследуемой проблемы. Цель и задачи исследования. ЦСП представляют собой листовой материал, производимый из специально изготовленной стружки, служащей заполнителем, портландцемента, применяемого в качестве связующего, и химических добавок-минерализаторов (жидкое стекло и сернокислый алюминий) для нейтрализации действия антагонистичных веществ в цементе и древесине.

ЦСП используются в качестве несущих конструкционных элементов, экранов, обшивок панелей типа "Сэндвич" с внутренним слоем из пенопласта, строительных изделий ( подоконных досок, облицовок, ограждений и т.д.). Применение ЦСП в панельном деревянном домостроении снижает потребление древесины и изделий на ее основе, повышает производительность труда. По данным ЦНИИСК им. Кучеренко, наружные обшивки и экраны деревянных домов из ЦСП позволяют сэкономить 25 м3 древесины или 16 м3 водостойкой фанеры на 1000 м2 общей площади домов.

Производство и освоение ЦСП началось за рубежом раньше, чем в нашей стране, там же появились первые публикации по обрабатываемости плит резанием. Они носили отрывочный и частный характер для того, чтобы можно было сформулировать рекомендации по режиму обработки и геометрии инструмента.

Анализ этих публикаций, инструмента и оборудования, эксплуатируемого в промышленности, позволили разработать первые

рекомендации [ ЦНИИСК ] по пилению ЦСП. Фрезерование цилиндрическое и концевым инструментом, сверление, шлифование остались не охваченными. Не изучалось пиление ЦСП в пачках большой высоты.

Такое положение дел предопределило необходимость проведения исследований обрабатываемости ЦСП резанием, в которых непосредственное участие принимает автор.

По единой методике, созданной автором, разработаны и реализованы математические модели оптимизации режимов резания. Результаты оформлены в виде РТМ и содержат указания по выбору оптимальной подачи на резец, материала и геометрии инструмента в зависимости от размера обработки и объема партии обрабатываемых материалов(О.С. Шустыкевич, О.Г. Адеишвили, Т.Д. Квачадзе).

Выбор режимов резания базировался на существующих для данного класса инструмента данных, полученных при резании других древесных материалов и проверявшихся в ходе испытаний на ЦСП. Возникла необходимость изучения процессов на контактных поверхностях инструмента, их влияния на изнашивание инструмента. Такое исследование проведено В.В. Абразумовым применительно к широкому спектру инструментальных материалов: твердые сплавы, сверхтвердые материалы, керамика. Полученные результаты дали обширную информацию, но не позволили однозначно рекомендовать какой-либо один материал. Задачу удалось решить путем оптимизации по упоминавшейся выше методике, разработанной нами.

Из композиционных материалов, наполненных древесными дискретными частицами и выпускаемых в форме плоских плит, наиболее полно исследованы ДСтП . Они близки ЦСП по технологии изготовления, механической обработке и применению. Основное отличие - вид связующего, схема его взаимодействия с древесной составляющей. Проведенные исследования показали существенность различий в обработке резанием ДСтП и ЦСП. Несомненный интерес при изучении ЦСП представляют методы экспериментального исследования ДСтП, данные по режимам, геометрии инструмента, процессам изнашивания резцов и др.

"Процесс резания ДСтП изучен не полностью. Единственная попытка создать теорию резания древесных композитов на примере ДСтП была предпринята Ю.А. Цукановым. Автор классифицировал прямолинейные виды резания, предложил модель и структурную схему ДСтП. Им были изучены качественные и силовые показатели процесса резания плит. Последующие исследования рабочих процессов обработки ДСтП резанием позволили определить рациональную геометрию инструмента и режимы обработки. Они использованы для со-

поставления с получаемыми при резании ЦСП результатами.

Вопросу изнашивания инструмента при резании древесных материалов посвящены работы Ю.А.Цуканова, А.В.Моисеева, К.И.Демьяновского, Г.А.Зотова, Е.А.Памфилова, В.Г.Морозова, A.A. Пижурина и др., в которых установлены причины изнашивания: механическое диспергирование, тепловой и окислительный износы, электрохимическая и электрическая эррозия, абразивный износ. Авторы не отрицают существования комплекса процессов изнашивания. Разногласия возникают по проблеме определяющего вида изнашивания. Отмечается различие процессов изнашивания древесины и композиционных материалов на древесной основе. В объеме автореферата невозможно изложить даже основные результаты этих работ, но они использованы в соответствующих разделах диссертации.

Немногочисленные исследования сложных процессов резания ЦСП затрагивали отдельные аспекты общей проблемы и были направлены на решение первоочередных задач. Изучение вопросов износостойкости ограничивалось стойкостными испытаниями, а последнее исследование процессов, протекающих на рабочих поверхностях резца, требует привязки к конкретным условиям работы режущих инструментов. . , . ; . .. .

Требует внимания проблема , систематизации и анализа уже имеющихся материалов и разработки теоретических основ обрабатываемости резанием древесных композиционных материалов. На наш взгляд, более полные и объективные результаты дает, изучение процесса резания ЦСП в рамках технологической системы (ТС), включающей обрабатываемый материал, режимы резания, применяемое оборудование и т.д. Ключевым моментом является обеспечение стабильности технологического процесса, то есть сохранения показателей качества в заданных пределах во времени.

Исходя из вышеизложенного были сформулированы цель и задачи исследования.

2.Математическпе модели оценки и управления стабильностью функционирования технологической системы обработки ЦСП резанием.

ТС процесса резания ЦСП состоит из следующих подсистем и элементов (рис.1): заготовки, режущего инструмента, режимов обработки, технологического оборудования, операторов, средств контроля и измерения. Все подсистемы и элементы должны соответствовать реализуемому сложному процессу резания.

Под влиянием внешних воздействий и внутренних процессов ТС теряет свое начальное качество, которое восстанавливается с помощью различных управляющих воздействий.

§1

2 &

Л с 05

Технологическая система процесса резания ЦСП

в Я

11

Рис.1. Структура ТС процесса резания ЦСП

Основным свойством ТС является надежность выполняемых операций (рис.2). Надежность функционирования ТС оценивается по трем параметрам: качества, производительности и энергетических затрат.

Надежность операций механической обработки (резания ) зависит от стабильности технологического процесса и надежности технологического оборудования. Эти компоненты характеризуются параметрами качества и производительности. Качество обработки при резании ЦСП оценивается точностью размеров и формы изделия и величиной сколов на пластях плиты.

Для оценки стабильности и надежности выбрана вероятность выполнения ТС задания по одному ьму параметру изготавливаемой продукции, определяемая как вероятность выполнения требований НТД по этому параметру для единицы продукции, изготавливаемой в момент времени I.

р;(1)= Р{хнс<х;(1)<хВЛ, (1)

где: Р; (1) - вероятность выполнения ТС задания по одному 1-му параметру изготавливаемой продукции;

XI (0, хв[( х„1 - соответственно фактическое, верхнее предельное и нижнее предельное значения контролируемого параметра.

Для оценки надежности оборудования выбран показатель веро-

ятности безотказной работы его элементов Рэ (1), который по ГОСТ 27.002-83 характеризует вероятность того, что в заданном интервале времени г = Т не возникнет отказа.

Технологическая система резания ЦСП

Параметры оценки стабильности и надежности 1 Качество 1.1.Точность : обработки 12 Шероховатость 2Производителыюсть ЗЭнергетаческие показатели процесса резания

Надежность операции механической обработки (технологической системы) Стабильность технологического процесса

Надежность работы оборудования. -

Управляющие воздействия

1.Корректировка режима

2.Регулировка и смена инструмента

3.Техническое обслуживание и ремонт

Показатели стабильности и надежности 1.Вероятность выполнения задания 2 .Вероятность безотказной рабсгш

Критерии стабильности и надежности 1.Предельные значения показателей качества _2.0тказы элементов_

Рис.2. Общая схема управления состоянием ТС резания ЦСП

Для оценки показателей установлены критерии и их количественные значения. Это предельные значения показателей качества и отказы элементов технологического оборудования.

При достижении ТС предельных состояний по критериям качества или отказе элемента необходимо проведение управляющих воздействий ( рис.2 ). В число последних могут входить: изменение режима, регулировка и настройка, смена инструмента, техническое обслуживание и ремонт оборудования. Эти мероприятия позволят приблизить состояние ТС к первоначальному.

Методы расчета режимов резания ЦСП используют три возможных подхода: на базе оптимизационной модели; "объемной" формулы мощности резания; "табличной силы".

В результате экспериментальных исследований процессов сложного резания ЦСП получены зависимости силовых показателей от основных параметров режима обработки: подачи на резец 5„ фактического пути резания Ьф и ряда других. К числу силовых показателей относятся касательная Рх, нормальная Р2 и осевая Ру составляющие силы резания, крутящий момент Мкр. Эти результаты могут быть

применены для расчета сил и мощности резания по традиционной методике (объемный и табличный методы), которая основана на использовании единичной Fi(H/mm), удельной (НУмм2) силы резания и удельной работы резания К (Дж/см3). При этом не принимаются во внимание затраты на обработку.

