Bài giảng nguyên lý cắt vật liệu gỗ

TS HOÀNG TIẾN ĐƯỢNG BÀI GIẢNG NGUYÊN LÝ CẮT VẬT LIỆU GỖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP TS HOÀNG TIẾN ĐƯỢNG Bài giảng NGUYÊN LÝ CẮT VẬT LIỆU GỖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP MỞ ĐẦU Gia công vật liệu gỗ q trình gia cơng tạo sản phẩm từ vật liệu gỗ Những năm gần đây, công nghiệp gỗ Việt Nam phát triển mạnh mẽ, phục vụ đắc lực cho công xây dựng phát triển đất nước Cắt gọt gỗ áp dụng hầu khắp lĩnh vực công nghệ chế biến lâm sản nói chung đặc biệt chế biến gỗ giới Khoa học cắt gọt gỗ khoa học quan trọng việc thiết kế cải tiến công cụ gia công gỗ Chất lượng hiệu q trình gia cơng cắt gọt ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng hiệu q trình cơng nghệ sản xuất Tài liệu biên soạn theo đề cương môn học “Nguyên lý cắt gọt vật liệu gỗ” với mục đích sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành chế biến gỗ, ngồi cịn dùng cho sinh viên ngành khác tham khảo học tập nghiên cứu công nghệ vật liệu, thiết kế đồ mộc nội thất Trong trình biên soạn, giúp đỡ nhiệt tình cán ngồi trường Tơi xin trân trọng cảm ơn Do điều kiện thực tiễn trình độ có hạn, nội dung tài liệu khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong độc giả đóng góp ý kiến Thư góp ý xin gửi theo địa chỉ: Bộ môn “Máy thiết bị chế biến lâm sản”, khoa chế biến lâm sản, trường đại học Lâm nghiệp, Hà Nội Tác giả Hoàng Tiến Đượng Chương KIẾN THỨC CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CẮT VẬT LIỆU GỖ 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Khái niệm, loại hình phương pháp chế biến gỗ Khái niệm chế biến gỗ: Như biết, gỗ loại thực vật tự nhiên đa dạng phong phú chủng loại với thông số, đặc điểm khác nhau, vật dụng từ gỗ với yêu cầu định người sử dụng mn hình mn vẻ Để tạo sản phẩm vật dụng từ gỗ phục vụ sinh hoạt lao động cách phù hợp có hiệu người phải sử dụng cơng cụ tác động vào gỗ để làm thay đổi thơng số gỗ kích thước, đặc tính, Quá trình tác động để tạo sản phẩm từ gỗ q trình gia cơng chế biến gỗ hay cịn gọi cơng nghệ gỗ Ví dụ: Từ gỗ rừng, người dùng công cụ lao động để cưa cắt, bào gọt đóng thành sản phẩm đồ mộc bàn, ghế, tủ Từ nhận thức trên, đưa khái niệm q trình gia công chế biến gỗ sau: Chế biến gỗ (công nghệ gỗ) tổng quát trình phương tiện áp dụng vào sản xuất để tạo sản phẩm từ gỗ theo mục đích yêu cầu người đặt Các loại hình chế biến gỗ: Cùng với đa dạng loại sản phẩm từ gỗ, phát triển khoa học kỹ thuật loại hình gia cơng chế biến gỗ phong phú, nhiên thường vào thay đổi đối tượng gia công tác động q trình gia cơng chế biến để phân ba loại hình gia cơng chế biến: chế biến giới; chế biến hoá học; chế biến cơ- hố Chế biến giới: Là loại hình gia cơng tạo sản phẩm từ gỗ cách chủ yếu làm thay đổi hình dáng, kích thước, cịn chất hố học, cấu trúc gỗ khơng thay đổi Ví dụ: q trình sản xuất đồ mộc, ván xẻ từ gỗ tự nhiên.v.v Chế biến hoá học: Là loại hình gia cơng tạo sản phẩm từ gỗ mà chất hố học gỗ bị thay đổi Ví dụ: q trình sản xuất rượu, trình sản xuất giấy.v.v Chế biến cơ- hố: Là dạng gia cơng trung gian gia cơng giới gia cơng hố học Ví dụ: sản xuất gỗ nhân tạo, q trình gia cơng áp lực có ngâm tẩm, biến tính gỗ.v.v Các phương pháp chế biến giới: Loại hình gia cơng chế biến giới thực nhiều phương pháp khác nhau, nhiên có bốn phương pháp áp dụng chủ yếu là: phương pháp cắt gọt, phương pháp áp lực, phương pháp va đập phương pháp tách chẻ Phương pháp gia công áp lực: Là phương pháp chế biến giới mà việc thay đổi hình dáng, kích thước gỗ thực áp lực khơng có phá huỷ liên kết phần tử vật chất gỗ Ví dụ: uốn gỗ, nén gỗ.v.v Phương pháp gia công tách chẻ: Là phương pháp chế biến giới mà việc thay đổi hình dáng, kích thước gỗ thực phá huỷ liên kết phần tử vật chất nhờ công cụ theo lớp gỗ mà không phá huỷ liên kết theo hướng định trước người Ví dụ: tước sợi gỗ.v.v Phương pháp gia công va đập: Là phương pháp chế biến giới mà việc thay đổi hình dáng, kích thước gỗ thực phá huỷ liên kết phần tử vật chất gỗ không theo hướng định trước người Ví dụ: nghiền, đập.v.v Phương pháp gia công cắt gọt: Là phương pháp chế biến giới mà việc thay đổi hình dáng, kích thước gỗ thực phá huỷ liên kết phần tử vật chất gỗ theo