Статья: К расчету производительности технологической системы калибрования изделий из массивной древесины

к расчету производительности технологической системы калибрования изделий из массивной древесины

Рогожникова И.Т., Сулинов В.И.,

Новоселов В.Г., Полякова Т.В.

Аннотация

В статье приведена методика и результаты расчетов производительности технологической системы калибрования деревянных изделий. Показана существенная зависимость производительности от толщины снимаемого слоя.

Annotation

The technique and results of calculations of productivity of technological system of calibration of wooden products is given in article. Essential dependence of productivity on thickness of the removed layer is shown.

Основная часть

Операция калибрования является финишной в механической обработке изделий из массивной древесины, обеспечивающей постоянный размер по толщине и одинаковый уровень шероховатости поверхности деталей (ламелей) при изготовлении, например, клееных щитов. Разнотолщинность отдельных деталей по нормам точности на станки фрезерной группы может достигать до 0,2 мм [1], а шероховатость поверхности по параметру среднее арифметическое высот наибольших неровностей R_{m max} до 250 мкм [2]. Очевидно, что эти два фактора будут определять толщину слоя древесины, снимаемого в процессе операции калибрования изделия, которая, в свою очередь, окажет влияние на производительность данной технологической системы, состоящей из средства технологического оснащения - цилиндрового шлифовально-калибровального станка, обрабатываемого изделия - клееного щита и исполнителя - станочника деревообрабатывающих станков.

Как показали наши исследования [3,4], в процессе фрезерования при остром лезвии инструмента происходит перерезание волокон древесины с минимальными неровностями разрушения, мшистостью и ворсистостью получаемой поверхности. В дальнейшем, из-за затупления лезвий, происходит смятие и разрыв волокон древесины и увеличение шероховатости обработанных поверхностей. Кроме этого, из-за укорочения радиуса поверхности резания, происходит изменение размеров получаемых деталей. Из этого можно предположить, что фактическая производительность на следующей операции - калибрования может существенно меняться. В настоящее время нет единой установленной методики расчета производительности операции калибрования и ее связи с изменением толщины снимаемого слоя. Используя имеющиеся разрозненные сведения попытаемся предложить данную методику.

Штучную производительность операции шлифования Q за смену определяем по формуле [5]

(1)

где Т_см - продолжительность смены, мин; К_рв - коэффициент использования рабочего времени; К_мв - коэффициент использования машинного времени; t_и - время шлифования одного изделия, мин;

Зная длину изделия l_и (мм) и скорость подачи V_S (мм/мин), определим t_и

Используя методику, изложенную в работе [6], проведем расчет параметров процесса шлифования изделий из древесины. Толщина сошлифованного слоя H (см) определяется из формулы

(3)

шлифование древесина калибрование деревянный

где l_к - длина дуги контакта шлифовального цилиндра с древесиной, мм; А_п - производительность процесса шлифования, г/мин.

Для шлифования с цилиндрическим контактом длина дуги с учетом жесткости по [7] рассчитывается по формуле

(4)

где D - диаметр шлифовального цилиндра. мм (рис. 1);

Д - величина деформации шлифовального цилиндра в зоне контакта с древесиной, мм.

Рис. 1 Широколенточный шлифовальный станок с верхним расположением агрегата: 1 - шлифовальная лента; 2 - шлифовальный цилиндр диаметром D; 3 - обрабатываемая древесина

Производительность процесса шлифования (А_п) рассчитывается по формуле

(5)

где V - скорость шлифования, м/с; b - длина шлифовальной ленты, мм; А_ш - удельная производительность шкурки.

(6)

где q - удельное давление, кПа;

d_i - размером зерен основной фракции, мкм;

г - плотность древесины, г/см³;

a_м - поправочный коэффициент на материал абразивных зерен;

a_с - поправочный коэффициент на способ нанесения абразивных зерен;

a_с - поправочный коэффициент на остроту шкурки.

