автореферат диссертации по , 05.06.02, диссертация на тему:Параметры дисковых ножей и режимы резания плитных древесных материалов

Введение.

I. Обзор и анализ работ по резанию плитных материалов дисковыми ножами.

1.1. Резание листовых материалов дисковыми ножами.

1.2. Обзор исследований по жесткости режущего инструмента.

1.3. Цель работы и задачи исследований.

П. Теоретические исследования процесса резания дисковыми ножами и определение параметров режущего инструмента.

2.1. Исследование силового взаимодействия при резании плитных древесных материалов дисковыми ножами.

2.2. Аналитический расчет величины линейного перемещения дискового ножа от действия осевой составляющей силы резания.

2.3. Анализ условий исключения концевых сколов и отслоения кромочного облицовочного материала при резании облицованных плитных древесных материалов дисковыми ножами.

Выводы.

Ш. Методика экспериментов.

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Условия проведения экспериментов.

3.2.1.Характеристика обрабатываемого материала.

3.2.2. Требования, предъявляемые к режимам обработки и режущему инструменту.

3.2.3. Обоснование выбора и характеристики наиболее весомых переменных факторов.

3.3. Направления экспериментальных исследований.

3.4. Экспериментальная установка для исследования процесса резания.

3.5. Методы измерения оценочных показателей и режимных факторов.

3.5.1. Выбор оценочных показателей.

3.5.2. Измерение сил, действующих в процессе резания.

3.5.3. Контроль качества поверхности обрабатываемого материала.

3.5.4. Измерение скорости движения рабочего стола (материала).

3.5.5. Измерение остроты режущей кромки дискового ножа.

3.6. Порядок подготовки дисковых ножей и образцов к исследованиям.

3.7. Обоснование выбора схемы нагружения для проведения опытов по определению величины линейного перемещения лезвия дискового ножа от действия осевой составляющей силы резания (}

3.8. Экспериментальная установка для проведения серии опытов по определению величины линейного перемещения лезвия дискового ножа от действия осевой составляющей силы резания.

3.9. Оценка качаства склеивания поверхности кромки с кромочным облицовочным материалом.

3.9.1. Обоснование и выбор облицовочных материалов.

3.9.2. Обоснование и выбор клеевого материала.

3.9.3. Технические данные экспериментальных установок для оценки прочности склеивания.

3.10. Обработка результатов экспериментальных исследований.

3.11. Обоснование выбора способа планирования экспериментов и диапазонов изменения переменных факторов.

3.11.1. Построение методических сеток.

3.11.2. Обработка результатов наблюдений.

3.11.3. Расчет коэффициентов регрессии.

3.11.4. Расчет доверительных интервалов коэффициентов регрессии.

3.11.5. Проверка адекватности модели по 9" - критерию.

1У. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Результаты экспериментов по исследованию процесса резания.

4.2. Расчет составляющих силы резания на основе сопоставления теоретических исследований силового взаимодействия с результатами экспериментальных исследований.

4.3. Результаты экспериментов по определению минимальной толщины дискового ножа и сравнение их с теоретическими исследованиями.

4.4. Результаты экспериментов по сравнительной оценке качества приклейки кромочных облицовочных материалов при резании дисковым ножом и круглой пилой.

4.5. Результаты производственных испытаний.

У. Расчет экономической эффективности от применения .дисковых ножей на операциях чистовой обрезки.

5.1. Определение старых капитальных вложений. ;

5.2. Определение общих капитальных вложений.

5.3. Определение сменной производительности станков.

5.4. Определение часовой производительности станка.

5.5. Определение годового объёма производства.

5.6. Определение изменения себестоимости продукции.

5.7. Снижение себестоимости единицы продукции.

5.8. Сумма годовой экономии.

5.9. Срок окупаемости.

5.10. Коэффициент экономической эффективности.

5.11. Определение приведенных капитальных вложений.

5.12. Определение приведенных затрат.

5.13. Годовой экономический эффект от внедрения чистовой обрезки плитных древесных материалов дисковыми ножами.