Расчет режима резания на базе оптимизационной модели позволяет учесть стоимость обработки и придать процессу назначения ее параметров экономически обоснованный характер.

Целевая функция оптимизационной модели реализует критерий минимума затрат на обработку 1 погонного метра ЦСП:

Zi ZnoCT'i~Zj1ep У ПИП, (2)

где Zi — затраты на обработку 1 п.м ЦСП, р/ м; Zn0CT — постоянная составляющая ( затраты на вспомогательные операции), не зависящая от режима обработки, р/ м; Zncp — переменная составляющая, зависящая от режима обработки, р/м.

Ue'go+Кл+ао+Ьэ), (3)

где t8- время на вспомогательные операции при обработке 1 п.м ЦСП, с/м;

s' -коэффициент, учитывающий долю времени холостого хода станка от общего времени на вспомогательные операции; Кс- число рабочих станочников, чел; гс- зарплата рабочего станочника, р/с; ао- амортизационные отчисления, р/с;

Ьэ- эксплуатационные расходы на техническое обслуживание и ремонт станка, р/с;

go- затраты на электроэнергию при холостом ходе, р/с. Поскольку Znocr не зависит от режима обработки, целевая функция оптимизационной модели упрощается:

-»min , (4)

где Z0- затраты на основные операции, р/м; 7И- затраты, связанные с износом и расходом режущего инструмента, р/м;

Z6p- затраты на устранение брака, р/м.

Вероятность появления брака составляет 1-Рпар(Х), где Рпар(Х) -вероятность выполнения задания технологической системой по всем К принятым показателем качества. Разумно считать, что бракованные детали будут повторно обработаны (например на меньший требуемый размер другой партии изделий), т.е. брак имеет исправимый характер. В этом случае:

г6р=(г0+ги)(1-рпар(Х)). (5)

С учетом (5) формула (4) принимает вид

гтр=р0+ги)(2-ртр(Х)). (6)

Вероятность выполнения задания технологической системой по к-му показателю качества в момент времени I:

рвк

р,(0 = (рк> арк. (7)

где ф (Р„)-плотность распределения к-го показателя в момент времени

Рнк ,рвк- соответственно нижнее и верхнее предельные значения контролируемого показателя. ■

Контролируемые показатели качества распределены по нормальному закону, поэтому

ф(Рк) =

1

■ехр

2-а 2

(8)

где Рк,стк -соответственно среднее значение и среднее квадрати-ческое отклонение контролируемого параметра.

Тогда для показателя с двухсторонними границами

Р(р,„<рк<р>к)=р1а)=Ф

ГР -рП ГР -П

= ф вк к -ф нк к

1 ; 1 Ск )

(9)

1 —

где |е2 ск - функция нормального распределения.

/2-я

Для показателя с односторонней границей

'-Б

или

РК(0=Р(Р^„х) = Ф

'р -Гл

(10)

(11)

Если определены функции смещения центра группирования значений показателей качества тк(Х) и изменения мгновенной погрешности, определяемой через среднее квадратическое отклонение сгк(Х) то вероятность выполнения задания технологической системой по всем К принятым показателям качества обработки

(12)

где к=1,...,я - индексы показателей качества с двухсторонними границами;

1^+1,...,К - индексы показателей качества с односторонними границами.

Переменные затраты на обработку 1п.м ЦСП определяются в виде

2 =

6-Ю4

Ч

2-П

ф

Р,-тк(Х)'

-ф

Р^-т^Х)'

ми V оДл) .

Кд„

3,6-1061 3,6-106

М^хафЫ2П 6-104

пК„

-+Р„„

103 Ч.

пК.

МРт

мш

п„

+а„+Ь

п»

103УЯ [Хгп

+Кпг„„

5ггп

6-10Ч 1

5ггп Ю3У„

+а„+Ь,

8г2П

3,6-106

МР„.

пК„

-+Р_

V. .

ЮЧ

мг„

1+Ът/т

+м- г

„ и

т

—>тщ. (13)

В формуле (13) для каждого процесса сложного резания необходимо уточнить связь ряда величин с варьируемыми факторами. К числу таких величин относятся: тк(х), сгк(х), удельная касательная сила резания Рх(Н/мм2), средняя толщина срезаемого слоя аср(мм), длине дуги резания / (мм), износ А3 и фаска /з по задней грани резца (мкм), проекции на направление подачи цикловых касательной Р™ и нормальной Б™ сил резания (Н), силы трения скольжения Бтр с и качения Егр.к в механизме подачи (Н), припуск на одну переточку гп(мкм). Для каждого процесса сложного резания должны быть определены: число резцов инструмента г; основной уровень варьирования частоты вращения п0 (мин1) или скорости подачи У50 (м/мин); отношение времени холостого и рабочего хода Б; заработная плата станочника гсо и подсобного рабочего гпо> эксплуатационные расходы Ьэ0 (р/с) при работе со скоростью подачи У50; коэффициенты степени влияния скорости подачи на эксплуатационные расходы КЭ](, заработную плату станочника Кэс и подсобного рабочего Кэп; стоимость электроэнергии Ъ3 (р/кВтч); число инструментов М; к.п.д. механизмов резания Т1р и подачи т)л; ширина срезаемого слоя Ь(мм); установленная мощность привода механизма резания Рро и подачи РП0(Вт) при п=п0; отношение мощности холостого хода к установленной при п=По для механизма резания Кхр и подачи Кхп; время простоя станка при смене и подна-ладке инструмента 1П (с); доля времени холостого хода от ^ при смене и подналадке инструмента £н; затраты на приобретение единицы ин-

струмента Ъи (р); толщина стачиваемого с поверхности резца слоя за период эксплуатации инструмента Ьтах(мкм); угол заострения р (град); стоимость установки, настройки и снятия инструмента при заточке 2„ (р); стоимость одного прохода при переточке Ъ\п (р) при снятии с поверхностей резца слоя толщиной ш0 (мкм).

После этого целевая функция (13) в явном виде готова для численного решения задачи.

В систему ограничений оптимизационной модели входят ограничения по мощности резания и подачи, производительности, тривиальные. Набор и явный вид ограничений определяются для каждого процесса сложного резания.

З.Особеиности обработки ЦСП резанием.

По строению и структуре ДСП представляет собой композиционный материал, являющийся гетерофазной системой, полученной из двух компонентов. Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему - цемент, является матрицей, в которой располагаются древесные частицы (рис.3).

цеме-------

Рис.3. Графическая модель структуры ЦСП

Различия физико-механических свойств составляющих, Их геометрические параметры и расположение вызывают анизотропию материала на трех уровнях. Первый связан с наличием в материале двух компонентов - цемента и древесины, второй определяется неоднородностью, порождаемой наличием слоев, а третий - анизотропией древесных частиц.

п

клинкерное зерно

частица

Исследования ЦСП В.В.Абразумовым с помощью растрового и стереоскопического микроскопов показали, что в структуре плиты выделяются следующие элементы: древесные частицы - игольчатой формы, цементный камень в виде кристаллического вещества и поры между ними.

В процессе производства ЦСП при взаимодействии материалов цементного клинкера с водой начинается процесс гидратации, образуется цементный камень, являющийся капиллярно-пористым телом, состоящим из различных фаз, преимущественно субмикрокристаллических, высокодисперсных. Происходящие при этом физико-химические процессы влияют на гидратацию и твердение цемента, кристаллизацию и структурообразование в цементном камне, образование связей в зоне раздела фаз ( древесный наполнитель - затвердевшее цементное вяжущее) и на прочность ЦСП.

Органическое вещество ( древесина ) и неорганическое цементное вяжущее ( цемент) антагонистичны по своей природе. Под действием сильнощелочной жидкой фазы цемента ( рН = 12... 14 ) определенные вещества древесины разлагаются и растворяются, отрицательно влияя на цемент. К таким веществам относятся в первую очередь сахара, кислоты, дубильные вещества, комеди, фенолы и хитоны. Естественным выходом является разработка способов локализации содержащихся в древесине водорастворимых веществ. Один из них -введение химических добавок, чаще всего композиций из жидкого стекла и сернокислого алюминия. Другой способ - специальные режимы выдержки сырья перед получением стружки.

В цементном камне можно выделить три структурные составляющие - кристаллический сросток; тоберморитовый гель; промежуточные фазы и не до конца гидратированные зерна цемента .

Кристаллический сросток образован сросшимися кристалликами гидроалюминатов кальция, гидрата окиси кальция, гидросульфо-феррита кальция. Он возникает за счет микроскопических кристаллических сростков, которые или объединяются, или остаются в структуре цементного камня в виде включений, разделенных тоберморито-вым гелем.

