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

Họ và tên: Trần minh Tới Lớp: CH06 CBG,G Môn: Nguyên lý cắt gọt gỗ Chuyên đề: Trình bầy quy trình nghiên cứu về lực và chất lợng trong phay dọc gỗ. Trong quá trình phay gỗ có rất nhiều vấn đề mà chúng ta cần phải quan tâm, trong đó vấn đề về lực và chất lợng trong phay dọc gỗ là vô cùng quan trọng, nó quyết định đến khả năng làm việc của máy và chất lợng của sản phẩm. Bởi vì, nếu chúng ta không biết về lực trong quá trình phay thì chúng ta không thể biết đợc lực 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., GS.TS., 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). 1 + 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 x 1 , giai đoạn thứ hai là khi phoi bắt đầu gãy cho đến lúc bị gãy hoàn toàn, với đoạn đờng của dao là x 2 , cuối cùng là dao đẩy và bẻ cong phoi với đoạn đờng của dao là x 3 (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 t k // 0 Q f( ) f (x)dx= = (1.1) 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: k = E # Y L (1.2) Về mặt toán học đờng biểu thị mối liên quan y = f(x) đó có dạng: Y = q.n. -px cos(s.x) (1.3) ở trờng hợp này Y đợc thể hiện theo công thức sau: - sx t 3 Q Y e cos(s.x) 2S EJ = (1.4) 4 C S 4E J = (1.5) e - cơ số lognêpe; J - mô men quán tính của phoi; C # - hệ số đàn hồi phần B 1 . 2 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 nn 0 , chúng ta đợc lực Q t , mô men M 0 = Q t .L. Dời P t về mặt phẳng nn 0 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 n 0 . Mômen M 0 và M p có tác dụng uốn phoi, tại n 0 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 nn 0 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 M 0 và M p tách phoi với phần còn lại của phôi theo mặt n 0 f . + Các trờng hợp tạo phoi và chất lợng gia công trong cắt dọc 3 - 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 x 1 , phoi tạo ra bị uốn, có góc xoay là , đại lợng uốn là y 1 . Theo công thức (1.5) khi giá trị x = 0 thì: t Q t1 1 3 // Q Y 2S E J = (1.6) Thay giá trị J và S 3 vào công thức trên, ta có: Q t11 3 3 // 3 Y 2Q E C h = (1.7) 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: t = C 1 1 t Q Y (1.8) Vậy: t = C 2Q t1 3 3 // // 3 E C h (1.9) Sau khi biến đổi toán học và chiếu các thành phần lực này theo chiều của tốc độ cắt V, chúng ta có: t1 t Q P tg = = 0,378 t // 0,75 4 E 1 h C tg (1.10) Nếu kể cả ảnh hởng của hệ mô men M Qt và M pt , thì giá trị của ứng suất của ngoại lực gây ra trong phoi sẽ là: t 1 3 // Q S.M Y 2S E J + = (1.11) ở đây: M = M Qt + M pt. Theo hình 01, chúng ta có: M Qt = Q t .1, còn pt t 1 1 M P .y tg = (1.12) 4 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: t t t. 1 1 3 !! Q Q S.1 S.Q Y / tg Y 2S JE + + = (1.13) Mặt khác: t// 1 Y C = và ud = t t 1 Q l Q Y tg W + = 1 t t 1 (l Y )Q P tg - hw + [ k ] (1.14) Thay (1.14) vào (1.10), sau khi biến đổi toán học chúng ta đợc: ud // 1 2 t // // ud// 1 C . .W(1 S.Y ) tg l S(2 .S E .J C W + = (1.15) Thay các giá trị của W, j, S qua h, chúng ta đợc công thức tính đại lợng l. 2 5 / 4 4 // // // 3 3 / 4 5 / 4 4 4 // // // // 3 // // 3 1 . . // 27 3 . . H ud ud t H H t H ud C C h h tg E l C C E h c h E E + = (1.16) Thay