История развития науки о резании древесины icon

История развития науки о резании древесины



НазваниеИстория развития науки о резании древесины
Дата конвертации02.08.2012
Размер126.94 Kb.
ТипРеферат
История развития науки о резании древесины


Ниже приведен с некоторыми изменениями отрывок из монографии – Глебов И.Т. Фрезерование древесины: Монография. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003. – 169 с. История развития науки о резании древесины Человек должен верить, что непонятное можно понять; иначе он не стал бы размышлять о нем. В. Гете Становление науки о резании древесины. Основоположником науки орезании древесины считается профессор Петербургского горногоинститута Иван Августович Тиме [1]. В его исследовательской работе"Сопротивление металлов и дерева резанию", опубликованной в 1870 г., апозднее в сочинении "Основы машиностроения" (всего опубликовано 10 научныхработ И.А. Тиме по резанию древесины и металлов), приводится анализ иобобщение результатов опытов, проведенных на Луганском заводе. И.А. Тимевпервые приводит определение процесса резания, делает классификациюстружек, объясняет явление усадки стружки (изменение размеров в результатепластического деформирования), доказывает, что ширина и толщина среза по-разному влияют на работу резания. Проблемы ученых того времени сводились главным образом к изучениюдеформирования материала в зоне резания и зависимости сил резания отпоперечного сечения срезаемого слоя. И.А. Тиме считал, что работу по резанию выполняет только передняяповерхность лезвия и нормальное давление обрабатываемого материала на нейодинаково по всей площади контакта (рис. 1, а). Сила, действующая налезвие, может быть найдена по формуле N = klb, (1)где k – нормальное давление; l, b – соответственно длина и ширина сдавливаемой площади. В 1886 г. выходит книга П.А. Афанасьева "Курс механической технологиидерева", в которой используются методы науки о сопротивлении материалов,проводится анализ характера стружкообразования, уточняется форма эпюрыдавления стружки на лезвие. П.А. Афанасьев впервые указывает на рольтрения в процессе резания. В отличие от И.А. Тиме П.А. Афанасьев считал, что давлениеобрабатываемого материала на переднюю поверхность распределенонеравномерно, и что наибольшее давление имеет место у режущей кромки, а вточке входа в древесину оно равно нулю. Давление от нуля до максимумаизменяется по линейной зависимости, поэтому эпюра нормальных давлений имеетформу треугольника (рис. 1, б). Проблема доказательства формы эпюры при резании сохранилась донаших дней. Первые исследования по резанию древесины и металлов были связаны сизучением зависимости сил резания от поперечного сечения срезаемого слоя иего размеров. В ранних работах И.А. Тиме считал, что сила резания пропорциональнаширине и толщине срезаемого слоя. Позднее в сочинении "Основымашиностроения" он пересмотрел свои взгляды. Найдя массу стружек,приходящихся на единицу работы резания, он делает заключение, что длясрезания тонких стружек затрачивается работы больше, чем для срезаниятолстых стружек. Отсюда следует, что удельная работа резания уменьшается сувеличением толщины срезаемого слоя.