Тоберморитовый гель является основной составляющей цементного камня, занимающей примерно 75% его объема. Он имеет неоднородное строение по составу, степени дисперсности и по содержанию адсорбционно-связанной воды. Дисперсной фазой являются субмикрокристаллы гидросиликатов кальция, образующиеся при гидратации сшшкативных фаз цементного клинкера. Они обладают способностью связывать значительное количество воды, образуя в структуре цементного камня тоберморитовый гель.

Тоберморитовый гель, кристаллические сростки и отдельные микроскопические включения представляют тонкодисперсную гидра-тированную массу, состав, структура и характер сцепления которой с частицами наполнителя определяют свойства ЦСП. Микротвердость гидратированной массы невелика, порядка 700 МПа.

■ Промежуточные фазы и не до конца гидратированные зерна цемента состоят из минералов цементного клинкера и не гидратированной части крупных клинкерных зерен. Исследования выявили частицы двух видов: стекловидные белого и желтого цвета и темные непрозрачные. Первые соответствует по составу ферритной фазе и имеют форму правильной призмы или тетраэдра. Вещество темного цвета представляет отдельные микроскопические частицы, близкие по форме к сферической, конгломераты таких частиц, а по составу соответствует окислам алюминия, кремния, магния и кальция. Микротвердость частиц промежуточной фазы высока и составляет 5500...9000 МПа.; Размеры частиц составляют 5...50 мкм, в отдельных случаях до 250 мкм.

Капиллярно-пористое тело цементного камня образует система пор, разобщённых^ цементным гелем, который имеет поры, меньших размеров (18...20 А0). Пористость цементного камня может быть двух видов. Поры первого вида образованы зазорами, находящимися в ограниченном геометрическом объеме. В процессе гидратации цемента эти поры, заполненные водой, уменьшаются, заполняются новообразованиями и могут зарастать с увеличением возраста цементного камня. Поры второго вида заполнены воздухом и с возрастом камня практически не изменяются, положительно влияя на технологические свойства камня.

Общий объем пор в затвердевшем цементном камне составляет 8...35%, а средний диаметр пор изменяется от 0,4 до 2;8 мкм, при этом 70...80% объема пор приходится на капилляры с диаметром около 1 мкм.

Строение порового пространства цементного камня определяет его прочность, причем основное влияние оказывают микропоры, находящиеся вне цементного геля. Предел прочности цементного камня составляет: при изгибе - 5...7 МПа; при сжатии - 25...35 МПа; при растяжении - 2,5...3,0 МПа.

Древесный наполнитель в ЦСП используется в виде древесной стружки игольчатой или плоской формы, специально приготовленной на стружечных станках, толщиной - 0,2..0,4 мм, шириной - 1,0.. 10мм, длиной - 5.,40мм.

При таких размерах стружка, за исключением поверхностных слоев, поврежденных ножами, сохраняет присущее древесине клеточ-

ное строение. Клетки древесины округлой многогранной формы имеют размеры: в поперечном сечении - 1,0... 10 мкм, в продольном -0,1...8 мм. Стенки клеток состоят из органических соединений (99% ), состав которых для большинства пород практически одинаков ( 50% углерода, 43% кислорода, около 6% водорода и 1% азота) и минеральных веществ ( на более 1% ). Основными органическими веществами, образующими клеточную оболочку древесины, является целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза.

Наличие жидкостекловой композиции влияет на строение межфазного пространства и определяет прочность взаимодействия частиц цементного камня и древесного наполнителя: жидкое стекло обладает выраженными когезионными и адгезионными свойствами, является вяжущим веществом, повышает пористость цементного камня.

Электронномикроскопические исследования клетки древесины выявили наличие на стенках игольчатых кристаллов, сросшихся с тканью клетки и расположенных перпендикулярно ее поверхности. Игольчатые кристаллы длиной менее 1 мкм армируют внутреннее пространство клетки диаметром 6...8 мкм с образованием жесткой каркасной конструкции. Механические свойства таких древесных частиц, отличаются от свойств цельной древесины, влияют на процессы разрушения древесины режущей кромкой и изнашивание инструмента.

Механизм процесса резания ЦСП состоит в одновременном перерезании режущей кромкой нескольких древесных частиц в различных направлениях, кусочков цементного камня, кристаллических сростков и вкраплений тоберморитового геля. Совокупность этих процессов определяет показатели резания ЦСП. Поэтому нельзя идентифицировать происходящие при резании ЦСП процессы закономер-. ностями резания древесины по трем главным направлениям относительно волокон.

Специфика разрушения материала плиты режущей кромкой определяется физико-механическими свойствами составляющих и строением плиты. Прочность перемычек межпорового пространства цементного камня и величина сил адгезии между частицами древесного'.наполнителя и цементной составляющей определяют уровень напряжений, при достижении которых происходит деформация и разрушение материала плиты.

По мере увеличения напряжений в зоне резания элементы структуры плиты испытывают упругие деформации до момента потери устойчивости, проявлением которого могут быть отрыв древесной частицы от цементного камня, смятие клеток древесной частицы или разрушение перегородок между структурными пустотами цементного

камня.

Процесс стружкообразования и качество обработанной поверхности зависят от положения плоскости резания относительно плоскости плиты и направления движения режущей кромки. Различают главные виды прямолинейного резания ЦСП: плоское, продольное и поперечное (рис. 4).

Рис.4. Главные виды резания ЦСП

Резание ЦСП ( особенно в продольном й поперечном направлениях ) можно свести к резанию упрощенного однородного изотропного материала. Из-за высокой интенсивности износа резцов обработку ЦСП приходится вести твердосплавным инструментом, имеющим большие углы резания порядка 70 - 95°.

При продольном резании (рис.5а) вначале происходит сжатие стружки перед резцом, а затем, когда напряжения в ней превысят предел прочности, сдвиг материала стружки под некоторым углом ес к направлению движения резца. С увеличением толщины срезаемого слоя характер стружкообразования существенно не меняется. Наиболее близок к этим условиям случай резания древесины поперек волокон, когда при одновременном сдвиге и сжатии стружки угол £с определяется по формуле проф. С.А.Воскресенского:

1+е(м5-Гд 5ш8 'ВЕс=~1 ~ " , (14)

где 5- угол резания;

Гд - коэффициент трения стружки по передней грани резца.

Сила деформации стружки равна

2ТВН И соз ф

Рд=8лсо«Ф =-—-:—— > (15)

5Шф-£гСОаф +—-

где Бд- сила воздействия передней грани резца на стружку; Т6Н- предел прочности древесины при сдвиге поперек волокон; к - номинальная толщина стружки; (р - угол между силой воздействия передней грани резца на стружку и направлением резания; /т - коэффициент добавочного сопротивления, равный коэффициенту внешнего трения древесины по древесине; 7]г - угол между силой взаимодействия элементов стружки и нормалью к плоскости сдвига.

Рис.5. Стружкообразование при резании ЦСП: а - продольном, б - поперечном, в - плоском

В работах С.А.Воскресенского при резании поперек волокон древесина рассматривается как изотропный материал. Это позволяет с определенными допущениями использовать (14) и (15 ).

При продольном резании ЦСП резец перерезает продольные и торцовые частицы древесины. Ширина резания равна толщине частиц, силы их перерезания невелики, так что в большинстве случаев

связь разрезаемых частиц с цементной составляющей не нарушается и происходит лишь расслоение волокон самой частицы древесины. Это не относится к слабозакрепленным и мелкосидящим частицам, которые под действием сил резания вырываются со своего места, оставляя углубления.

С увеличением угла резания 8 повышается величина касательных и нормальных напряжений в стружке. Однако, качественные изменения напряженного состояния стружки происходят при больших углах резания 8 = 60...70°, когда стружка образуется за счет прямого сжатия. В этом случае

Рд = Ъ(2ЬС7Г , (16)

где СШстс - максимально возможное давление стружки на резец. Такая картина наблюдается при резании ЦСГ1 с углами резания 8 = 70...90°. Образование стружки "происходит сжатием, раздавливанием древесных частиц и цементной связки передней гранью резца.

При поперечном резании ЦСП сказывается слоистая структура плит, хотя картина стружкообразования похожа на рассмотренную выше ( рис.5,б). Поверхность разрушения определяется положением слоев частиц и прочностью их связей с матрицей. На обработанной поверхности образуется больше вырывов и неровностей. Это объясняется меньшей прочностью плиты в данном направлении и большими силами резания. Поперечные частицы перерезаются резцом по всей или почти по всей длине. Торцовые частицы древесины наиболее трудньгдля перерезания. В результате сила перерезания превышает силу, удерживающую частицу в плите. Древесная частица отгибается резцом до тех пор, пока расположенные сзади нее частицы не создадут достаточный подпор для перерезания. Глубина расслоения ЦСП тем больше, чем больше сила перерезания и чем слабее связи частиц. При встрече резцом слабозакрепленных, мелкосидящих частиц последние вырываются из плиты, оставляя углубления.