5.14. Годовой экономический эффект от экономии обрабатываемого материала.

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-85 г.г. и на период до 1990 года",утвержденные XXЛ съездом КПСС, предусматривают организацию производства в широких масштабах новых видов режущих инструментов, увеличение Быпуска древесностружечных плит примерно в 1,5 раза.

Важную роль в выполнении решений ХХУ1 съезда КПСС об ускорении темпов научно-технического прогресса и повышении производительности труда в деревообрабатывающей промышленности на 1618$ играет дереворежущий инструмент.

Автоматизация производств, возросшие требования к качеству обработки, значительный рост объёма производства и потребления древесностружечных плит, большая дефицитность компонентов, идущих на изготовление твердых сплавов, требуют постоянного совершенствования режущих инструментов и условий его эксплуатации, а также улучшения качества подготовки инструментов к работе.

В настоящее Бремя для раскроя и форматной обрезки древесностружечных плит широкое распространение получили дисковые пилы, оснащенные пластинками из твердого сплава группы ВК. В частности, для обрезки кромок мебельных щитов широко применяется схема пиления подрезающей пилой и комбинированным инструментом.

Подрезающая пила образует пропил на глубину 3-5 мм для устранения сколов облицовочного материала на одной пласти щита; комбинированный инструмент осуществляет окончательную обрезку и дробление кромочного припуска в стружку. Обе пилы расположены в одной плоскости. Такая схема расположения пил позволяет формировать поверхность кромки путем пиления входящими в материал зубьями пил, что должно было бы позволить устранить сколы облицовочного материала при любой величине подачи на зуб. Однако, учитывая прерывистый контакт зуба пилы с материалом, торцовое и радиальное биение режущих кромок зуба пилы, для получения поверхности обработки без скосов необходимо.работать с подачей на зуб 0,01 - 0,05 мм, т.е. соизмеримой с радиусом затупления режущей кромки зуба пилы. Для получения скорости подачи 15-20 м/мин. необходимо создавать частоту вращения пил порядка 6000 мин1.

Основными недостатками этого способа являются высокий уровень шума, повышенное пылевыделение и ограниченная производительность обработки. К недостаткам можно отнести также использование в режущем инструменте дефицитных инструментальных материалов (твердого сплава группы ВК).

Недостатки при обработке древесных плит существующими способами и интенсивный рост производства плитных древесных материалов со всей остротой ставят проблему создания прогрессивного высокопроизводительного оборудования. Такое оборудование можно создать путем применения новых способов резания, свободных от перечисленных недостатков.

Одним из таких способов является резание древесных плит дисковыми ножами. Этот способ экспериментально исследован в лабораторных условиях на кафедре "Станки и инструменты" Москов ского лесотехнического института и показал положительные результаты.

Задачи, поставленные в работе сводились к определению геометрических параметров дисковых ножей и выбору рациональных режимов обработки плитных древесных материалов.

На основании проведенных исследований разработан и проверен метод расчета величин нормальных и касательных сил в характерных зонах взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемым материалом. Разработана методика аналитического расчета геометрических параметров дисковых ножей.

Проведен теоретический анализ условий исключения концевых сколов при резании облицованных плитных древесных материалов дисковыми ножами.

Экспериментальные исследования позволили получить: математическую модель процесса, резания ламинированных древесностружечных плит дисковыми ножами; уравнение для расчета геометрических параметров дисковых ножей с точки зрения их жесткости, проведено качественное сравнение поверхности кромок, обработанных круглыми пилами и дисковыми ножами; рекомендованы технологические параметры процесса резания ламинированных древесностружечных плит дисковыми ножами и геометрические параметры режущего инструмента.

Выводы и рекомендации работы были реализованы в производственных условиях на Вешкинском опытно-производственном комбинате торгового оборудования, где на базе форматного станка ЦФ-2 была создана опытно-производственная установка для 4-х сторонней обрезки облицованных плитных древесных материалов дисковыми ножами.

