Quy trình nghiên cứu về lực và chất trong phay dọc gỗ

Lực, chất lợng và quá trình tạo phoi trong trờng hợp cắt dọc Trong cắt dọc, lực cắt P t có xu hớng song song với thớ gỗ.. + Sự biến dạng, ứng suất trong phoi khi cắt dọcQuá trình tạo thà

Họ và tên: Trần minh Tới Lớp: CH06 CBG,G

đẩy gỗ, lực cắt là bao nhiêu? khi đó chúng ta sẽ không thể thực hiện đợc quá trình phay gỗ Tơng tự, vấn đề chất lợng chúng ta cũng phải nghiên cứu, tìm hiểu để biết

đợc nguyên nhân gây ra chất lợng không tốt cho sản phẩm, để rồi từ đó đa ra biện pháp khắc phục cho phù hợp nhằm đạt đợc chất lợng sản phẩm tốt nhất

Phay là dạng cắt gọt chuyên dùng, bề mặt gia công đợc tạo ra là mặt phẳng, mặt cong có gợn sóng Dao cụ cắt xoay tròn, cắt một lớp gỗ thành những phần tử nhỏ (phoi) có dạng hình "lỡi liềm"

Nghiên cứu về vấn đề này có các nhà nghiên cứu nh: GS.TS.Кряжев,

GS.TS.Обливин, PGS TS Hoàng Nguyên

1 Lực, chất lợng và quá trình tạo phoi trong trờng hợp cắt dọc

Trong cắt dọc, lực cắt P t có xu hớng song song với thớ gỗ Mối liên kết các thớ gỗ theo chiều bên nhỏ hơn mối liên kết theo chiều dọc, do đó các thớ gỗ thờng

bị lực P t làm tách phần tử của phôi thành phoi theo chiều ngang thớ Mặt cắt thờng cùng chiều thớ gỗ Trong cắt dọc thờng gặp ba dạng phoi sau đây: dạng dải (bề mặt không bị gãy nứt) (hình 01a), dạng xoắn ốc nhiều cạnh (hình 01b), dạng bị bẻ gẫy (hình 01c)

+ Sự biến dạng, ứng suất trong phoi khi cắt dọc

Quá trình tạo thành một phoi trong cắt dọc, đợc xảy ra trong ba giai đoạn: thứ nhất từ thời điểm dao ăn vào gỗ đến thời điểm phoi bắt đầu gẫy (hình 01), với đoạn

đờng của dao là x1, giai đoạn thứ hai là khi phoi bắt đầu gãy cho đến lúc bị gãy hoàn toàn, với đoạn đờng của dao là x2, cuối cùng là dao đẩy và bẻ cong phoi với

đoạn đờng của dao là x3 (hình 01a) Sự biến đổi lực trong các giai đoạn đó thể hiện

ở hình 01b

Trớc hết xét dạng tổng quát (hình 01c) Dao A tác dụng lên gỗ tạo thành phoi,

phoi bị uốn, gây ra nội ứng suất và biến dạng theo quy luật phơng trình cos (hình 01c) Ngoại lực Q t phải cân bằng với tổng nội ứng suất, vậy:

x

0

Theo định luật đàn hồi, ứng suất k׀׀ có thể biểu thị qua đại lợng: E - mô đun đàn

hồi của gỗ; Y - độ biến dạng của phoi; L - chiều dài phoi, theo công thức sau:

b c

Hình 01 Quy luật về lực và ứng suất trong phoi ở trờng hợp cắt dọc

a sơ đồ biến dạng trong phoi cắt dọc;

b quan hệ lực với quãng đờng đi trong cắt dọc;

c quan hệ giữa dao và gỗ trong cắt dọc;

Dời Q t về mặt nn0, chúng ta đợc lực Q t, mô men M0 = Q t L Dời P t về mặt phẳng nn0 đợc mô men M p = P t y (hình 01c) Lực P t có tác dụng nén các phần tử phôi kể cả ở n và n0 Mômen M0 và M p có tác dụng uốn phoi, tại n0 phoi bị kéo, tại

n phoi bị nén Lực Q' t làm cho các phần tử phoi xê dịch Song ở đây có thể bỏ qua các hiện tợng xê dịch đó, vì mối liên kết dọc thớ của gỗ rất lớn so với các chiều khác và xem nh nn0 vuông góc với nf Hiện tợng trợt các phần tử phoi do Q' t gây ra không đáng kể, mà chủ yếu là lực Q' t cùng với M0 và M p tách phoi với phần còn lại của phôi theo mặt n 0f

+ Các trờng hợp tạo phoi và chất lợng gia công trong cắt dọc

- Trờng hợp phoi thành dải, bề mặt không bị rạn nứt.