Образование стружки при перерезании торцовых частиц древесины происходит в случае малых углов резания скалыванием с расслоением:

¿*=9О°-0 , (17)

где 6 - угол отклонения волокон. Сила деформации стружки Рд:

_ ТвнГЬ-/п;со^ф_

sinzccosъz(cos<$+íxsin<!?)+sin2 ъ^ту-^^сову)' ^^

где: твн- предел прочности древесины на скалывание вдоль волокон; (р - эквивалентный угол действия, определяемый из выражения

(19)

(20)

/и . длина получившейся при предыдущем проходе резца трещины, перпендикулярной поверхности резания; ц- безразмерный множитель перехода от силы деформации стружки к нормальной составляющей силы воздействия передней грани на стружку при чистом эффекте поперечного расширения стружки вследствие сжатия.

При перерезании торцовая частица отклоняется, разрушая связующее, а ее волокна деформируются и перерезаются на некотором удалении от основания. После прохождения резца они частично выпрямляются, создавая неровности на обработанной поверхности.

Перерезание поперечных частиц происходит в соответствии с закономерностями, описываемыми формулами (14 )...(16 ).

Характер стружкообразования при поперечном резании ЦСП слабо зависит от толщины срезаемого слоя. Срезанная стружка рассыпается.

При увеличении угла резания до 85...95 ° в процессе стружкообразования появляются специфические особенности. Стружка по-прежнему состоит из отдельных, плохо связанных между собой древесных частиц и крошек цемента, но процесс ее образования становится более динамичным: уплотненная стружка как бы "выстреливает" из-под резца.

В работах С.А.Воскресенского отмечается, что в случае торцового резания древесины при тех же значениях углов резания образование стружки происходит непосредственно сжатием, раздавливанием древесины передней гранью резца. Сила деформации стружки определяется по формуле ( 16 ). Древесина, предельно сжатая в направлении поперек волокон, приближается по свойствам к изотропному материалу, поэтому сдвиг и скалывание будут происходить не обязательно вдоль волокон.

При плоском резании ( рис. 5,в) в наибольшей степени сказывается " слоистость " плит и проявляются свойства древесных частиц ЦСП. Если толщина срезаемого слоя меньше толщины древесных частиц ( 0,2... 0,4 мм ), то режущая кромка перережет древесную частицу вдоль или поперек волокон. Когда сила перерезания превышает силу сцепления древесной частицы с цементной составляющей, происходит вырывание древесной частицы со своего места и образуется впадина. В случае достаточно прочного закрепления происходит перерезание древесной частицы. Процесс стружкообразования включает образование и развитие опережающих трещин.

При значениях угла 5 до 500 стружка имеет форму и вид, как

при резании древесины вдоль волокон. В этом случае происходит образование сливной стружки путем отслоения, без излома. Когда толщина срезаемого слоя близка ( 0,3 мм ) или превышает ( 0,5 мм ) толщину древесной частицы и угол резания равен 5 =55 - 70°, перед резцом возникает опережающая трещина и от заготовки отделяется целый слой частиц. Стружка приобретает вид элементной многоугольной. Процесс напоминает стружкообразование при резании древесины вдоль волокон. Разрушение материала при образовании стружки произойдет в плоскости, параллельной пластям. Прочность ЦСП при растяжении перпендикулярно пласти плиты составляет только 0,35...0,40 МПа (при статическом изгибе 9...12 МПа). Нормальная составляющая силы резания, действующая в этом направлении, превышает предел прочности плиты и приводит к расслоению.

Стружка, удаляемая из зоны резания, состоит из частиц древесины с цементным гелем на поверхности, конгломератов частиц, цементного камня и тонкодисперсных частиц цементного геля. Рассев на отдельные фракции стружки, полученной при фрезеровании со скоростью 25 м/с показал, что большую часть по массе составляют частицы размером 315...400 мкм ( 32...40% ), которые содержат обе составляющие. Частицы размером менее 100 мкм содержат в основном цементный камень. Около 13...17% частиц имеют размеры более 0,5 мм и представляют древесный наполнитель в виде сливной стружки и стружки надлома.

Шероховатость обрабатываемой поверхности определяется наличием ворсистости, вырывов, сколов и структурных пустот. Определяющими являются три последних дефекта.

Сравнительная оценка резания композиционных древесных материалов и древесины показывает, что при прямолинейном резании ЦСП силы резания больше, чем при плоском и поперечном. Наибольшие касательные силы возникают при резании древесины березы в торец, а затем при продольном резании ДСтП и ЦСП для всех толщин срезаемого слоя в диапазоне 0,05-0,5 мм. Соотношение для касательных сил примерно 2,2 : 1,5 : 1, для нормальных сил —2,1 : 1,4 : 1. Наименьшие показатели были отмечены при резании березы вдоль и поперек волокон.

Опыты по фрезерованию (образцы из древесины фрезеровались вдоль волокон, а стружечных плит по кромке, табл.1)показали, что для касательных сил резания соотношение примерно следующее: ель : береза: дуб : ЦСП : ДСтП = 1: 1,69: 2,1: 2,73: 2,8: 3,04. Нормальные силы резания находятся в соотношении: сосна: ель : дуб: ЦСП : ДСтП = 1:1,47:1,57:1,56:1,59:3,12.

Табл.1. Результаты сравнительных опытов по фрезерованию

ДСтП, ЦСП и древесины ( Е>=143мм; п=2750 мин"1; t=8 мм; 8г=1,6 мм;

Ь=16мм; у = 15°; = 64°; а = 11°)

Материал об- Плотность об- Удельная каса- Удельная нор-

разца разца, кг/м3 тельная сила, мальная сила,

Н/мм2 Н/мм2

ЦСП 1390,88 210 116

ДСтП 714,86 228 121

Дуб 679,06 205 114

Береза 665,586 158 115

Ель 470,085 127 107

Сосна 402,025 75 73

Можно отметить примерно один уровень энергетических затрат при обработке ДСтП и ЦСП. ДСтП имеют более высокие показатели механической прочности. Однако, плотность ЦСП почти в два раза больше,что имеет существенное значение.

При сверлении острым сверлом (Э=20мм; 82=0,2мм), по данным О.С.Шустыкевич соотношение крутящего момента и касательных сил резания, имеет вид: сосна : ДСтП : ЦСП : дуб = 1 : 1,2 : 1,6 : 2,2. Для осевого усилия при сверлении соотношение сил : сосна : ДСтП : дуб : ЦСП - 1 ; 2,5 : 3,2 : 4,4.

В экспериментах по пилению О.Г. Адеишвили образцы из древесины сосны, березы и дуба распиливались в продольном направлении, а ДСтП и ЦСП распиливались по пласти (табл.2).

Табл.2. Результаты сравнительных опытов по пилению ЦСП, ДСтП и древесины (0=355мм;Фз = 20°;у = 10°;В[ф=4 мм; Ьф= 8 км; 8г= 0,163 мм; ВК15; ЦСП толщиной 26 мм и плотностью 1250 кг/м3)

№ п/п Материал об- Касательная Нормальная

разца сила Fx, Н/мм сила Н/мм

1 ЦСП 13,89 23,64

2 ДСтП 11,33 12,74

3 Береза 19,06 14,49

4 Сосна 11,74 9,27

5 Дуб 20,00 18,96

Касательные силы находятся в соотношении : сосна : ДСтП : ЦСП : береза : дуб = 1,1 : 1,2 : 1,65 : 1,74, а нормальные силы резания в соотношении: сосна: береза : ДСтП : дуб: ЦСП=1 : 1,31 : 1,47 : 2,02 :

2,55.

Закономерности обработки ЦСП резанием имеют свою специфику. Несмотря на различия в строении и свойствах зависимости энергетических показателей процессов сложного резания (силы и мощность резания, удельная работа резания) ЦСП от подачи на резец

качественно такие же, как для древесины, ДСтП и других древесных материалов. С увеличением силы резания уменьшаются при остром и затупленном резце. При резании ЦСП роль передней грани выражена слабее из-за специфики стружкообразования.

Влияние на силы резания оказывает плотность плит. (рис. 6). Величина ^ при фрезеровании плит на неорганической связке увеличивается вместе со средней плотностью. При приблизительно равном соотношении массы древесины и связующего 1:4, само связующее оказывает воздействие на силы резания через силы инерции стружки. Увеличение прочности ДСтП является прежде всего следствием увеличения количества древесных частиц на единицу объема и сил взаимодействия частиц, в результате чего растут силы резания и улучшается качество обработки.

