Termicky modifikované dřevo (THERMOWOOD) vliv nezávislých parametrů (technicko - technologických) na závislé parametry (energetické a kvalitativní) při rovinném frézování

Ing. Jiří Kubš

Doctoral thesis

Thermally modified wood (THERMOWOOD) - the influence of independent factors (technical - technological) on the dependent factors (energy and qualitative) of flat milling

Abstract:

Nárůst požadavků na výrobu stále náročnějších a složitějších produktů vyžaduje vývoj dokonalejších, novějších a energeticky úspornějších technologií výroby a materiálů. S tím souvisí také větší využití dřeva např. pro termickou modifikaci tak, aby i místní dřeviny dosáhli jiných požadovaných vlastností. Poznatky o interakci různých faktorů, jakou jsou například energetická náročnost při obrábění v porovnáním s obrobeným povrchem, nejsou v současnosti příliš prozkoumané.Disertační práce je zaměřena na termicky modifikované dřevo vyrobené při teplotě termické modifikace 160, 180 a 210 °C. Zástupci dřevin byly vybrány domácí smrk ztepilý (Picea abies L.) a dub letní (Quercus robur F.). Po termické modifikaci se vyhodnotili změny v chemickém složení při každé teplotě termické modifikace a jak chemické složení ovlivňuje spotřebu elektrické energie. Dále se zkušební vzorky za pomoci měření okamžité spotřeby elektrického příkonu opracovali rovinným frézováním při různých nastaveních podávací rychlosti 4, 8, 11 m/min, řezné rychlosti 20, 30, 40 m/s a úhlu řezného čela nástroje 15, 20, 25°. Dále se na vzorcích pomocí kontaktní a bezkontaktní metody měření kvality opracovaného povrchu zjišťovalo, jak nastavené parametry rovinného frézovaní ovlivňují kvalitu opracovaného povrchu daných dřevin.Z výsledků disertační práce je patrné, že termická modifikace obou dřevin ve všech měřených teplotních stupních výrazně ovlivňuje chemické složení dřeva. Co se týká vlivu chemického složení na spotřebu elektrické energie při rovinném frézování, tak závislost se neprokázala. Největší vliv na spotřebu ze všech testovaných parametrů má řezná rychlost, kde se zvyšující se řeznou rychlostí, zvyšuje také řezný příkon stroje. Pokud se zaměříme pouze na kvalitu opracovaného povrchu, tak největší vliv má posuvná rychlost, která se se zvyšující posuvnou rychlostí klesá u obou dřevin. Výsledky měření kontaktního a bezkontaktního (laserového měření) se ukázali dosti odlišné, ale vykazovali stejné trendy. Hlavní důvod realizace této práce je ovšem interakcí všech faktorů stanovit optimální technologické nastavení pří rovinném frézování. Při rovinném frézování smrku ztepilého je optimální nastavení řezné rychlosti na 20 m/s, úhel čela 25°, posuvná rychlost 4 m/min a opracování termicky nemodifikovaného smrku, u dubu letního se ukázalo optimální nastavení řezné rychlosti 20 m/s, úhel čela 20°, posuvná rychlost 4 m/min a opracování termicky modifikovaného dubu na teplotu 180 °C.

Abstract:

The increasing demand for increasingly sophisticated and complex products requires the development of improved, newer and more energy-efficient production technologies and materials. This is also associated with greater use of wood, for example, for thermal modification, so that the local woody species achieve other desired properties.The dissertation thesis is focused on thermally modified wood produced at the temperature modification of 160, 180 and 210°C. Representatives of the tree species were selected domestic spruce (Picea abies L.) and oak (Quercus robur F.). After the thermal modification, changes in the chemical composition at each thermal modification temperature and how the chemical composition affects cutting power were evaluated. In addition, the test specimens were machined by plane milling at various feed rate of 4, 8, 11 m/min, cutting speed of 20, 30, 40 m/s, and cutting face angle of 15, 20, 25° by measuring instantaneous cutting power. Furthermore, the samples using the contact and non-contact (laser) method for measuring the quality of the machined surface were examined how the set parameters of planar milling affect the quality of the machined surface of the wood species.The results of the dissertation work show that the thermal modification of both wood types in all measured temperature stages significantly affects the chemical composition of wood. Regarding the influence of chemic composition on the power consumption during milling, the dependence was not proved. The greatest influence on the consumption of all tested parameters is the cutting speed, where the increasing cutting speed also increases the cutting power of the machine. If we focus only on the quality of the machined surface, the biggest influence is the feed rate, which decreases with both trees as the feed rate increases. Contact and non-contact (laser) measurements showed quite different results but showed the same trends. The main reason for this work is, however, the interaction of all factors to determine the optimal technological setting for face milling. For flat milling of spruce, the optimum cutting speed setting is 20 m/s, the rake angle is 25°, the sliding speed is 4 m/min and the thermally unmodified spruce is processed. the oak showed optimal setting of cutting speed 20 m /s, rake angle 20°, sliding speed 4 m/min and treatment of thermally modified oak to 180°C.

Keywords

Rovinné frézování, Thermowood, Řezný příkon, Energetická náročnost při frézování, Chemické složení, Drsnost, Vlnitost

Keywords

Thermowood, Cutting power, Chemical composition, Roughness, Waviness, Surface milling

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 8. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Milan Gaff, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Doctoral programme / field:
Forestry Engineering / Wood Processing and Forest Machinery