Повышение эффективности оцилиндровки бревен путем совершенствования механизма резания

Актуальность темы

Современное прогрессивное развитие деревообрабатывающей промышленности должно базироваться на развитии и совершенствовании высокопроизводительных станков и автоматов с максимальным использованием их на всех стадиях производственного процесса.

В настоящее время широко развивается домостроение с использованием оцилиндрованных бревен. Бревна традиционный строительный материал для строительства жилых домов. Кроме домов, из бревен строят бани, надворные постройки и многие другие сооружения.

В Европе лидирующее место в строительстве домов и других построек из оцилиндрованных бревен занимает Финляндия. В Финляндии почти двести предприятий выпускают бревенчатые жилые дома или дачи. Бревенчатые дома примерно на 5−10% дороже панельных. Однако многие потребители выбирают себе бревенчатый дом, так как его внешний вид и экологическая чистота материала компенсируют повышенные затраты. При использовании оцилиндрованных бревен упрощается сборка срубов, улучшается их внешний вид, а также обеспечивается унификация строительных заготовок из древесины /1/.

Оцилиндровка бревен ответственная и трудоемкая технологическая операция, определяющая внешний вид бревен, точность их формы и последующую обработку и сборку.

В настоящее время оцилиндровка бревен выполняется на станках позиционного и проходного типа. При изучении процесса оцилиндровки бревен на современном оборудовании были выявлены недостатки, связанные с качеством обработки, кинематикой резания и работоспособностью режущих инструментов. Они сводятся к следующему /2,52/:

• Значительная вибрация бревна в процессе оцилиндровки;

• Нестабильное качество (точность и шероховатость обработки);

• Низкая стойкость инструмента;

• Наличие прижегов на обработанной поверхности и режущих инструментах.

Имеющиеся на предприятиях станки проходного типа для оцилиндровки бревен имеют высокую производительность, но сравнительно низкое качество (точность и шероховатость обработки).

При оцилиндровке бревен значительную роль имеют вынужденные колебания, возникающие при действии периодических сил в механизме резания. Эти силы связаны с периодичностью резания, анизотропией древесины и асимметрией поперечного сечения, а также неуравновешенностью вращающихся деталей. В станках обнаруживается недостаточная жесткость механизмов резания и подачи /3/.

Для оцилиндровки бревен в основном используется древесина хвойных пород, отличающаяся множеством природных пороков. Физико-механические свойства древесины влияют на режимы и качество оцилиндровки бревен.

Поэтому задача придания бревнам цилиндрической формы с высоким качеством поверхности является актуальной.

Цель работы. Улучшение эксплуатационных показателей роторных станков для оцилиндровки бревен.

Объекты исследования. Процессы резания при оцилиндровке бревен, конструкция и параметры режущего инструмента.

Научная новизна работы.

• Обобщены и проанализированы результаты исследований по оцилиндровке бревен комбинированным точением.

• Установлены рациональные конструктивные параметры восьмирезцовой ножевой головки.

• Разработаны математические модели, учитывающие специфику процесса оцилиндровки бревен, позволяющие определить оптимальные геометрические параметры резцов и режимы резания.

• Обоснованы и математически описаны условия оценки хрупкой прочности режущей кромки резцов ножевой головки в условиях оцилиндровки бревен.

Значимость для теории и практики.

Для теории имеют значение:

• математическое описание поверхности бревен;

• математические модели, позволяющие определить оптимальные геометрические параметры резцов и режимы резания;

• теоретические зависимости единичной силы резания по условиям хрупкой прочности режущей кромки резцов.

Для практики имеют значение:

• эффективная технология оцилиндровки бревен на основе применения оригинальной многорезцовой конструкции ножевой головки и работоспособных резцов;

• оптимальные параметры резцов и режимы резания при оцилиндровке бревен;

• экспериментальные зависимости (уравнения регрессии) технологических параметров процесса резания;

• рекомендации по совершенствованию инструмента для оцилиндровки бревен.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование конструктивных и технологических параметров восьмирезцовой ножевой головки для роторного оцилиндровочного станка позиционного типа.