Рс,Н

4 3

• 1 2

Ьф=0 У=40 м/с

рп,

кг/м

600

800

1000

1200

1400

Рис.6. Зависимость средней силы резания от плотности стружечных плит: 1 - ГСП лабораторная, 2 - ГСП промышленная, 3 - ЦСП, 4 - ДСтП

Влияние плотности плит для ЦСП удалось выявить при исследовании процесса сверления. Небольшие размеры отверстий и специальный подбор образцов позволили включить в многофакторный эксперимент в качестве переменного фактора величину плотности в диапазоне 1200-1400 кг/м3. С увеличением р„иВ силовые показатели возрастают, при этом наибольшее влияние оказывает плотность плит.

Выявлено влияние скорости резания. Износ режущих кромок при Уг = 40 м/с был больше, чем при Уг = 20 м/с. Влияние скорости

резания усиливается при более выраженных, абразивных свойствах обрабатываемого материала. Соответственно увеличивается и износ режущей кромки. Изменение скорости резания в диапазоне от 20 до 40 м/с, а в производственных условиях до 60 м/с существенно не сказывается на росте сил резания. Уменьшение скорости резания до 8-10 м/с приводит к незначительному росту касательной силы и заметному увеличению нормальной силы резания Р2. Это вызвано тем, что при малой скорости резания ухудшаются условия стружкообразования и увеличивается работа задней грани.

4. Изнашивание режущего инструмента при обработке

ЦСП.

Процесс изнашивания резцов определяется свойствами обрабатываемого материала. На первом этапе резания после начального микрообламывания наблюдается интенсивный рост всех параметров износа, происходит приработочный износ. Он заканчивается на пути резания около 800... 1000 м и составляет примерно 50% общего износа на пути 5000 м.

Дальнейшее изнашивание происходит в основном по задней поверхности резца, параметр Аз превышает износ по передней грани А, в 1,5...1,7 раза. Радиус округления режущей кромки р имеет слабую тенденцию к увеличению и не может служить однозначным показателем износа резцов, как при обработке древесины. Линейное износ резца до биссектрисе угла заострения А^ происходит медленнее, чем по передней и задней поверхностям.

Процессы, протекающие на микроконтакных площадках резца при взаимодействии их с минеральными частицами высокой твердости, носят локальный характер. Контактирование частиц происходит с отдельными структурными составляющими, механические свойства которых могут быть несоразмеримы с аналогичными показателями материала в целом. В этих условиях изнашивание может носить избирательный характер.

Воздействие частиц цементного камня вызывает ударно - абразивное изнашивание рабочих поверхностей резца, которое может происходить в двух формах. Одна из них связана с динамическим внедрением части абразива в поверхность, в результате чего формируется рельеф в виде чередующихся лунок. Между лунками образуются перемычки, которые при повторных нагружениях разрушаются, углубляя и расширяя лунки. Поверхность изнашивания не имеет направленной шероховатости. Образование частиц износа происходит за счет интенсивных сдвиговых процессов в поверхностном слое. Контактные напряжения достигают предела текучести материалов. Разрушение поверхности проявляется в отделении частиц материала

резца размерами от доли микрометра до нескольких микрометров.

Вторая форма изнашивания связана с кратковременным проскальзыванием абразивных частиц по поверхности с образованием направленной шероховатости (рисок, царапин). Такую работу производят частицы абразива, твердость и прочность которых превосходит твердость и прочность поверхности инструмента. Риски образуются в результате микрорезания, когда материал твердый и малопластичный, или путем вытеснения пластичного материала с последующим деформированием и отделением от поверхности изнашивания.

Тепловые явления на контактных площадках инструмента являются следствием протекания деформационных процессов в обрабатываемом материале и резце. В микрообъемах поверхностного слоя локализуются тепловые источники, вызывающие термонапряженное состояние. Цикличность процесса резания создает условия для развития термоциклической усталости, играющей важную роль в процессе изнашивания материалов высокой твердости.

Реализация конкретного механизма изнашивания контактных площадок инструмента зависит от характера взаимодействия с частицами обрабатываемого материала. На передней поверхности, испытывающей ударное воздействие абразивных частиц, составляющих непрочную рыхлую стружку, отсутствуют следы направленной шероховатости. Задняя поверхность инструмента, работающая в наиболее жестких условиях, изнашивается с образованием фаски в результате преобладающего абразивного изнашивания.

Химическая активность ЦСП, вызванная наличием в ее составе химических добавок, способствует протеканию химических реакций на поверхности резца. Однако основную роль при изнашивании режущего инструмента играет ударно-абразивное изнашивание, по сравнению с которым доля окислительного изнашивания пренебрежимо мала.

ЦСП дает чуть больший износ резцов, чем средние слои ДСтП и значительно меньший, чем поверхностные слои ДСтП. Плотность среднего слоя ДСтП в два с лишним раза меньше плотности ЦСП. Примерно в таком же соотношении находятся и энергетические показатели резания этих материалов. Следовательно, в композиционных материалах на древесной основе фактором, определяющим износ инструмента и силы резания, является прочность взаимосвязи частиц, а не плотность плиты. То же самое можно сказать о связующем: главное его адгезионные, когезионные, и абразивные свойства, а не количество в плите.

Похожие результаты получены Коняшкиным В.И. и Абразумо-вым В.В. Первым исследовалось фрезерование ДСтП и древесины

ножами с поверхностным покрытием из нитрида титана при условиях: D = 180 мм; у = 20°; а = 15°; Vr = 30 м/с; t = 5 мм; Sz= 1,0 мм . Во втором случае фрезеровались ЦСП при условиях: D = 180 мм; у= 5°; а = 20°; Vr = 25 м / с; t = 5 мм; S2= 2,0 мм. После примерно 3500 м фактического пути резания износ по задней грани составил: для ДСтП А3 = 286 мкм; для ЦСП А3 = 256 мкм (в обоих случаях материал резца-ВК-15).

При этих же условиях износ был меньше для ДВП в 1,5 раза, а для древесины дуба в 2,0 раза.

Изнашивание резцов из различных инструментальных материалов при обработке ЦСП имеет свои особенности. На процесс изнашивания резцов из твердого сплава оказывают влияние различия в физико-механических свойствах его структурных составляющих. Кобальт обладает высокой пластичностью и легко деформируется, в то время как карбид вольфрама, имея очень высокий предел текучести, может испытывать практически только упругие деформации.

Исследования В.В.Абразумова и др. показали, что в основе изнашивания твердых сплавов при резании ЦСП лежит механическое разрушение связки и удаление с поверхности зерен карбидной фазы, а также разрушение зерен карбида. Ведущая роль принадлежит связке, поскольку интенсивность изнашивания твердых карбидов несоизмерима с интенсивностью изнашивания кобальтовой связки.

Эксперимент* выполненный на сплавах с одинаковым средним размером зерна карбида и различным содержанием кобальта, подтвердил это. Интенсивность износа растет незначительно при увеличении содержания кобальта от 6 до 8 % и существенно для сплавов с более высоким содержанием связки. Результаты опытов, выполненных на сплавах с крупным, средним и мелким размерами зерна показали, что с увеличением размера зерна до 2...2,5 мкм интенсивность износа возрастает.

При изготовлении дереворежущего инструмента находят применение поликристаллические сверхтвердые материалы ( СТМ ) на основе плотных модификаций нитрида бора (BN). марок К05, КЮ, Томал 10. Характер износа резцов из СТМ, проявляющийся в преобладающем росте фаски по задней поверхности резца, аналогичен износу твердосплавного инструмента, что вызвано схожестью строения сплавов.

Были исследованы режущие свойства поликристаллического алмаза СВБН при фрезеровании ЦСП.-Он получен спеканием алмазного микропорошка на твердосплавной обложке. Стойкостные испытания резцов из СВБН показали наивысшую износостойкость по сравнению с другими инструментальными материалами. Износ про-

исходит почти с одинаковой интенсивностью по задней и передней граням резца на протяжении длительного периода. Это связано с увеличением ( до 4000 м фактического пути резания) периода приработки, в течение которого происходит медленный рост р до величины 18...20 мкм, после чего величина р стабилизируется на уровне 20...24 мкм на весь период испытаний. К 1200 м пути резания формируется фаска износа по задней грани порядка 100 мкм.

Стойкостные испытания резцов из керамических материалов показывают, что износ происходит преимущественно по задней поверхности, а радиус закругления режущей кромки остается практически неизменным. Интенсивность изнашивания настолько велика, что резцы из минералокерамики силинит - Р на фактическом пути резания 2000 м имели износ по задней поверхности порядка 400 мкм, ВОК75 -300 мкм на Ьф = 3000 м .

Общие черты износа резцов из различных материалов заключаются в преобладании износа по задней поверхности, за исключением алмазных, где соотношение по обеим поверхностям примерно одинаково. Период приработки у всех материалов различен: для алмазных инструментов - 4000 м, из СТМ - 2000 м и твердосплавных - 1000 м. Радиус округления режущей кромки у всех резцов монотонно увеличивается в приработочный период до некоторой величины (50 мкм -для СТМ и твердых сплавов, 30 мкм - для алмазов ) и в период установившегося износа остается практически неизменным.

