Материал: Определение подачи скоростей круглопильных станков

5. Скорость подачи по теплостойкости материала зубьев пил

Механическая энергия, затраченная на пиление древесины полностью превращается в тепловую. Через режущую часть пилы отводится небольшая доля тепла от общего баланса, но его достаточно, чтобы при скоростях резания, характерных для современных технологических процессов, нагреть микрообъемы тела зуба, прилегающие к режущей кромке до температур 400…1000 °С. Такая температура может превысить предел теплостойкости инструментального материала, привести к снижению твердости, прочности и к ускоренному термомеханическому износу и резкому снижению периода стойкости инструмента.

Максимально допустимая скорость подачи, м/мин, по теплостойкости материала лезвий определяется по формулам:

при продольном пилении с толщиной стружки aс ≥ 0,1 мм

;(34)

при продольном пилении с толщиной стружки aс < 0,1 мм

;(35)

при поперечном пилении

,(36)

где[t0] - допускаемая температура нагрева лезвий инструмента (теплостойкость), оС (табл. 7);

aZ - среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи зуба пилы, Вт/оС;

ar - среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи диска, Вт/оС;

К1 - коэффициент доли мощности на резание, идущей на нагрев инструмента, К1 = 0,1…0,45;

К2 - коэффициент, равный отношению температуры на периферии диска к температуре резания, К2 = 0,025…0,1.

Коэффициент К2 в зависимости от формы зуба можно определить из следующих выражений:

для профиля зуба тип 2, исп. 2, g = -25°

;

для профиля зуба тип 1, исп. 1, g = 25°, b = 40°

;

для профиля зуба тип 1, исп. 2, g = 10°, b = 40°

.

Для практических расчетов рекомендуется принять значения коэффициентов К1 = 0,3, К2 = 0,05.

bп - коэффициент, учитывающий периодизацию процесса резания:

Среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи зуба пилы, Вт/оС, определяется из выражения

, (38)

гдеB - толщина зуба (пильного диска), мм;

b - угол заострения зуба, град.;

aср - средний коэффициент теплоотдачи зубьев пил, Вт/(°С м2),

aср = 1000...1400 Вт/(°С м2) - для пил без принудительного охлаждения: .

b1 - вспомогательный угол, град., b1 » 165° - для зубьев с ломаной задней поверхностью, b1 = 180° - для зубьев с прямолинейной задней поверхностью;- длина задней грани зуба, мм, a » 0,025D - для зубьев с ломаной задней поверхностью, a » t - для зубьев с прямолинейной задней поверхностью;- высота зуба в направлении биссектрисы угла заострения b, мм;

;(39)

g - передний угол, град.

Среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи диска, Вт/оС, без принудительного охлаждения определяется по формуле

,  (40)

где D - диаметр пилы, мм;- скорость резания, м/с, определяется по формуле (23);- толщина диска, мм.

Таблица 7 - Теплостойкость инструментальных материалов, °С [3]

Порядок расчета для продольного пиления. Определяется значение скорости подачи VS(t) с толщиной стружки aс ≥ 0,1 мм по формуле (34). Затем по полученному значению скорости подачи VS(t), м/мин, определяется подача на зуб Sz по формуле (24). Определяется средняя толщина стружки по формулам (25) или (26).

Если полученное по формуле (25) или (26) значение толщины стружки aс < 0,1 мм, то значение скорости подачи VSm(t) необходимо пересчитать по формуле (35).

Максимально допустимая скорость подачи выбирается как наименьшая из рассчитанных по всем пяти ограничениям.

. Примеры расчетов

Исходными данными при определении скорости подачи являются:

характеристика распиливаемого материала,

параметры пил,

скорость резания (частота вращения),

мощность привода механизма резания,

требования к качеству распиловки.

Пример 1. Разрабатывается девятипильный многопильный круглопильный станок, входящий в состав линии для переработки двухканатных брусьев на пиломатериалы. Максимальная толщина распиливаемого бруса 150 мм. Диаметр пил 560 мм, толщина 2,8 мм, число зубьев 60, зуб -плющеный, уширение зубчатого венца на сторону 0,8 мм, передний угол 35°, угол заточки 40°, частота вращения 1500 мин-1, мощность привода пильного вала 200 кВт. Расстояние А, от центра вала до нижней пласти бруса 110 мм. Порода древесины сосна, влажность 50…70 %, пиление встречное, пилы острые (r0 = 10 мкм). Шероховатость поверхности распиловки должна быть не более 800 мкм. Определить максимально допустимую скорость подачи брусьев.

Решение

.1.1 Максимально допустимая скорость подачи по заполнению межзубовых впадин:

Шаг зуба определяется по формуле (4)

мм.

Площадь впадины зуба рассчитывается по формуле (3)

мм2

Допустимая скорость подачи по заполнению межзубовых впадин для разведенных зубьев при максимальной высоте пропила Н = 155 мм (с учетом припуска на усушку) определяется по формуле (1)

 м/мин.

Для плющеных зубьев скорость подачи определяется по формуле (2)

м/мин.

.1.2 Максимально допустимая скорость подачи по шероховатости поверхности распиловки:

Кинематический угол выхода qвых определяется из выражения (8)

;

Определяется подача на зуб при условии qвых> 60°

мм.

Для плющеных зубьев подача на зуб по формуле (7)

мм.

Скорость подачи по шероховатости поверхности распиловки определяется по формуле (5)

 м/мин.

.1.3 Максимально допустимая скорость подачи по мощности привода механизма резания:

Мощность на резание одной пилой по формуле (13)

кВт.

