Bài giảng nguyên lý cắt gọt gỗ : Lực và hình thái phoi trong cắt gọt cơ bản part 1 doc

Lực và hình thái phoi trong cắt gọt cơ bản -Lực cắt xuất hiện tại 3 khu vực : vùng tiếp xúc của mặt trước của dao cắt và phoi, vùng tiếp xúc của mũi dao cắt và phoi, vùng tiếp xúc của mặ

2.1 Định luật tổng quát cắt về lực trong cắt gọt cơ bản

Sơ đồ tổng quát lực trong cắt gọt cơ bản

Ph = Pm + Pt + Ps

Qh = Qm + Qt + Qs

Ft

Fm

Fs

Qt

Ft = Pt + Qt

Fm = Pm + Qm

Fs = Ps  Qs

Chương 2 Lực và hình thái phoi trong cắt gọt cơ bản

-Lực cắt xuất hiện tại 3 khu vực : vùng tiếp xúc của

mặt trước của dao cắt và phoi, vùng tiếp xúc của

mũi dao cắt và phoi, vùng tiếp xúc của mặt sau của

dao cắt và phoi

- Lực cắt trong cắt gọt cơ bản là lực được tổng hợp

từ 3 khu vực tiếp xúc giữa dao và gỗ như trên

2.2 Phân tích và xác định lực trong cắt gọt cơ bản

2.2.1 Lực tác dụng lên mũi cắt của dao

H×nh 2.2 Lùc t¸c dông lªn mòi c¾t

Trong phần trên chúng ta đã biết mũi cắt

có tác dụng phân tách phoi ra khỏi phôi

theo mặt ranh giới là mặt cắt Xét hình

bên chúng ta thấy ở cung bnc của mũi cắt

chịu áp lực p như nhau Chia cung bc

thành hai phần, bn nằm trên mặt cắt và nc

nằm dưới mặt cắt Trên cung nc lấy một

góc vi phân dβ1, chúng ta có cung vi phân

.dβ1, tổng áp lực p.β1 (bề rộng B = 1)

Khi dao chuyển động, dưới tác dụng của

tổng áp lực p.β1, xuất hiện lực ma sát

f.p β1, (f là hệ số ma sát), chiếu hai

thành phần lực đó theo phương tốc độ V

và vuông góc với nó Chúng ta có:

dQ  p .sin   d   f.p .cos   d 

Lực tác dụng lên mũi cắt phụ thuộc gỗ, độ độ tù  và các thông số góc của dao cắt

Pm = p..[( cos + sin) + f.( sin  - cos +2)]

Qm = p..[( sin - cos + 2) - f.( cos  - sin )]

Cũng tiến hành tương tự, đối với bn chúng ta có:

dp  p .cos   d   f.p .sin   d 

dQ  p .sin   d   f.p .cos   d 

Tổng hợp các thành phần lực trên theo hai chiều ta được:

p .cos   d   f.p .sin   d  p .cos  2.d  2 f.p .sin  2.d 2

+

dQ  dQ  dQ

p .sin   d   f.p .cos   d 

p .sin d f.p .cos d

       

Lực tác dụng lên mũi cắt sẽ là tích phân của lực dpm và dQm, trong đó đối với dp1

và dQ1 giới hạn từ 00 đến 900 + α, còn đối với dp2 và dQ2 giới hạn từ 00 đến γ Sau khi tích phân và biến đổi toán học, chúng ta có lực Pm, Qm ở mũi cắt là:

2.2.2 Lực tỏc dụng lờn mặt trước của dao

Lực tỏc dụng lờn mặt trước dao dao cắt

Lực tác dụng lên mặt trước hình

thành theo hai giai đoạn.

+ Giai đoạn một: là giai đoạn từ khi

phoi bắt đầu trượt vào mặt trước cho tới

khi sự tiếp xúc giữa phoi và mặt trước

bắt đầu ổn định

Coi tổng áp lực tác dụng lên mặt

trước của dao ở giai đoạn này là N1, lực

ma sát là F1 Chiếu N1và F1 lên phương

chuyển động của dao ta có lực cắt ở mặt

trước, chiếu N1và F1 lên phương vuông

góc với phương chuyển động của dao ta

có lực đẩy ở mặt trước

+ Giai đoạn thứ hai: là khi dao đi được quóng đường x2, tương ứng với tổng lực tỏc dụng lờn mặt trước khụng đổi, vựng tiếp xỳc a2b2 ổn định, ỏp lực trờn mặt trước a2b2 tương đối ổn định và phõn bố coi như đồng đều

Lực Pt có tác dụng nén phoi, lực

Qđ có tác dụng uốn phoi Dưới tác

dụng của lực cắt Pt thì phoi bị nén,

sinh ra thành phần lực phụ Q,đ cùng

chiều với Qđ

Lực tác dụng lên mặt trước dao dao cắt

Coi tổng áp lực tác dụng lên mặt

trước của dao ở giai đoạn này là N2,

lực ma sát là F2 Chiếu N2và F2 lên

phương chuyển động của dao ta có

lực cắt ở mặt trước Pt, chiếu N2và F2

lên phương vuông góc với phương

chuyển động của dao ta có lực đẩy ở

mặt trước Qđ

Coi ỏp suất trờn đoạn ab là cố định (xột trờn một đơn vị bề rộng của cạnh

cắt B = 1) Vậy tổng ỏp lực ở mặt trước sẽ là:

N = ab.c ; hay là: c

x N

cos

 



Lực ma sỏt F là: F N.f c.f. x

cos

  