Trờng hợp này xảy ra khi  k׀׀ < [kgỗ] Xét hình 01, khi dao đi đợc một quãng

đờng x1, phoi tạo ra bị uốn, có góc xoay là θ, đại lợng uốn là y1 Theo công thức (1.5) khi giá trị x = 0 thì:

Mặt khác, ứng suất tách giữa phoi và phần còn lại của phôi theo lý thuyết đàn hồi

có thể biểu thị theo công thức sau:

Q P tg

+

ở đây: M = M Qt + M pt. Theo hình 01, chúng ta có:

Để tìm đợc giá trị l, chúng ta biện luận nh sau: theo điều kiện uốn dẻo thì hệ

mômen trên làm cho phoi bị cong, song ứng suất của hệ mômen gây ra mới chỉ đạt

đến giá trị ứng suất uốn dẻo của gỗ, vậy:

hw

-+

 [k] (1.14)Thay (1.14) vào (1.10), sau khi biến đổi toán học chúng ta đợc:

W - mômen chống uốn của phoi

Thay giá trị của l vào công thức (1.11), sau khi biến đổi toán học chúng ta có:

- Trờng hợp phoi thành từng vòng xoắn, bẻ cong, không bị bẻ gãy

Trờng hợp này, quá trình tạo thành phoi diễn ra nh sau: theo bớc chuyển động của dao, các phần tử gỗ ở mặt dới phoi bị kéo, nhng tại no không đạt đến ứng suất

12

xL

B

CM

M

n2

Hình 02 Dạng phoi và lực trong quá

trình tạo thành phoi trong cắt dọc

QQ

1

n1

tới hạn Mặt trên bị nén nhiều, nhng không đạt tới giới hạn ứng suất nén phá huỷ Dao làm tách mối liên hệ phần phôi dới bề mặt cắt với phoi, tức là giữa thành phẩm

và phoi

Quá trình này diễn ra nhanh hơn so với sự diễn biến của hiện tợng kéo, nén trong phoi, khi chúng cha đạt đến giá trị ứng suất phá huỷ gỗ, tạo thành phoi dạng xoắn vòng (hình 02) Chiếu St theo chiều bị uốn của thớ gỗ, ta đợc lực N, lực N tạo

thành với phơng thẳng đứng một góc θ và lực P t cũng tơng tự, tạo với phơng ngang một góc θ Chúng ta có:

t t

Q S sin

=

N = St sin(f+θ) hay là: N = Qc (cosθ + cotg sinθ) (1.21)

ở đây vị trí của điểm đặt lực, so với trờng hợp trớc có phần lùi về phía trái, tức là có khoảng cách từ điểm đặt lực đến vị trí phoi bị bẻ gãy ngắn hơn chiều dài phoi Ta gọi vị trí điểm đặt lực đó là a, khoảng cách từ vị trí a đến điểm n0 là L - x1 Đại l-ợng y, ở đây đợc tính theo công thức sau:

t 3

Tích θy2 cũng rất nhỏ có thể xem θy2 = 0, mặt khác mômen M có thể biểu thị qua

ứng suất uốn dẻo theo công thức sau:

2

ud //

h M

//

2 Sx ctg J

E S

Giải đồng thời ba công thức (1.28, 1.30), (1.31), rút ra công thức xét lực Q t nh sau:

H×nh 03 C¸c d¹ng phoi trong trêng hîp c¾t däc

a d¹ng phoi biÕn d¹ng dÎo;

b d¹ng phoi cuén trßn kh«ng bÞ g·y;

c d¹ng phoi bÞ g·y

Giai đoạn một thực chất nh trờng hợp phoi một - phoi tạo thành dải (hình 03a) Song cần lu ý ở đây lực tăng từ lúc bắt đầu cắt, tức là với giá trị k׀׀ không đến giá trị [kgỗ] cực đại, để chuẩn bị tiến sang giai đoạn hai - giai đoạn bẻ phoi Chúng

ta có thể dùng công thức (1.20), với giá trị trung bình, tức là 0,5 P t

Giai đoạn hai thực chất là quá trình uốn và bẻ phoi Nhng ở đây thay vào ứng suất uốn dẻo của ngoại lực gây ra trong phoi là ứng suất kéo, uốn tới hạn của gỗ