Экономический эффект от внедрения проведенных модернизаций составил около 28 тыс.рублей.

I. ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ ПО РЕЗАНИЮ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ДИСКОВЫМИ НОЖАМИ.

В данной главе необходимо выявить работы, в которых рассматривается процесс резания плитных материалов дисковыми ножами и режущий инструмент. Определить влияние основных факторов процесса резания, геометрических параметров режущего инструмента на качество обработанной поверхности и силовые показатели. На основании этих данных будут определены факторы, которые предстоит исследовать в работе.

Результаты анализа дадут возможность определить содержание и порядок проведения исследований, наметить конкретные задачи, которые необходимо будет решить.

ОНЦИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработан и проверен метод расчета величин нормальных и касательных сил в характерных зонах взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемым материалом по известным трём составляющим силы резания Р1 , Р„ , (1 .

2. Получена математическая модель процесса резания ламинированных древесностружечных плит дисковыми ножами (п.4.1).

3. Получены выражения для расчета геометрических параметров ( Фф, Ь ) режущего инструмента, обеспечивающих требуемую точность обработки.

4. Теоретический анализ показал, что концевые сколы и отслоение облицовочного материала можно исключить правильным подбором соотношения скоростей, угла входа и угла заострения режущего инструмента. Экспериментальные исследования подтвердили правильность Еыбора условий исключения концевых сколов и отслоения облицовочных материалов.

5. Прочность приклеивания облицовочных материалов к кромке плиты, обработанной дисковыми ножами на 20^ выше, чем при обработке круглыми пилами.

6. Рекомендованы следующие технологические параметры процесса резания облицованных плитных древесных материалов (на основе древесностружечных плит):

- соотношение скоростей Z = 5.8 ;

- величина заглубления дискового ножа под опорную поверхность (в зависимости от толщины обрабатываемого материала) й = 6.I2 мм ;

7. Рекомендованы геометрические параметры режущего инструмента ( в зависимости от толщины обрабатываемого материала):

- диаметр дисковых ножей © = 250 . 300 мм ;

- угол заострения = 26® . 28° ;

- толщина h = 7 . 10 мм ;

- угол поднутрения ск =0,5° ;

- диаметр зажимных фланцев <2)(р= (0,5 . О,б)© ;

- диаметр опорного ролика Qp = (0,4 . 0,5)9 ;

- ширина опорного ролика В = (2. 3) Н.

8. Предлагаются следующие инструментальные материалы:

- для режущего инструмента 5ХВС, 5ХБ2С НВС =56.58

- для опорного ролика сталь 45 , 40.50 ERC.

9. Результаты настоящей работы внедрены на ВОПКТО г.Москва с годовым экономическим эффектом 28188 руб.

1. Амензаде Теория упругости. М.,"Высшая школа",1976.

2. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползуче сти."Высшая школа", М.,1968.

3. Бляхов Г.Е., Совершенствование технологии изготовления рота-Морозин Е.П. ционных ножей. Прогрессивные методы обработки металлов и сплавов. ЛДНТПД976.

4. БОБРОВ В.Ф., Ре зание ме таллов^самоЕращающимися ре зцами. Иерусалимский Д.Е. "Машиностроение", М.,1972.

5. Вайнберг Д.В., Расчет пластин. Киев."Будивельник", 1970. Вайнберг Е.Д.

6. Векшин A.M., К Еопросу резания дреЕесноЕОЛОКнистых плит ХатилоЕич А.А.дискоеыми ножами. "Сб.тр.ВНИИ деревообрабаты-Еающей промышленности",1973,еып.6.

7. Векшин A.M. Отчет по теме № 3.4 "Исследование и разработка безопилочного метода раскроя древесноволокнистых плит". ВНИИДреЕ, Балабаново,1972.

8. Векшин A.M. Отчет по теме 3.3. "Исследование и разработка безопилочного раскроя дреЕесноьолокнис-тых плит". ВНИИДреЕ, Балабаново,1973.

9. Воскресенский С.А. Резание древесины.Гослёсбумиздат.М.-Л,1955.

10. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости.М.,1953.

11. Биргер И.А.,Шорр Б.Ф., Расчет на прочность деталей машин. Иосилевич Г.Б. Справочник. М.»"Машиностроение", 1979.

12. Горский В.Г., Планирование.промышленных экспериментов. Адлер Ю.П. М. »"Металлургия", 1974'.

13. Големинов К., Станок для бесстружечного резания твердых Ликов М. древесноволокнистых плит."Дървообработв. имебелна пром-сть",1978, 21,JM (Болг.)

14. Григорьев A.A. К определению оптимальных параметров резания плитных материалов дискоеыми ножами. Тезисы докладов на 1У научно-технической конференции молодых специалистов и учетах. ВИШИ, ЕПКТИМ, М. ,1978.

15. Григорьев. A.A. К вопросу резания дреЕесных материалов дискоеыми ножами. Материалы 1У Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов лесопильной промышленности. ЩШМОД, Архангельск, 1980.

16. Григорьев A.A. Резание плитных древесных материалов дискоеыми ножами. Экспресс-информация "Деревообрабатывающее оборудование" .М.,НШМАШ,& 12,1978.

17. Двайт Г.р. Таблицы интегралов-и другие математическиеформулы. "Наука", М.,1966.

18. Демидов С.П. Теория упругости. М.,"Высшая школа",1979.

19. Демьянушко И.В. Оптимальное проектирование круглых пластини пологих оболочек. В кнЛТруды конференции по теории оболочек и пластин". Л.изд.АН СССР, 1976.

20. Демьянушко И.В. Расчет на прочность вращающихся дисков.

21. Биргер И.А. М.,"Машиностроение", 1978.

22. Де Сильва В.М.Е. Проектирование дисков минимального веса сучетом частотного ограничения."Труды Американского об-Еа инженерОЕ-механикоЕ. Конструирование и технология машиностроения".1974, сер.В, J& I.

23. Заявка Великобритании & 20509II (8016439), М.кл.В26Д 1/14,/7,/261. Опублик. 14.01.81."4.3аяЕка Великобритании. М.кл. В23Д 19/04,Je I5566I3, опубл.28 ноября 1979, J£ 4731.

24. Заявка ФРГ М.КЛ.Б26Д7/22, £ 2727817, заявл.21.06.77., опубл. 4.01.79.

25. Заявка ФРГ. ' М.кл.В26 1/42, B3I в I/I4, 2912458,заявл. 29.03.79.,опубл. 9.10.80.

26. Заявка ФРГ М.КЛ.В23Д 19/00, & 2301774 опубл.1973.

27. Заявка Японии М.кл. В26Д 1/40, В26 1/20, № 56-28676,

28. JC- 52-108633, ЗаяЕЛ. 08.09.77, публ. 03.07.81.

29. Заявка Японии. Мотидзуик Накатаро.М.кл. В27 5/06, 55 -45364, публ. 18.II.80.

30. Калманок A.C. Расчет пластинок. Справочное пособие. М., Госстройиздат, 1959.

31. Канторович 3.Б.Основы расчета химических машин и аппаратов.1. М.,Машиз.,1960.

32. Кинасошвили P.C. Расчет на прочность дисков турбомашин.1. М.,0боронгиз.,1954.

33. Кинасошвили P.C. Сопротивление материалов. М.,"Наука",1968.

34. Киселев С.С. Стойкость бумагорезательных ножей."Леснаяпромышленность", М.,1971.

35. Киселев С.С. Резание бумаги методом давления и заточканожей. Обзор ВНИПИЭИлеспрома.Бумага и целлюлоза. М.,1970.1. Кобрин М.М. КрюкоЕ Н.И.1. Крюков Н.И. КрюкоЕ Н.И.1. Крюков Н.И,.

36. Прочность Еращающихся дисков. Л.,Судиромгиз, 1963.

37. Конструкция режущих дисков для обрезки плитных дреЕесных материалоЕ. Реф.сб."Мебель", ВНИЛИЭИлеспром, М.Д976, №4.

