Обработку древесины, посредством которой изменяют ее размеры, форму и внешний вид, но сохраняют химический состав, называют механической. Механическую обработку древесины производят резанием, гнутьем, прессованием и раскалыванием.
Рис. 1. Элементы и углы резца: а — элемент резца; б — рабочая часть н углы резца.
1 — передняя грань; 2 — боковая грань; 3 — задняя грань; 4 — боковая кромка; 5 — задняя кромка; 6 — режущая кромка; 7 — фаска. I — угол заострения; II — угол резания; III — угол наклона.
Основным видом механической обработки древесины является резание; оно может осуществляться как со снятием стружки, так и без него. Примером резания без снятия стружки является лущение шпона и получение облицовочной фанеры. Резанием со снятием стружки является пиление, строгание, сверление и пр. Сущность резания со снятием стружки состоит в том, что резец под действием силы внедряется режущей кромкой в древесину и отделяет от нее (срезает) частички дерева в виде тонкой длинной стружки или опилок.
У резца различают переднюю, заднюю и боковую грани, переднюю, боковые и задние кромки. Заостренная кромка резца называется режущей. Она образуется пересечением передней и задней граней резца, иногда передней и боковой граней (у зубьев поперечной пилы). Режущая кромка широкого резца называется лезвием.
Угол между гранями резца, образующими режущую кромку, называется углом заострения, или углом заточки. Угол заточки для строгальных железок 20—30°, для стамесок 18—20J. У работающего резца различают также угол резания, угол наклона (задний угол), передний угол.
Углом резания называется угол между передней гранью резца и плоскостью резания. Угол резания при строгании в торец равен 30—35°, при строгании вдоль волокон (по слою) — 45—48°, при строгании поперек волокон (в их плоскости) — 48—50°.
Угол между задней гранью резца и плоскостью резания называется углом наклона (задним углом).
Передний угол образуется передней гранью резца и перпендикуляром к плоскости резания, опущенным на режущую кромку.
Величина углов резца оказывает большое влияние на величину силы резания и качество (чистоту) обработки.
Различают три случая резания в зависимости от его направления относительно расположения волокон древесины:
— в торец, когда движение резца и перерезание волокон древесины происходят перпендикулярно к их направлению;
— вдоль волокон, когда направление резания осуществляется резцом параллельно волокнам древесины (направление резания из-за косослоя, свилеватости и других особенностей древесины не совпадает с направлением волокон, вследствие этого древесина надламывается не в плоскости резания, а вглубь);
— поперек волокон, когда резец перемещается в плоскости, параллельной волокнам, но в направлении, перпендикулярном к ним.
При резании в торец происходит скалывание частиц стружки, и она получается мелкой, рассыпчатой. При резании вдоль направления волокон стружка обычно имеет вид тонкой шелковистой упругой ленты, зачастую завивающейся спиралью. При резании поперек волокон стружка получается короткой, ломкой и состоит из отдельных слабо связанных между собой элементов.
В процессе работы возможны случаи резания и в других направлениях, например в полуторец.
На силу резания влияют направления резания, твердость и структурные особенности (косослой, свилеватость и пр.) древесины, величина угла резания, острота заточки резца, трение резца о древесину, ширина лезвия, толщина стружки и влажность древесины.
Наименьших усилий требует резание поперек волокон в плоскости продольного разреза (в 5—6 раз меньше, чем резание в торец и в 3—4 раза меньше, чем резание вдоль волокон).
Чем тверже древесина, тем больше усилий требуется для ее резания. Если удельное сопротивление резанию древесины сосны принять за единицу, то удельное сопротивление резанию древесины лиственницы составит 1,1, березы — 1,2—1,3, бука — 1,3—1,5, дуба — 1,5—1,6, ясеня — 1,5—2,0, липы и осины — 0,8, ели — 0,9—1,0. Резать прямослойную древесину легче, чем косослойную.
При небольшом угле заострения резца требуется меньше усилий на резание, чем при большем угле. Однако стойкость и прочность резца находится в обратной зависимости от величины.
Рис. 2. Основные способы резания:
а — в торец; б — вдоль волокон; в — поперек волокон.
Стрелками обозначено направление резания. угла заострения. Поэтому на практике угол заточки принимают в пределах 20—35°.
Установлено, что с увеличением угла резания от 45 до 85 сопротивление древесины резанию вдоль волокон возрастает в 2 8 раза. Однако произвольно уменьшить угол резания нельзя. Исходя из требований чистоты обработки и необходимости обеспечить наклон резца к обрабатываемой поверхности под определенным углом, применяют при работе с ручными инструментами угол резания не менее 45°, а при станочной обработке — более 45°. Во избежание трения резца о древесину угол наклона его к плоскости резания принимают не менее 10°.
При работе режущая кромка резца затупляется, становится заоваленной. Такая режущая кромка не перерезает волокна древесины, а вдавливает их, сминает и, наконец, разрывает. Установлено, что через 4 часа работы сила резания вследствие затупления режущей кромки резца возрастает в 1,5 раза.
Кроме трения стружки о переднюю грань и трения, возникающего при работе затупленным резцом, при некоторых видах резания, например пилении и сверлении, возникает дополнительное трение между резцом, стружкой и стенками пропила или поверхностью высверливаемого отверстия.
Влажность древесины оказывает положительное влияние на силу резания. Так, если сопротивление резанию воздушно-сухой древесины (влажность 15%) принять за единицу, то удельное сопротивление свеже-срубленной древесины составит 0,9.
Чистота обработки древесины при резании определяется количеством и величиной неравностей на ее поверхности. На чистоту резания влияют направление резания, наличие или отсутствие подпора волокон перед резцом, надламывание стружки и толщина ее, острота заточки резца, угол резания, скорости резания и подачи, строение и влажность древесины.
Наиболее чистая обработка достигается при резании вдоль волокон. При работе острым резцом и снятии очень тонкой стружки можно получить чистое резание в торец. Резание поперек волокон никогда чистой обработки не дает, так как из-за слабого соединения волокон в этом направлении значительное количество их вырывается резцом. Повышение влажности древесины отрицательно влияет на чистоту обработки поверхности.
Для более чистого строгания и предупреждения отщепления по волокнам стружку при срезании надламывают стружколомателем, называемым в ручных рубанках горбатиком. Чем тоньше снимается стружка, тем чище получается обрабатываемая поверхность.
Чистота резания зависит также от соотношения между скоростями резания и подачи. Чем больше скорость резания, тем чище обрабатываемая поверхность. Под скоростью резания подразумевается движение резца по обрабатываемому предмету в метрах в секунду. С уменьшением скорости подачи чистота обработки поверхности улучшается. Скорость подачи измеряется в метрах в минуту.