В силу ограниченной работоспособности шлифовальной шкурки по критерию засаливаемости, лимитирующими факторами производительности технологической системы калибрования будут толщина снимаемого слоя и производительность процесса шлифования. Преобразуя формулу 3, получаем скорость подачи изделия V_s, допустимую с точки зрения производительности процесса шлифования

(7)

По данной методике был произведен расчет штучной производительности технологической системы калибрования при переменной толщине снимаемого слоя в диапазоне 0,05…0,25 мм и при фиксированных значениях заданных параметров:

- диаметр контактного цилиндра станка «Costa 70CT» D=250 мм;

- длина условного клееного щита принята l_и = 1000 мм, что дает размерность производительности в погонных метрах в смену (м/смен);

- шлифовальная лентой длиной b=2620 мм на тканевой основе с номером зернистости 16, абразив - электрокорунд (a_м=1) с размером зерен основной фракции зернистости d_i=0,20 мм, насыпка - гравитационная (a_с=1), средней затупленности (a_с = 1) [8];

- коэффициент использования рабочего времени, К_рв=0,85;

- коэффициент использования машинного времени, К_мв=0,8;

- удельное давление q=35 кПа;

- плотность древесины сосны г=0,5 г/см³;

- величина деформации Д по опытным данным находится в пределах 0,2…0,3 мм, принято 0,2 мм.

Результаты выполненных расчетов представлены графиком на рис. 2.

Рис. 2 Зависимость производительности от толщины снимаемого слоя

Как видно на графике, производительность технологической системы калибрования существенно зависит от толщины снимаемого слоя. Наиболее резкое снижение производительности наблюдается в диапазоне толщин снимаемого слоя 0,005…0,010 см, в дальнейшем это снижение менее выражено. Количественно это выражается падением производительности в 4,5 раза, например, при увеличении шероховатости исходных деталей с R_{m max} = 60 мкм до R_{m max} = 250 мкм и при требованиях к шероховатости поверхности клееного щита под прозрачную отделку R_{m max} ?16 мкм.

Заключение

1. Предложенная методика расчета производительности технологической системы операции калибрования интегрирует сведения, содержащиеся в различных источниках, и позволяет учесть различные факторы процесса шлифования.

2. Толщина снимаемого слоя древесины при калибровании, формируемая неточностями изготовления отдельных деталей и шероховатостью их поверхности после предварительной обработки, существенно влияет на производительность финишной операции.

Библиографический список

1. ГОСТ 7228-93. Деревообрабатывающее оборудование. Станки рейсмусовые. Основные параметры. Нормы точности и жесткости. Минск: Изд-во стандартов, 1995. 14 с.

2. ГОСТ 7016-82 Изделия из древесины и древесных материалов. Параметры шероховатости поверхности. М.: Изд-во стандартов, 1983. 5 с.

3. Полякова Т.В. Влияние различных факторов на формирование погрешностей обработки древесины/ Т.В. Полякова, В.Г. Новоселов/ Фундаментальные исследования. 2013. № 4-4. С. 838-842.

4. Новоселов В.Г. Экспериментальное исследование изменения шероховатости поверхности в процессе фрезерования древесины/ В.Г. Новоселов, И.Т. Рогожникова/ Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2011. № 6. С. 70-75.

5. Глебов И.Т. Справочник по резанию древесины: справочник / И.Т. Глебов, В.Г. Новоселов, Л.Г. Швамм, Урал. гос. лесотехн. акад.. Екатеринбург, 1999. 190 с.

6. Попов Ю.П. Расчет оптимальных режимов работы шлифовальных станков. Деревообрабатывающая промышленность, № 4, 1965. С. 12-14.

7. Манжос Ф.М. Дереворежущие станки/ Москва: Лесная промышленность, 1974. 456 с.

8. Бершадский А.Л. Резание древесины/ А.Л. Бершадский, Н.И. Цветкова / Минск: Вышэйшая шк., 1975. 304 с.