При этом толщина и ширина срезаемогослоя влияют на силу резания по-разному. Таким образом, И.А. Тиме первым из исследователей пришел кправильному выводу, что ширина и толщина срезаемого слоя оказывают разноевлияние на силу резания. Заметное место в науке о резании древесины занимают работы К.А.Зворыкина, особенно книги "Работа и усилие для отделения металлическихстружек" [1] и "Курс механической технологии дерева" (1894 г.). В своихработах К.А. Зворыкин делает попытку вывести теоретическим путем расчетнуюформулу для силы резания, находит главные факторы, влияющие на силурезания. Им проведено большое количество экспериментов, на основаниикоторых сделан важный вывод о том, что работа, затраченная на срезаниеединицы объема стружек, уменьшается с увеличением толщины стружек. Силарезания изменяется пропорционально ширине срезаемого слоя. Совсем другиерезультаты получились, когда сечение срезаемого слоя изменялось только засчет его толщины. Проделав 230 опытов, К.А. Зворыкин делает вывод, чтоудельная работа резания – величина не постоянная, а переменная иуменьшается с увеличением толщины срезаемого слоя. Была предложенаэмпирическая зависимость для расчета удельной работы резания: [pic], (2)где К' – удельная работа резания при толщине срезаемого слоя 1 мм; а – толщина срезаемого слоя, мм. Так К.А. Зворыкин первым из исследователей экспериментально доказал,что удельная работа резания убывает с увеличением толщины срезаемого слоя,подтвердив, таким образом, правильность взглядов И.А. Тиме. Впервые проанализировать указанную закономерность попытался А.А.Брикс [2]. В 1896 г., обрабатывая экспериментальные данные К.А. Зворыкина,он пришел к выводу, что если указанные данные рассмотреть в осях координат,где ордината – отношение силы резания к ширине среза, а абсцисса – толщинасреза, то сила резания изменяется по линейному закону. Графически этоизображается наклонной прямой линией, проходящей выше начала координат иотсекающей положительную ординату. Уравнение имеет вид Fx = K1b + K2ab, (3)где Fx – сила резания, Н; K1, K2– коэффициенты с размерностью соответственно Н/мм и МПа; a, b – соответственно толщина и ширина срезаемого слоя, мм. Отсюда следует, что сила резания изменяется пропорционально ширине инепропорционально толщине срезаемого слоя. В 1925 г. выходит в свет работа А.Н. Челюскина "Влияние размеровстружки на усилие резания металлов" [1], которая, по словам автора,является "результатом критической обработки главнейших сочинений,относящихся к вопросу резания металлов на станках, а также собственныхизысканий и опытов автора в этой области". А.Н. Челюскин цифрами играфиками подтвердил неодинаковое влияние ширины и толщины срезаемого слояна силу резания. В 1934 г. М.А. Дешевой в работе "Механическая технология дерева"[3]изложил оригинальную, глубоко разработанную и методично построенную научнуютеорию резания древесины. Как и И.А. Тиме, он, применяя методы механики ванализе процесса стружкообразования при резании, установил связи междусопротивлением древесины резанию и показателями ее механических свойств.Были разработаны более совершенные методы расчета мощности ипроизводительности деревообрабатывающих машин. В тридцатых годах выполняются первые исследовательские работы А.Э.Грубе, А.Л. Бершадского, С.А. Воскресенского, Ф.М. Манжоса. Научнымитрудами этих ученых мы широко пользуемся в настоящее время. В работах С.А. Воскресенского развиваются идеи М.А. Дешевогов применении методов механики в анализе процессов резания. Большое вниманиепри этом уделяется выявлению эпюры нормальных давлений в зоне резания иопределению силы резания. Одной из главных черт теории С.А. Воскресенскогоявляется расчленение силы резания на составные части. Приступая к анализуотдельных частей, С.А. Воскресенский отмечал, что между процессами,происходящими по отдельным зонам, существует тесная неразрывная связь.Однако при синтезе сила резания представляется им как сумма трех сил [4,5]: силы надрезания Fxн, силы деформации стружки Fxд и силы резания позадней грани Fxз. В результате синтеза сил, действующих на лезвие, полученыуравнения: Fx = Fxн + Fxз + Fxд, (4) Fx = Fxо + Fxд, Fx = Fxо + Кда. В этих уравнениях ширина срезаемого слоя равна 1 мм. В приведенных уравнениях остается неясной функция отдельных составныхчастей в целом процессе резания, так как они изолированы друг от друга и невзаимосвязаны между собой. Это послужило поводом для критики теории С.