hướng định trước người nhờ công cụ cắt Ví dụ: bóc gỗ, lạng gỗ, bào gỗ.v.v.Gia cơng cắt gọt cắt gọt có phoi xẻ, khoan cắt gọt khơng có phoi cắt, xẻ khơng răng, đột v.v Ngồi cịn có số phương pháp gia công đặc biệt khác cắt gỗ tia laze, tách gỗ từ trường , nhiên phương pháp chưa áp dụng rộng rãi Trong phạm vi giáo trình này, nghiên cứu phương pháp gia công cắt gọt có phoi 1.1.2 Lịch sử phát triển khoa học cắt gọt vật liệu gỗ Nguyên lý cắt gọt gỗ môn học sở chuyên môn phục vụ chuyên ngành công nghệ chế biến lâm sản số ngành khác có liên quan tới gia cơng cắt vật liệu gỗ, cung cấp kiến thức q trình cắt gọt mà gỗ coi đối tượng chủ yếu, ngồi cịn có gỗ nhân tạo số lâm sản gỗ Nhiệm vụ khoa học nhằm cung cấp kiến thức dao cắt, biểu hiện tượng xuất tác động tương quan dao vật cắt Các tác động dao gỗ thực nhờ chuyển động từ cấu máy, nhằm mục đích tạo sản phẩm theo u cầu, nói cách khác mơn học ngun lý cắt gọt vật liệu gỗ nhằm nghiên cứu chất tượng xẩy tác động tương quan ba đối tượng dao cắt - Gỗ vật liệu gỗ - Máy gia công gỗ, làm sở khoa học cho trình xác lập chế độ làm việc, thiết kế, cải tạo sử dụng máy gia cơng gỗ Các kiến thức q trình cắt gọt gỗ áp dụng hầu khắp lĩnh vực công nghệ chế biến lâm sản mà đặc biệt chế biến gỗ giới, công nghệ vật liệu, thiết kế gia công đồ gỗ Chất lượng hiệu trình cắt gọt ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng hiệu qúa trình cắt vật liệu gỗ Thao tác cắt gọt gỗ vốn có từ lâu, song khoa học cắt gọt gỗ phát triển từ nửa cuối kỷ 19 Người đặt móng cho vấn đề nghiên cứu cắt gọt gỗ Time (nhà khoa học người Nga), nhiên khoảng gần 100 năm sau, đến kỷ 20 khoa học cắt gọt gỗ thời kì sơ khai Đến thập niên 40 kỷ 20, công nghệ chế biến gỗ phát triển đòi hỏi khoa học cắt gọt gỗ cần phải giải nhiều vấn đề, từ khoa học cắt gọt gỗ thát triển theo nhiều hướng khác vào cuối kỷ 20 mở rộng sâu nhiều vấn đề công nghệ gia công gỗ Trên giới, khoa học cát gọt vật liệu gỗ nhiều nhà khoa học tiếng dày công nghiên cứu Ở Việt Nam, cơng trình nghiên cứu cắt gọt gỗ cịn hạn chế, nhà khoa học có nhiều cơng sức lĩnh vực phải kể tới Hoàng Hữu Nguyên, Nguyễn Văn Minh Hiện nay, hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung nhằm nâng cao độ xác, chất lượng hiệu q trình cắt, mở rộng nghiên cứu nguyên lý gia công đối tượng cắt gọt 1.1.3 Khái niệm phân loại cắt gỗ (1) Khái niệm trình cắt gỗ Khái niệm phôi, phoi: Phôi, phoi hai thuật ngữ thường dùng mơ tả q trình cắt Phơi vật gia cơng hay nói cách khác vật đưa vào để thực cắt Phoi phần vật chất cắt từ phôi sau lần cắt dao Mục đích q trình cắt phân chia phôi thành nhiều phần khác nhau, việc phân chia thực nhờ tác động tương hỗ định dao cắt phôi Như có nghĩa nhờ vào dao cắt, dựa theo bề mặt định trước, phân chia mối liên hệ gỗ phơi, từ nhận sản phẩm có kích thước, hình dạng độ thơ bề mặt theo u cầu, q trình cơng nghệ gọi cắt gỗ Trong nhiều trường hợp, phôi cắt lớp phoi làm hình dạng thay đổi tương đối lớn để đạt sản phẩm, như: cưa, phay, đánh nhẵn, khoan… Số trường hợp phoi cắt dùng làm sản phẩm, như: bóc ván mỏng, tạo dăm… Cũng có trường hợp phoi cắt phế liệu trường hợp cưa xẻ, phay Từ cắt gọt định nghĩa: Quá trình cắt q trình cơng nghệ, nhờ tác dụng trực tiếp công cụ mà phôi phân chia nhằm tạo sản phẩm có hình dáng, kích thước theo u cầu người Hình 1.1 Quá trình cắt Trong thực tế sản xuất, phương thức cắt gỗ không giống nhau, từ tổ thành chuyển động cắt hình dạng hình học cơng cụ cắt lại có tương đồng, xem trình cắt tự do lưỡi dao cắt hình nêm chuyển động theo đường thẳng Phương thức cắt đơn giản mức độ định phản ánh quy luật phương thức cắt phức tạp khác (2) Phân loại dạng cắt gỗ - Căn vào phương cắt cạnh cắt chia thành hai loại: cắt chiều (2D hay cắt vng góc) cắt chiều (3D hay cắt nghiêng) Cắt chiều (hình 1.2a): Đặc điểm dạng cắt phương cạnh cắt phương cắt vng góc với Cắt chiều (hình 1.2b): Đặc điểm dạng cắt cạnh cắt phương cắt hợp với góc θ Hình 1.2 Cắt chiều chiều a cắt hai chiềub cắt chiều - Căn vào quan hệ phương cắt, cạnh cắt với phương sợi gỗ: Theo cách phân loại này, cắt gỗ chia thành dạng cắt sở: cắt dọc, cắt bên cắt ngang (hình 1.3) Ngồi thực tê cịn có dạng cắt trung gian cắt nửa bên, cắt nửa ngang Cắt dọc: Cạnh cắt