Nh vậy, chúng ta có thể dùng công thức (1.31) nhng thay  uđ׀׀ = u׀׀ và xét giá trị trung bình của nó tức là 0,5 P t

Giai đoạn ba, thực chất lúc này phoi đã tạo xong, dao chỉ thực hiện một bớc chuyển động của dao và chuẩn bị tạo phoi mới Lực trong giai đoạn này không lớn, theo kết quả thí nghiệm chỉ đạt 1/3 ữ 2/3 giá trị lực ở giai đoạn hai Nh vậy, lực trong trờng hợp này có thể lấy giá trị trung bình trong cả ba giai đoạn

Chất lợng phoi trong trờng hợp này rất kém, các bề mặt không nhẵn

+ Kết quả thí nghiệm về cắt dọc

Hình 04 Quan hệ lực cắt với chiều dày phoi trong cắt dọc

Để khảo sát các thành phần lực trong cắt dọc, chúng ta thấy rằng: lực P t phụ thuộc vào chiều dày phoi không phải ở dạng bậc nhất nh trong cắt bên Lực P t có liên quan với h theo dạng đờng cong Mức tăng lực có xu hớng giảm khi tăng h

Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu (hình 04)

2 Quy trình nghiên cứu về lực và công suất trong phay dọc.

Trong phay dọc, mỗi lỡi cắt làm nhiệm vụ dao cắt nh trong cắt gọt cơ bản Dạng cắt gọt là dạng cắt hở Song điều khác ở đây là điểm đặt và chiều của lực Lực P tạo với mặt phẳng ngang một góc ϕ0/2 và lực Q cũng tạo với mặt phẳng

đứng một góc ϕ0/2 Do đó lực đẩy gỗ (hoặc cản đẩy gỗ) đợc tính theo công thức sau:

Đặt Qđ = mPN, trong phay m = 0,2ữ1,0 Các loại lực trong phay dọc này là:

a) Lực cắt tiếp tuyến - Lực cắt tức thời giữa gỗ và dao biến đổi khi cắt một phoi:

P = K.B.uzsinϕ0 (2.3)

Nếu K, u z và B không đổi, ϕ thay đổi, rõ ràng lực P thay đổi (hình 05b) Khi phay

ngợc chiều, lực P bằng không lúc bắt đầu cắt và đạt giá trị cực đại lúc kết thúc cắt

một phoi và khi phay cùng chiều thì ngợc lại Lực P tb đợc xác định bằng đồ thị nhờ phơng pháp tích phân hoặc tính lực theo công thức sau

z tb

KBU H P

Ptb KBUz H

Đ

= (2.5) Lực tiếp tuyến cực đại có thể tính gần đúng là:

Pmax≈ 2Ptb= 2KBUz U z

D (2.6)

b) Lực vòng - lực cắt gọt trung bình Pv Lực cắt gọt tức thời chỉ xuất hiện trong giai

đoạn dao tiếp xúc với vật cắt, khi tạo phoi

Trong một vòng quay của trục dao, dao chỉ tiếp xúc với gỗ ở những giai đoạn nhất

định, có những giai đoạn dao không tiếp xúc với gỗ, không tạo ra lực Vậy lực trung bình trong một vòng quay của trục dao sẽ là:

PtbZL = PvπD (2.7)

Từ đó lực vòng tiếp tuyến trung bình trong một vòng quay của trục dao là:

v tb π tb φ0

Z LZ

hay là: z

v

KBHU Z P

.D

=

Có thể xác định P v theo phơng pháp cân bằng diện tích (hình 01b)

c) Lực theo chiều xuyên tâm Q Lực Q có thể là lực kéo hoặc lực nén lỡi dao Q

cũng thay đổi theo chu kỳ cắt một phoi và trong một vòng quay của trục dao Sự thay đổi của lực này đợc ghi ở đồ thị (hình 05c) Để thuận tiện cho tính toán ngời

Giá trị tức thời của lực Q có thể tính theo giá trị tức thời của lực P.