А.Воскресенского другими учеными. А.Л. Бершадский замечает по этому поводу[6, 7], что условность разделения резца и его работы на самостоятельновыделенные слагаемые, допустимая для общих предварительных рассуждений,совершенно не допустима для распространения ее на расчетную практическуюформулу. Процесс резания неделим. В нем нет границ раздела между отдельнымипроцессами. Наоборот, один процесс действует на другой, связь междупроцессами интегральная, а не арифметическая. Следовательно, изолированныенезависимые слагаемые не отражают реальную сущность процесса резания. Анализируя книгу С.А. Воскресенского по резанию древесины, Е.Г.Ивановский писал [8], что применение только одного механико-математическогометода сдерживает развитие науки о резании. Резание древесины есть одно изсамых сложных физических явлений. Именно так надо подходить к его изучению.Такое понимание метода исследования не предполагает открытия новыхфизических законов, но требует выявления характера действия известныхзаконов при резании. Начала механики материалов помогают выявить рядзакономерностей резания, но не все, и поэтому нельзя ограничиваться толькоими. Линейная зависимость силы резания от толщины срезаемого слоя полученатакже в исследованиях Е. Кивимаа [9]. Исследования показали, что ни одна изкривых, будучи продлена, не проходит через начало координат, и все кривыеотсекают некоторую положительную ординату. Из этого делается вывод, что усилие, расходуемое на резание древесины, расходуется на две части. Одначасть расходуется собственно на резание и остается постоянной приизменении толщины среза. Другая часть усилия резания расходуется надеформирование срезаемых слоев передней поверхностью лезвия изависит от толщины срезаемого слоя. Так Е. Кивимаа поделил силу резания на две части, одна из которыхприложена к режущей кромке лезвия и производит вальцевание поверхностирезания и перерезание или разделение волокон древесины, а другая –приложена к передней поверхности лезвия и производит сжатие срезаемого слоядревесины. Для единичной силы резания шириной 1 мм сила резания выражаетсяформулойFx1 = Fс + Ка. Если единичную силу резания поделить на соответствующее ей значениетолщины срезаемого слоя а, то получится значение удельной силы резания,количественно равное удельной работе резания. В работах А.Л. Бершадского [6, 7, 10] удельная работа резаниядревесины выражалась следующей формулой: [pic], (5)где К' – удельная работа резания при толщине срезаемого слоя 1 мм; m – коэффициент, характеризующий интенсивность роста удельнойработы резания. Эта формула получена путем обработки экспериментальных данных влогарифмических осях координат. Она показывает, что удельная работа резанияубывает с ростом толщины срезаемого слоя. Эта формула оказалась удобной дляпрактических расчетов и широко использовалась до 60-х годов. Однако такаяформула затрудняла определение радиальной составляющей полной силырезания. Радиальная сила (сила отжима) определялась по формуле: Fz = ( mFx, (6)где m – коэффициент, зависимый от остроты режущей кромки лезвия и толщинысрезаемого слоя [11, 12]. Значение m изменяется в пределах m = 0,1- 1,0. Исследования по резанию древесины и древесных материалов в нашейстране ведут все высшие учебные заведения лесопромышленного профиля,а также отраслевые научно-исследовательскиеинституты (ЦНИИМОД, г. Архангельск; ЦНИИМЭ, г. Химки Московской обл.;ВНИИДрев, г. Балабаново Калужской обл.; СибНИИЛП, г. Красноярск). Резание древесины – сложный процесс. Его сложность обусловилапоявление разных направлений в развитии теории резания этого материала. В итоге научных дискуссий по теории резания древесины, состоявшихся вЛенинграде (1952 г.) и в Москве (1953 г.), было установлено, что уже в товремя наука о резании древесины развивалась по трем направлениям. Первое направление применяет метод механико-математического анализапроцесса резания. Это школа И.А. Тиме, М.А. Дешевого, С.