Синтетический алмаз СВБН имеет наивысшую износостойкость. Однако, стоимость материала и затраты, связанные с подготовкой инструмента к работе, очень высоки.

Резцы из СТМ, в частности Томал 10, показали более высокую стойкость по сравнению с твердыми сплавами. Однако они более всего склонны к хрупкому разрушению при ударном воздействии крупных абразивных частиц. Для этих материалов характерна повышенная чувствительность к вибрациям инструмента и заготовки. В то же время СТМ не содержат весьма дефицитного вольфрама.

Стойкость резцов из твердого сплава зависит от содержания кобальта, среднего размера зерна карбида вольфрама, вида легирования связки и пористости сплава. Наивысшую стойкость, сравнимую с резцами из СТМ, показали инструменты из твердых сплавов ВК60М и ВРЮ5.

В настоящее время отрабатывается технология нанесения алмазных покрытий на поверхность твердосплавного инструмента, что открывает большие возможности для повышения износостойкости инструмента для резания труднообрабатываемых древесных материалов.

Керамические инструментальные материалы уступают по износостойкости другим.

Выбор материала инструмента для обработки ЦСП на основании критериев износостойкости сделать затруднительно из-за существенного влияния вида резания, типа оборудования, объемов обработки, режимов резания, состояния обрабатываемого материала и др. Выбор может быть осуществлен только путем оптимизационных расчетов по экономическому критерию.

5. Основные положения методики экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования сложных процессов резания ЦСП были направлены на получение: исходных данных для расчета оптимизационных моделей; разработки рациональной геометрии инструмента; выбора инструментального материала; получения объяснений явлениям обработки ЦСП резанием; определения количественных значений усилий, мощности резания и качества обработки в диапазоне производственных значений режимов и размеров обработки.

Для получения сопоставимых результатов, годных для обобщений, исследования были выполнены на единой методической основе, с учетом особенностей каждого из изучаемых процессов: пиления, фрезерования, сверления и шлифования.

На базе дереворежущих и металлорежущих станков были созданы установки, позволяющие проводить эксперименты в диапазоне значений переменных факторов.

Большое внимание уделялось подбору образцов, чтобы исключить влияние случайных колебаний плотности, толщины и других свойств ЦСП. Разработаны методики по измерению шероховатости обработанной поверхности.

Подготовка к экспериментам режущего инструмента включала измерение и оценку по ГОСТ таких параметров, как плоскостность, прямолинейность, биение и др. Заточку и доводку инструмента проводил высококвалифицированный специалист. Были разработаны методики оценки износа различных видов инструмента в лабораторных и производственных условиях.

В качестве оценочных показателей износа использовались следующие параметры: радиус затупления, размер фаски и линейный износ по передней и задней граням, линейный износ по биссектрисе угла заострения. Измерения проводились на профилографе-профилометре модели 201 в 5-ти точках по длине режущей кромки. Для определения тех же параметров в производственных испытаниях использовался метод слепков на свинцовых пластинках.

Для измерения усилий резания применялась типовая система, состоящая из 3-х компонентного динамометра, четырехканального тензометрического усилителя УТ 4-1, приборного щита, блоков избирателей предела Р009, РОЮ, канала П029, светолучевого осциллографа HI 17/1 и блока питания.

Статистическая обработка опытных данных осуществлялась традиционными методами.Число повторений опытов во всех экспериментах определялось по результатам предварительных испытаний для 5%-ой точности. Грубые промахи в каждом опыте обнаруживались при помощи t- критерия Стьюдента и исключались из выборок.

Результаты многофакторных экспериментов обрабатывались методом наименьших квадратов. Полученные регрессионные зависимости в нормализованных значениях факторов проверялись на адекватность по F- критерия Фишера. Значимость коэффициентов регрессии оценивалась по t- критерию Стьюдента. После исключения незначимых членов уравнения регрессии уточнялись и вновь проходили проверку на адекватность. Затем производился переход от нормализованных к натуральным значениям факторов и регрессионные зависимости использовались при формулировке оптимизационных задач в явном виде,

6. Пиление ЦСП дисковыми пилами. В основу исследования силовых и качественных характеристик процесса было положено математическое планирование эксперимента. Переменные факторы изменялись в следующем диапазоне: подача на зуб Sz = 0,035...0,2 мм; фактический путь резания Ьф = 0....40 км; передний угол у = 0...200; угол косой заточки по задней грани ф3 = 0...200. Постоянными оставались следующие факторы: ЦСП - плотность 1250 кг/м3, толщина 26 мм; пилы дисковые тип II по ГОСТ 9769-79; D = 355 мм, z = 36, а = 15°, скорость резания Vr = 55 м/с.

В результате были получены уравнения регрессии для касательной Fx и нормальной Fz сил резания:

Fx= -13,5273+270,5227Sz+0,723 7Ьф+0,1272у-0,0793ф3-680,16SZ2-

-0,0078ЬФ2- 0,0201т2 , (21)

Fz =-23,9006 +457,63 2Sz+2,3 783ЬФ.0,3178у +0,9141ср,-1049,92SZ2+ +1,9447SZL$- 7,9872Szcp3 -0,025Ьф2-0,034Ьфу-0,0388Ьфф,-- 0,0591т2 +0,1025у ф3- 0,0680ф32. (22)

Наибольшее влияние на силы резания оказывает затупление инструмента, выраженное через Ьф , и подача на зуб. Значительно меньше влияние переднего угла у и угла косой заточки ф3. По мере затупления зубьев влияние этих углов еще более уменьшается. Слабое влияние у объясняется тем, что сила деформации стружки мало зави-

сит от положения передней грани по отношению к траектории резания.

При пилении ЦСП сильно выражена работа задней грани зуба пилы. Отношение ш = / во всех случаях больше единицы ( 1,2 ... 4,5 ). Большие значения относятся к случаю пиления с малыми 8г затупленными зубьями. Определены значения удельной работы резания Кт при пилении ЦСП.

Опыты по качеству обработки проводились совместно с определением сил резания. Определяющим критерием качества пиления ЦСП является величина сколов Ь на пласти плиты. Получено математическое описание зависимости Ь от основных переменных факторов процесса

Ъ = 0,847- 9,795 Бг + 0,251 £ф- 0,002738 Ьф2 . (23)

Наибольшее влияние на величину сколов оказывает затупление зубьев пилы, выраженное через Ьф, и подача на зуб 8г. С увеличением Ьф величина сколов растет, а с увеличением Б* - уменьшается. Это объясняется хрупкостью плиты, в состав которой входит затвердевший цемент. ' '

Производственные испытания по износостойкости пил проводились на Костромском заводе ЦСП на форматном станке ЦТМФ по методике однофакторного эксперимента. Лучшие результаты по всем оценочным показателям дали дисковые пилы, оснащенные твердым сплавом ВК 6 и эльбор-РМ. Передние углы для ВК 6 у = 0° и у = -5° для эльбора-РМ обеспечивают лучшие результаты распиловки по показателям качества. Опытные пилы с параметрами, разработанными в настоящем исследовании, имеют более высокую стойкость по сравнению с пилами, применяемыми на производстве.

Задача оптимизации режима пиления ЦСП реализована на примере раскроя ЦСП на современном форматном круглопильном станке с верхним расположением продольных и поперечной пил.

Математическая модель оптимизационной задачи преобразована с учетом полученных эмпирических зависимостей силовых, качественных показателей процесса пиления и показателей процесса изнашивания инструмента от параметров задачи.

Ограничения задачи сформулированы в явном виде с учетом особенностей процесса пиления и используемого оборудования. Для численного решения задачи оптимизации определены значения ряда констант технико-экономического характера.

В результате решения задачи на участках продольного и поперечного раскроя для различных толщин Н распиливаемых стоп ЦСП и максимально допускаемых величин сколов на пласти РвЬ установлены с заданной точностью оптимальные значения параметров режима

обработки и инструмента.

Анализ оптимальных режимов пиления ЦСП показывает, что самыми эффективными являются интенсивные условия обработки: 52=0,2 мм. Требования к качеству обеспечиваются геометрией инструмента (у=20°) и выдерживаются в течение пути резания между переточками Ьф=20000...40000 м для продольных и поперечных пил. Переменные затраты на обработку 1 п.м ДСП при раскрое поперечными пилами с подвижным суппортом ниже на 10...30%, чем при раскрое продольными пилами с неподвижным суппортом. Отличие в затратах тем меньше, чем менее высокие требования предъявляются к качеству обработки. При увеличении допустимой величины сколов на пласти с 3 до 5 мм затраты на обработку уменьшаются на 5... 18%. При увеличении Н почти в три раза затраты на обработку 1 п.м возрастают всего на 11...35%, причем больший эффект достигается при более высоких требованиях к качеству и поперечном пилении.