Qđ = Qđ1, + Qđ2, = c.h.tgδ(1- ftgδ) + µ  c h tgδ (tgδ +f)

Theo phương V:

Qđ1, = c.x.(1- f tgδ) ≈ c.h.tgδ(1- ftgδ)

Theo phương vuông góc với V:

Pt =  c x (tgδ +f) ≈  c h tgδ (tgδ +f)

ở đây: c - ứng suất chèn dập; x - là quãng đường đi

Dưới tác dụng của lực Pt phoi bị nén Vì vậy, theo chiều lực Qđ, còn có một thành phần lực phụ, lực phụ đó là: Qđ2, = µPt

Vậy theo phương vuông góc với V, ta có:

Từ công thức, chúng ta thấy, lực tác dụng lên mặt trước của dao phụ thuộc vào góc cắt, hệ số ma sát, tức là phụ thuộc vào độ ẩm, chất lượng bề mặt của mặt trước dao, phụ thuộc vào ứng suất  c, tức là tính chất của gỗ, loại gỗ… cuối cùng phụ thuộc vào quãng đường đi, trong giai đoạn đầu dưới dạng phương trình bậc nhất Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu của A.E.Dôlatarep và nhiều tác giả khác Song ở giai đoạn 2 thì lực tác dụng lên mặt trước của dao cắt

không phụ thuộc vào x nữa mà phụ thuộc vào chiều dày phoi h, tức là lúc ứng

suất ổn định Lực tác dụng lên mặt trước của dao, không phụ thuộc vào độ tù dao

2.2.3 Lực tác dụng lên mặt sau của dao

Mũi cắt của dao luôn tồn tại độ tù hữu hạn, do đó sau quá trình cắt thì lớp gỗ ở

bề mặt cắt sau khi bị nén sẽ đàn hồi trở lại, khi đó gây nên áp lực và ma sát.

Gỗ có tính dị hướng, dị tính nên các hiện tượng sảy ra ở mặt sau với các

trường hợp cắt khác nhau là không giống nhau, ta có thể phân ra hai trường hợp để nghiên cứu:

+ trường hợp cắt bên và cắt dọc + trường hợp cắt ngang.

a Khi cắt bên và cắt dọc

Tại m bất kì trên mặt sau cd, ta có ứng suất tại m do gỗ gây ra là:

No = C# y Trong đó:

C# - hệ số dàn hồi của gỗ (N/cm3)

y - lượng nén ứng với vị trí m

Chiếu thành phần áp lực N và ma sát

F lên phương cắt gọt, ta có thành phần lực

cắt như sau:

Ps = C#.2 cos ( f- tg )/ 2tg

Chiếu thành phần áp lực N và ma sát

F lên phương vuông góc với phương cắt

gọt, ta có thành phần lực đẩy như sau:

Qs = C#.2 cos2 ( 1 + f )/ 2tg

Tổng áp lực và lực ma sát trên mặt sau là:

N = C#. 2 ( 1- sin 2  )/ 2sin

F = f.N = f C#. 2 ( 1- sin 2  )/ 2sin

Từ hai công thức, ta thấy lực tác dụng lên mặt sau của dao cắt, khi cắt bên và

cắt dọc phụ thuộc vào: hệ số đàn hồi C, mà hệ số đàn hồi C phụ thuộc vào loại

gỗ, độ ẩm, cấu tạo gỗ v.v Vì vậy, Ps và Qs cũng phụ thuộc vào các yếu tố này Lực Ps và Qs phụ thuộc vào độ tù , với số mũ bậc 2, phụ thuộc vào hệ số ma sát

và góc α, điều đáng chú ý là lực tác dụng lên mặt sau dao cắt không phụ thuộc vào chiều dày của phoi h Trong trường hợp này, áp lực ở mặt sau có xu hướng nén các

phần tử gỗ ở mặt cắt, làm cho các phần tử vật chất gỗ sít lại với nhau Nếu ứng suất nén do ngoại lực gây ra,  n   ng, áp lực đó làm cho bề mặt gia công nhẵn hơn Nếu trên giới hạn phá huỷ, thì làm các thớ gỗ bị nứt, xơ, từng phần tử bị nhăn hoặc bong lên, chất lượng gia công kém

b Khi cắt ngang

Khi dao chuyển động thực hiện

quỏ trỡnh cắt gọt, cỏc thớ gỗ bị

uốn cong và xoay đi so với vị trớ

ban đầu một gúc 

Giỏ trị gúc  phụ thuộc vị trớ của

thớ gỗ, tớnh chất gỗ và trị số lực

trờn mặt sau

Lực tác dụng lên mặt sau dao trường hợp cắt ngang

Sau khi dao chuyển động, cỏc thớ sau khi bị uốn cú xu hướng đàn hồi trở lại vị trớ ban đầu, trong quỏ trỡnh đàn hồi trở lại đú cỏc thớ gỗ trà sỏt, tỏc động một lực lờn mặt sau của dao

Lấy một thớ gỗ bất kì có

chiều dày x tại điểm m

trên mặt sau cd của dao

x là khoảng cách từ thớ gỗ

tới điểm 0

Xem thớ gỗ có chiều dày

x như một dầm chịu uốn

và bị biến dạng trong môi

trường đàn hồi gỗ

Theo Makenzi thì chiều dày này khoảng 1,0 mm, ứng suất uốn của thớ gỗ đó được tính theo công thức sau:

σ

3 max

V

2 u

E '

E

ở đây: E' - mô đun đàn hồi nén của nền; E - mô đun đàn hồi uốn của dầm.