А. Воскресенского.Ученые этой школы переносят методы науки о сопротивлении материалов наанализ действия сил и поведения стружки в процессе резания древесины. Второе направление развивает физическую теорию резания древесины.Процесс резания рассматривается как физический. Изучаются прежде всегопроцессы упругого и остаточного деформирования древесины, трения намолекулярном уровне, влияние на эти процессы скорости резания. Этонаправление представлено школой В.Д. Кузнецова и Е.Г. Ивановского. Третье направление использует физико-технологический метод,математически обобщающий экспериментальные данные процессов резания вэмпирические формулы, пригодные для практических расчетов. Формулыобъединяют физические и технологические параметры. Это школа А.Л.Бершадского. Между указанными тремя теориями резания нельзя провести четкихграниц. Они части одной теории, дополняющие и обогащающие друг друга,объединенные единством цели. Научные труды основоположника науки о резании древесины И.А. Тимедали возможность целой плеяде русских ученых (П.А. Афанасьеву, К.А.Зворыкину, А.Н. Челюскину, Я.Г. Усачеву, М.А. Дешевому, А.Л. Бершадскому,А.Э. Грубе, С.А. Воскресенскому, Е.Г. Ивановскому, А.Е. Золотареву, И.П.Лапину, Ф.М. Манжосу, В.С. Рыбалко и многим другим) создать отечественнуюроссийскую школу обработки древесины резанием. Эта школа занимает сейчасведущее место в мире. О взаимосвязи сил, действующих по контактным поверхностям лезвия.Изучая процесс резания древесины, в 1934 г. М.А. Дешевой высказалпредположение о независимости действия сил по обе стороны от плоскостирезания. В 1945 г. А.М. Розенберг в исследовании процесса фрезерованияметаллов, а в 1955 г. С.А. Воскресенский в теоретических исследованияхпроцесса резания древесины делают предположения, что процессы, происходящиепо передней поверхности лезвия, не влияют на величину сил по заднейповерхности. Впервые гипотеза о независимости сил по задней поверхности от толщинысрезаемого слоя была проверена Н.Н. Зоревым в 1952 г. при резании стали.Было показано, что при увеличении толщины срезаемого слоя от 0,05 мм до0,55 мм силы резания на задней поверхности почти не изменяются. "Природасил, – отмечает Н.Н. Зорев [13], – действующих по передней и заднейповерхностям, различна и поэтому большинство факторов различно влияют навеличину этих сил. Например, передний угол и толщина среза сильно влияют насилы, действующие на передней поверхности, но слабо влияют на силы,действующие на задней поверхности. Ширина контакта задней поверхности слабовлияет на силы, действующие на передней поверхности, но сильно влияет насилы, действующие на задней поверхности." В 1953 г. М.Н. Ларин [14], изучая характер износа резцов приразличных задних углах и толщинах срезаемых слоев, пришел к выводу, чтооптимальное значение заднего угла связано с толщиной срезаемого слоя иопределяется по формуле: [pic],где С – постоянная величина: С = 0,13 при обработке стали, чугуна,сплавов; С= 0,18 при обработке пластмасс; аmax – толщина срезаемого слоя, мм; К – коэффициент. "Таким образом, – пишет М.Н. Ларин, – многочисленными опытамисоветских исследователей установлено, что главным фактором, влияющим навеличину оптимального заднего угла, является толщина среза стружки." В 1961 г., рассматривая вопрос о коэффициенте затупления, А.Л.Бершадский [15] излагает методику обработки экспериментальных данных Е.Кивимаа, В.П. Бухтиярова и приводит значения коэффициентов затупления попередней ((п и задней ((з поверхностям в зависимости от времени работылезвия Т:|Т, ч |0 |1 |2 |3 |4 |5 |6 ||((п |1,0 |1,05 |1,1 |1,15 |1,2 |1,25 |1,3 ||((з |1,0 |1,25 |1,45 |1,60 |1,75 |1,85 |2,0 | Затупление режущей кромки, оказывающее сильное влияние на работузадней поверхности, оказывается, влияет, хотя и незначительно, на работупередней поверхности. Позднее А.Л. Бершадский отказался от результатов проведенныхисследований, но факт существования такой зависимости остается. В 1967 г., изучив влияние затупления лезвий на касательную силурезания при фрезеровании древесины, В.