Процесс изготовления изделий из древесины на современных деревообрабатывающих предприятиях включает различные виды обработки (механическую обработку, склеивание, сборку, сушку древесины). Наиболее распространенной является механическая обработка древесины — процесс, в результате которого получают изделия или их элементы заданных форм и размеров без изменения химического состава (ГОСТ 17743—72). Резание—обработка, при которой нарушаются связи между частицами древесины по заданному направлению с образованием стружки (пиление, строгание, фрезерование) или без нее (резание ножницами). Резание выполняют инструментом клиновидной формы.

Стружка — часть заготовки, отделяемая резцом за один проход. Необходимое условие резания — перемещение резца относительно неподвижной заготовки или наоборот. Резец не снимает за один проход весь материал, подлежащий удалению. Это объясняется ограниченной режущей способностью инструмента. Слой материала заготовки срезают за несколько проходов, после каждого очередного прохода резец должен перемещаться относительно заготовки или заготовка относительно резца на величину снимаемого слоя стружки. Таким образом, при резании совершаются два движения — резания и подачи.

Движение резания — абсолютное движение резца или заготовки, необходимое и достаточное для срезания одной стружки. Линия, по которой резец совершает движение резания, называется траекторией резания. Путь, пройденный лезвием резца в единицу времени по траектории резания, называется скоростью резания. Движение подачи—абсолютное движение резца или заготовки, обеспечивающее последовательное срезание новых стружек.

Рабочей частью инструмента, выполняющего процесс резания, является клиновидный резец (рис. 6, а), который имеет четыре грани: переднюю abed, заднюю abnm (фаска) и две боковые adm и Ьсп. Пересечение передней и задней граней резца образует переднюю (главную) режущую кромку аb — лезвие резца. Линии пересечения передней грани с боковыми называются боковыми передними кромками ad и bс а линии пересечения задней грани с боковыми называются боковыми задними кромками am и bn. В процессе резания стружка сходит с передней грани. Если ширина заготовки больше ширины резца, кроме лезвия работают одна или обе боковые кромки, т. е. они также режущие. При одной режущей кромке резание называется открытым, при двух — полузакрытым, при трех закрытым.

Древесина разрезается одним или несколькими резцами. Резец срезает с заготовки стружку соответствующей толщины. В направлении движения резец действует на древесину с силой, называемой силой резания. Каждый из резцов образует поверхность резания, а резцы в целом — поверхность обработки. Плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через кромку резца, называется плоскостью резания.

Для осуществления процесса резания резец устанавливают под углом к обрабатываемой поверхности, в результате чего образуются следующие углы (см. рис. 6, б): а —задний, между задней гранью резца и плоскостью резания; р-т- заточки, или

заострения, между передней и задней гранями; у — передний, между передней гранью и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания; б — резания, между передней гранью и плоскостью резания. Между угловыми параметрами существует зависимость: ? + ? = ?, ? + ?~90°. Угол резания подбирают в зависимости от направления (вида) резания по отношению к волокнам древесины. Различают три основных вида резания: вдоль волокон, в торец, поперек волокон (рис. 7, а, в, б).

При резании древесины вдоль волокон плоскость и направление резания параллельны волокнам древесины; в торец — перпендикулярны волокнам древесины; поперек волокон—плоскость резания параллельна направлению волокон древесины, а направление резания перпендикулярно им. Кроме основных видов резания, существуют переходные (см. рис. 7, г, д, е): продольно-торцовое; поперечно-торцовое; продольно-поперечное. При резании вдоль волокон различают также резание по волокнам или против волокон, характеризуемое углом встречи резца с волокнами. Строение волокон древесины обрабатываемых заготовок неоднородно, поэтому при их обработке виды резания неодинаковы, особенно на участках, имеющих пороки строения древесины, что очень влияет на силу и чистоту резания.

Один из факторов, влияющих на силу резания древесины,— углы заострения. Так, при небольшом угле заострения резца усилий на резание требуется меньше, однако малый угол не обеспечивает необходимой прочности резца, лезвие быстро затупляется, и его необходимо часто затачивать. Это приводит к лишним затратам времени и труда, а также к быстрому изнашиванию инструмента. Во избежание трения резца о древесину, нагревания его и увеличения силы резания заднюю грань резца устанавливают с наклоном не менее 10° к плоскости резания.

При резании древесины стружка нажимает на переднюю грань и вызывает трение резца о стружку, что приводит к увеличению силы резания, поэтому чем меньше угол резания, тем меньше усилий требуется для внедрения резца в древесину. Произвольно уменьшать угол резания нельзя, так как это связано с увеличением угла заострения. Исходя из требований устойчивости резца, угол резания при обработке ручным инструментом принимают не менее 45°, а при обработке на станках — более 45°.