d) Công suất trong phay dọc Trong phay dọc, lợng H nhỏ hơn nhiều so với bán

kính (1/25), vì vậy góc 0 khá nhỏ Quá trình cắt gọt ở đây gần với quá trình cắt dọc trong cắt gọt cơ bản Công suất cắt gọt có thể dùng công thức trong cắt gọt cơ bản ở đây có dạng sau:

c

PBHU N

60 102 9,81

=

ì ì hay là: c

P Dn N

3 Quy trình nghiên cứu về chất lợng bề mặt gia công của quá trình phay dọc.

Nói đến chất lợng gia công là nói đến hai nội dung chủ yếu: chất lợng bề mặt gia công và độ chính xác gia công Hai nội dung này xét trong phạm vi chính xác cao và kích thớc nhỏ - tế vi, chúng có liên quan chặt chẽ với nhau, song với kích thớc lớn chúng có khác nhau Cần lu ý chất lợng gia công có liên quan mật thiết đến chất lợng thành phẩm, bởi mục tiêu cuối cùng của công nghệ gia công là thành phẩm Nghiên cứu về vấn đề này có nhiều nhà khoa học tham gia, song hai công trình nổi tiếng nhất là của hai GS TS Буглаи Б М Манжос Ф М

- Độ lồi lõm do dấu vết của dao cắt trên bề mặt gia công

- Độ lồi lõm do chuyển động cơ học của dao cắt

- Độ lồi lõm do các phần tử gỗ bị phá hủy

- Độ lồi lõm do đàn hồi không đều của vật cắt

- Độ lồi lõm động học, rung động của máy

3.2 Đánh giá trị số không nhằn trong gia công gỗ.

Từ kết quả nghuên cứu GS TS Буглаи Б М đã đa ra đợc bảng phân loại

độ không nhẵn trong lĩnh vực gia công chế biến gỗ Theo Ông nếu phân theo dạng lồi lõm, độ nhẵn bề mặt gia công đợc chia làm 5 nhóm: lợn, sóng, nhấp nhô, sóng

và nhấp nhô cuối cùng là lợn sóng và nhấp nhô (hình 06b) Tất cả các dạng lồi lõm trên đợc đánh giá theo trị số bình quân gia quyền các giá trị lồi lõm lớn nhất (hình

max1 max2 max3 max n max

3.3 Phân cấp độ nhẵn trong gia công gỗ

GS TS Б.М.Буглай đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu công nghệ, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 àk và thấp nhất là 1600 àk Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công (bảng 3.1) Để đo độ nhẵn bề mặt gia công ngời ta dùng

đồng hồ đo độ dài - micromet, phổ biển là dùng dụng cụ quang học chuyên dùng

do GS TS Буглаи Б М nghiên cứu chế tạo ra chúng ta sẽ xem xét nó ở phần sau

Bảng 3.1 Phân cấp các loại độ nhẵn bề mặt gia công

Cấp độ nhẵn

Độ nhấp nhô lồi lõm H max (àk)

Ký mã hiệu cấp đỗ nhẵn

3.4 Công trình nghiên cứu về độ nhằn trong gia công gỗ GS.TS Б.М.Буглай

Cho đến nay trong lĩnh vực độ nhẵn bề mặt gia công ngời đã có nhiều công sức nghiên cứu nó vẫn là GS.TS Б.М.Буглай và học trò của ông đã nghiên cứu sâu hơn tững tĩnh vực

3.5 Khái niệm độ không nhẵn bề mặt gia công gỗ.

LợnSóng

Nhấp nhô

Sóng vànhấp nhô

Lợn, sóng

và nhấp nhô

t

ta.

Hmax

b.

Hình 06 Các dạng lồi lõm của bề mặt gia công và cách đánh giá

Về mặt lý thuyết GS.TS Б.М.Буглай đã có định nghĩa độ nhẵn bề mặt gia công sau:

Độ nhẵn bề mặt gỗ đợc gia công là mức độ phù hợp độ phẳng của chi tiết sau khi

đợc gia công so với bề mặt theo lý thuyết hình học của chi tiết Bề mặt có thể là mặt phẳng, tròn xoay, mặt cầu

Bề mặt thực của chi tiết thì bao giờ cũng không nhẵn bởi các yếu tố công cụ, máy, chế độ gia công và ngay cả với nguyên vật liệu gia công - gỗ

Từ đó đặt ra cho chúng ta là phải làm gì ? phải xem xét các yếu tố đó trong quá trình gia công để đạt độ nhẵn theo lý thuyết

+ Sơ đồ không nhẵn của bề mặt

- Vết gia công:

* Trong phay dọc

-Không nhẵn do đàn hồi phục hồi vị trí cũ của gỗ

* Độ cứng khác nhau đàn hồi khác nhau

Tất nhiên có thể phân ra

-Độ không nhẵn thô đại do cấu trúc của máy, chế độ gia công mà tạo ra vệt dài.-Độ không nhẵn tế vi