vng góc với thớ gỗ, phương cắt song song với thớ gỗ Cắt ngang: Cạnh cắt phương cắt vng góc với thớ gỗ Cắt bên: Cạnh cắt song song với thớ gỗ, phương cắt vng góc với thớ gỗ v c c v o o1 a o o1 b a) v c a b b b) Hình 1.3 Các dạng cắt gọt sở a) cắt ngang; b) cắt dọc; c) cắt bên a o o1 c) Có thể biểu thị: cắt dọc “[90 - 0]”, cắt ngang biểu thị “[90 – 90]”, cắt bên biểu thị “[0 – 90]” - Căn theo số cạnh mũi dao tham gia cắt: Theo cách phân loại này, trình cắt phân dạng: Cắt hở, cắt kín cắt nửa kín (hình 1.4) Cắt hở (hình 1.5a): Là dạng cắt mà có cạnh cắt tham gia trình cắt gọt, chiều dài cạnh cắt không nhỏ chiều rộng phôi gia cơng, ví dụ: q trình bào mà cạnh cắt lớn bề rộng phơi Cắt kín (hình 1.4b): Là dạng cắt có ba cạnh cắt tham gia trình cắt gọt, mặt cắt tạo thành khép kín, ví dụ: q trình cưa, khoan lỗ, xoi rãnh.v.v Cắt nửa kín (hình 1.4c): Là dạng cắt trung gian hai dạng (có cạnh tham gia cắt), ví dụ: q trình cưa xẻ, xoi rãnh Hình 1.4 Phân loại cắt theo số cạnh dao tham gia cắt a) cắt hở; b) cắt kín; c) cắt nửa kín - Theo mục đích, mức độ xác, đặc điểm trình cắt sử dụng, trình cắt phân dạng: Cắt bản, cắt chuyên dùng So với loại đối tượng cắt kim loại, nhựa, gỗ đối tượng gia cơng có tính chất phức tạp nhiều gỗ có cấu tạo chiều thớ khác nhau, cấu trúc không đồng nhất, tính chất gỗ cịn bị chi phối điều kiện môi trường, mặt khác gia công chế biến gỗ đơi phoi lại sản phẩm có u cầu chất lượng định, đặc điểm mà việc nghiên cứu 10 (5) Tơi cơng cụ dịng điện: Nội dung phương pháp làm thay đổi liên tiếp cực ion kim loại công cụ với số cao 10 megahec(1 megahec triệu chu kì giây), kết làm cho công cụ cắt nóng lên tạo q trình nhiệt luyện dịng điện cao tần, bề mặt công cụ tăng độ cứng Tác dụng thay đổi độ cứng phương pháp tới chiều sâu 0.1 – 0.15 mm Bảng 11.12 So sánh khả hao mòn dao cụ từ số kim loại khác Vật liệu dao cắt Nhãn hiệu So sánh mức độ chống hao mòn (%) Độ cứng HR Thép cacbon Y 8A 1,0 60,0 Thép luyện crom, côrun XC 2,3 63,2 Thép luyện vonfram XBR 1,3 60,0 Vanađi 85 X 1,4 60,0 Thép luyện cao crom X 12 3,0 59,8 Thép gió P18 3,5 60,0 Xơrơmaitơ N01 4,6 60,0 Thép kim loại cứng BK15 50,0 86,0 crom, (6) Hàn đắp kim loại cứng, thép gió: Phương pháp thường áp dụng với loại cơng cụ có dạng mỏng lưỡi cưa, nhằm tăng lực bám kim loại cứng với thân công cụ Vật liệu dùng để hàn đắp thường thép gió, đặc biệt dùng kim loại cứng dạng thỏi 6- mm Thiết bị hàn theo nguyên tắc hàn điện, hàn xì dùng axetylen hàn (7) Bóp me từ trường dịng điện cao tần: Phương pháp nhằm tăng nhiệt độ, tính dẻo mũi cắt cơng cụ, tránh tượng rạn nứt bóp me cưa (8) Mạ cơng cụ: Trong q trình làm việc, tốc độ mài mịn bề mặt công cụ khác nhau, ta phủ lớp mỏng kim loại có khả chống mịn lên bề mặt bị hao mịn, bề mặt đối diện với mặt phủ kim loại cứng chóng mịn hơn, đảm bảo độ sắc công cụ mgay công cụ làm việc Để làm điều đó, người ta thường áp dụng phương pháp mạ điện 442 Mạ điện phương pháp bảo vệ vật liệu truyền thống Tính thích ứng mạ điện mạnh, không chịu hạn chế khối lượng kích thước phơi, loại vật liệu thép, phi thép, phôi luyện kim bột, nhựa… mạ Căn đặc điểm cơng cụ cắt gọt gỗ, nhà nghiên cứu mạ crome công cụ thép hợp kim (SKS3), tiến hành nghiên cứu cắt gọt Kích thước dao: 30mm12mm1,5mm, độ cứng HRC60, độ dày lớp mạ: 4m, 8m, 13m 19m, thời gian mạ điện: 5, 7, 12 45 phút, loại gỗ: Thông rụng lá, độ ẩm 10% Phân tích hình dạng hao mịn cho thấy hầu hết độ dày lớp mạ có vết dạng mai rùa với mức độ khác nhau, lớp mạ 19m có tượng bị bóc So với cơng cụ cắt khơng mạ bề dày mạ khác cải thiện tính chống mài mịn mức độ khác nhau, lớp mạ 8m có tuổi thọ dài Kỹ thuật phủ: Kỹ thuật quét kỹ thuật biến tính bề mặt vật liệu phát triển từ đầu năm 70 kỷ 20 Thông qua phương pháp định phủ lên bề mặt vật liệu lớp kim loại mỏng (5~12m) có tính chống mịn cao nhằm nâng cao độ bền, chống ăn mòn chống oxi hóa nhiệt độ cao cho cơng cụ Kỹ thuật qt thơng thường chia làm phương pháp khí lắng hóa học (Chemical Vapor Deposition, viết tắt CVD), phương pháp khí lắng vật lí (Physical Vapor Deposition, viết tắt PVD) phương pháp khí lắng hóa học plasma (PVCD) Đầu năm 70 kỷ 20 kỹ thuật khí lắng hóa học bắt đầu ứng dụng xử lý bề mặt với công cụ cắt hợp kim cứng chuyển vị Cơng nghệ CVD u cầu nguồn kim loại tương đối dễ, thực phủ lớp TiN, TiC, Ti (C, N), TiBN, TiB2, Al2O3… đa nguyên đa lớp, cường độ kết hợp lớp phủ vật liệu tương đối mạnh, độ dày đạt đến 7~9m Cho dù lớp phủ CVD có tính chơng mài mịn tốt kỹ thuật cần nhiệt độ lắng cao (900~1200o), vượt qua xa nhiệt độ xử lí thơng thường nhiều thép cơng cụ Sau phủ cịn cần tiến hành xử lý nhiệt lần hai, làm cho vật liệu biến hình, nứt cịn làm cho tính lớp phủ giảm xuống Vì kỹ thuật CVD chủ yếu sử dụng với vật liệu hợp kim cứng Từ số cơng cụ cắt gọt gỗ, đặc biệt lưỡi phay định hình có profile lớn chế tạo từ thép hợp kim thép gió, chế tạo phức tạp, giá cao, cần thiết kéo dài độ bền, nên áp dụng kỹ thuật khí lắng vật lí (PVD) 443 Kỹ thuật khí lắng vật lí xuất vào cuối năm 70 kỷ 20, nhiệt độ cơng nghệ khống chế 500oC, thường phương pháp áp dụng xử lý cho loại công cụ cắt thép gió Các nước Châu âu ứng dụng thành cơng phương pháp PVD để xử lý cường hóa bề mặt cơng cụ cắt, Trung Quốc có nhiều xưởng sản xuất công cụ cắt áp dụng tự nghiên cứu đưa kỹ thuật PVD vào xử lý bề mặt công cụ cắt Nhưng kỹ thuật PVD không thu lớp phủ đồng loại cơng cụ có ngoại hình phức tạp, lực kết hợp lớp phủ nâng cao Vì đưa kỹ thuật khí lắng hóa học plasma (PCVD), kỹ thuật kết hợp ưu điểm, loại bỏ nhược điểm hai phương pháp CVD PVD Nguyên lí tạo lớp vỏ PCVD (lấy TiN làm chủ) là: lò chân không với áp lực, nhiệt độ định, thông qua thể khí với tỉ lệ thích hợp chất gồm H2, N2, Ar2, TiCl4, tác dụng điện áp cao sinh thể khí lỗng phát ánh sáng điện, hình thành vùng vật lí thể plasma Trong điện tử động lớn làm cho lớp mạ kích hoạt ngun tử lạnh hình thành Ti+, N2+ Ion phóng xạ điện tử tự do, nhiệt độ 500oC hình thành bề mặt vật liệu lớp TiN Trong kỹ thuật PCVD phương pháp tạo đưa thể plasma vào quan trọng, có phương pháp sau: (1) kỹ thuật PCVD phát sáng trực tiếp; (2) kỹ thuật PCVD phóng điện xạ tần; (3) Kỹ thuật PCVD phóng điện vi sóng; (4) kỹ thuật PCVD phóng điện mạch xung trực tiếp Trong kỹ thuật phóng điện mạch xung trực tiếp, tham số công nghệ nhiệt, điện khống chế độc lập, lớp mạ đồng đều, khả chặn hồ quang lớn, phôi khơng dễ bị đốt cháy, dễ cơng nghiệp hóa, phương hướng phát triển chủ yếu kỹ thuật PCVD Thép gió phủ mặt: Vật liệu thường dùng để phủ mặt thép gió có TiN TiC, thực tế ứng dụng lớp phủ TiN có tính bật Nghiên cứu cho thấy, công cụ cắt phủ TiN cắt gọt Fagus sylvatica, Quercus spp., Picea polita Calocedrus macrolepis, tính chống mài mịn cơng cụ cắt nâng cao với mức độ khác Ngoài nghiên cứu mở rộng vật liệu phủ như: Ti (C, N), Cr (C, N) vật liệu phức hợp TiC-Ti (C, N), Ti-TiC-TiN… Trung Quốc nghiên cứu vật liệu (Ti, Al)N, loại có độ cứng tính chống mài mịn cao TiN Do (Ti, Al) vật liệu thông qua lớp độ (-Ti + FeTi), làm cho lớp phủ vật liệu có cường độ kết hợp cao, nâng cao tính chống mài mịn lớp phủ 444 Mục đích lớp phủ cơng cụ cắt thép cao tốc nâng cao tính chống mài mịn tính ổn định hóa học cơng cụ cắt Nhưng tính ổn định hóa học TiN TiC khơng làm cho người thỏa mãn, lớp TiC nhiệt độ 300~400oC bắt đầu bị oxi hóa, TiN nhiệt độ 450oC bắt đầu bị oxi hóa Hợp kim cứng phủ mặt: Hợp kim cứng phủ mặt phủ lên bề mặt lưỡi cắt hợp kim cứng có tính bền tương đối tốt lớp vật liệu mỏng có độ cứng tính chống mài mịn cao, TiN, TiC… Độ cứng TiC cao (HV3200), tính chống mài mịn tốt, nên độ dày lớp phủ thường khoảng 5~7m Độ cứng TiN thấp (HV1800~2100), lực kết hợp với vật liệu thấp, tính dẫn nhiệt tốt, tính bền cao, độ dày lớp phủ đến 8~12m Nghiên cứu phát hiện, sử dụng lưỡi cưa đĩa hợp kim cứng phủ lên cưa lớp TiN, tính chống mài mịn lưỡi cưa có cải tiến nhỏ Khi sử dụng Al2O3 – TiC phủ (phương pháp CVD) nâng cao Một nghiên cứu khác phát hiện, gia cơng phay ván dăm, tính chống mài mịn công cụ cắt hợp kim cứng phủ TiN (phương pháp CVD) cải thiện cực nhỏ: phủ TiN lên mặt trước cưa tính chống mài mịn có cải thiện Khi thí nghiệm cắt gọt ván sợi cứng công cụ cắt sử dụng phương pháp PVD phát lưỡi cưa hợp kim cứng carbon volfram phủ TiN (phủ lên mặt trước răng) lượng mài mòn cưa giảm xuống Công cụ cắt thép hợp kim sau trải qua phủ mặt, tính chống mài mịn cải thiện khơng rõ lớp bao phủ gần lưỡi cắt bị bóc sớm Phương pháp CVD nhiệt độ cao, dẫn đến hình thành lớp liên kết tính dịn lớp phủ vật liệu Dưới tác dụng ứng lực tàn dư, nhiệt cắt gọt, lực cắt gọt, lớp phủ lưỡi cắt bị bóc nhanh So với phương pháp CVD, phương pháp PVD nhiệt độ thấp nhiều Vì thế, cơng cụ cắt sử dụng phương pháp phủ PVD thu lớp phủ có độ cứng kết cấu cải thiện, độ sắc cải thiện Ngoài phương pháp PVD có lực chống nứt tốt (9) Chọn chế độ nhiệt luyện hợp lý: Tính chất lý công cụ cắt gọt phụ thuộc vào trình nhiệt luyện trình nhiệt luyện làm thay đổi cấu trúc chí thay đổi thành phần hoá học kim loại, thay đổi làm cho độ cứng, khả chống hao mịn vật liệu Chế độ nhiệt luyện phải đáp ứng yêu cầu loại vật liệu làm dao cụ, chế độ nhiệt luyện thích hợp tăng tuổi thọ công cụ tới 2- lần Chế độ nhiệt luyện tham khảo bảng 11.13 445 (10) Hồn thiện chất lượng gia cơng bề mặt: Một khâu quan trọng trình chuẩn bị cơng cụ mài, q trình mài, cơng hao tốn cho việc tạo phoi nhỏ ( 20%) mà cho ma sát nhiều, bề gia cơng bị đốt nóng vơí nhiệt độ cao làm thay đổi tính chất lý chúng dẫn đến làm giảm khả cắt gọt Khi mài công cụ, bề mặt thường xuất vết có độ sâu khác nhau, dễ gây tượng quăn mũi cắt, vết thường gây tập trung ứng suất làm mũi cắt dễ bị mẻ gãy Yêu cầu đỗi với bề mặt công cụ đặc biệt phần mũi cần có độ nhẵn cao, nhằm giảm ma sát cơng cụ phơi q trình cắt gọt, hiệu q trình mài làm tăng khả chống mòn từ đến 3.5 lần Tốt nên mài theo hai giai đoạn mài thô sau mài tinh (11) Xử lý nhiệt bề mặt: Xử lý nhiệt bề mặt thay đổi kết cấu tổ chức kim loại, nâng cao độ cứng bề mặt, tăng tính chống mài mịn cơng cụ cắt Thơng thường mà nói, tính chống mài mịn thép thường nhất, tính chống mài mịn thép tổ chức Mactensit tương đối tốt, tính chống mài mịn thép tổ chức Bainite tốt Thép tổ chức Mactensit sau tơi có tính chống mài mịn nâng cao rõ rệt Áp dụng phương pháp nhiệt độ cân thu thép tổ chức Bainite, độ cứng thu thép có tính chống mài mịn tốt Thép có tổ chức Pearlite tổ chức hạt tròn (spheroidization) điều kiện có tính chống mài mịn tốt so với thép carbon có hàm lượng carbon trung bình Thép có tổ chức Pearlite hàm lượng carbon tăng lên, tính chống mài mòn tăng lên theo tăng lên hàm lượng carbon Sau hàm lượng carbon tăng đến mức độ định xuất hợp chất carbon dạng mạng lưới, lúc tính chống mài mịn giảm Có thể thấy thép có tổ chức khác có tính chống mài mịn khác nhau, thơng qua phương pháp xử lý nhiệt bề mặt thích đáng làm cho tổ chức thép thay đổi, làm cho độ cứng bề mặt công cụ cắt tăng lên, tính chống mài mịn tăng Phương pháp xử lý nhiệt bề mặt thường dùng bao gồm: (1) laser; (2) cao tần; (3) tiếp xúc điện Bề mặt công cụ cắt sau thông qua phương pháp xử lý nhiệt trên, độ cứng lớp tơi lên đến HRC2~4, độ bền tăng hai lần 446 Bảng 11.13 Chế độ nhiệt luyện số kim loại làm công cụ cắt gọt gỗ Nhiệt độ ổn định hố Chế độ tơi Tên cơng cụ Lưỡi sọc Mã hiệu kim loại Nhiệt độ nung nóng Mơi trường làm nguội Nhiệt độ nguội mơi trường Độ cứng sau ổn định hoá theo HRc cưa Bóp me 9XФ, 85XФ 800-890 Dầu 50-60 400-450 41-46 Bẻ cong Nt 800-890 Nt nt 450-500 40-45 Cưa đĩa 9XФ 800-890 Nt nt 450-520 39-44 Cưa vòng xẻ phá Nt 800-890 Nt nt 450-500 38-43 Cưa vòng lượn Y10A 760-780 Nt nt 450-500 38-43 Lưỡi dao X12, X12Ф Y9A 980-1050 780-800 Nt Nước 150-160 20-70 200-250 200-230 59-63 59-61 Dao phay X12 9XC Y10A 980-1050 860-870 780-800 Dầu Nt Nước 150-160 150-169 20-30 250-400 260-285 260-285 57-59 57-59 57-59 Mũi khoan xoắn ốc Y10A P9 780-870 1240-1260 Nước Diêm tiêu 20 450-550 240-270 560 56-58 60-63 Mũi khoan ruột gà 85XФ 9XC 800-840 860-870 Dầu Nt 50-60 150-160 260-280 260-280 54-57 57-59 Mũi đục 85XФ 800-840 Nt 50-60 320-380 50-52 Dao tiện X12 P18 800-840 1280-1300 Nt Nt 150-160 450-550 150-200 500-560 60-63 62- 64 Dụng cụ tay Y8 800-830 Nước 20-30 240-275 54-57 Kỹ thuật phun nhiệt: Kỹ thuật phun nhiệt phương pháp sử dụng nguồn nhiệt từ khí, dung dịch cháy hồ quang điện, thể plasma…, thơng qua dịng khí tốc độ cao để phủ lên bề mặt công cụ cắt lớp hợp kim, sứ, chất oxi hóa, carbon hóa… dạng nóng chảy nửa nóng chảy 447 (12) Kỹ thuật thấm: Kỹ thuật thấm phương pháp làm thay đổi thành phần hóa học bề mặt cơng cụ cắt, phương pháp nhiệt hóa học xử lý làm tăng tính chống mài mịn tính ăn mịn cơng cụ cắt Kỹ thuật thấm có phương pháp rắn, dung dịch phương pháp khí, phương pháp lại có nhiều công nghệ xử lý khác Chủ yếu có thấm carbon, thấm nitơ, thấm carbon nitơ, thấm lưu huỳnh, thấm nitơ lưu huỳnh, thấm carbon nitơ lưu huỳnh, thấm boron thấm carbon nitơ boron Do công cụ cắt gọt gỗ thường chế tạo từ loại thép carbon chất lượng cao (thép công cụ), hợp kim thép gió nên thường thấm nên bề mặt lớp nguyên tố boron, vanadium… Thấm boron phương pháp đưa nguyên tố boron thấm vào bề mặt công cụ cắt hình thành lớp bảo vệ có độ cứng cao, tính ổn định hóa học tốt Độ cứng lớp boron HV1200~1800, độ dày lớp thấm khoảng 0,1~0,3mm Thường dùng phương pháp thấm boron cứng thu tính dịn nhỏ Thấm Boron có ưu điểm độ cứng cao, hệ số ma sát thấp, tính chống ăn mịn tốt Sử dụng Boron thấm vào công cụ cắt hợp kim cứng volfram carbon, tiến hành thí nghiệm cắt gọt MDF, so với cơng cụ cắt hợp kim cứng volfram carbon cơng cụ cắt thấm boron có lực cắt gọt lượng hao mòn thấp Nhà khoa học Nhật Bản sử dụng công cụ cắt thấm vanadium, thấm crome cơng cụ cắt thép hợp kim (SKS3) tiến hành thí nghiệm cắt gọt gỗ Kết cho thấy, công cụ cắt thấm vanadium hao mòn nhỏ nhất; cơng cụ thấm crome; cơng cụ chưa thấm hao mịn lớn Ví dụ: độ dài cắt đạt đến 500m ( gỗ: Vân sam, khối lượng thể tích 0,42g/cm3), lượng mịn cơng cụ cắt thấm vanadium nhỏ cơng cụ cắt thấm crome 20%, 1/3 lượng mòn công cụ cắt không thấm 448 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các Tác giả, Nguyên lý dụng cụ cắt, Đại học Bách khoa Hà Nội Phạm Văn Chương, Nguyễn Hữu Quang, Công nghệ sản xuất ván nhân tạo- tập 1, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 2004 Phạm Quang Đẩu, Phạm Quốc Phúc, Máy gia công gỗ, Nxb Công nhân kỹ thuật, Hà Nội, 1982 Li Lê, Nguyên lý công cụ cắt gọt gỗ, Nxb Lâm nghiệp Trung Quốc, 3/2005 Bành Tiến Long, Trần Thế Lực,Trần Sỹ Tuý, Nguyên lý gia công vật liệu, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 2001 Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy, Thiết kế dụng cụ công nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2004 Hồng Hữu Ngun, Máy thiết bị gia cơng gỗ – tập Nguyên lý cắt gọt gỗ, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội 1980 Hồng Hữu Ngun, Hồng Xuân Niên, Máy thiết bị gia công gỗ – tập Nguyên lý cắt gọt gỗ vật liệu gỗ, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội 2005 Hồng Ngun, Ứng dụng cưa sọc vào việc tận dụng cành ngọn, TSLN số 7, 1968 10 Hoàng Nguyên, Một số kết bước đầu lực cắt gọt tre nứa, Thông tin Khoa học Kỹ thuật số 1, Đại học Lâm nghiệp, 1975 11 Hoàng Nguyên, Quan niệm q trình cưa ngang gỗ, Thơng tin Khoa học Kỹ thuật số 2, Đại học Lâm nghiệp, 1977 12 Hồng Xn Niên, Nghiên cứu số yếu tố cơng nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu sơ dừa, Viện KH Lâm nghiệp, 2003 13 Nguyễn Thế Tranh, Trần Quốc Việt, Cơ sở cắt gọt kim loại, Đại học Bách khoa Đà nẵng, 2010 14 Phạm Đình Tân, Nguyên lý cắt dụng cụ cắt, Nxb Hà Nội, 2005 15 Bhattacharya, Metal cutting, New Central Book Agency Ltd., Calcuta, India, 1984 16 A.A Moslemi, Particle board, volum - Materials, Southern illinois university press, 1974 449 17 A.A Moslemi , Particle board, volum - Technology, Southern illinois university press, 1974 18 Hiroshi jnno, Recent research on wood and wood based, Materials society of materials science, Japan 19 Olavemu konen (1998), Introduction to the particle board technology, Kotka polytechnic wood technology department 20 Thomas - M Maloney (November 1976), Mordern particle board and dry process fiber board manufacturing, Pullman, Washingtan 21 Chao chison (China), Hikaru (Japan), Hua Yukun (China), Properties and utilization of 22 fast growing Tree, China Forestry publishing house 23 Shinozuka J, Matal cutting mechanics, Tokyo Institute of Technology, Japan, 1999 24 AΦанaсьев П.А, курc миханическоŭ технологии дерева М Л гослеcбуми, 1886 25 Бершадскиŭ А.Л цветкова Н.И, Резание древесины, Минск ВШ, 1975 26 Вockpeceнckиŭ C.A, Резание древесины, М Л гослеcбумиздат, 1955 27 Демьяновckиŭ K.И изноcocтoŭkость инcтрументa для Φрезepoвания древесины, М Лесная промышленность, 1968 28 Дешeвoŭ M.A миханическоŭ технологии дерева Ч Изд, Kубуч, 1934 29 Ивaновckиŭ E Г Вacилeвcкая П.B Лаyтнеp Э.M новыe Исследование Резание древесины, М Лесная промышленность, 1972 30 Ивaновckиŭ E Г, Резание древесины, М Лесная промышленность, 1975 31 КpяЖeв H.A, Φрезepoвания древесины, М Лесная промышленность, 1979 32 Манжос Ф.М, Резание ревесины, Энциклоредический справочник Машин – остроние, 1950 33 А.А Пижурин, М.С Розенблит (1984), Исследование процессов деревообработки, Москва “Лесная промышленность” 450 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.4.7 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 1.6.5 1.6.6 Kiến thức chung cắt gọt vật liệu gỗ Khái niệm chung Khái niệm, loại hình phương pháp chế biến gỗ Lịch sử phát triển khoa học cắt gọt vật liệu gỗ Khái niệm phân loại cắt gỗ Phân loại cấu trúc hình học dao cắt Dạng hình học hình học mũi dao Phân loại dao cắt Vai trò dao trình cắt Quá trình tác động dao vào gỗ Qui luật phân bố ứng lực trong q trình cắt Vai trị dao q trình cắt Động học động lực học trình cắt Chuyển động cắt gọt Các phận tổ thành dao phơi q trình cắt Tham số góc q trình cắt gọt Kích thước phoi cắt Lực tác dụng dao gỗ Tỷ suất lực, tỷ suất công công suất Phương pháp xác định lực cơng Hiện tượng lý, hố q trình cắt Hiện tượng nhiệt trình cắt Hiện tượng điện q trình cắt Hiện tượng hố học q trình cắt Hiện tượng hao mịn dao cắt Khái niệm phân loại dạng hao mòn dao cắt Cơ chế hao mòn dao cắt Phương pháp đánh giá hao mòn dao cắt Ảnh hưởng hao mòn tới trình cắt Ảnh hưởng yếu tố đến hao mòn dao cắt Tuổi bền dao cắt 451 5 11 11 13 15 15 16 17 20 20 23 24 26 27 33 35 46 46 50 50 51 51 52 59 60 60 63 1.7 1.7.1 1.7.2 1.8 1.9 1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 Độ nhẵn mặt cắt trạng thái phoi Độ nhẵn mặt cắt Trạng thái phoi cắt Đặc điểm trình cắt vật liệu gỗ Phương pháp xác định chế độ gia công Xác định công suất Chọn thông số dao cắt Chọn tốc độ cắt Chọn tốc độ đẩy Chương 2: 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.6 Cắt gọt Lực tác dụng lên mũi cắt Lực tác dụng lên mặt trước mũi cắt Khái niệm chung Xác định lực tác dụng lên mặt trước dao Lực tác dụng lên mặt sau dao Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt cắt bên cắt dọc Lực tác dụng lên mặt sau dao cắt ngang Ứng suất trạng thái phoi Ứng suất trạng thái phoi cắt bên Ứng suất trạng thái phoi cắt dọc Ứng suất trạng thái phoi cắt ngang Ứng suất trạng thái phoi cắt với góc cắt lớn Các yếu tố ảnh hưởng tới lực độ nhẵn mặt cắt Ảnh hưởng tính chất phơi Ảnh hưởng tham số dao cắt Ảnh hưởng số thông số chế độ cắt Tính lực cơng suất cắt 93 93 94 94 95 96 97 98 101 101 109 116 121 122 122 124 129 134 Chương 3: 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 Nguyên lý công cụ xẻ gỗ Khái niệm phân loại dạng xẻ gỗ Răng cưa lưỡi cưa Răng cưa Lưỡi cưa Hiện tượng kẹt cưa phương pháp khắc phục Hiện tượng kẹt cưa trình xẻ 140 140 141 141 153 156 156 452 66 66 71 78 79 80 82 91 91 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.7 3.7.1 3.7.2 157 159 159 162 164 166 166 167 174 174 175 178 3.7.3 3.7.4 3.7.5 3.7.6 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4 Phương pháp khắc phục kẹt cưa Quá trình cắt phoi cưa Quá trình cắt phoi cưa xẻ dọc Quá trình cắt phoi cưa cắt ngang Quá trình vận chuyển phoi trình xẻ, hầu cưa Lực tác dụng gỗ cưa trình xẻ Lực tác dụng gỗ cưa cắt ngang Lực tác dụng gỗ cưa xẻ dọc Tỷ suất lực, công suất Nguyên lý xẻ cưa sọc Xẻ cưa sọc gỗ đẩy gián đoạn Xẻ cưa sọc gỗ đẩy liên tục khơng có dao động ngang Xẻ cưa sọc gỗ đẩy liên tục có dao động ngang Xẻ cưa sọc ngang Một số yếu tố ảnh hưởng xẻ cưa sọc Xác định chế độ gia công xẻ cưa sọc Nguyên lý xẻ cưa vòng Nguyên lý động học xẻ cưa vòng Lực tác dụng xẻ cưa vòng Xác định chế độ gia công xẻ cưa vòng Nguyên lý xẻ cưa đĩa Nguyên lý động học xẻ cưa đĩa Lực tác dụng xẻ cưa đĩa Một số yếu tố ảnh hưởng xẻ cưa đĩa Xác định chế độ gia công xẻ cưa đĩa Chương 4: 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 Nguyên lý công cụ phay gỗ Khái niệm phân loại dạng phay gỗ Khái niệm phay Phân loại dạng phay Một số dạng phay thông dụng Phay trụ thẳng (phay thẳng hình trụ) Phay trụ cong (phay hình trụ xoắn ốc) Phay gia công mặt cong Phay rãnh dao phay có chi 222 222 222 222 225 225 230 233 233 453 180 186 186 188 