38. Раскрой плитных дреЕесных материалов дисками. Реф.сб."Мебель",ВНИПИЭИлеспром, М.,1976, 1Ь 5.

39. Влияние соотношения скоростей на процесс обрезки древесностружечных плит Ерашдющимися дисками. Научные труды МШ, еып.80, М., 1976.

40. Исследование процесса резания древесностружечных плит дисками.Дисс.на соискание ученой степени к.т.н.,М.,1976.

41. Крюков Н.И., Анализ услоеий исключения концевых сколоб Григорьев A.A. при резании облицоЕанных дреЕесных плит дисковыми ножами. Научные труды ЖГИ,вып.106,М.,1978.

42. Рабочие лопатки и диски паровых турбин. М.»Госэнергоиздат, 1963.

43. Прочность турбомашин. М. ,1?Машгиз", 1962.

44. Профилирование турбинных диское в связи с расчетом их на прочность и Еибрацию. М.,0НТИ, 1937.

45. Методология исследований процессов резания древесных"материалов. Отчет по теме № 162(5750-а), МИТИ, кафедра станков и инструментов,М.,1963.

46. Круглые и кольцевые плиты при обратно-симметричном загружении. М.,Стройиздат,1977.

47. МусхелишЕили H.H. Некоторые основные задачи теории упругости.1. Физматгиз,1933.

48. Носаль Б.Б. Резание металлов на дисковых ножницах.М.,1950.

49. Отчет по научно-исследовательской теме J& 140. Исследование процесса обрезки щитов вращающимися дисками. MJITH, кафедра стннкое и инструментов. М.,1972.

50. Отчет по научно-исследовательской теме }£ 147. Исследование процесса безопилочного резания дреЕесных материалов. МТИ, кафедра станкоЕ и инструментов, М.,1970.

51. Отчет по теме $ 18-72 "Анализ освоения действующего типажа деревообрабатывающего оборудования на 1976-80гг ВНИИДМАШ, М. ,1972 *

52. Отчет по теме $ 8-73 "Прогнозирование оптимальной потребности народного хозяйстЕа в дерееообрабатывающем оборудовании на 1976-90 гг". ВШЩМАШ, М.Д974.

53. Патент США. М.кл В27Д 19/00, £ 3595455 опубл.1971 ,т.888Д4.

54. Патент США М.кл. В23Д 19/00,4116096.

55. Патент США М.кл. В23Д 19/04Д 3828633 опубл.1978.

56. Патент Франции М.кл В23Д 19/00Д 2092222,опубл.1972.

57. ПахнутоЕа Л.В. Исследование некоторых вопросов обработкищитое из древесины на автоматизированном форматном оборудовании. Дисс.на соискание ученой степени к.тн., М. ,ШТИ,1966.

58. Современные методы исследований технологических процессоЕ в деревообработке. М. ,1972^

59. Методика планирования экспериментов и обработки их результатов при исследовании технологических процессов е лесной и деревообрабатывающей промышленности. чЛ-З. М.,ШТИД972.

60. Оптимизация технологических процессов деревообработки. М,,"Лесная промышленность",1975.1. Пижурин А. А.3. Пижурин А.А.4. Пижурин А.А.

61. Постникое O.K. Исследование основных параметров и методикарасчета картонорезательных машин. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н.,МПИ,М.,1955.

62. Прейскурант 1& 07-06. Оптоьые цены на фанеру»фанерные изделия, древесные пластики и плиты. Прейскурантиздат, М.,1980.

63. Прейскурант Jе 18-02. Оптоьые цены на оборудование деревообрабатывающее. Прейскурантиздат. М.,1981.

64. J8.Пономарева С.Д. и др. Расчета на прочность в машиностроении.т.2, Л.,Судпромгиз, 1968.

65. Рабинович Б.П. Прочность турбинных дисков. М.,"Машиностроение", 1969.

66. Расчеты на прочность б машиностроении^. ,Машгиз, 1956.