Метод раскроя неподвижной стопы ЦСП перемещающимися пильными суппортами является более эффективным; целесообразно раскраивать стопы ЦСП большей толщины; повышение требований к качеству ведет к незначительному удорожанию обработки, но позволяет избежать дополнительной дорогостоящей обработки фрезерованием.

7.Фрезерование ЦСП. В результате проведения многофакторного эксперимента получены уравнения регрессии для касательной и нормальной Р2 сил резания. Переменные факторы изменялись в следующем диапазоне: подача на резец = 0,8 ... 2,4 мм; путь резания Ьф = 0 ... 8 км; передний угол у = 0 ...30°; угол наклона режущей кромки ф = 0 ...90°. Постоянными оставались факторы: плотность ЦСП = 1250 кг/м3; толщина образца = 16 мм; диаметр фрезы Б = 180 мм; г = 2; а = 15°; толщина срезаемого припуска 1 = 8 мм; скорость резания Уг = 30 м/с.

= 310,2-113,24 Ъг +12,4 Ьф -4,108 у -1,864 ф + 18,872 + 0,0482ЬФ + +0,62 Бг у + 0,124 ф + 0,872 Ьф2 - 0,494 Ьф у - 0,0976 Ьф <р + +0,096 у2 + 0,0184 уф + 0,00056 ф2 , (23)

Бг = 215,704 -37,2528,+18,276 Ьф-10,396 у -1,284ф - 3,2 Б22 - 1,82 БгЬф+ +1,108 Б2у + 0,644 Б2ф - 0,3748 Ьф2 - 0,0924 Ьфу - 0,127 Ьфф + +0,179 у2+ 0,0218 уф-00044 ф2 . (24)

Наиболее значимыми в порядке степени влияния на силы резания являются: угол наклона режущей кромки ф, фактический путь резания Ьф, подача на резец 8г, передний угол у .

Качественной характеристикой процесса фрезерования ЦСП являлась величина сколов Ь на пласти плиты. Опыты проводились со-

вместно с определением сил резания при тех же условиях. h = - 0,262 +0,662 Sz +0,192 Ьф -0,032 у+0,029ф-0,0734 Sz2 -0,02 SZL$ + + 0,00249 S2y + 0,00125 Szcp - 0,0145 Ьф2 - 0,00058 Ьфу + + 0,00139 Ьфф + 0,00085 у2 -0,00051 уф - 0,000146 ф2' (25)

Наибольшее влияние на величину сколов оказывает: угол наклона режущей кромки ф , передний угол у , фактический путь резания Ьф и подача на резец S2..

Задача оптимизации режима фрезерования ЦСП реализована на примере обработки кромок на современном двухстороннем станке проходного типа. Оптимизационная модель преобразована с учетом полученных эмпирических зависимостей показателей процесса фрезерования от параметров задачи. По результатам исследований износостойкости принята стратегия переточки ножей по задней грани. Ограничения задачи сформулированы в явном виде с учетом особенностей процесса фрезерования и применяемого оборудования. Для численного решения оптимизационной задачи определены значения соответствующих технико-экономических констант.

В результате решения для различных сочетаний глубины фрезерования Н и ширины фрезерования b при максимально допускаемой величине сколов на пласти FBh установлены с заданной точностью оптимальные параметры режима обработки и инструмента.

Оптимальная величина подачи на резец Sz колеблется в диапазоне от 0,5 до 3,0 мм и тем меньше, чем больше ширина фрезерования b и глубина фрезерования Н. Оптимальная величина переднего угла у колеблется в диапазоне 17...200 и лишь при сочетании малых глубины и ширины фрезерования уменьшается, когда оптимальные значения пути резания между переточками Ьф достигают 8000...11000 м. Практически во всех остальных случаях оптимальные значения Ьф ниже (3500...6500 м) и уменьшаются по мере увеличения b и Н.

Переменные затраты на обработку 1 п.м ЦСП увеличиваются при возрастании b с 10 до 40 мм и Н с 2 до 6 мм в 1.7...5 раз, причем можно сделать вывод о большей степени влияния глубины фрезерования.

Переменные затраты на фрезерование зависят от режима резания сильнее, чем при пилении. Это подтверждает вывод о целесообразности высокого качества раскроя, чтобы избежать дополнительной обработки или снизить глубину фрезерования для уменьшения затрат.

8. Сверление ЦСП. Исследование силовых и качественных характеристик процесса сверления проводилось с помощью многофакторного планирования. Переменные факторы изменялись в следующем диапазоне: плотность плиты 1200 ... 1400 кг/м3; подача на резец Sz = 0,2 ... 0,8 мм; диаметр сверл: спиральных D = 8 ... 20 мм, чашеч-

ных D = 20 ... 40 мм.

В результате проведенных экспериментов и обработки опытных данных установлены зависимости М,ф (Нм) и Рос (Н)от плотности плит рп, подачи на резец S2 и диаметра сверла D.

Для спиральных сверл:

Мкр = 0,0277 Sz(0-124 fcD + °'259) D1'676 PÍ'309 , (26)

Рос = 0,3141 р™*-»'3"^ Sz(U10I-0.177faD, DM63 _ (27)

Для чашечных сверл:

Мкр = 0,0543 р„279 S°'582 D1'344, (28)

Р =81 998 pC°'0868"0'800JfoD'' Sn'27522"0'1829/"D;D0'21216 (29)

С увеличением Sz, р„и D силовые показатели возрастают, при этом наибольшее влияние оказывает плотность плит рп.

Увеличение глубины сверления до 30 мм почти не оказывает влияния на величину силовых параметров, начиная с глубины 30 мм начинается заметный рост Мкр и Рос. Уже при Н = 40 мм силовые параметры возрастают в 2 раза. При глубине сверления более 50 мм сверление невозможно, так как наблюдается сильный нагрев сверла, прижег стружки и отверстий.

Направление сверления относительно направления слоев плиты не оказывает существенного влияния на силовые показатели процесса сверления. Это объясняется высокой плотностью ЦСП и менее заметным влиянием свойств древесины.

Заточка сверл оказывает значительное влияние на величину силовых показателей при сверлении ЦСП. Сверла с центром и подреза-телями дают меньшие значения Мкр и Рос. Коническая заточка сверл под углом 2ф = 120° и 2ф = 90° не оказывает существенного влияния. Установлены закономерности изнашивания режущего инструмента.

Задача оптимизации режима сверления ЦСП реализована на примере обработки щитовых деталей на присадочном станке. Эта операция выполняется при диаметре отверстий D=6...16 мм, как правило, с использованием конических сверл, а при диаметре отверстий D=20...65 мм - с использованием чашечных сверл. Процесс сверления в каждом случае имеет свою специфику в отношении кинематических и силовых закономерностей изнашивания инструмента. Поэтому преобразование оптимизационной модели, определение технико-экономических констант и численное решение выполнялись отдельно для каждого вида сверл.

В результате решения задачи для каждого вида инструмента и различных сочетаний плотности ЦСП, глубины Н и диаметра D сверления при длине Ьд и глубине hr сколов на пласти, не превышающих

максимально допустимые значения FBta и FBhr, установлены оптимальные параметры режима обработки. Для сверл с конической заточкой оптимальная подача на резец Sz находится в диапазоне 0,1...0,5 мм, наименьшие значения соответствуют меньшему диаметру сверления и большей плотности ЦСП, что связано с условиями вывода стружки из отверстия. Оптимальная величина пути резания Ьф лежит в диапазоне 800...2300 м, при этом наименьшие значения характерны для меньшего диаметра сверления, когда скорость резания мала и условия обработки тяжелы. Переменные затраты на обработку для малых диаметров сверления - самые высокие, поскольку режим обработки не интенсивен, а замены и переточки инструмента часты. Наименьшие затраты имеют место при сверлении отверстий D=8...10 мм, с увеличением диаметра обработки с 10 до 16 мм затраты практически удваиваются. Почти так же растут переменные затраты при изменении плотности ЦСП с 1200 до 1400 кг/м3.

При сверлении ЦСП чашечными сверлами для диаметра D=20 мм оптимальная величина подачи на резец составляет 0,2...0,3 мм, причем большее значение соответствует меньшей плотности ЦСП. При увеличении диаметра обработки оптимальная величина S2 уменьшается. Оптимальная величина Ьф для ЦСП различной плотности наибольшая для D=20...25 мм и убывает при увеличений диаметра обработки.1 Переменные затраты практически удваиваются при увеличении диаметра сверления на каждые 5 мм.

По соображениям экономической эффективности при выполнении отверстий малого диаметра следует ориентироваться на диаметр 8...10 мм и конические сверла, а при использовании чашечных сверл -ограничивать диаметр сверления 20...25мм. Обработку отверстий больших диаметров лучше производить цилиндрическими пилами.

