Щепочкин С.В., Лимонов А.А. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

art-sit@yandex.ru

К вопросу определения скорости подачи в круглопильных станках с учётом теплостойкости инструмента

To a question of submission speed definition in radial saw machine in view of the tool temperature constancy

При назначении режимов резания (скорости подачи) при пилении круглыми пилами принимают во внимание основные технические ограничения, относящиеся к материалу - допустимая шероховатость; к станку - установленная мощность электродвигателя главного привода; к инструменту - емкость впадины зуба и динамическую устойчивость. Расчет скорости подачи с учётом указанных ограничений выполняется с учетом известной учебной и справочной литературы [1]. Однако эти ограничения не учитывают теплостойкость материала зуба пилы.

Как известно, в процессе работы в результате сил трения инструмент нагревается. Очагами образования тепла являются: зона контакта зубьев пилы с древесиной, участки трения боковых поверхностей пилы о стенки пропила, и о случайно попавшие опилки. В результате температура на контактных поверхностях инструмента при резании может достигать высоких температур, превышающих температуру отпуска материала лезвий. Изменение структуры материала при нагреве (отпуске) вызывает изменение и механических свойств. С повышением температуры отпуска твердость и прочность понижаются, а пластичность и вязкость повышаются. В результате таких изменений уменьшается период стойкости инструмента и даже возможен преждевременный выход из строя.

В связи с этим предлагается ввести ограничение скорости подачи древесины в зону резания по допускаемой теплостойкости.

Как показано в работе [2] температура в зоне резания (t₀, ^оС) напрямую зависит от мощности резания (N_рез, Вт)

, (1)

где К₁ – коэффициент доли мощности на резание, идущей на нагрев инструмента, К₁ = 0,025…0,35;

z – число зубьев пилы;

К₂ – коэффициент, показывающий во сколько раз температура на периферии диска выше температуры резания, К₂ = 0,025…0,1;

a_Z – среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи зуба пилы, Вт/^оС;

a_r – среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи диска, Вт/^оС.

Расчёт среднеинтегральных коэффициентов a_Z и a_r подробно рассмотрен в работах [3] и [4] соответственно.

По методике А.Л. Бершадского, изложенной в [5] мощность на резание равна

, Вт (2)

где F_xl – касательная составляющая средней силы резания на дуге контакта зуба при продольном пилении;

l_к – длина дуги контакта, мм;

n – частота вращения пилы, мин^-1.

Для толщины стружки длиной l_стр < 0,1 мм

F_xlм = a_n·a_w·a_b·[(a_ρ-0,8)·p·b₁+U_z·sinθ_ср·(k_м·b+α_t·h)]; (3)

для толщины стружки длиной l_стр≥ 0,1 мм

F_xl = a_n·a_w·a_b·[a_ρ·p·b₁+U_z·sinθ_ср·(k·b+α_t·h)], (4)

где a_n – коэффициент, учитывающий влияние породы древесины;

a_w – коэффициент, учитывающий влияние влажности древесины;

a_b – коэффициент, учитывающий влияние вида пиления (попутное, встречное), a_b = 1,0 – при встречном пилении, a_b = 1,1 – при попутном;

a_ρ – коэффициент, учитывающий влияние затупления;

p=3,92+0,0353·θ_ср – удельная касательная сила по задней грани, Н/мм;

b₁ – ширина стружки (b₁=S при разведенных, b₁=b при плющеных зубьях), мм;

– подача на зуб, мм;

θ_ср = arcsin(h/l_к) – средний кинематический угол встреч, град;

где h – высота пропила, мм;

k = (0,196+0,00392·θ_ср)·δ+(0,0686+0,00147·θ_ср)·V-(5,4+0,167·θ_ср)

– касательное давление на стружку толщиной не менее 0,1 мм, Н/мм²;

k_м=(0,196+0,00392·θ_ср)·δ+(0,0686+0,00147·θ_ср)·V+(26,48+0,098·θ_ср)

– касательное давление на стружку толщиной менее 0,1 мм, Н/мм²;

δ – угол резания, град;

b – ширина пропила, мм;

α_t – коэффициент интенсивности трения стружки о стенки пропила и прессования ее во впадине зуба (α_t=0,71 – для разведенных, α_t=0,57 – для плющеных зубьев), Н/мм².

Подставив выражения (3), (4) и (2) в формулу (1), выразим U – скорость подачи заготовки в зависимости от допускаемой температуры:

для толщины стружки меньше 0,1 мм

; (5)

для толщины стружки больше 0,1 мм

. (6)

За допускаемую температуру [t₀] предлагается принять температуру отпуска материала режущей части пилы. Полученные формулы (5) и (6) могут быть использованы для определения скоростей подач в круглопильных станках.

Библиографический список

1. Пашков В.К. Теплофизика резания древесины круглыми пилами: монография. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2007, 311 с.

2. Щепочкин С.В. Об оценке температуры резания при пилении круглыми пилами // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: Труды международного евразийского симпозиума / Под ред. И.Т. Глебова. – Екатеринбург, 2006. – С. 143 – 146.

3. Пашков В.К., Щепочкин С.В. О конвективном теплообмене режущей части пилы при резании // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: Труды международного евразийского симпозиума / Под ред. И.Т. Глебова. – Екатеринбург, 2006. – С. 138 – 143.

4. Пашков В.К., Щепочкин С.В. Определение температурных перепадов плоских круглых пил // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 14. – Брянск: БГИТА, 2006. – С. 147-152.

5. Стахиев Ю.М. Руководящие технические материалы по определению режимов пиления древесины круглыми пилами / Стахиев Ю.М., Пашков В.К. – Архангельск: ЦНИИМОД, 1988. – 74 с.