По таблицам 2 и 3 коэффициенты an = 1 и aw = 1,13.

Углы входа зуба в распиливаемый материал и выхода из него по формулам (18)

;

.

Длина дуги контакта зуба с древесиной по формуле (17)

мм

Средний кинематический угол встречи при встречном резании по формуле (15)

.

Удельная касательная сила по задней грани по формуле (14)

= 3,92 + 0,0353·θср = 3,92+0,0353×41,3 = 5,38 Н/мм

Ширина стружки равна ширине пропила по формуле (20)

мм

Угол резания d = 90° - g = 90 - 35 = 55°.

Скорость резания по формуле (23)

 м/с

Поскольку скорость резания V < 50 м/с вместо V в формуле (21) необходимо подставлять (90 - V) = 46.

Касательное давление на стружку (для толщины стружки aс ≥ 0,1 мм) определяется по формуле (21)

Максимально допустимая скорость подачи по установленной мощности привода механизма резания определяется по формуле (10)

 м/мин

Подача на зуб по формуле (24)

 мм

Определяется средняя толщина стружки по формуле (25)

для плющеных зубьев

 мм

Полученное значение толщины стружки aс > 0,1 мм, значение скорости подачи VS(N) не нужно пересчитывать по формуле (11).

.1.4 Максимально допустимая скорость подачи по динамической устойчивости пил:

Температурный перепад по радиусу пилы, соответствующий началу потери динамической устойчивости диска по таблице 6 для D = 560 мм и B = 2,8 мм = 55,6 °С.

Коэффициент m при пилении без охлаждения по формуле (30)

;

Максимально допустимая скорость подачи по динамической устойчивости пилы по формуле (27)

 м/мин

Подача на зуб по формуле (24)

 мм

Средняя толщина стружки по формуле (25) для плющеных зубьев

 мм

Полученное значение толщины стружки aс < 0,1 мм, значение скорости подачи VSm(ду) необходимо пересчитать по формуле (28).

Касательное давление на стружку (для толщины стружки aс < 0,1 мм) определяется по формуле (22)

 м/мин

.1.5 Максимально допустимая скорость подачи по теплостойкости материала зубьев пил:

По таблице 7 для стали 9ХФ выбираем допускаемую температуру нагрева лезвий инструмента [t0] = 300 оС.

Коэффициент, учитывающий периодизацию процесса резания по формуле (37)

.

Длина задней грани зуба a » 0,025D » 0,025×560 = 14 мм.

Высота зуба в направлении биссектрисы угла заострения b по формуле (39)

Среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи зуба пилы определяется из выражения (38)

Среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи диска определяется по формуле (40)

 Вт/оС.

Максимально допустимая скорость подачи по теплостойкости материала лезвий

;

м/мин

Подача на зуб по формуле (24)

 мм

Средняя толщина стружки по формуле (25) для плющеных зубьев

 мм

Полученное значение толщины стружки aс > 0,1 мм, значение скорости подачи VS(t) не нужно пересчитывать по формуле (35).

Таким образом, получено 5 значений скорости подачи:

по заполнению впадин зубьев VS(З) = 125,6 м/мин;

по шероховатости поверхности распиловки VS(Ш) = 99 м/мин;

по мощности привода механизма резания VS(N) = 24,9 м/мин;

по динамической устойчивости пил VS(ду) = 13,4 м/мин;

по теплостойкости материала зубьев пил VS(t) = 23,3 м/мин.

Максимально допустимая скорость подачи брусьев выбирается как наименьшая из рассчитанных по всем ограничениям. Следовательно, максимально допустимой является скорость подачи 13,4 м/мин, в данном случае, ограниченная динамической устойчивостью пил.

Пример 2. Разрабатывается круглопильный станок такой же, как в примере 1. Исходные данные такие же, как в рассмотренном примере, за исключением толщины применяемых пил. На станке будут применяться пилы толщиной 3,2 мм. Необходимо определить максимально допустимую скорость подачи брусьев.

Решение

.2.1 Максимально допустимая скорость подачи по заполнению межзубовых впадин (см. пример 1) VS(З) = 125,6 м/мин.

.2.2 Максимально допустимая скорость подачи по шероховатости поверхности распиловки (см. пример 1) VS(Ш) = 99 м/мин.

.2.3 Максимально допустимая скорость подачи по мощности привода механизма резания:

Ширина стружки равна ширине пропила по формуле (20)

мм

 м/мин

Подача на зуб по формуле (24)

 мм

Определяется средняя толщина стружки по формуле (25)

для плющеных зубьев

 мм

Полученное значение толщины стружки aс > 0,1 мм, значение скорости подачи VS(N) не нужно пересчитывать по формуле (11).

.2.4 Максимально допустимая скорость подачи по динамической устойчивости пил:

Температурный перепад по радиусу пилы, соответствующий началу потери динамической устойчивости диска по таблице 6 для D = 560 мм и B = 3,2 мм определяем методом экстраполяции

°С.

Коэффициент m при пилении без охлаждения по формуле (30)

;

Максимально допустимая скорость подачи по динамической устойчивости пилы по формуле (27)

 м/мин

Подача на зуб по формуле (24)

 мм

Средняя толщина стружки по формуле (25) для плющеных зубьев

 мм

Полученное значение толщины стружки aс > 0,1 мм, значение скорости подачи VS (ду) не нужно пересчитывать по формуле (28).

.2.5 Максимально допустимая скорость подачи по теплостойкости материала зубьев пил:

Среднеинтегральный коэффициент теплоотдачи зуба пилы определяется из выражения (38)