2. Методика оценки хрупкой прочности режущей кромки инструмента, позволяющая обосновать режимы обработки с учетом условий оцилиндровки бревен.

3. Математические модели, позволяющие оптимизировать геометрические параметры резцов и режимы оцилиндровки бревен.

4. Обоснованы рекомендации для проектирования режущего инструмента и выбора режимов резания.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные ее разделы были заслушаны и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 1999 — 2002 г. г., в г. Брянске — 2001 г., апробированы на Усть-Ижорском фанерном комбинате, ДОЗ — 2, ЛДП «Петродрев», ОАО «Рощинский дом».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается, корректными допущениями при замене реальных процессов расчетными схемами при разработке математических моделейсовременными средствами научного исследования, включая исследование напряженного состояния режущего инструмента, положительными результатами испытаний механизма резания, хорошими совпадениями теоретических и экспериментальных результатов исследований, а также положительными результатами внедрения многорезцовой ножевой головки в производство.

Реализация работы. Основные результаты апробированы на ОАО «Рощинский дом», внедрены на ДОЗ-2 и Ленспецсму.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 6 статьях. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и рекомендаций, приложений, списка литературы включающего 55 наименований.

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Изучение основных показателей процесса оцилиндровки бревен и обоснование конструктивных параметров роторного станка позиционного типа позволяют сделать следующие выводы.

1. Роторные оцилиндровочные станки позиционного типа обладают рядом преимуществ по сравнению со станками проходного типа. Дальнейшее улучшение их эксплуатационных характеристик путем совершенствования конструкции и параметров механизма резания является перспективным направлением.

2. На эксплуатационные характеристики оцилиндровочного оборудования существенное влияние оказывают конструкция режущего инструмента и режимы резания. Разработанная восьмирезцовая ножевая головка позволяет осуществить комбинированное точение, что снижает шероховатость до 75 мкм и улучшает эксплуатационные характеристики оборудования.

3. Стойкость режущего инструмента существенно влияет на качество оцилиндровки бревен. Резцы изготовляются из быстрорежущей стали Р6М5. При работе ножевой головки обеспечивается высокая стойкость резцов. Для экономии быстрорежущей стали рекомендуется тело резцов изготавливать их обычной инструментальной стали с оснащением режущей части пластинками из стали Р6М5.

4. Хрупкое разрушение режущей кромки происходит под действием пиковых нагрузок значительно превышающих номинальные силы резания. Величина нагрузок на резцы зависит от подачи на резец и глубины резания. Максимальная единичная сила резания не должны превышать 300 — 400 Н/мм при Uz < 3 мм.

5. Хрупкое разрушение резцов проявляется в виде выкрашивания и локальных сколов режущей кромки и зависит от угловых параметров, характера и направления нагрузки, подачи на резец и прочностных характеристик материала. Опасные точки возникают на передней грани резцов в зоне.

Ill максимальных растягивающих напряжений, на расстоянии от режущей кромки, превышающем величину подачи на резец.

6. Статистический анализ результатов эксперимента с помощью ППП Stat-grafics — Plus позволил получить математическую модель процесса резания в виде регрессионных уравнений, устанавливающих связь между силой резания и переменными факторами. Оптимальные параметры были подтверждены и проверены методом крутого восхождения (спуска).

7. В результате обработки данных полученных при проведении оптимизации приняты следующие значения основных геометрических и технологических параметров оцилиндровки бревен: Черновая обработка: диаметр резания — 330ммугол резания — 45°- подача на резец — 2мм/об Получерновая обработка: диаметр — 280ммугол резания — 35°- подача на резец — 2мм/об. Получистовая обработка: диаметр — 250ммугол заточки — 45°- подача на резец — 2мм/об. Чистовая обработка: величина съема — 1 ммугол наклона режущей кромки — 11°- подача на резец — 2мм/об.

8. Внедрение разработанной восьмирезцовой ножевой головки для оцилиндровочного станка позиционного типа позволило улучшить эксплуатационные характеристики и повысить эффективность процесса обработки бревен. Ожидаемый экономический эффект от внедрения ножевой головки по предприятию составит 368 тысяч рублей в год.