một số ký hiệu và sau khi giản ớc, chúng ta đợc công thức: 2 5/ 4 3/ 4 5/ 4 ah bh l C.h d.h + = (1.17) ở đây: a = ud// C ; b = 4 ud // t // // 3C 1 tg E ; d = 4 u // 3C C d E ; 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: 5 2 2,5 ud // t 5 / 4 1/ 2 H t t C tg (ch dh ) Q 6[aC tg h (bC tg d)h c = + + (1.18) Khi biết đợc lực Q t chúng ta có thể tính lực P t theo công thức sau: 2 2 ud // t t 5/ 4 1/ 2 H t t C tg (ch dh ) Q P tg 6[ac tg h (bC tg d)h c = = + + (1.19) Nh vậy, các công thức (1.18, 1.19) đặc trng cho quá trình động lực học trong cắt dọc, khi phoi bị uốn dẻo, thành từng dải mỏng, các bề mặt không hề bị rạn nứt, không bị gãy. Phoi ở đây có chất lợng cao, bề mặt gia công tốt. - 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 1 2 x L Q 2 P P1 Y A p B C M M n2 Hình 02. Dạng phoi và lực trong quá trình tạo thành phoi trong cắt dọc 6 Q Q 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 và lực P t cũng tơng tự, tạo với phơng ngang một góc . Chúng ta có: t t Q S sin = (1.20) N = S t sin(f+ ) hay là: N = Qc (cos + cotg sin ) (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 n 0 là L - x 1 . Đại l- ợng y, ở đây đợc tính theo công thức sau: t 3 // 1 Y (Q S.M) 2S E J = + (1.22) còn góc t 2 // 1 (Q 2S.M) 2S E .J = + (1.23) Chúng ta có mômen M ở đây là: M = N.bc hay là: x M N ac.tg cos = + mà aC = y 2 vậy: 2 x' M N y tg cos = + ữ (1.24) Đại lợng: N = S t sin ( +) hay sin( ) sin t Q N = + . 7 Từ đó, ta có: t N Q (cos cotg .sin )= + (1.25) Thay N từ công thức (1.25) vào công thức (1.24) chúng ta đợc: 2 t 3 2 sin M Q x (1 ctg .tg ) y sin ctg cos = + + + ữ ữ (1.26) giá trị rất nhỏ, từ đó chúng ta có thể xem tg sin và cos 1. và 2 0. Vì vậy, công thức (1.25) có thể biểu thị dới dạng sau: [ ] t 3 2 M Q x (1 cot g ) y= + + (1.27) Tích y 2 cũng rất nhỏ có thể xem y 2 = 0, mặt khác mômen M có thể biểu thị qua ứng suất uốn dẻo theo công thức sau: 2 ud // h M 6 = (1.28) Cân bằng phơng trình (1.28) và (1.29) chúng ta có: 2 ud // I h Q [x'(1 ctg )] 6 ì + = (1.29) Giá trị y của phơng trình (1.21) có thể tính theo công thức (1.7), thay M ở phơng trình (1.27) và (1.23), chúng ta có: t c 3 3 // Q [1 2Sx (1 ctg )] C 2S E J + + = (1.30) Mặt khác thay M vào công thức (1.24), bỏ qua giá trị nhỏ không đáng kể, chúng ta có: )]1(21[ 2 3 // 2 ctgSx JES Q t ++= (1.31) Giải đồng thời ba công thức (1.28, 1.30), (1.31), rút ra công thức xét lực Q t nh sau: 8 u // // 3 / 4 5 / 4 c 4 4 t 3 3 // 3C 27 Q h h 12 12 E C E = (1.32) Từ đó, chúng ta xác định đợc lực cắt theo công thức sau: 3 / 4 t 4 4 t t // ud // 3 3 Q 3C 1 27 P h tg tg E C E = (1.33) Về mặt chất lợng phoi trong trờng hợp này không cao, tuy không rạn nứt song th- ờng bị uốn tròn. Vì vậy, lúc trải ra dễ bị biến dạng, nhất là mặt trên. - Trờng hợp phoi bị bẻ gãy: xảy ra khi trong phoi k > [ kgỗ ], mặt dới của phoi bị gãy, mặt trên bị nén rất mạnh. Trong trờng hợp này quá trình tạo phoi xảy ra đúng theo ba giai đoạn nh đã nói ở trên (hình 01c và 03). Hình 03. Các dạng phoi trong trờng hợp cắt dọc a. dạng phoi biến dạng dẻo; b. dạng phoi cuộn tròn không bị gãy; c. dạng phoi bị gãy 9 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 10 Hình 04. Quan hệ lực cắt với chiều dày phoi trong cắt dọc [...]