Г. Морозов [16] приводит следующиезначения коэффициентов затупления по передней ((п и задней ((зповерхностям лезвия:|(, мкм|5 |10 |15 |20 |25 |30 |35 ||((п |1,0 |1,04 |1,08 |1,13 |1,20 |1,28 |1,40 ||((з |1,0 |1,25 |1,70 |2,00 |2,50 |3,30 |4,50 | В 1967 г., изучая процесс фрезерования лигно-углеводных древесныхпластиков, автором читаемой Вами работы [17], была предложена следующаяформула для расчета единичной касательной силы резания, Н: [pic] ,где использованы поправочные коэффициенты по задней и передней поверхностямлезвия: (vз и (vп – на скорость главного движения; (Нз и (Нп – на глубину фрезерования; ((з и ((п – на затупление режущей кромки; ((з и ((п – на величину заднего угла; ((з и ((п – на угол резания. Поправочные коэффициенты на угол резания оказывают основное влияниена силы по передней поверхности лезвия, но они оказывают, хотя и меньшеевлияние, на силы по задней поверхности. Значения коэффициентов приведеныниже.|Угол резания (, град |50 |55 |60 |65 |70 ||((з |1 |1,01 |1,03 |1,08 |1,15 ||((п |1 |1,16 |1,29 |1,38 |1,45 | Поправочные коэффициенты на задний угол и затупление режущих кромоклезвий оказывает главное влияние на силы, действующие по заднейповерхности лезвия, но они влияют и на силы по передней поверхности.Значения коэффициентов приведены ниже.|Задний угол (, град |8 |9 |10 |11 |12 ||((з |1,09 |1,03 |1,0 |0,94 |0,91||((п |0,89 |0,96 |1,0 |1,01 |1,02|| | | | | | ||Радиус закругления (, мкм|15 |25 |35 |45 |55 ||((з |1 |1,76 |2,27 |2,65 |2,96||((п |1 |0,73 |0,62 |0,54 |0,49| Таким образом, результаты опытов многих исследователей подтверждаютвзаимосвязь сил, действующих по передней и задней поверхностям лезвия. Развитие теории резания древесины в современных условиях. Резаниедревесины – сложный процесс. При изучении такой процесс в современныхусловиях принято рассматривать как технологическую систему (ТС),состоящую из нескольких взаимосвязанных и относительно неделимых частей,образующих единое целое. Технологическая система "процесс резания"состоит из четырех частей, называемых подсистемами (рис. 2): заготовки,условий резания, станка, режущего инструмента. Подсистемы технологической системы пронизаны между собой причинно-следственными связями и влияют на функционирование друг друга. Подсистемытолько относительно неделимые части. При отдельном их рассмотрении каксистем в каждой из них можно выделить свои подсистемы как условно неделимыечасти. Заготовку можно характеризовать следующими условно неделимымичастями: породой, влажностью, плотностью, прочностью, упругостью,пластичностью, температурой, размерами и др. Режущий инструмент включает такие элементы как угол заострения,количество лезвий, остроту режущих кромок, физико-механические свойстваматериала зубьев, шероховатость поверхности лезвий, длину режущих кромок идр. Станок включает следующие элементы: механизм главного движения свращательным или возвратно-поступательным движением, механизм подачи,механизм базирования, количество рабочих движений и последовательность ихвыполнения, толщину и ширину срезаемого слоя, угол резания, заднийугол, угол встречи (наклона, скоса) режущей кромки лезвия с волокнамидревесины, скорость главного движения и движения подачи, силы резания итрения, мощность приводов и др. Условия резания представляют собой совокупность условий, относящихсяк заготовке, режущему инструменту и станку, необходимых и достаточных дляосуществления требуемого процесса резания. Если условия резания изменить,то и остальные подсистемы (заготовка, инструмент, станок) следует изменитьтак, чтобы они обеспечили реализацию процесса резания. Если изменитьпараметры заготовки, например древесина ее будет мерзлая, в которойсвободная влага находится в твердой фазе, то другие части системы тожедолжны быть изменены. Режущий инструмент, станок и условия резания должныобеспечить выполнение процесса резания. Таким образом, изменение любойподсистемы отразится на состоянии других подсистем. При синтезе подсистемы объединяются в единое целое, где разрозненныефакторы взаимодействуют совместно. Совместное взаимодействие факторов, ихпричинно-следственные связи создают общий положительный эффект системы,превышающий сумму положительных эффектов, создаваемых отдельными факторами.Библиографический список 1. Панченко К.