9.Шлнфование ЦСП. В результате исследования процесса шлифования установлено, что наилучшие результаты при обработке ЦСП достигаются при резании со скоростью V=25...30 (м/с) с использованием в качестве абразивного материала карбида кремния черного марки 54С зернистостью Za=125 структуры NCT=6 с объемным содержанием связки Vc=20...23 (%) и абразива V3=50...52(%).

Задача оптимизации режима шлифования ЦСП реализована на примере процесса калибрования на станке проходного типа с использованием абразивных цилиндров. В соответствии с результатами исследований И.И. Хромчака осуществлен выбор абразивного материала и его характеристик. С учетом особенностей процесса шлифования определены максимально допустимый путь резания между правками инструмента, стратегия его правки, преобразованы и сформулированы в явном виде целевая функция и ограничения задачи, определены

необходимые технико-экономические константы.

В результате решения задачи для возможных сочетаний глубины шлифования Н, ширины шлифования Ь и диаметра шлифования Б определены оптимальные значения пути резания Ьф между правками и скорости подачи У5.

Оптимальная величина пути резания Ьф возрастает с увеличением глубины шлифования с 0,3 до 0,7...0,8 мм приблизительно в 3 раза, что благоприятно для обеспечения равнотолщинности ЦСП. Оптимальная скорость подачи при этом уменьшается в 3 реза, а переменные затраты на обработку возрастают в 2...2,5 раза.

С увеличением ширины шлифования в 2 раза оптимальная величина Ьф возрастает в 1,7...2,1 раза, заметнее при небольшой глубине шлифования. При этом оптимальная скорость подачи уменьшается в 1,6...2 раза, сильнее при большей глубине шлифования. Переменные затраты на обработку возрастают в 1,4...1,9 раза при увеличении ширины шлифования, причем ощутимее для больших глубин шлифования. Отмеченные закономерности сохраняются при уменьшении диаметра шлифования с 400 до 320 мм, можно лишь отметить увеличение оптимального пути резания, что, видимо, связано с улучшением условий вывода отходов из зоны резания. По мере уменьшения диаметра шлифования переменные затраты на обработку при прочих равных условиях практически не изменяются.

Учитывая высокий уровень переменных затрат, следует обратить внимание на сильное влияние разнотолщинности ЦСП на последующие затраты при калибровании.

Общие выводы и заключение.

1. Разработаны теоретические основы процесса резания ЦСП, а также других плитных древесных композиционных материалов этого класса. Они включают теоретические решения по явлениям взаимодействия резца со структурными элементами плиты и закономерностям изменения силовых и качественных характеристик резания, а также комплекс методических и экспериментальных приемов, позволяющих получить данные для реализации математической оптимизационной модели процесса резания.

2. Разработана технологическая система обработки ЦСП резанием. Анализ ее структурных элементов и их взаимовлияния позволяет выделить режим обработки как основное средство оперативного управления технологическим процессом. При достижении технологической системой предельных состояний по критериям качества или производительности необходимо изменение режима резания, замена инструмента, регулировка, настройка или техническое обслуживание оборудования.

3. Исследовано строение и разработана модель структуры ЦСП. ЦСП представляет собой материал, состоящий из древесных частиц, цементного камня в виде кристаллического вещества и пор между ними. Изучено влияние структурных составляющих ЦСП на процессы резания и изнашивания инструмента.

4. На основании теоретических и экспериментальных исследований выявлены общие закономерности процессов простого резания и стружкообразования. Определены исходные параметры и оценочные показатели процесса резания. Установлены взаимосвязи основных факторов процесса резания с силовыми показателями, формой стружки и качеством обработанной поверхности для главных видов резания ЦСП: продольного, поперечного и плоского.

5. Получены зависимости силовых и качественных показателей пиления, фрезерования, сверления и шлифования, параметров изнашивания инструмента от основных факторов процессов сложного резания для различных инструментальных материалов. Установлены взаимосвязи физических явлений резания, изнашивания поверхностей режущего инструмента с особенностями структуры и инструментальных материалов. Выявлено определяющее влияние на характер изнашивания инструмента составляющих цементного камня ЦСП: тобер-моритового геля, промежуточных фаз и не до конца гидратированных зерен цемента.

6. Разработан вероятностный метод оценки стабильности технологических процессов сложного резания ЦСП, соответствующий их случайному характеру. Принятый критерий вероятности выполнения задания по одному показателю качества позволяет перейти к оценке вероятности выполнения задания технологической системой в целом, учитывая различные, с одно- и двухсторонними границами показатели качества, их взаимосвязь с основными факторами процесса резания.

7. Разработана оптимизационная модель процесса обработки ЦСП резанием. Целевая функция оптимизационной модели учитывает вероятность выполнения задания технологической системой и требования к качеству обработки, позволяет оценить объем брака и эффективность метода его устранения, соответствует особенностям применяемых оборудования и инструмента.

Разработанная модель может быть использована для оптимизации обработки резанием любых древесных материалов, а небольшое машинное время решения создает возможность проведения обширных исследований на модели.

8. В результате реализации в явном виде оптимизационной модели для каждого из основных процессов обработки ЦСП пилением,

фрезерованием, сверлением и шлифованием определены оптимальные режимы резания, методы подготовки к работе, угловые параметры и область рационального использования инструментов из различных материалов.

Это позволяет рассчитывать силы и мощность резания, прогнозировать качество, определять периодичность замены инструмента, учитывая затраты на обработку.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1.Амалицкий В.В. Обработка резанием цементностружечных плит. Монография. - М.: Вентана-Граф, 1997, - 112с.

2. Амалицкий В.В. Оптимизация режима фрезерования цементностружечных плит. Тезисы докладов научно-практ. конференции МТИ "Научно-техн. продукция вузов бытового обслуживания населения - рынку 91-95". -М.: МТИ, 1991, -с.ЗО.

3. Амалицкий В.В., Абразумов В.В. Исследование режущих свойств поликристаллических сверхтвердых материалов и алмазов при фрезеровании ЦСП. В сб. "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств". Научные труды, вып. 240. -М.:МЛТИ, 1992, -с.117-124.

4. Амалицкий В.В. Оптимизация параметров инструмента и режима обработки цементностружечных плит (ЦСП) фрезерованием. Тезисы докладов научно-практ. конференции ГАСБУ "Научно-техн. продукция вузов бытового обслуживания населения - рынку 93-95". -М.: МТИ, 1993, -с.41,42.

5. Амалицкий В.В. Данилов В.А. Особенности раскроя цементностружечных плит в пачках с большой высотой пропила. В сб. науч. тр. "Оборудование деревообрабатывающих производств". - Вып. 264. - М.: МГУЛ, 1993, -с.57-61.

6. Амалицкий В.В. Особенности резания цементностружечных плит. Научно-техническая конференция "От фундаментальных исследований до практического внедрения". Тезисы докладов. - М.: ГАСБУ, 1994,-с.155.

7. Амалицкий В.В. Об оценке стабильности механической обработки резанием цементностружечных плит (ЦСП). Межвузовская научно-техническая конференция "От фундаментальных исследований до практического внедрения в условиях рыночной экономики". Тезисы докладов. - М.: ГАСБУ, 1995, -с.58.

8. Амалицкий В.В. Особенности обработки резанием цементностружечных плит. II Международный симпозиум "Строение, свойства и качество древесины". Тезисы докладов. - М.: МГУЛ, 1996, -58с.

9. Амалицкий В.В. Разработка режимов резания и геометрия режущего инструмента для обработки цементностружечных плит. Отчет по теме 2.1.7 "Создание автоматизированных систем диагностики и испытаний на надежность оборудования для переработки древесины". -М.:МГУЛ, 1996,-58с.

10. Амалицкий В.В. Комплексные исследования процессов механической обработки композиционных древесных материалов резанием. Международная научно-техническая конференция "Наука-сервису". Тезисы докладов. -М.:ГАСБУ, 1996, -с.114.

11. Амалицкий В.В. Об оценке эффективности обработки цементностружечных плит (ДСП) резанием. II Международная научно-техническая конференция "Наука-сервису". Тезисы докладов. -М.: ГАСБУ, 1997, -с.101.

12. Амалицкий В.В. Некоторые аспекты обработки цементностружечных плит резанием. Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. / ЛТА. - СПб: 1997, -с.36-

13. Амалицкий В.В. Особенности расчетов, связанных с проектированием машин для обработки цементностружечных плит резанием. Всероссийская научно-техническая конференция "Теория, проектирование и методы расчета лесных и деревообрабатывающих машин". Тезисы докладов. -М.: МГУЛ, 1997, -с.137-139.

14. Амалицкий В.В. Методы расчета режимов резания ДСП. Международная научно-техническая конференция "Композиционные материалы на основе древесины, их технология, структура, свойства и конструкции из них". Тезисы докладов. -М.: МГУЛ, 1997, -с.65-66.

15. Амалицкий В.В. Разработка оптимальных режимов резания композиционных материалов. Отчет по теме 06.003.11.-М.: МГУЛ, 1997,-с.32.

44.