... các thành phần lực trong cắt dọc, chúng ta thấy rằng: lực Pt phụ thuộc vào chiều dày phoi không phải ở dạng bậc nhất nh trong cắt bên Lực Pt 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... đặt và chiều của lực Lực P tạo với mặt phẳng ngang một góc 0/2 và lực Q cũng tạo với mặt phẳng đứng một góc 0/2 Do đó lực đẩy gỗ (hoặc cản đẩy gỗ) đợc tính theo công thức sau: Qđ = Pcos 0 + Qsin 0 2 2 (2.1) và lực PN vuông góc với lực cản đẩy gỗ là: PN = Psin 0 + Qcos 0 2 2 (2.2) 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. .. dạng lắp ghép Trong qúa trình phay dọc gỗ thì chất lợng bề mặt là yếu tố hết sức quan trọng Nó quy t định đến chất lợng sản phẩm, tính thẩm mỹ của sản phẩm, vì vậy trong quá trình gia công chúng ta phải hết sức lu ý đến các yếu tố nh lợng ăn dao 21 Uz , độ sâu bớc sóng Hmax , độ tù của lỡi dao bởi đó là các yếu tố quy t định lên chất lợng của sản phẩm trong quá trình phay Trong phay dọc xuất hiện... Nhấp nhô Sóng và nhấp nhô Lợn, sóng và nhấp nhô t Hmax Hình 06 Các dạng lồi lõm của bề mặt gia công và cách đánh giá 3.4 Công trình nghiên cứu về độ nhằn trong gia công gỗ GS.TS .. 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 .. 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 16 Về mặt lý thuyết... v 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. .. mặt trong gia công bằng quang học 3.7 Kết quả nghiên cứu 3.7.1.Từ nghiên cứu GS.TS .. đã đa ra bảng 3.1 phân cấp độ nhẵn trong gia công gỗ và đặc biết là đa ra mối liên quan giữa Hmax với một số 18 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... Đ (2.5) Lực tiếp tuyến cực đại có thể tính gần đúng là: Pmax 2Ptb= 2KBUz Uz D (2.6) Hình 05 Lực tác dụng giữa dao và gỗ trong phay dọc 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... 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: Nc = PBHU P.Dn hay là: N c = 60 ì 102 ì 9,81 60 ì 102 ì 9,81 (2.11) Công suất đẩy gỗ cũng tơng tự, song thay P bằng Q hoặc mP Với gỗ. .. 3.7.3 Công trình nghiên cứu của GS TS .. GS TS .. 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 là dung sai cấp 2 và độ chính xác i = , thì dung sai của cấp chính xác bậc 1 sẽ là i = 0,5 và bậc 3 sẽ là: i = 2 Bảng 3.5 Dung sai gia công chi tiết gỗ, kích thớc i = với bậc 2 về độ chính... Vết gia công: * Trong phay dọc e -Không nhẵn do đàn hồi phục hồi vị trí cũ của gỗ * Độ cứng khác nhau đàn hồi khác nhau * Mắt gỗ -Không nhẵn do bị phá huỷ * Do gỗ có cơ lý tính không đồng đều * Do độ sắc của dao không đều -Không nhẵn do bị xơ, xớc * Do sự sắp xếp các thớ gỗ * Do chiều tác động của dao -Không nhẵn do cấu trúc của gỗ * Sự khác nhau về cơ lý tại các vùng của gỗ * Mắt gỗ 17 Tất nhiên có . Họ và tên: Trần minh Tới Lớp: CH06 CBG,G Môn: Nguyên lý cắt gọt gỗ Chuyên đề: Trình bầy quy trình nghiên cứu về lực và chất lợng trong phay dọc gỗ. Trong quá trình phay gỗ có rất nhiều. trong đó vấn đề về lực và chất lợng trong phay dọc gỗ là vô cùng quan trọng, nó quy t định đến khả năng làm việc của máy và chất lợng của sản phẩm. Bởi vì, nếu chúng ta không biết về lực trong. 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