3.6 Phơng pháp nghiên cứu.

* Dùng lý thuyết cộng với thống kê thí nghiệm

Lý thuyết lấy giá trị Hmax cho tất cả các trờng hợp gia công

Đối với các dạng gia công

Trong ca xẻ H max

Trong phay, tiện H max

Trong đánh nhẵn H max

Trong khoan H max

Trong đột đục lỗ H max

* Thực nghiệm theo xác xuất thống kê

+ Phong pháp đo

Dụng cụ đo

Có 3 loại chủ yếu sau đây GS.TS Б.М.Буглай

$ Đồng hồ đo - Indicator

$ Công cụ quang học

3.7 Kết quả nghiên cứu.

3.7.1.Từ nghiên cứu GS.TS Б.М.Буглай đã đa ra bảng 3.1 phân cấp độ

Xd

Hình 07 Nguyên lý máy đo độ lồi lõm của bề mặt trong gia công

bằng quang học

yếu tố tham gia trong quá trình cắt gọt ở các dạng gia công khác nhau áp dụng chế

độ gia công theo chất lợng bề mặt gia công

Hmax = A + B h (3.2)

3.7.2 Kết quả nghiên cứu về độ nhẵn bề mặt gia công gỗ

Với phơng pháp nh đã trình bày ở trên GS.TS Б.М.Буглай đã đo độ không nhẵn của bề mặt gia công hầu nh trên các máy gia công Chúng ta hãy xem xét kết quả một số trờng hợp phổ biến nh sau:

Bảng 3.2 Độ dài bớc sóng nhấp nhô cơ học trong phay dọc

theo đờng kính dao và cấp độ nhẵn

5,05,56,06,57,0

6,57,07,58,08,5

9,0 10,0 10,5 11,0 12,0

1112131415

Bảng 3.3 Cấp độ nhẵn gia công gỗ với loại giấy đánh nhẵn

Đạng gia công Dạng đ/nhẵn Cấp đ/nhẵn Trị số đ/nhẵn Tốc độ ăn dao

∇G àk mm+Ca sọc gỗ lá kim

+Phay

Thô

Thô

Bán tinhTinh

15-67-89

1600-1250 315-100 100-30 30-16

2-1,4 2-1,8

Bảng 3.4 Độ nhấp nhô của bề mặt gia công gỗ trong phay dọc - ngang

6080100200300420

80140250340450470

80120250300500550

7090170230300400

6080100170250340

306080110200320

3045601002003203.7.3 Công trình nghiên cứu của GS TS Ф.М.Манжос GS TS Ф.М.Манжос đã nghiên cứu độ chính xác gia công hầu hết các máy chế biến

gỗ và đã đa ra độ sai lệch kích thớc khi gia công gỗ

Các cấp dung sai có mối liên hệ nh sau: nếu gọi δ là dung sai cấp 2 và độ chính xác i = δ, thì dung sai của cấp chính xác bậc 1 sẽ là i = 0,5δ và bậc 3 sẽ là:

i = 2δ

Bảng 3.5 Dung sai gia công chi tiết gỗ, kích thớc i = δ

U z , độ sâu bớc sóng H max , độ tù của lỡi dao bởi đó là các yếu tố quyết định lên…chất lợng của sản phẩm trong quá trình phay.

Trong phay dọc xuất hiện nhấp nhô động học của quá trình phay dạng gợn sóng, các thớ gỗ bị phá huỷ, bị xớc, đàn hồi Trên mặt cắt dọc của chi tiết xuất hiện những gợn sóng, mỗi bớc sóng, tơng ứng với một lợng ăn dao U z (hình 08) Độ sâu của bớc sóng H max đợc tính nh sau:

trục gá dao chỉ có một lỡi dao Thực tế bao giờ cũng có sự sai lệch của quá trình

đặt dao cho nên độ dài bớc sóng sẽ khác nhau, kéo theo H max thay đổi Vậy phải xác định độ dài bớc sóng e1 lớn nhất và là bớc sóng có độ sâu H max lớn nhất

Chúng ta có e1 với số lỡi dao bằng 2 là:

n 1

n

U R e

π τ

ở đây: τ = R max - R min sai số lắp dao; U n - lợng đẩy gỗ một vòng quay trục phay

Để thuận tiện cho việc xác định e chúng ta dùng đồ thị (hình 08) Công thức (3.5)

và (hình 08) có thể áp dụng cho ổ dao có nhiều lỡi dao