67. Ревис Pi.А., Повышение износоустойчивости деталей бумаго-Левинсон A.M. делательного оборудоЕания."Лесная промышленность",1. М. ,1975.

68. Рис В.Ф. Расчет дисков турбомашин. М.-Л.,Машгиз,1959.

69. Руководящие технические материалы. Нормативы расхода и стойкости станочного дереворежущего инструмента,применяемого в мебельной промышленности. ВШТИМ, М., 1982.

70. Силин В.В. Исследование точности обработки на обрезных станках и настройка их на размер. Дисс.на соискание ученой степени к.т.н.,М.,1967.

71. Стахиев Ю.М. О жесткости дискоеых дереворежущих пил.

72. Известия ВУЗое'.' Лесной журнал,Je 4,1967.tjq Стахиев Ю.М. Начальная изгибная жесткость диское плоскихкруглых пил. "Тара деревянная". Реф.инф.^ 4,1975.77 .Стахиев Ю.М

73. Устойчивость и колебания плоских круглых пил. М.,"Лесная промышленность", 1977.

74. Термопрочность деталей машин. М.,"Машиностроение",1975. Авт.Биргер И.А., Шорр Б.Ф. Демьянушко И.Б., Сизова Р.Н., Дульнев P.A.

75. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.,"Наука", 1979. Гудьер Дж.

76. Тимошенко С.П., Пластинки и оболочки. М.,"Наука",1966. . Войновский-Кригер

77. Тумаркин С.А. Методы расчета напряжений во вращающихсядисках. Труды ДАШ, 1936, еып.232.82. Туфанов А.Г.83. Туфанов А.Г.

78. Исследование процесса резания твердых ДВП. Автореферат дисс. к.т.н.,Шнек, 1966.

79. Резание древесноволокнистых плит дисковыми ножами. Журнал "Химическая переработка древесины", № 5, 1967.84.' Уманский A.A. Пространственные системы.Л.,Стройиздат,1948.

80. Фергин В.Р. Методы оптимизации в лесопильно-деревообрабатывающем производстве. М.,"Лесная промышленность", 1975.

81. Цуканов Ю.А., Некоторые вопросы резания вращающимися Крюков Н.И. дисками. Научные труды МДТИ, п.2, выд,46,1. МЕТИ, М. ,1972.87. Цуканов Ю.А.88. ЦуканоЕ Ю.А.

82. Основные определения и кинематика процесса резания вращающимися дисками. Научные труды МТИ, ч.1, еып.46, М. ,1972 .

83. Влияние скорости вспомогательного движения резания на кинематическое заострение резца. Научные труды МТИ, еып.58, М.,1975.

84. Чижевский К.Г. Расчет круглых и кольцевых пластин. Л.,1. Машиностроение", 1977.

85. Шиманский Ю.А. Справочник по строительной механике корабля. т.2., Л.,Судпромгиз, 1958.

86. Шостак Б.Б. Исследование процесса штамповки-вырубки ипробивки древесноволокнистых плит. Дисс. на соискание к.т.н.»Львов, 1969.

87. Шостак В.Б. Резание древесноволокнистых плит на ножницах с наклонными ножами. "Деревообрабатывающая промышленность", $ 2, 1970.

88. ШустороЕИЧ В.М. Расчет на прочность кольцевых деталейметаллургического оборудования. М.,"Машиностроение", 1976.

89. Щепина Л.Б. Исследование процесса резания на дисковыхножницах. Дисс.на соискание к.т.н.,М.,1962.95. МеЫп Е.96. Р1сЬ£ег 0.97. А.81 ъепЬаи", \920.1е К2е1&$уттеЬ218сНе2 РёаНепvon с/ег &сЬег (^¿с/<е .1. Фошр/ ипс! . Вег^п ,1922.

90. С£еЬзсЬ Theozie с}ег ЕЕавИсИН 1б^ег когрег,\ЬЬ2.99. М1сЬМ Ж

91. Ргос. ¿>опс1оп Май. Ъос., т. Ък ,№2.