Mechanika procesu řezání pilovým kotoučem

Ing. Luďka Hlásková

Disertační práce

Mechanics of saw blade cutting process

Anotace:

Hlavním cílem disertační práce je vyvinout alternativní metodiku výpočtu měrného řezného odporu, která je založena na lomových vlastnostech dřeva, s rozpracováním Ernst-Merchantovy teorie do podmínek řezání dřeva pilovým kotoučem. Řezný odpor je důležitou vlastností obráběného materiálu, který ovlivňuje velikost spotřeby energie během obrábění. Energetické účinky je možné teoreticky vypočítat pomocí konvenčních metod založených na měrném řezném odporu, který je funkcí mnoha faktorů. Tyto koeficienty jsou odvozeny na základě experimentů provedených v 50. letech 20. století a jsou proto v současné době nepřesné. Nový výpočetní model využívá na rozdíl od tradičních výpočetních metod pouze dva hlavní parametry: lomovou houževnatost a střihovou pevnost. Na základě Ernst-Merchantova diagramu jsou vypočítány velikosti sil, působící na obrobek a nástroj. Dále tento model vychází z určení vnitřní práce pro ohyb a následné odstřihnutí třísky, z energie potřebné pro překonání tření mezi obrobkem a ostřím nástroje a v neposlední řadě ze specifické práce pro formování nového povrchu obrobku. Experimenty byly realizovány na zkušebním standu určeném pro výzkum řezání pilovými kotouči a jeden dílčí experiment byl proveden ve spolupráci s Polytechnikou v Gdaňsku na rámové pile. Použity byly vzorky smrkového (Picea Abies) a bukového dřeva (Fagus Sylvatica). Výsledky vypočítané novou metodou byly porovnány s experimentálně naměřenými daty a s výsledky vypočítanými konvenčními metodami. Hlavní parametry navrhované metody vycházejí z provedených měření, proto nově navržený model výpočtu vykazuje nejlepší shodu s experimentálními daty. Z klasických metod měla lepší shodu s experimentem pouze Technologicko-statistická metoda. Dalšími experimenty byly zjišťovány parametry řezání pro vzorky modifikovaného bukového dřeva (Bendywood, DMDHEU a Lignamon). Pro všechna provedená měření byly odvozeny základní vztahy pro výpočet lomových charakteristik materiálu (lomové houževnatosti a střihové pevnosti, bez provedení složitých lomových testů) pro podélně-příčný model řezání kotoučovou pilou. Získané údaje by mohly být aplikovány na výpočet energetických účinků dalších způsobů dělení dřeva.

Abstract:

The main aim of the dissertation thesis is to develop an alternative methodology for the calculation of the cutting resistance, which is based on the fracture properties of the wood, with the incorporating of the Ernst-Merchant theory into the conditions of the circular saw blade. Cutting resistance is an important property of machined material that affects the amount of energy consumption during machining. The energy effects can be calculated theoretically using conventional methods based on the specific cutting resistance, which is a function of many factors. These coefficients are derived from experiments conducted in the 1950s and are therefore currently inaccurate. In contrast to traditional computing methods, the new model uses only two main parameters: fracture toughness and shear yield stress. Based on the Ernst-Merchant diagram, the magnitudes of the forces affecting the workpiece and tool are calculated. Further, this model is depend on the determination of the internal work for bending and subsequent separating of the chip, on the energy needed to overcome the friction between the workpiece and the blade of the tool and last but not least, on the specific work for forming the new surface of the workpiece. Experiments were carried out on the laboratory equipment designed for the saw blade research, and one partial experiment was executed in cooperation with Gdańsk University of Technology using a frame saw. Samples of spruce wood (Picea Abies) and beech wood (Fagus Sylvatica) were used. The results calculated by the new method were compared with the experimentally measured data and the results calculated by the conventional methods. The main parameters of the proposed method are founded on the made measurements, so the newly designed calculation model shows the best match with the experimental data. From the conventional methods, only the Technology-Statistical Method had a better match with the experiment. Further experiments were used to determine the cutting parameters for modified beech wood samples (Bendywood, DMDHEU and Lignamon). For all the measurements made, the basic relations for the calculation of the fracture characteristics of the material (fracture toughness and shear strength, without complicated fracture tests) were derived for the axial-perpendicular saw blade cutting model. The data obtained could be applied to calculate the energy effects of other types of wood machining.

Klíčová slova

pilový kotouč, proces řezání, dřevo, měrný řezný odpor, lomová mechanika, lomová houževnatost, střihová pevnost

Keywords

cutting resistance, cutting process, circular saw blade, wood, fracture mechanics, fracture toughness, shear yield stress

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 8. 2017

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Zdeněk Kopecký, CSc.

Mendelova univerzita v Brně

Lesnická a dřevařská fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Dřevařské inženýrství / Technologie zpracování dřeva