Оценку шероховатости граней проушины Rm max проводили по фотоснимкам срезов образцов путем измерения высот максимальных неровностей в соответствии с ГОСТ 7016-82. При исходной шероховатости торца заготовки Rm max=200 мкм среднее значение шероховатости граней проушины для образцов из древесины сосны составило Rm max=80 мкм, из древесины березы - Rm max=83 мкм, из древесины дуба - Rm max=78 мкм.
Оценку качества макроструктуры пластически деформированной зоны проводили визуально, по фактическому состоянию образцов и их фотоснимкам, путем сравнения с эталонами. Для оценки разработали пятибалльную шкалу: от 5 баллов - «отличная структура» - видимые изменения макроструктуры отсутствуют, до 1 балла - «дефектная структура» - в зоне деформации наблюдается значительное изменение направления волокон и значительное изменение тона окраски, четко просматриваются границы деформированной зоны. Так, в образцах из древесины сосны изменения макроструктуры деформированной зоны оценили в основном на 4 балла (53 %), 4 % образцов были оценены на 5 баллов, 7 % - на 3 балла, 3% - на 2 балла. Образцы из древесины березы и дуба в основном были оценены на 3 или 4 балла.
По приведенным в [11] данным, нормативная прочность зубчатых соединений на современных клеях составляет 50 - 60% прочности древесины. В связи с этим, для расчета пределов прочности соединения по длине на растяжение уrW и на изгиб уizW при заданной влажности получены аналитические модели (5) и (6):
, (5)
, (6)
где уr - предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон, при заданной влажности;
уiz - предел прочности древесины при статическом изгибе, при заданной влажности;
k1 и k2 - поправочные коэффициенты, полученные в результате экспериментальных исследований, учитывающие форму и размеры соединения, применяемый клей, влажность заготовок.
Исследование прочности шиповых соединений проводили на заготовках из древесины сосны и березы толщиной S=25 мм, шириной T=40 мм, длиной Н=160 мм. Путем прессования на заготовках получили профиль шипового соединения двух типоразмеров - А и Б. Для типоразмера А толщина шипа составила Sш=2 мм, ширина проушины В=2,2 мм, глубина проушины hn=10 мм, шаг шипа tш=Sш+hn=4,2 мм; для типоразмера Б - Sш=4 мм, В=4,2 мм, hn=20 мм, tш=8,2 мм. Испытания на растяжение и на изгиб проводились по ГОСТ 15613.5-79 и 15613.4-78 на разрывной машине Р-5.
В результате экспериментов определены значения пределов прочности соединений и поправочных коэффициентов k1 и k2. В качестве примера приведена модель (7) расчета предела прочности соединения по длине заготовок из древесины:
(7)
Постоянными факторами являются порода древесины, характеристики клея, режимы склеивания. Переменными факторами являются влажность заготовки W, пределы прочности древесины при растяжении вдоль волокон и при статическом изгибе. В результате применения моделей можно определить значения пределов прочности на растяжение и изгиб для соединений на прямоугольные шипы, полученные холодным торцовым прессованием.
Разработана промышленная технология изготовления шипового соединения с помощью холодного торцового прессования. Реализация методики системного проектирования техпроцесса изготовления прямоугольного шипового соединения рассмотрена на примере производства дверной филенки [8].
По результатам дифференциальной оценки качества [10], уровень качества шипового соединения на прямоугольный прессованный шип составляет Yk пшс=0,65, соединения на зубчатый фрезерованный шип - Yk зшс=0,49. Соединение на прессованный шип по совокупности свойств не уступает уровню качества аналога. Выбор наиболее эффективного варианта технологического процесса и оснастки осуществляется с учетом производственных условий предприятия по технико-экономическим показателям (в частности, себестоимость обработки и безопасность труда). По результатам оценки [10], наиболее эффективным вариантом является использование горизонтального пресса с гидроприводом. Прессование статическое, обжим - двухсторонний, в плоскости шва сращивания.
Основные результаты работы и выводы.
1) Разработана методика системного подхода к проектированию шиповых соединений деревянных деталей и технологических процессов их прессования, состоящая из трех этапов: проектирование шиповых соединений и выбор наиболее привлекательного по качеству, разработка технологических процессов и выбор наиболее привлекательного по себестоимости, проектирование технологической оснастки и выбор наиболее привлекательной.
2) Разработан комплекс методического обеспечения, включающий классификаторы шиповых соединений и технологических процессов прессования шипов, систему показателей для оценки привлекательности шиповых соединений и технологических процессов их изготовления, модели расчета показателей качества шиповых соединений и показателей затрат на изготовление соединения, а также методики выбора наиболее привлекательных конструкций шиповых соединений и техпроцессов их изготовления.
Результаты научно-исследовательской работы рекомендуются для проектирования шиповых соединений и разработки технологических процессов их изготовления на малых предприятиях.
Библиографический список
1. Гончаров, Н. А. Технология изделий из древесины: учеб.для вузов / Н. А. Гончаров, В. Ю. Башинский, Б. М. Буглай. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 525 с.
2. Рублева, О. А. Замена фрезерования в операции формирования шипов при сращивании древесных заготовок по длине на обработку давлением / О. А. Рублева, А. О. Россинский // Ежегодная региональная научно-техническая конференция ВятГТУ "Наука - производство - технология - экология". - Киров, Изд-во ВятГТУ.- 2000. - Т. 3. - С. 103.
3. Рублева, О. А. Методика системного проектирования технологических процессов прессования шиповых соединений / Г. П. Кузнецов, О. А. Рублева. - // Сборник материалов Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука - производство - технология - экология". - Киров, Изд-во ВятГУ.- Киров, 2008. - Т. 4: ФАМ, ФСА. - С.150-151.
4. Хухрянский П.Н. Прессование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1964. - 352 с.
5. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов /А.А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.
6. Рублева, О. А. Экспериментальное исследование качества шипов, изготовленных холодным торцовым прессованием / Г. П. Кузнецов, О. А. Рублева. //Сборник материалов Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука - производство - технология - экология". - Киров, Изд-во ВятГУ.- Киров, 2010. - Т. 4: ФАМ, ФСА. - С. 150-152.
7. Рублева, О. А. Экспериментальное исследование прочности шиповых соединений, изготовленных холодным торцовым прессованием / Г. П. Кузнецов, О. А. Рублева. // Сборник материалов Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука - производство - технология - экология". - Киров, Изд-во ВятГУ.- Киров, 2010. - Т. 4: ФАМ, ФСА. - С.153-155.
8. Рублева, О. А. Методика проектирования технологического процесса изготовления прямоугольного шипового соединения способом прессования / О. А. Рублева // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2008. - С. 67-69.
9. Управление качеством продукции. Справочник / под. ред. В.В. Бойцова и А.В. Гличева. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 464 с.
10. Федюкин, В.К. Основы квалиметрии. Управление качеством продукции: Учеб. пособие / В.К. Федюкин. - М.: Филинъ, 2004. - 296 с.
11. Фрейдин, А.С. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины / А.С. Фрейдин, К.Т. Вуба. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 224 с.