189 189 190 201 202 202 204 220 220 4.2.5 4.2.6 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 Phay mặt đầu Phay chép hình Kết cấu ứng dụng lưỡi phay Phân loại lưỡi phay Kết cấu ứng dụng số lưỡi phay Nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến q trình phay Ảnh hưởng tốc độ, đường kính, số dao vận tốc đẩy đến độ nhẵn Ảnh hưởng độ xác vị trí lưỡi cắt đến độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng lượng ăn dao góc nghiêng lưỡi cắt đến độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng góc trước đến độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng vận tốc cắt tới độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng mức độ cùn công cụ cắt đến độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng phay thuận phay nghịch đến độ nhẵn bề mặt Ảnh hưởng độ sâu lớp phay 235 236 240 240 241 252 253 260 260 261 261 263 264 264 5.3.2 Nguyên lý công cụ khoan gỗ Khái niệm phân loại dạng khoan gỗ Nguyên lí khoan gỗ Ngun lý động học Tính tốn lực khoan Cơng cụ khoan gỗ Tổ thành hình dạng hình học phận cắt gọt mũi khoan Loại hình, kết cấu ứng dụng mũi khoan Chương 6: 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 Nguyên lý công cụ lạng, bào, cạo nhẵn Ngun lí cơng cụ lạng gỗ Khái niệm phân loại dạng lạng gỗ Ngun lý động học Tính tốn lực Một số yếu tố ảnh hưởng trình lạng gỗ 275 275 275 277 279 286 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 Chương 5: 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.3.1 454 254 255 256 258 259 259 259 265 6.1.5 6.2 6.3 Công cụ lạng gỗ Bào nhẵn Cạo nhẵn 288 292 295 Chương 7: 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.3 7.3.1 7.3.2 Ngun lý cơng cụ bóc gỗ Khái niệm phân loại dạng bóc gỗ Ngun lí bóc gỗ Ngun lý động học Tính tốn lực Một số yếu tố ảnh hưởng Cơng cụ bóc gỗ Dao bóc Thước nén 298 298 299 299 318 321 322 322 324 Chương 8: 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.3 Nguyên lý công cụ tiện gỗ Khái niệm phân loại dạng tiện gỗ Nguyên lí số dạng tiện gỗ Nguyên lý tiện dọc Nguyên lý tiện ngang Công cụ tiện gỗ 327 327 328 328 334 339 Chương 9: Nguyên lý công cụ đánh nhẵn gỗ 341 9.1 Khái niệm đặc điểm công nghệ đánh nhẵn gỗ 341 9.2 Phân loại dạng đánh nhẵn 342 9.3 Nguyên lí đánh nhẵn gỗ 345 9.3.1 Nguyên lý động học 345 9.3.2 Tính tốn lực đánh nhẵn 349 9.3.3 Hiệu suất đánh nhẵn 351 9.3.4 Nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt đánh nhẵn 352 9.4 Công cụ đánh nhẵn gỗ 355 9.4.1 Đặc tính cấu truc cơng cụ 355 9.4.2 Tuổi thọ sử dụng cụng cụ 360 Chương 10: 10.1 10.1.1 10.1.2 Một số phương pháp cắt đặc biệt Cắt gỗ nhân tạo Cắt gọt ván dăm Cắt ván sợi 363 363 363 366 455 10.2 10.2.1 10.2.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 Chương 11: 11.1 11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.1.4 11.1.5 11.1.6 11.2 Cắt tre Ảnh hưởng vật liệu tre tới trình cắt Lực cắt tre Cắt tia thuỷ lực Nguyên lý cắt gỗ tia thuỷ lực Đặc điểm trình cắt gỗ tia thuỷ lực Một số yếu tố ảnh hưởng tới trình cắt gỗ tia thuỷ lực Cắt gỗ tia lazer Nguyên lý cắt gọt gỗ tia lazer Đặc điểm trình cắt gọt gỗ tia lazer Một số yếu tố ảnh hưởng tới trình cắt gỗ tia lazer Kỹ thuật cắt rung Đề xuất cắt rung Đặc điểm chế cắt rung Hiệu cắt rung 367 367 368 369 369 372 373 Chuẩn bị nâng cao chất lượng dao cắt vật liệu gỗ Chuẩn bị dao cụ Nội dung chuẩn bị dao cụ Chọn vật liệu làm dao cắt gỗ Mài dao cụ Mở cưa Cán cưa sửa lưỡi cưa Lắp dao cụ vào máy Nâng cao khả chống hao mòn dao cắt TÀI LIỆU THAM KHẢO 397 397 397 397 401 418 420 432 439 449 456 376 378 381 382 391 391 392 395 ... HOÀNG TIẾN ĐƯỢNG Bài giảng NGUYÊN LÝ CẮT VẬT LIỆU GỖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP MỞ ĐẦU Gia cơng vật liệu gỗ q trình gia cơng tạo sản phẩm từ vật liệu gỗ Những năm gần đây, công nghiệp gỗ Việt Nam phát... có dạng cắt trung gian cắt nửa bên, cắt nửa ngang Cắt dọc: Cạnh cắt vng góc với thớ gỗ, phương cắt song song với thớ gỗ Cắt ngang: Cạnh cắt phương cắt vng góc với thớ gỗ Cắt bên: Cạnh cắt song... u cầu, nói cách khác mơn học nguyên lý cắt gọt vật liệu gỗ nhằm nghiên cứu chất tượng xẩy tác động tương quan ba đối tượng dao cắt - Gỗ vật liệu gỗ - Máy gia công gỗ, làm sở khoa học cho trình