На силу резания влияет и твердость древесины. Если силу резания при обработке заготовок из сосны принять за единицу, сила резания при обработке заготовок из других пород составит: для липы 0,8; осины 0,85; ели 0,95; ольхи 1,05; березы 1,25; бука 1,4; дуба и ясеня 1,7. Резание свилеватой и косослойной древесины требует больших усилий, чем резание прямослойной в одном и том же направлении.

Острота резца также оказывает большое влияние на силу резания, потому что с уменьшением остроты резец не перерезает волокна, а сдавливает, сминает и разрывает их. Это повышает сопротивление резанию и способствует возрастанию силы резания. В процессе резания древесины образуются стружки или опилки, которые создают трение (при пилении опилки попадают между резцом и стенками пропила, а при сверлении — между резцом и стенками гнезда), что приводит к значительному увеличению силы резания и нагреванию резца (особенно при сверлении сверлами).

Выборка паза требует значительного увеличения силы резания, так как разрушение древесины происходит за счет лезвия резца и его боковых кромок. Влажную древесину значительно легче резать, чем сухую. Так, если удельное сопротивление резанию древесийы при влажности 15 % (воздушно-сухая) принять за единицу, удельное сопротивление резанию свежесруб-ленной древесины составит 0,9. Переработку древесины на доски, различные заготовки и детали выполняют в относительно сухом ее состоянии (8±2 %).

Факторы, влияющие на шероховатость поверхности обработки. На шероховатость поверхности древесины при ее обработке влияют острота и геометрия резца, направление резания относительно направления волокон древесины, углы установки резца, толщина стружки, скорость резания, а также анатомическое строение древесины. Вибрация в системе станок — инструмент — деталь, возникающая из-за недостаточной жесткости станка, также оказывает влияние на шероховатость поверхности, поэтому наладку и настройку станков необходимо доводить до установленной нормы.

При строгании ручным инструментом может вибрировать кож рубанка, если он ненадежно закреплен, что приводит к неровностям на поверхности обработки. Большое влияние на качество резания оказывает острота резца, т. е. его способность образовывать в древесине при резании новые поверхности с заданной шероховатостью. Чем острее лезвие, тем выше качество резания и тем меньше шероховатость обрабатываемой

поверхности. Полученные при заточке острота лезвия и геометрическая форма резца в процессе работы изменяются. Происходит затупление резца, в результате чего уменьшается его режущая способность. Для ее увеличения резцы изготавливают из высокопрочных и износостойких материалов и выбирают оптимальные углы заострения.

Направление резания относительно направлений волокон древесины, угол установки резца и толщина стружки взаимосвязаны, они определяют качество поверхности обработки. При резании древесины вдоль волокон возможны два случая стружко-образования; с опережающей трещиной и без нее. Опережающая трещина образуется уже в начальный период резания. При внедрении резца в древесину после некоторого уплотнения стружки передней его гранью начинается оттягивание стружки резцом от остальной массы древесины, отслоение ее и образование опережающей трещины, величина которой возрастает с увеличением толщины стружки.

Скорость распространения опережающей трещины всегда выше скорости резания, поэтому после образования опережающей трещины режущая кромка только сглаживает образованную гранью поверхность. Качество поверхности обработки получается невысоким. Чтобы уменьшить вредное влияние опережающей трещины на качество поверхности обработки, необходимо создать подпор (надлом) волокон древесины вблизи лезвия, вследствие чего стружка надламывается по мере продвижения резца. Наиболее высокое качество поверхности обработки получается при строгании ручными рубанками с двойным ножом (стружколомом).

При резании древесины вдоль волокон без образования опережающей трещины качество поверхности обработки получается высоким, так как поверхность резания образуется лезвием резца. Резание древесины в торец обеспечивает невысокое качество обработки. Волокна древесины сжимаются резцом, а в направлении волокон могут даже образоваться трещины. Качество обработки повышается, если толщина стружки и угол резания малы. При резании древесины поперек волокон по мере продвижения резца образуется стружка скалывания или стружка отрыва с короткой опережающей трещиной. Качество поверхности обработки при образовании стружки скалывания достаточно высокое. При образовании стружки отрыва поверхность получается шероховатой, с неровностями разрушения.

С увеличением угла резания качество обработки повышается, так как лучше надламывается стружка. Угол резания можно увеличить до 90°, что приближает процесс резания к скоблению. Древесина обрабатываемых заготовок неоднородна, поэтому при малых значениях угла резания, особенно на участках, имеющих пороки строения древесины, будут появляться вырывы волокон, приводящие к браку.

Качество обработки на больших скоростях резания всегда выше, поэтому для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности следует повышать в пределах технической возможности станка скорость резания, что одновременно ведет к увеличению его производительности. Скорости подачи выбирают оптимальными. Увеличение скорости подачи часто ведет к снижению качества, а уменьшение — к снижению производительности.