П. Русские ученые – основоположники науки о резанииметаллов. Жизнь, деятельность и избранные труды И.А. Тиме, К.А. Зворыкина,Я.Г. Усачева, А.Н. Челюскина. – М.: Машгиз, 1952.– 320 с. 2. Брикс А.А. Резание металлов, 1896. 3. Дешевой М.А. Механическая технология дерева.– Л.: Гостехиздат,1934. – Т. 1. 4. Воскресенский С.А. О разграничении силы среза и давления настружку: Сб. науч.-исслед. работ. – Архангельск, ЦНИИМОД, 1940. 5. Воскресенский С.А. Резание древесины. – М.: Гослесбумиздат, 1955. 6. Бершадский А.Л. Основные вопросы наивыгоднейшего продольногопиления древесины: Диссертация. – Минск, 1951. 7. Бершадский А.Л. Резание древесины. – М.: Гослесбумиздат, 1956. 8. Ивановский Е.Г. Книга о резании древесины // Деревообрабатывающаяпром-сть. – 1956. – №5. – С. 28. 9. Кивимаа Е. Усилие резания в деревообработке. Hols aks Roh-undWerkstoff. – 1952. – III. – №3. 10. Бершадский А.Л. Определение удельной работы резания древесины //Механическая обработка древесины. – 1940. – №3. 11. Бухтияров В.П. О силах отжима при продольном фрезеровании//Лесной журнал. – 1959. – №3. 12. Комаров Г.А. Исследование поперечного фрезерования древесины:Диссертация. – М.: МЛТИ, 1963.----------------------- Рис. 1. Эпюры нормальных давлений материала на переднюю поверхность лезвия: а – по И.А. Тиме; б – по П.А. Афанасьеву[pic] Рис. 2 . Технологическая система "процесса резания" ТС "процесса резания" Станок Режущий инструмент Условия резания Заготовка




Похожие:

История развития науки о резании древесины iconПрограмма государственного экзамена
Состав и строение древесины. Компонентный состав древесины. Особенности микростроения хвойной древесины. Особенности микростроения...
История развития науки о резании древесины iconПрограмма государственного экзамена
Состав и строение древесины. Компонентный состав древесины. Особенности микростроения хвойной древесины. Особенности микростроения...
История развития науки о резании древесины iconПрограмма государственного экзамена
Состав и строение древесины. Компонентный состав древесины. Особенности микростроения хвойной древесины. Особенности микростроения...
История развития науки о резании древесины iconАнтонова Ирина Александровна Номинация: исторические науки (история времен и народов, история религии, история культуры, история науки, археология) Тема: Принцип «золотой пропорции» в изделиях мастеров-камнерезов завода им.
Исторические науки (история времен и народов, история религии, история культуры, история науки, археология)
История развития науки о резании древесины iconПояснительная записка Цифровые образовательные ресурсы (презентации) «Древнейшая история Красноярского края»
Исторические науки (история времен и народов, история религии, история культуры, история науки, археология)
История развития науки о резании древесины iconПрограмма минимум кандидатского экзамена по курсу «История и философия науки» «Общие проблемы философии науки» Введение
Программа ориентирована на анализ основных мировоззренческих и методологических проблем, возникающих в науке на современном этапе...
История развития науки о резании древесины iconПрограмма минимум кандидатского экзамена по курсу «История и философия науки» «Общие проблемы философии науки» Введение
Программа ориентирована на анализ основных мировоззренческих и методологических проблем, возникающих в науке на современном этапе...
История развития науки о резании древесины iconВведение 2 история развития предмета экономической науки 3
Существует разветвленная система наук, которые изучают экономическую жизнь общества. Это и наука об общих прин­ципах и законах экономического...
История развития науки о резании древесины iconЛитература Акушерство (Вступительная лекция. История развития) лекция №1. Тема: вступительная лекция. История развития основные этапы развития акушерства Проблемы акушерской науки и практики на современной этапе

История развития науки о резании древесины iconПрограмма минимум кандидатского экзамена по курсу «История и философия науки» «История технических наук» Введение
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: история техники, история науки, история технических наук
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы