Реферат механическая обработка древесины

Обновлено: 05.07.2024

Резание — основной вид механической обработки древесины, при котором происходит разделение материала на заготовки или удаление части его для получения изделий заданных форм, размеров и требуемой степени шероховатости. При резании механически нарушается связь между структурными элементами древесины (волокнами, клетками) в отличие от гнутья или прессования, при которых эта связь сохраняется. По принципу резания осуществляется пиление, строгание, фрезерование и др.

Для обработки древесины резанием применяют режущие инструменты, имеющие один (ножи), несколько (фрезы) или много (пилы) резцов. В общем виде резец имеет форму клина (рис. 1), в котором различают переднюю грань, расположенную со стороны снимаемой стружки, заднюю грань, обращенную к обработанной поверхности, и две боковые грани. Передняя и задняя грани образуют переднюю кромку (лезвие резца). Когда ширина резца меньше ширины материала, в резании принимают участие также боковые режущие кромки и грани резца. При поступательном движении резца получают плоскую поверхность, а при вращательном — криволинейную. Плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца, называется плоскостью резания.

Рис.1. Элементы простого резца abed —передняя грань; ab с d — задняя грань; ad — лезвие; — задний угол; — передний угол; —угол заострения; — угол резания; В — ширина стружки; h — толщина стружки

В зависимости от направления движения резца по отношению к направлению волокон древесины различают торцовое, продольное и поперечное резание (рис. 2).

При торцовом резании резецдвижется в плоскости, перпендикулярной направлению волокон древесины, перерезая их.

Срезаемая стружка скалывается в виде отдельных слабо связанных или несвязанных элементов. При продольном резании движение резца совпадает с направлением волокон; в этом случае стружка снимается тонкой лентой. Поперечное резание происходит при движении резца в плоскости волокон перпендикулярно их длине. Отделяемые элементы стружки слабо связаны между собой. Однако при создании специальных условий (снятие тонкого слоя древесины, распаривание древесины и обжим ее перед резцом) можно получить относительно прочные листовые изделия — строганый или лущеный шпон. Сопротивление резанию для рассмотренных трех случаев находится в соотношении 5:2:1 (при толщине стружки до 1 мм, величине угла резания 45°).

Различают элементарное и сложное резание. В элементарном резании участвует только одна прямолинейно режущая кромка: толщина снимаемой стружки постоянна, резец надвигается на древесину с постоянной скоростью и по отношению к ее волокнам занимает одно из рассмотренных трех положений. Примером элементарного резания может быть теска топором, резка ножом, стамеской. В сложном резании участвует несколько элементов резца. Например, резание с боковыми стенками, когда длина резца не перекрывает ширины бруска.

В процессе обработки резанием различают движение резания и движение подачи. Эти движения могут быть одновременными или последовательными. Для срезания каждой новой стружки нужно переместить резец относительно древесины (или наоборот). Такое движение называется движением подачи, а скорость этого движения — скоростью подачи. Движение подачи у большинства режущих инструментов совершается одновременно с движением резания.

Например, при работе круглой пилы сложение двух движений дает траекторию относительного движения резца или траекторию резания. Так как окружная скорость движения пилы значительно больше скорости подачи бруска, то траектория резания почти совпадает с окружностью диска пилы и соответствующая ей скорость вращения диска является, по существу, * скоростью резания.

Пиление — наиболее распространенный способ резания древесины. Пила представляет собой многорезцовый инструмент, состоящий из полотна и резцов, называемых зубьями. Различают рамные, дисковые и ленточные пилы (рис. 3).

Рис. 3. Профили зубьев пил а — рамных; б — круглых; в — ленточных; 1 — ломаный зуб; 2 — прямой зуб; 3 — зуб для продольной распиловки; 4 — зуб для поперечной распиловки; 5 — зуб для досок; 6 — зуб для бревен

Рамные пилы, представляющие собой длинные тонкие стальные полотна, предназначены для продольной распиловки бревен. Ленточные пилы с постоянной или переменной толщиной диска применяют для продольной и поперечной распиловки. Пилы с переменной толщиной диска называют строгальными. Они не требуют развода зубьев и дают гладкую поверхность распила, пригодную для склеивания или покраски. Ленточные пилы — это тонкие стальные полосы с особой формой зубьев, которые применяют для продольной распиловки пиломатериалов и для криволинейных пропилов.

Для устранения трения полотна пилы о древесину между пилой и боковыми стенками пропила создается зазор путем уширения режущей части пилы (рис. 4). Стружка, образуемая режущим зубом при движении пилы, измельчается в пропиле и превращается в опилки.

Строгание (рис. 5, а) — это резание древесины ножами по прямолинейной траектории, совпадающей с направлением рабочего движения. Строганием с поверхности заготовок удаляют неровности, образовавшиеся при других видах механической обработки, или получают шпон и стружки для плит. При строгании ножи движутся вдоль заготовок либо заготовка перемещается относительно неподвижных ножей. Строгание осуществляется на строгальных, циклевальных, лущильных, стружечных станках.

Фрезерование. Древесина режется вращающимися фрезами или плоскими ножами, укрепленными во вращающихся ножевых головках (рис. 5, б). Лезвия резцов могут описывать в пространстве цилиндрическую или коническую поверхность (соответственно — цилиндрическое или коническое фрезерование). Когда ось вращения инструмента перпендикулярна поверхности обработки, происходит торцовое фрезерование. Методом фрезерования получают прямоугольные заготовки точных размеров, выбирают пазы, гнезда, нарезают шипы, обрабатывают детали криволинейного или ломаного профиля. Универсальность этого вида обработки обусловлена конструкцией соответствующих станков (фуговальных, рейсмусовых, четырехсторонних, строгальных, фрезерных, шипонарезных) и сменностью режущего инструмента.

Точение — это обработка деталей для придания им цилиндрической или фасонной формы тела вращения. Производится методом резания вращающейся вокруг своей оси заготовки горизонтально перемещающимися ножами (токарные станки) или методом вращения ножевой головки вокруг изделия (круглопалочные станки). Цилиндрические или овальные отверстия в заготовках получают путем сверления, а отверстия и гнезда прямоугольного или квадратного сечения — методом дробления (сверлильно-долбежные и цепнодолбежные станки).

Рис. 4. Способы устранения заедания пилы в пропиле а — утолщение полотна к зубьям; б — расплющивание кромки зуба; в — развод зубьев

Способы обработки древесины должны применяться с учетом дальнейших предназначений этого материала. Так, механические методы работы с будущими заготовками используются до пропитки и представляют собой последовательное снятие верхних слоев древесины для того, чтобы достигнуть нужной формы. Дерево обрабатывается с четырех сторон, пока не получится чистая и ровная поверхность. Все эти операции относятся к механическим.

Механическая обработка древесины

Механическая обработка может быть двух видов. Химический состав древесины в любом случае остаётся прежним. Зато происходят другие изменения.

Нарушение связи на уровне соединения частиц. Это значит, что дерево проходит стадии, когда его распиливают, строгают, проводят фрезеровочные работы, сверлят, долбят.
Без нарушения связей между мельчайшими частицами. К таким способам относят прессование и гнутье.

Пиление и распиловка

Это один из самых древних видов работы с деревом. Первоначально в его основе было разрубание. Позднее добавились ещё два способа. Итак, при резании возможно разделить материал на нужные заготовки, а также убрать лишнюю длину, ширину, объем. В результате должна получиться деталь нужного размера.

Особенность процесса в том, что происходит разрыв между элементами структуры клеток и волокон материала. Принципов такой обработки несколько. В зависимости от количества ножей (резцов), принимающих участие в этом процессе, выделяют два вида работы с деревом.

Разрезать заданный материал можно с выделением стружки, а именно путем фрезерования, пиления:

строгание при помощи резца, движения которого строго по заданным прямым линиям;
фрезерование, процесс происходит при помощи резца, который непрерывно вращается;
распиловка древесины;
дробление, а именно выработка определённых отверстий на заданную глубину;
сверление – сквозное или частичное;
точение древесины;
лущение элементов заготовок;
шлифование.

И без стружкообразования, в том числе при создании шпона, а затем дальнейшего его раскроя при помощи ножниц:

раскол как готовых заготовок, так и целых бревен;
разрезание, процесс происходит при помощи специальных ножниц;
штампование листовой древесины при помощи высечки.

Согласно техническим условиям механическая обработка древесины разрешает наличие некоторых погрешностей, в том числе, во внешнем виде заготовок. Это могут быть внутренние трещины и свилеватость на месте распила.

Каким образом может быть распилено дерево — показано на схематичном рисунке

Инструмент для обработки древесины

Инструменты для выполнения такой механической обработки древесины следующие:

Фрезы. Это несколько резцов, которые позволяют проводить распиловку с минимальным количеством шероховатостей. Чем мельче фреза, тем более гладкой получается поверхность. При работе выделяется некоторое количество стружки.
Множественное количество фрез – это уже пила. Она может снимать определенное количество древесины как сверху, так и по краям заготовки.
Один резец – нож. Одним ударом он разрезает древесину. В результате стружек нет. В заводских условиях при использовании высокоточных инструментов поверхность получается максимально ровной.

Каждый из резцов имеет лезвие в режущей кромке, а также грани (боковые и задние). Для качественного выполнения работы важно не только подобрать размер резцов, но и точно установить угол заострения и выставить плоскость резания. При хорошо заточенных режущих элементах можно добиться достаточно ровной поверхности даже при работе с маленькими заготовками.

Виды распилов

После механических способов обработки из срубленного бревна получается пиломатериал. От того, какой он формы, фактуры и размера выделяют следующие виды распилов древесины:

Тангенциальный.
Радиальный.
Рустикальный.
Поперечный.

Каждый из перечисленных видов применяется не только исходя из того, что планируется получить, но и обязательно учитывается вид дерева и его структура.

Схема с изображением некоторых видов распила

Тангенциальный и радиальный

Тангенциальный распил проводится на заданном расстоянии от сердцевины бревна по касательной относительно годичных слоев дерева. После такого распила текстура готовой доски далеко не однородная.

Здесь возможны древесные поры. Учитывая, что волокна древесины не имеют одного направления, тангенциальный распил приводит к созданию на плоскости естественных узоров. Такой метод распила довольно экономичный.

Коэффициент полезного выхода материала один из самых высоких. Однако метод не исключает, что у готового изделия будут наблюдаться щели и трещины.

Радиальный распил имеет коэффициент усушки в два раза лучше, чем при распиле тангенциальным способом. При таком способе плоскость распила располагается строго перпендикулярно относительно годовых колец. Расстояние между годовыми слоями получается минимальным.

А структура на месте распила максимально однородной, без даже минимальных щелей. Такой метод распила применяется в технологии изготовления клееного бруса. В этом случае бревно делится на 4 части, с каждой из которых отпиливаются доски по очереди.

Таблица сравнения видов распила

Радиальный способ	Тангенциальный способ
Улучшенные характеристики сушки	Высокие механические характеристики
Одинаковая структура распила	Геометрическая стабильность размеров
Высокие характеристики разбухания	Наличие естественных узоров
Высокая цена, широкое применение	Доступная цена

Рустикальный и поперечные виды распила

Эти два способа менее популярны, чем вышеизложенные. Поперечный распил предполагает, что древесина режется поперек, а на его месте будут видны концентрические окружности. Такой метод обработки достаточно дорогой, подходит он только к определенным сортам дерева и используется преимущественно при создании художественного паркета.

Рустикальный способ распила показывает на месте среза продольные полосы. Метод такой работы с древесиной дорогой и довольно редкий. Здесь недопустимо наличие не только трещин и сучков, но шероховатостей и даже незначительных повреждений. Готовый материал обладает не только безупречным внешним видом, но и высокой износоустойчивостью. Используется исключительно для создания паркета высшего сорта.

Наглядно о вариантах распиловки древесины расскажет видео:

Строгание древесины

После даже самой тщательной распиловки на деревянных заготовках остаются следы распила, шероховатости и неровности. Для улучшения внешнего вида и общего качества древесины необходимо проводить следующий этап её механической обработки.

Способ, при котором происходит постепенное снятие слоев древесины, называется строганием. При нём изделиям придают нужную форму с гладкой поверхностью. Работать можно, как на строгальных инструментах, так и на станках.

Стационарные устройства имеют разные режимы работы, а также несколько скоростей. Для ручной обработки древесины могут использоваться следующие инструменты:

Рубанок.
Фуганок.
Строжка торцовая.
Отработка зензубелем четверти.

Работать с деревом нужно от себя, строгая вдоль волокон, тогда можно добиться максимальной гладкости поверхности при минимальных усилиях.

При выполнении строгания на стационарных станках необходимо соблюдать технику безопасности. Методы же работы, практически, такие же, как при работе с ручными инструментами.

Токарная обработка

Для деревянных деталей, которые используются для украшения мебели, применяется способ обработки древесины путем обтачивания её на токарных станках. В результате получаются заготовки и полностью готовые части овальных, круглых, волнистых, витых и других форм.

Стационарные станки, а также иные токарные приспособления позволяют вращать детали равномерно. В это время ножи или резцы снимают стружку. В станках, предназначенных для работы с деревом, есть планшайбы и патроны. В них отверстия с резьбой.

Самый распространенный – трехкулачковый патрон. Он прочно закрепляет деталь благодаря радиальному перемещению зажимных кулачков. При помощи такого устройства можно обрабатывать легкие детали.

Для более тяжелых деталей используется патрон с трезубцем. Зубцы устройства вдавливаются в торцовую часть детали, а после включения станка происходит передача вращательного момента от шпинделя самой заготовке.

В любом случае нужно надежно закрепить обрабатываемую деталь на устройстве. Чем равномернее будет вращаться заготовка, тем более качественным получится её обработка.

На видео — изготовление ножки стула на токарном станке:

Обработка методом точения

Тела вращения свою форму могут передать при обработке деталей при точении. Во время этого процесса происходит вращательное движение или поступательное движение.

Обработка методом точения для деталей может быть внешней или внутренней. А относительно оси вращения может быть осевое и поперечное. По окончательному варианту обработки точение бывает черновым и чистовым.

Метод шлифования

Шлифовка проводится при помощи абразивных материалов. Мягкая наждачная бумага для дерева не подходит, а вот та, у которой жесткость не меньше 10 сможет хорошо отполировать поверхность.

Главная цель такого механического метода обработки древесины в том чтобы качественно удалить дефекты, которые возникли ранее. При плавных движениях можно достичь полной гладкости деревянной поверхности. При работе можно зернистость бумаги постепенно уменьшать.

Фумигация

Фугование древесины – это её обработка специальным газом, например, фосфористым водородом. Цель воздействия – обеззараживание древесины для её дальнейшего безопасного использования. Особый газ имеет высокую проникающую способность, что полностью предотвращает вероятность возникновение любого вида вредителей.

После использования газа, необходимо выдержать период обработки, после чего предстоит процесс распада химического соединения. В итоге обеззараженное дерево невредно для человека.

Фрезерование

Во время этого процесса отделяется от древесины некоторое количество стружки. Фрезерования проходит вращающимся резцом. Можно обрабатывать профильные или плоские поверхности. Фрезерование может быть коническим, торцевым, цилиндрическим.

После обработки древесина остается шероховатой, иногда имеет надломы. Если деталь готова, то её теперь нужно отшлифовать. Иногда после фрезерования проводятся другие работы.

Сверление

Такой принцип работы используется для образования отверстий в заготовках или полузаготовках. Метод сверления заключается в том, что сверло, углубляясь в древесину, при помощи своих граней достает внутреннюю часть дерева. При работе необходимо размечать центры и устанавливать на какую глубину должны опускать сверла.

Лущение

Поперечное резание древесины для получения шпона называется лущением. Режущий механизм при этом движется по спирали. В процессе должен быть использован нож, длина которого намного превышает длину заготовки. Древесина должна быть подготовлена, для чего её увлажняют и нагревают.

Лущение древесины для получения шпона Игринский ЛПХ:

Полировка древесины

После того как дерево, растущее в лесу, было спилено и прошло тернистый путь разных способов механической обработки, завершающим этапом может стать его полирование. Для чего абсолютно гладкую, отшлифованную поверхность, покрывают политурой.

Если правильно подобрать материал, то можно изменить цвет дерева, несколько упрочить его структуру, придать зеркальный блеск.

Современные технологии обработки

Сейчас древесину обрабатывают тремя основными способами:

Биологический.
Химический.
Механический

Биологический метод дает возможность использовать низкокачественную, несортовую древесину в кормовые дрожжи, а также вырабатывать из неё этиловый спирт. В результате микробиологического синтеза получается ценный продукт. Такие продукты экологичные, достаточно просты в изготовлении и, как правило, недороги.

Химический метод лежит в основе нескольких производств, например целлюлозно-бумажного, гидролизного и пиролиза. Воздействие разных химических соединений позволяет получать из сырья древесный уголь, уксусную кислоту, скипидар и канифоль.

Несмотря на то что производители гарантируют полную безопасность древесины после химического на неё воздействия, продукты из неё уже не являются экологическими, их производство требует дорогостоящего оборудования, а это повышает конечную цену.

Механические способы обработки древесины позволяют изменять её форму, цвет и объем. Но неизменным остается химический и биологический состав. Связь между волокнами нарушается, и в процессах не используется свойство пластичности дерева.

Самые безопасные способы воздействия на древесину с экологической точки зрения – это механические. Поменяв свою форму, дерево остается таким же по сути.

Современные способы обработки позволяют использовать как само дерево, так и его производные. Чем качественнее проводились работы по сушке и защите древесины, тем дольше прослужит готовое изделие.

Читайте также: