Mendelova univerzita v Brně. Lesnická a dřevařská fakulta. Ústav základního zpracování dřeva

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva STROJE A NÁSTROJE PRO ŘEZÁNÍ DŘEVA Bakalářská práce 2013/2014 David Ševčík

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Stroje a nástroje pro řezání dřeva zpracoval sám a uvedl/a jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: Podpis studenta:

3 Poděkování Rád bych poděkoval mému vedoucímu práce prof. Ing. Miroslavu Rouskovi, CSc. za pomoc při zpracovávání této práce. Neméně velké poděkování patří i panu doc. Ing. Zdeňku Kopeckému, CSc., který mi pomohl v praktické části práce. Bez profesorovy a docentovi ochoty se mnou spolupracovat a konzultovat nastalé problémy by nevnikla tato odborná práce. David Ševčík

4 Abstrakt David Ševčík Stroje a nástroje pro řezání dřeva Tato bakalářská práce je zaměřena na dřevoobráběcí nástroje strojů, konkrétně na pilové kotouče. V úvodní části je věnována pozornost na popis, rozdělení, vzniku třísky, možné úhly pilových zubů a použití pilového kotouče. V další části je popsáno upínání, proces otupování, správná údržba nástroje a pedagogické zásady. U technických parametrů je výklad doplněn vhodným obrázkem. Závěr práce obsahuje návrh postupu měření řezné síly do laboratorního cvičení. Klíčová slova Pilové kotouče, řezání, řezná síla, řezné parametry, údržba a vznik třísky. Abstract David Ševčík Machines and tools for cutting wood The bachelor thesis is focused on the woodworking machines tools specifically for saw blades. The first part contains a brief description, division of chips possible angles of saw teeth and saw blade. The next section describes clamping, blunting process, proper maintenance of tool and pedagogical principles. For technical interpretation of the parameters is supplemented with a suitable image. This work is a proposal for the measurement of cutting forces in laboratory exercises. Keywords Saw blades, sawing, cutting force, cutting parameters, maintenance, and formation of chips

5 Obsah: 1. ÚVOD CÍL PRÁCE KONSTRUKCE PILOVÉHO KOTOUČE Popis pilového kotouče Jednodílné ocelové pilové kotouče Pájené pilové kotouče Rozvod pilových zubů Pěchování pilových zubů Drážky pilových kotoučů Připevňování slinutých karbidů na zub nástroje KLASIFIKACE PILOVÝCH KOTOUČŮ Podle směrů řezání vzhledem k dřevním vláknům Podle použití pilového kotouče pro řezaný materiál Podle příčného řezu pilového kotouče rozeznáváme Podle tvaru pilových zubů PILOVÉ KOTOUČE A JEJICH POUŽITÍ Pro masivní materiál Na aglomerovaný materiál TVAR, FUNKCE, SÍLA, VZNIK TŘÍSKY, DRUH A GEOMETRIE ZUBU Prvky geometrie řezného nástroje a základní principy obrábění: Význam a funkce základních úhlů Řezná síla Vznik třísky Tvary ozubení pilových kotoučů Tvary destiček ze slinutých karbidů ŘEZNÉ PARAMETRY Řezná rychlost Vzájemný pohyb mezi obrobkem a nástrojem Kvalita řezné spáry Volba ozubení pilového kotouče... 34

6 Počet zubů Řezné podmínky UPÍNÁNÍ PILOVÉHO KOTOUČE Příruba PROCES OTUPENÍ BŘITU A TRVANLIVOST NÁSTROJE Otupování břitu Trvanlivost nástroje Životnost nástroje ÚDRŽBA A OSTŘENÍ Údržba nástrojů Ostření brusným kotoučem HLAVNÍ PEDAGOGICKÉ ZÁSADY Výchovnost Cílevědomost Uvědomělost Aktivita Názornost Spojení teorie a praxe Spojení školy se životem NÁVRH POSTUPU MĚŘENÍ PRO LABORATORNÍ CVIČENÍ Technologicky statistická metoda Analytická metoda Laboratorní měření Výsledky měření Diskuse ZÁVĚR SUMMARY LITERÁRNÍ PŘEHLED PŘÍLOHA... 59

7 SEZNAM SYMBOLŮ ČSN označení českých technických norem HRC zkouška tvrdosti tvrdých materiálu podle Rockwella r poloměr upínacích přírub [mm] p minimální přesah kotouče nad obrobkem [mm] α úhel hřbetu [ ] β úhel břitu [ ] γ úhel čela [ ] δ úhel řezu [ ] β h úhel šikmého zbroušení čela [ ] β c úhel šikmého zbroušení hřbetu [ ] b šířka řezné spáry [mm] e řezná výška (tloušťka) [mm] F ř řezná síla [N] b šířka třísky [mm] h řezná výška (hloubka záběru) [mm] v f rychlost posuvu [m/min] v o obvodová rychlost [m/s] u posuvová rychlost [m/min] v ř řezná rychlost [m/s] D průměr nástroje [m] u z posuv na zub [mm/zub] n počet otáček [1/min]

8 z počet zubů [-] h 1, h 2 tloušťka třísky [mm] a vzdálenost stolu od osy hřídele [mm] D průměr pilového kotouče [mm] t rozteč zubů [mm] r poloměr pilového kotouče [mm] k počet zubů v záběru (uvažujeme, že jsou v záběru 2 až 3 zuby) [-] s min minimální tloušťka třísky [mm] s stř střední tloušťka třísky [mm] s max maximální tloušťka třísky [mm] φ 1, φ 2, φ stř úhly styku [ ] a vzdálenost plochy stolu od osy otáčení [mm] R průměr pilového kotouče [m] t řezná rychlost [m/s] (1,1 1,2) konstanta zahrnující vliv zvýšeného tření nástroje ve spáře k 1 φ δ 2 jednotkový měrný řezný odpor [-] h stř střední tloušťka třísky [mm] u součinitel zohledňující tloušťku třísky v závislosti na modelu řezání a úhlu φ 2 [-] b šířka zubu [m] a p součinitel otupení ostří [-] ρ rozdíl opotřebení ostří [µm] ρ 0 počáteční poloměr ostří [µm] ε opotřebení břitu na jeden metr délky řezu [µm/m]

9 L celková délka řezu [m] l délka záběru jednoho nože během jedné otáčky [m] t doba obrábění [h] k c měrný řezný odpor [N/mm 2 ] a nastavení obrobku od ose rotace [mm] f z posuv na zub [mm] S T celková šířka rozvodu [mm] S 3 tloušťka vychýleného zubu [mm] S 1 velikost rozvodu [mm] S 1 velikost pěchování na jedné straně [mm] a tloušťka pilového kotouče [mm] D min minimální průměr pilového kotouče [mm] a tloušťka pilového kotouče [mm] h s vzdálenost stolu od osy hřídele [mm] ε boční úhel [ ] Ψ1 vstupní úhel pilového kotouče [ ] Ψ2 výstupní úhel pilového kotouče [ ] k d opravný koeficient dřeviny [-] k w opravný koeficient vlhkosti dřeva [-] k v opravný koeficient řezné rychlosti [-] k ρ opravný koeficient otupení ostří [-] k T opravný koeficient teploty dřeva [-] k h opravný koeficient tloušťky třísky [-]

10 1. ÚVOD Kotoučová pila byla poprvé navržena a patentována v roce 1777, zkonstruoval jí však až anglický konstruktér M. I. Bruner v roce V současnosti se jedná o nejrozšířenější nástroj pro rozmanipulování dřeva. Pro rozmanipulování surového dřeva se nejdříve používali pilové kotouče pěchovanými zuby, s rozváděnými zuby nebo pilové kotouče podbroušené bez technologických otvorů v pilovém kotouči. Příchod nových způsobů jak dřevní hmotu více využít v podobě aglomerovaných materiálu způsobil klást vyšší nároky i na pilové kotouče. Technologickými úpravami byly na pilovém kotouči připevněny slinuté karbidy, vznikly drážky, které zmírňují hluk pilového kotouče. Postupem času se upravovaly i těla pilových kotoučů. Například pro bezpečnější uchycení na vřeteno stroje byly použity drážky pro pera. Bez použití kotoučové pily dnes jen stěží dosáhneme minimální a zároveň kvalitní čistší řezné spáry. Pro dosáhnutí požadované jakosti obrobku jsou na pilové kotouče kladeny čím dál tím vyšší požadavky. 2. CÍL PRÁCE Tato práce by měla být podkladem jako studijní materiál pro vyučující. Jedním z cílů této práce je seznámit studenty s kotoučovými pilami. Dalším cílem této práce bylo navrhnout návod pro studenty do laboratorního cvičení. Studenti by naměřená data porovnali s výpočetními metodami a v závěru práce by vyhodnotily výsledky. 10

11 3. KONSTRUKCE PILOVÉHO KOTOUČE 3.1. Popis pilového kotouče Pilový kotouč je obráběcí nástroj, který je součástí dřevoobráběcích strojů, tedy kotoučových pil. Jedná se o obráběcí nástroj, na kterém jsou umístěny břity, které rotují kolem své osy. Hlavní pilový kotouč může být umístěn pod nebo nad materiálem a do řezu se může pohybovat materiál nebo pilový kotouč. Vedlejší pilový kotouč (předřezávací) je umístěn před hlavním pilovým kotoučem a nachází se částečně pod stolem stroje. Předřezové pilové kotouče se otáčí proti směru otáčení hlavního pilového kotouče. Předřezový (podřezávací) pilový kotouč je složen ze dvou menších řezných kotoučů a distančních kroužků. Tyto distanční kroužky jsou umístěny mezi dvěma řeznými kotouči a určují šířku prořezu materiálu. Tloušťka pilového kotouče závisí na tepelném zpracování. Je-li pilový kotouč kalen na 44-48HRC je tloušťka 3mm. Nad 3mm je kotouč kalen na 42-46HRC. Dále jsou v pilovém kotouči laserem vypáleny různé drážky, které mají své opodstatnění. Nezbytnou součástí je i upínací otvor pro upnutí do stroje. Tento upínací otvor je opatřen dvojicí nebo čtveřicí drážek pro pera a dalšími menšími upínacími otvory pro unášecí čepy. Takový systém upínání je z důvodu zamezení protáčení pilového kotouče po hlavní hřídeli. Konstrukce upínacích otvorů se liší podle systému, jakým se nástroj upíná do stroje. Průměr pilového kotouče, se vždy volí co nejmenší. Co nejmenší průměr umožňuje vyšší otáčky, větší stabilitu kotouče, zmenšení úhlu břitu vnikajícího do materiálu, tím se zlepší jakost řezné plochy. Menší průměr nezpůsobí tak velkou hladinu hluku jako velký pilový kotouč. Nejmenší průměr pilového kotouče závisí na konstrukci stroje a způsob použití. Obecně můžeme říct, že průměr pilového kotouče je určen průměrem upevňovacího přírub, řeznou výškou a přesahem pilového kotouče nad obrobkem. Pro stroje s pilovým kotoučem nad stolem je vzorec výpočtu stanoven. Vzorec pro výpočet pilového kotouče nad stolem: D min = 2(h + r + p) Pilový kotouč umístěný pod stolem je určen vztahem: D min = 2(h + h s + p) 11

12 h řezná výška [mm] h s vzdálenost stolu od osy hřídele [mm] r poloměr upínacích přírub [mm] p minimální přesah kotouče nad obrobkem [mm] Podle různých konstrukcí se hlavní pilové kotouče používají pro řezání dřevěných materiálů ve všech směrech. Hlavní pilové kotouče můžeme rozdělit podle konstrukce: (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Jednodílné ocelové pilové kotouče Tělo pilového kotouče je vyrobeno z oceli (legovaná chrom-vanadová ocel nebo uhlíková ocel třídy 19). Zuby pilového kotouče jsou vypáleny přímo v materiálu kotouče. Zuby se pomocí speciálních strojů rozvedou nebo rozpěchují a nabrousí. Nezbytnou součástí je úprava pnutí. Úpravou pnutí se obecně zvyšuje tuhost, zvětšuje přesnost u řezání, zlepšuje se jakost obráběné plochy. Úprava pnutí u pilových kotoučů je proto, aby byl eliminován nepříznivý účinek napětí v tlaku v obvodové části kotouče. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obr. 1 Celistvý pilový kotouč (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) 12

13 Pájené pilové kotouče Pájené pilového kotouče jsou opatřeny tvrdokovy (slinuté karbidy), ty jsou připevněny na tělo zubů. Slinuté karbidy jsou zastoupeny ve třídě oceli číslo 18. Vyrábí se z kovových prášků tzv. práškovou metalurgií. Kovový prášek získaný mletím wolframu se smísí s práškovým kobaltem a tato směs se pod vysokou teplotou a tlakem se lisuje do bloků. Poté se ze směsi nařežou a obrobí destičky s nadmírou na konečný tvar. Poté se opět zahřejí na teplotu ohřevu 1400 až 1500 C, kde nastává konečné spékání karbidových zrn s kobaltem. Šířka tvrdokovů (slinutých karbidů) je větší než tloušťka pilového kotouče, proto se nemusí zuby dále upravovat rozvody nebo podbroušením. Nevzniká tedy žádné tření mezi tělem pilového kotouče a obrobkem. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obr. 2 Pájený pilový kotouč s destičkami ze slinutých karbidů (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) 13

14 Rozvod pilových zubů Velikost rozvodu zubu na jedné straně zpravidla bývá ve velikosti ¼ tloušťky těla kotouče. Rozvod musí být symetrický, v opačném případě pilový kotouč zabíhá na stranu, kde je větší rozvod. Rozvody se zásadně upravují před broušením. Je-li třeba, tak se zuby poupraví nebo překontrolují po ostření. V případě, že by byl použit malý rozvod zubů, pilový kotouč by se zahříval v důsledku tření o obráběný materiál. U příliš velkého rozvodu, bude vznikat ztráta způsobené větším prořezem materiálu, vyšší spotřebou energie. Rozvod volíme podle druhu dřeva. Pro měkké dřevo zvolíme větší rozvod než pro tvrdé dřevo. U podélného řezání zvolíme taktéž větší rozvod než u příčného krácení. Jiný rozvod zubů použijeme u řezání suchého a mokrého dřeva. Pro vlhké dřevo volíme větší rozvod než pro suché dřevo. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obr. 3 Pilové zuby pilových kotoučů (Prokeš 1978) S T celková šířka rozvodu S 3 tloušťka vychýleného zubu S 1 velikost rozvodu a tloušťka pilového kotouče 14

15 Pěchování pilových zubů Velký rozvoj této techniky bylo v 70. a 80. letech. Výhoda pěchovaných zubů oproti rozváděným zubům byla v lepší kvalitě obráběné plochy a zvýšení řezné rychlosti. Dnes je tato technologie považována za náročnou na výrobu a nevyhovující z hlediska jakosti obrábění. Proto je nahrazena pilovými kotouči ze slinutých karbidů. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obr. 4 Pilové zuby pilových kotoučů (Prokeš 1978) S T celková šířka rozvodu S 1 velikost pěchování na jedné straně a tloušťka pilového kotouče Drážky pilových kotoučů Drážky pilových kotoučů jsou vypalovány přímo do těla nástroje. Mají různé tvary a funkce podle toho, co musí splňovat. Můžeme říct, že co výrobce to jiný systém drážkování. Firmy si svoje postupy chrání a považují to za svoje know-how. Obecně můžeme říct, že drážky mají tři funkce: Odvádění tepla pilového kotouče Zmírnění hlučnosti pilového kotouče Stabilita, ochranu proti odstředivým silám, řeznému odporu (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) 15

16 Na pilovém kotouči můžeme najít tyto drážky: Obr. 5 Druhy drážek v pilovém kotouči (Prokeš 1978) 5,6 vyvažovací a stabilizační otvory: slouží k vycentrování pilového kotouče 7 odhlučňovací otvor (chlazení): starší typ pro odhlučení a zároveň odvod tepla 8 čistící a stabilizační otvor s destičkami ze slinutých karbidů: zlepšení vedení chodu kotouče, chlazení snížení tření mezi obrobkem a kotoučem a mají zajišťovat původní pnutí kotouče 9 čistící a stabilizační drážka s destičkami ze slinutých karbidů: začisťovací zářezy opatřeny destičkou ze slinutých karbidů jsou údajně výhodné pro také pro chlazení kotouče a mohou vytvářet užší řeznou spáru 10 upínací otvor 11 dilatační drážka s měděným nýtem: snížení hlučnosti a teploty při řezání 12 dilatační drážka s otvorem (bez nýtu): snížení hlučnosti a teploty při řezání. Nedosahuje takových parametrů jako drážka s nýtem, výhodou je že není tak drahý 13 dilatační drážka s protihlukovou úpravou: snížení hluku při řezání 16

17 3.2. Připevňování slinutých karbidů na zub nástroje Připevňování zubů na těla nástroje se provádí u slinutých karbidů. Slinuté karbidy se připevňují na těla nástrojů pájením pomocí mosazné nebo stříbrné pájky, též je lze i připevňovat lepením. Slinuté karbidy jsou tvrdokovy o vysoké pevnosti (60-80 HRC) a otěruvzdornosti. Jejich nevýhodou je křehkost a malá tepelná vodivost. (Janíček 2000) Obr. 6 Připevňování slinutých karbidů (Prokeš 1978) 1 tělo pilového kotouče (zubu) 2 pájka nebo lepidlo 3 slinutý karbid 17

18 4. KLASIFIKACE PILOVÝCH KOTOUČŮ Použití pilového kotouče určují technologické předpisy podle požadované kvality a podle druhu obráběného materiálu. Pilové kotouče lze rozdělit podle řady kritérií Podle směrů řezání vzhledem k dřevním vláknům Příčné řezání Podélné řezání Kombinované řezání 4.2. Podle použití pilového kotouče pro řezaný materiál Pro rostlé dřevo Na aglomerovaný materiál 4.3. Podle příčného řezu pilového kotouče rozeznáváme Ploché (hoblovací) Seřezávací pravé nebo levé (sbíhavé) Seřezávací (sbíhavé) oboustranné Podbroušené 4.4. Podle tvaru pilových zubů Rozvedené pilové zuby Pěchované pilové zuby S destičkami ze slinutých karbidů (Janíček 2000) 18

19 Obr. 7 Průřezy pilových kotoučů (Janíček 2000) 1 pohled na určování pravé a levé strany pilového kotouče 2 směr otáčení pilového kotouče A ploché B podbroušené C seřezávací pravé D seřezávací levé E seřezávací souměrné ε boční úhel [ ] D průměr pilového kotouče [mm] d průměr otvoru [mm] 5. PILOVÉ KOTOUČE A JEJICH POUŽITÍ 5.1. Pro masivní materiál Pilové kotouče určené pro zpracování masivního materiálu v prvovýrobě nejsou tak rozšířeny. Jedná se o pily, které zpracovávají kulatinu z těžby. U takového krácení kulatiny napříč vláken je nevýhoda, že pilový kotouč využije jen polovinu svého 19

20 průměru. Mnohem rozmanitější využití kotoučových pil je v méně kapacitních pilách a ve dřevoobráběcích firmách. Zde se pilové kotouče používají do rozřezávacích kotoučových pil, přeřezávacích pil s kombinací s více kotoučovými pilami. Pilové kotouče určené pro masivní materiál mají jiné řezné parametry než na aglomerované materiály. Zmíněné pilové kotouče mají zejména vyšší průměr pilového kotouče, větší zubové mezery, menší počet zubů, menší řezná rychlost, menší podávací rychlost do řezu. Pro příčné krácení se používá trojúhelníkové ozubení souměrné, nebo pilové kotouče s hladícím ozubením pro přeřezávání. Na zkrácení kulatiny se mohou používat pilové kotouče s destičkami ze slinutých karbidů. Na rozmítacích pilách lze vidět vlčí ozubení s omezovacím zubem nebo pilové kotouče hladící určené na rozřezávání. Pilové kotouče s rozvedeným ozubením se používají nejen v dřevařských závodech. Takový pilový kotouč je vhodný pro příčné řezání, popřípadě podélné. Často je používán na okružních pilách. (Janíček 2000 a Janíček, Vozár, Zbořil 1999) 5.2. Na aglomerovaný materiál Pro zpracování aglomerovaných materiálů se nejčastěji používá pilový kotouč s destičkami ze slinutých karbidů. Aglomerované materiály jsou konstrukční desky zhotovené z dřevních nebo lignocelulózových částic spojených pomocí lepidla a lisovaných za tepla do požadovaného tvaru, kvality, rozměrů a vlastností. Nejčastěji používané aglomerované materiály jsou dřevotřískové desky, dřevovláknité desky a OSB desky. Pro hladší řeznou spáru se používá předřezový kotouč který, má úhel záběru do řezu z minimálního do maximálního úhlu. Jako jediný pilový kotouč má směr otáčení proti směru otáčení hlavního řezného kotouče, tzn. směr otáčení je stejný jako směr posuvu materiálu do řezu. Předřezový kotouč má menší průměr, pomocí kterého dosahuje větších otáček. Ty mohou dosáhnout až dvojnásobku otáček oproti hlavnímu pilovému kotouči. Předřezový (podřezávací) pilový kotouč je složen ze dvou menších řezných kotoučů s destičkami ze slinutých karbidů a distančních kroužků. Distanční kroužky určují šířku prořezu materiálu, přičemž doporučená šířka prořezu je o 0,3mm větší než šířka prořezu u formátovací pily. (Janíček 2000) 20

21 6. TVAR, FUNKCE, SÍLA, VZNIK TŘÍSKY, DRUH A GEOMETRIE ZUBU 6.1. Prvky geometrie řezného nástroje a základní principy obrábění: Nástroje pro strojní obrábění dřeva jsou charakterizovány zejména konstrukcí, rozměry, tvarem počtem zubů a řeznými úhly. Základními prvky nástroje jsou: Břit Čelo Hřbet Břit nástroje je klínovitá část nástroje, která je charakterizována dvěma plochami a je to funkční část nástroje. Hlavní břit (ostří) tvoří čelo a hřbet nástroje. Čelo nástroje je plocha, po které se odvíjí tříska. Svírá čelo nástroje se základní rovinou. Hřbet nástroje je obrácená k ploše řezu. Některé pily mají ještě boční břity vytvořené čelem a bočními plochami nástroje. Průnik čela s bočním ostřím se nazývá boční ostří. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Základní řezné úhly charakterizují tzv. geometrii břitu (úhly hřbetu, čela, břitu, řezu) Úhel hřbetu α svírá hřbet nástroje s rovinou řezu Úhel čela γ svírá úhel mezi rovinou čela a základní rovinou Úhel břitu β je to úhel mezi čelem a hřbetem, platí vztah β = 90 - (α+ γ) Úhel řezu δ je to úhel sestávajícím z úhlů α a β, platí vztah δ = α + β 21

22 Obr. 8 Prvky a geometrie nástroje s jedním břitem (Janíček 2000) A princip nástroje s jedním břitem B a C břity s různými úhly hřbetu 1,2 břit 1,2,3,4 čelo nože 1,2,5,6 hřbet nože α úhel hřbetu [ ] β úhel břitu [ ] γ úhel čela [ ] δ řezný úhel [ ] h tloušťka třísky [mm] 22

23 b šířka třísky [mm] a tloušťka stlačeného materiálu [mm] (Janíček 2000) 6.2. Význam a funkce základních úhlů Význam základních úhlů je důležitý pro správné obrábění materiálu, výkon strojů a rozměrovou přesnost výrobků. Pro různé obrábění materiálu musíme zvolit správně základní řezní úhly, řezné podmínky. Nedodržení podmínek způsobí zhoršení kvality materiálu, výrazně klesne životnost nástroje, zvýší se řezný odpor a tím pádem i výkon stroje. Úhel hřbetu α: má vliv na tření hřbetu na obráběnou plochu čím je menší tím je tření větší a naopak, protože zmenšováním úhlů hřbetu se styková plocha mezi hřbetem a obráběnou plochou zvětšuje smyková plocha se zvětšuje i při otupování břitu větší tření zapříčiňuje zvětšení řezného odporu a také zvýšené zahřívání nástroje nebezpečí popouštění nástroje v praxi se nejčastěji volí úhel α 10 až 30 (podle druhu obrábění a druhu materiálu) Úhel břitu β: čím je úhel, větší tím hůře vniká do materiálu malý úhel beta způsobuje snížení pevnosti břitu a rychlejší otupení břitu při obrábění dřeva s menší hustotou, používáme úhel beta menší a naopak Úhel čela γ: malý úhel čela zapříčiňuje zvětšování řezného odporu má vliv na tvoření třísky 23

24 při tvrdších materiálech se doporučuje menší úhly čela, při měkčích větší při podélném řezání je úhel čela větší než při příčném řezání, kde může být i záporný má vliv i na drsnost obráběné plochy se zmenšujícím se úhlem čela se drsnost snižuje ovšem jen do optimální hodnoty Úhel řezu δ: zvětšováním úhlů řezu se zmenšuje úhel čela a řezný odpor stoupá, zmenšováním úhlu řezu klesá, ovšem do optimální hodnoty Obr. 9 Rozměrové a úhlové parametry pilového kotouče (Janíček 2000) D průměr pilového kotouče [mm] α úhel hřbetu [ ] β úhel břitu [ ] γ úhel čela [ ] δ úhel řezu [ ] β h úhel šikmého zbroušení čela [ ] β c úhel šikmého zbroušení hřbetu [ ] (Janíček 2000) 24

25 6.3. Řezná síla Při řezání působí nástroj na obrobek řeznou silou F ř, kterou překonává odpor materiálu (obrobku) proti řezání. Řezný odpor je reakce na řeznou sílu, má stejnou velikost ale opačný směr. Celková řezná síla F c se skládá z těchto složek: síly nutné k vlastnímu rozdělení hmoty obrobku břitem, za současné deformace hmoty v těsném okolí břitu síly nutné k odklonění hmoty třísky čelem nástroje síly potřebné k překonání tření třísky o čelo nástroje síly potřebné k překonání tření hřbetu o obrobenou plochu síly potřebné k překonání tření třísky bočních ploch nástroje Určit hodnoty jednotlivých složek celkové řezné síly (F c ) je velmi obtížné. Proto se při praktičtějších výpočtech bere v úvahu složka řezné síly (F ř ) ve směru řezného pohybu. Složka úhlu čela (γ) je kolmá na složku řezné síly (F ř ) a nazývá se tlaková síla. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obecně celková řezná síla kotoučové pily je dána vzorcem: b šířka řezné spáry [m] u posuvová rychlost [m/min] v řezná rychlost [m/s] e řezná výška (tloušťka) [m] k měrný řezný odpor [N/m 2 ] F ř = [N] Obecný vzorec stanovení měrného řezného odporu (k): F ř řezná síla [N] b šířka třísky [mm] k = ř [N/mm2 ] 25

26 h řezná výška (hloubka záběru) [mm] (Varkoček, Rousek, Holopírek 1996) 6.4. Vznik třísky Při prvním styku břitu s materiálem dochází nejprve k místní tlakové deformaci. Teprve při překročení meze pevnosti se odděluje tříska. Odklonění třísky jde po čele nástroje a její tvar závisí na vlastnostech materiálu. U masivního materiálu se ve směru vláken odděluje nejčastěji tříska trhaná, při řezání v podélném směru vzniká tříska stočená nebo mnohoúhelníková. Deformovaná zóna závisí na vlastnostech materiálu (především na tvrdosti a pružnosti opracovaného materiálu) a vlastnostech nástroje geometrii břitu, otupení nástroje a řezné rychlosti. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) h řezná výška (hloubka záběru) [mm] v f rychlost posuvu [m/min] Obr. 10 Vznik třísky (Lisičan 1996) 26

27 6.5. Tvary ozubení pilových kotoučů Pilové kotouče jsou nejčastěji vyrobeny z nástrojové oceli podle ČSN , jak kotouč, tak i zuby. Tyto pilové kotouče se používají pro řezání masivního dřeva, laťovek a překližek. Pilové kotouče na řezání aglomerovaných materiálu jsou vyrobeny z nástrojové oceli ČSN nebo , na kterém jsou napájeny destičky ze slinutých karbidů. Tvar ozubení pilových kotoučů určuje způsob jeho použití vzhledem k dřevním vláknům. Nejčastěji se používá tato ozubení: Trojúhelníkové ozubení souměrné: která jsou vhodná na příčné řezání masivního dřeva, úhel čela (γ) je záporný. Trojúhelníkové ozubení nesouměrné: je nejvhodnější pro podélné řezání dřeva Vlčí ozubení: jsou univerzální a jsou vhodná pro příčné a podélné řezání dřeva Vlčí ozubení s omezovacím zubem: mají obdobné použití jako vlčí ozubení bez omezovacího zubu. Používají se pro příčné a podélné řezání dřeva Zuby s destičkami ze slinutých karbidů: hlavní využití těchto pilových kotoučů je na řezání aglomerovaných desek Hladící ozubení na přeřezávání: patří do skupinového ozubení, která jsou vhodná pro podélné řezání dřeva Hladící ozubení na rozřezávání: je součástí také skupinového ozubení a jeho použití je pro příčné řezání dřeva Ozubení s malým počtem zubů: kategorie, která není tak rozšířená, ale je vhodná pro podélné řezání mokrého a namrzlého dřeva (Janíček 2000) 27

28 Obr. 11 Tvary ozubení pilových kotoučů (Janíček 2000) A trojúhelníkové ozubení nesouměrné B vlčí ozubení C trojúhelníkové ozubení souměrné D hladící ozubení na přeřezávání E hladící ozubení na rozřezávání F ozubení s malým počtem zubů G zuby s destičkami ze slinutých karbidů 28

29 6.6. Tvary destiček ze slinutých karbidů Podle konstrukce ozubení můžeme rozdělit pilové kotouče podle tvaru slinutých karbidů. Zuby s rovnými hřbety jsou vhodné pro řezání tvrdého a měkkého dřeva podél vláken. Rozdělení zubů s rovným zubem můžeme takto: Rovný zub Rovný zub s negativním úhlem čela Rovný zub s omezovačem úběru třísky Šikmé hřbety mají téměř univerzální využití, při správné volbě úhlu čela můžeme řezat téměř jakýkoli materiál. Zuby můžeme rozdělit podobně jako rovné zuby: Střídavý zub Střídavý zub s negativním úhlem čela Střídavý zub s omezovačem úběru třísky Trapézové hřbety jsou vhodné pro formátování dřevotřískových desek. Nejčastěji jsou v kombinaci s jinými zuby. Pilový kotouč může mít například takovéto ozubení: Trapézový zub střídavě s rovným zubem Trapézový zub střídavě s rovným zubem s negativními úhly čela Kombinované ozubení je doporučováno pro formátování dřevotřískových desek. Rozdělení zubů je následující: Rovný dutý zub střídavě se střechovitým dutým zubem Rovný dutý zub střídavě se střechovitým dutým zubem s negativními úhly čela (Prokeš 1978) 29

30 Obr. 12 Tvary destiček ze slinutých karbidů (Prokeš 1978) a rovný zub slinutého karbidu b šikmý zub slinutého karbidu c střídavě šikmé zuby slinutých karbidů d trapézový zub slinutého karbidu e střechovitý zub slinutých karbidů f a g kombinované zuby slinutých karbidů (f trapézový a vypuklý slinutý karbid, g - trapézový a rovný slinutý karbid) 30

31 7. ŘEZNÉ PARAMETRY 7.1. Řezná rychlost Řezná rychlost je výsledná rychlost složená z rychlosti řezné hrany nástroje (hlavního pohybu) v 0 [m/s] a z rychlosti posuvu u [m/min]. Vzhledem ke komplikovanosti výpočtu složené rychlosti v ř považujeme v praxi uznanou rychlost za rychlost hlavního pohybu v o (obvodovou rychlost). Chyba, která tím vzniká, je zanedbatelná, protože rychlost hlavního pohybu (v o ) je mnohem větší než rychlost posuvu (u). Vzorec pro výpočet řezné rychlosti: v ř = v o [m/s] v o obvodová rychlost [m/s] u posuvová rychlost [m/min] v ř řezná rychlost [m/s] D průměr nástroje [m] n otáčky nástroje [1/min] (Janíček 2000) Tab. 1 Doporučované řezné rychlosti pro různé druhy obrobků Materiál Řezná rychlost [m/s] Materiál Řezná rychlost [m/s] Měkké dřevo (smrk, jedle, borovice) Dýhované desky Tvrdé dřevo (buk, apod.) Laminované desky Laťovky, překližky, třískové desky Tvrdé plasty Dřevovláknité desky tvrdé Měkké plasty

32 7.2. Vzájemný pohyb mezi obrobkem a nástrojem Vzájemný pohyb mezi obrobkem a nástrojem je relativní pohyb. Lze ho nazvat řezný pohyb. Dráha řezného pohybu je buď přímočará po šroubovici, nebo cykloida (řezání pilovým kotoučem). Řezný pohyb je výslednicí hlavního pohybu (rotace pilového kotouče) a posuvu do řezu, tento pohyb může vykonávat jak obrobek, tak i nástroj. Kromě hlavního pohybu a posuvu může nástroj nebo obrobek vykonávat ještě další pohyb, tzv. přísuv, který je zpravidla kolmý na dráhu posuvu a nástroj se jím přibližuje k obrobku. Rychlost posuvu do řezu je dána vzorcem: u z posuv na zub [mm/zub] n počet otáček [1/min] z počet zubů [-] (Janíček 2000) u = u z * * [m/min] Tab. 2 Doporučovaný posuv na zub podle způsobu řezu materiálem Způsob řezu Posuv na zub [mm] Podélné řezání (měkké dřevo) 0,10 až 0,30 Podélné řezání (tvrdé dřevo) 0,08 až 0,20 Příčné řezání (laťovky, překližky, třískové desky, dýhy ve svazcích) 0,05 až 0,15 Řezání dřevovláknitých desek tvrdých, desek z lisovaného dřeva 0,05 až 0,10 32

33 Obr. 13 Schéma řezání kotoučovou pilou (Janíček 1979) 1 1 až 3 3 trajektorie pilových zubů 1 až 3 e řezná výška (tloušťka) [mm] h 1, h 2 tloušťka třísky [mm] u rychlost posuv [m/min] u z posuv na zub [mm] v ř řezná rychlost [m/s] Kvalita řezné spáry Pro nejvyšší stupeň opracování obrobku musíme dobře zvolit technologický postup výroby, ale i správnou volbu nástroje. Vhodná volba kotoučové pily zabezpečí kvalitu řezné spáry. Musíme dbát zejména na velikost kotouče, volbu ozubení, teda počet a velikost zubů na pilovém kotouči a v neposlední řadě i řezné podmínky. U velikosti kotouče se snažíme zvolit vždy co nejmenší průměr. Je to proto, že menší kotouč nám umožní: Vyšší otáčky: nám umožní tedy kvalitnější řeznou spáru, při stejné rychlosti posuvu materiálu do řezu. 33

34 Pro výpočet doporučených otáček použijeme vzorec: D průměr pilového kotouče [mm] v ř řezná rychlost [m/s] n = ř [1/min] Vyšší stabilitu kotouče: zabránění chvění nebo výkyvu kotouče při kontaktu s obrobkem. Menší úhel vnikání břitu do materiálu (obrobku): menší přesah pilového kotouče nad obrobkem způsobí lepší vnikání pilového kotouče do obrobku. Obrobek není vystaven tak velkému nárazu jako při velkém přesahu pilového kotouče, zároveň nedochází k axiálním výchylkám pilového kotouče. I vznikající tříska je kvalitnější, lépe se odvíjí po čele pilového zubu. Pro výpočet nejmenšího průměru pilového kotouče nad stolem je vzorec: D min = 2*(h+a+p) h řezná výška (výška řezaného materiálu) [mm] a vzdálenost stolu od osy hřídele [mm] p minimální přesah kotouče nad obrobkem [mm] (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Tab. 3 Přesah pilového kotouče nad obrobkem D [mm] p [mm] D průměr pilového kotouče, p přesah pilového kotouče Volba ozubení pilového kotouče Volbu ozubení na pilovém kotouči nám určuje zejména tvar a geometrie zubu. Tvar a geometrie zubu závisí na druhu materiálu a na jeho vlastnostech, případně na směru vláken. Trojúhelníkové ozubení je vhodné pro řezání měkkých materiálů. Vlčí 34

35 ozubení je vhodné pro tvrdé dřeviny i pro konstrukční materiál. Geometrie zubu je odlišná podle směru řezání. Pro příčné řezání se používá záporný úhel čela, který se volí (γ) od -20 do 0. Kladný úhel čela (γ) se používá pro podélné řezání. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Počet zubů Zde můžeme říct, že platí pravidlo čím víc zubů, tím kvalitnější a čistší řez. Pilový kotouč s malým počtem zubů je určen pro hrubé řezy, kde opracovaný materiál nemusí dosáhnout jakostní kvality, Na druhou stranu kotouč disponuje vyšší rychlostí, což kompenzuje ne tak dobrou výslednou kvalitu materiálu. Počet zubů závisí na obráběném materiálu. Pro podélné řezání rostlého dřeva se volí počet zubů menší z důvodu dobrého odvodu pilin. Pro příčné řezání masivního dřeva je počet zubů vyšší než pro podélné řezání. Pro řezání materiálů na bázi dřeva především laminované desky, dřevotřískové je počet zubů požadován co největší pro čistý a hladký řez bez otřepů. Počet zubů na pilovém kotouči se dá vypočítat ze vzorce: z = Pro výpočet počtu zubů je nutné znát i rozteč zubů, který se vypočítá vzorcem: [-] t= [mm] z počet zubů [-] D průměr pilového kotouče [mm] t rozteč zubů [mm] r poloměr pilového kotouče [mm] k počet zubů v záběru (uvažujeme, že jsou v záběru 2 až 3 zuby) [-] (Prokeš 1978) 35

36 Řezné podmínky Řezné podmínky se rovněž se řídí požadovanou kvalitou řezné plochy. Čím čistší řez požadujeme, tím volíme vyšší řeznou rychlost a menší posuv na zub. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Obr. 14 Způsob oddělování třísky zubem pilového kotouče (Horák, Šimánek 1974) s min minimální tloušťka třísky [mm] s stř střední tloušťka třísky [mm] s max maximální tloušťka třísky [mm] u z posuv na zub (břit) [mm/zub] φ 1, φ 2, φ stř úhly styku [ ] h řezná výška (hloubka závěru) [mm] a vzdálenost plochy stolu od osy otáčení [mm] p výška pilového kotouče nad obrobkem [mm] u posuvová rychlost [m/min] R průměr pilového kotouče [m] t řezná rychlost [m/s] 36

37 8. UPÍNÁNÍ PILOVÉHO KOTOUČE Přesnost a jakost obrobených dílců a jejich součástí, ale zároveň i výkon a bezpečnost strojů jsou do značné míry podmíněny přesností, uložení a spolehlivostí upnutí nástrojů. V průběhu obrábění působí na nástroj vnější řezné setrvačné síly. Nástroj se nesmí samovolně pohybovat a měnit svoji přesně vymezenou polohu. Správné upnutí je důležité z hlediska bezpečnosti práce. (Janíček 2000) 8.1. Příruba Pilové kotouče se upínají na hřídele stroje upínacími přírubami. Je nutné, aby opěrná příruba byla pevně nasazena a upínací příruba přitlačena k pilovému kotouči upínací maticí a podložkou. Matice je zašroubována proti směru otáčení pilového kotouče čímž se vylučuje samovolné uvolnění kotouče během řezání. Průměr upínací příruby závisí na: Konstrukci stroje Průměru kotouče Řezné výšce Pro výpočet použití vhodné příruby použijeme vzorec: D 1 = 5 D [mm] D průměr pilového kotouče [mm] Je nutné kontrolovat i výchylku přírub, jsou-li překročeny doporučené hodnoty, je potřeba příruby sbrousit. Pro jakostní řezání se doporučuje odchylka nejvýše 0,02 mm, u ostatních řezání 0,05 mm. (Prokeš 1978) 37

38 Obr. 15 Schéma upínání pilového kotouče (Janíček 2000) 1 podložka 2 upínací matice 3 hřídel 4 upínací příruba 5 pilový kotouč 9. PROCES OTUPENÍ BŘITU A TRVANLIVOST NÁSTROJE 9.1. Otupování břitu Při procesu otupování dochází ke změně mikrogeometrie břitu. K nejvýraznější změně dochází na počátku řezání, kdy břit mechanickým opotřebením ztrácí tvar jehly a stává se válcovou nebo jinou plochou. Tímto dochází ke zvětšováním deformované plochy před břitem a ke snížení kvality řezání. Otupení břitu nástroje se v praxi projevuje 38

39 pálením materiálu, nepřesnostmi opracovaného materiálu, sníženým výkonem při daných podmínkách a sníženého stavu posuvu do řezu. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) Důvody obnovy ostří: Snížení stability nástroje Nepřesnost rozměrů výrobku Zhoršená povrchová jakost výrobku Pokles otáček (řezné rychlosti) Změna jakosti třísek Vyštípávání materiálu na výstupní hraně Třepení okrajů, aj.,(znečištění, ztráta pnutí, ) Proces otupení břitu je možné rozdělit do čtyř fází: Obr. 16 Proces otupování břitu (Varkoček, Rousek, Holopírek 1996) Fáze procesu otupování: I první záběr břitu, odstranění jehly a otřepů (vyšší záběr u malých úhlů břitu β) II vzrůst otupení s degresivním průběhem III fáze rovnoměrného otupování opotřebení IV nárůst otupení s regresivním průběhem (není experimentálně prokázáno) (Varkoček, Rousek, Holopírek 1996) 39

40 9.2. Trvanlivost nástroje Trvanlivost břitu proti opotřebení má velký vliv na jakost materiálu. Zvýšená odolnost břitu nám snižuje náklady na jeho ostření. Trvanlivost břitu můžeme definovat jako dobu po mezní otupení nástroje. Vyjadřuje se časovými jednotkami nebo délkou řeznou dráhy. Pro zachování trvanlivosti břitu je nezbytná správná volba nástrojové oceli a její tepelného zpracování optimální geometrie nástroje. Dodržování skladování ovlivňuje také trvanlivost břitu, dále jejich přeprava ke stroji, zvlášť u pilového kotouče s destičkami ze slinutých, které jsou křehké. Dalšími předpoklady ke zvýšení trvanlivosti je údržba, správné seřízení stroje a minimalizace nečistot obrobku. (Varkoček, Rousek, Holopírek 1996) Životnost nástroje Životnost nástroje je mnohonásobkem trvanlivosti, který je určený počtem množstvím broušení a úpravy nástrojů. Při zachování požadované geometrie a kvalitě nástrojů. Při broušení ubírá brousící kotouč drobné části kovu z nástroje, při nesprávném broušení vznikají rýhy. Do úpravy nástrojů je zahrnutá povrchová úprava nástroje, popřípadě laserové vypálení drážek, které mají daný význam. (Janíček, Vozár, Zbořil 1999) 10. ÚDRŽBA A OSTŘENÍ Údržba nástrojů Údržba nástrojů je důležitým činitelem celého hospodářského systému výrobního závodu. Správnou údržbou se prodlužuje trvanlivost, přesnost a jakost nástrojů, přesnost a jakost obrobených ploch obrobků. Zároveň se prodlužuje i výkon a životnost stroje. Údržba nástrojů zahrnuje: Mechanické a chemické čištění Obnova, vyrovnání a vyztužení středních částí pilových kotoučů Rozvádění a egalizace zubů a břitů 40

41 Ostření a obtahování ostří Kontrola rozměrových a úhlových parametrů nástrojů, jejich zubů a ostří (Janíček 2000) Údržba nástrojů se provádí různými ostřícími a pomocnými stroji a zařízeními, přípravky a kontrolními přístroji. Nejdůležitější faktor v údržbě nástrojů je ostření. Provádí se na ostřících strojích ostřičkách. Správné ostření zubů musí vyhovovat těmto požadavkům: Tvar zubů musí zůstat po každém broušení nezměněn (u pilových kotoučů musí být tvar zubů po ostření podobný tvaru pře ostřením) Zuby musí být ostré Řezné hrany zubů musí být u kotoučových pil ve stejné vzdálenosti od středu kotouče Stupeň otupení nástroje závisí na kvalitě ostření, použité oceli nástroje, řezných parametrech, nezbytné je vzít v úvahu lepidlo ve spárech spojovaných dílců a přítomnost nečistot (např. v dřevotřískových deskách) (Janíček 2000) 41

42 Obr. 17 Ostřička na pilové kotouče (Janíček 1979) 1 kolečko pro nastavení zdvihu 2 elektromotor 3 ostřící jednotka 4 kryt 5 brousící kotouč 6 přítlačné rameno 7 pilový kotouč na spodním supportu 8 horní support 9 posouvač 10 páka pro nastavení tvaru zubu 11 kolečko pro seřízení zdvihu posouvače 12 kolečko pro nastavení horního supportu 13 elektromotor 42

43 Obr. 18 Ostřička na pilové kotouče s destičkami ze slinutých karbidů (Janíček 1979) 1 skříň s ovládacími přístroji pro posuv pilového kotouče 2 elektromotor 3 stupnice pro seřízení brousícího kotouče 4 kolečko pro seřízení brousícího kotouče 5 tlačítko pro automatické zvedání kotouče 6 stupnice kyvného supportu 7 kolíkový šroub 8 vana 9 kyvný support 10 páka pro zkušební posuv 11 ovládací panel 12 tabulka posuvů 13 vyměnitelná zarážka pro seřízení rozteče zubů 14 pojistná západka chladicí kapaliny 15 kolečko pro seřízení rozteče zubu 16 posuvný palec 43

44 17 tryska kotouče 18 přilačovací rameno 19 upínací čelisti pilového kotouče 20 šoupátko nosiče 21 nosič pilového kotouče 22 kroužek se stupnicí 23 kolečko pro nastavení tloušťky kotouče 24 kolo pro nastavení podbroušeného úhlu 25 větrací otvory 26 stojan Ostření brusným kotoučem Základem ostření zubů pilových kotoučů je zachování původního tvaru. Jakost ostření a tedy i jakost břitu závisí na trvanlivosti, výkonu stroje, jakosti obrobené plochy, rozměrové přesnost obrobku a spotřebě energie. Volba brusných podmínek ovlivňuje životnost nástrojů i brusných kotoučů. Nástroje brousíme na brusných kotoučích. Brusný kotouč se skládá z brusiva a pojiva. Zatímco brusiva dále rozdělujeme na přírodní (pískovec, pískovec, smirek, korund, diamant) a umělá (kysličník hlinitý, umělý korun, elektrokorund, karbid křemíku). Pojivo stmeluje brusná zrna v pevný celek do žádoucího tvaru a rozměrů. Na druhu pojiva, jeho množství a způsobu zpracování závisí tvrdost brusného kotouče, jeho struktura, brusné vlastnosti, pevnost kotouče a obvodová rychlost. Jako pojivo se používá keramický materiál (žáruvzdorné hlíny, křemen, kaolín). U diamantových brusných kotoučů se používá umělé pryskyřice, bakelit nebo umělé pájky. (Horák, Šimánek 1974) 44

45 11. HLAVNÍ PEDAGOGICKÉ ZÁSADY Jsou to zásady, které je potřeba dodržet, abychom se o dané problematice dozvěděli co možná nejvíce. Samozřejmě není nutné, abychom dodržovali úplně všechny. Při plnění těchto zásad ulehčuje proniknutí do problematiky Výchovnost: je jedním ze základních složek výchovy. Při vyučování si studenti osvojují nejen nové vědomosti, ale i dovednosti. Kromě teoretických znalostí na přednáškách si student může v dílnách osvojit dovednosti a ověřit v praxi v pavilonu P to, co se na přednáškách dozvěděl. Konkrétně rychlost otáček, rychlost posuvu materiálu do řezu, detailně si prohlédnou pilové kotouče, upínání, atd Cílevědomost: důležitou zásadou je určení cíle. Základem je aby si vyučující připravil na hodinu tak aby podle naplánovaného postupu se v průběhu hodiny blížil k cíli Uvědomělost: Důležitým faktorem je, aby student byl uvědomělý a vykonával činnosti, u kterých si je vědom jejich smyslu a významu. Student by měl rozumět, čemu se učí. Pokud se tak nestane, student sice učivo zná, ale nerozumí problematice. V téhle problematice je nejdůležitější využití obrázků a nákresů doplněné o vhodný text a základní problematiku typu řezné parametry, řezné úhly nástroje není problém pochopit Aktivita: Zde se vyžaduje aktivita studenta v hodinách spojených s praktickou výukou. Se zásadou aktivity úzce souvisí i další pedagogické zásady jako je samostatnost a tvořivost. Teoretické pochopení kotoučových pil není tak obtížné, ovšem aktivita je potřeba při plnění úkolů, zejména po přednáškách si doplnit učivo o důležité obrázky nebo kinematiku Názornost: Student by měl zvládat představivost a vnímat předměty a jevy nebo jejich zobrazení. Základním parametrem je smyslová zkušenost. Většina lidí má lepší vizuální paměť než akustickou, proto jsou důležité pomůcky, projekce atd. Psaný text od vyučujícího proto musí být dostatečně názorný. 45

46 11.6. Spojení teorie a praxe: Bylo by dobré, aby teoretické poznatky z přednášek byly vyváženy praktickým uplatňováním. Dostatečné by bylo uvádět příklady přímo z praxe. To je možné na našem ústavu v pavilonu P, kde jsou dílny a mistři odborného výcviku, kteří doplní praktické informace, kolikrát je praxe odlišná od teorie Spojení školy se životem: Zde se vyžadují takové parametry, aby prostředky a metody vyučování v ústavu odpovídaly současným požadavkům a potřebám společnosti. Po důkladném nastudování této práce je student teoreticky připraven nastoupit do provozu. Tím je myšleno, že umí základní problematiku. 12. NÁVRH POSTUPU MĚŘENÍ PRO LABORATORNÍ CVIČENÍ V této kapitole je vysvětlen postup výpočtu řezné síly teoretickými metodami a postup měření experimentem v laboratorním cvičení. Postup měřený by měl vypadat následovně. Získané výsledky ze cvičení je nutné porovnat s výsledky vypočítané s teoretickými metodami. V diskusi porovnat a zdůvodnit odlišnost výsledků. Nakonec v závěru práce vyhodnotit své výsledky. Tématem měření v laboratorním cvičení by bylo: Porovnávání výpočetních metod s experimentem při podélném řezání smrku a buku kotoučovou pilou. Při řezání materiálu kotoučovou pilou vznikají řezné síly, které působí proti pilovému kotouči tzv. řezný odpor. Řezný odpor je charakterizován silou, kterou musíme působit na pilový kotouč, aby překonal odpor materiálu. Ovšem určení všech složek řezné síly, které působí na materiál je obtížné. Nejdříve je nutné veškeré celkové složky řezné síly rozložit a postupně vypočítávat jednotlivé velikosti sil. Ve skutečnosti takto rozložený proces neexistuje, proto se hledaly jiné možnosti výpočtu a stanovení celkové řezné síly. Hledání nových postupů výpočtu řezné síly bylo komplikováno vlastnostmi dřeva, anizotropií, odlišnými fyzikálními a mechanickými vlastnosti dřeva a závislosti na směru vláken. Dnes se používají v praxi dvě metody. Jedna z nich je technologicky statistická metoda a druhá je analytická metoda. 46

47 12.1. Technologicky statistická metoda Princip této metody je založen na stanovení měrného řezného odporu k c. Tento řezný odpor je zásadní pro stanovení řezné síly. Stanovení měrného řezného odporu se zakládá na mnohonásobném opakování experimentu se statistickým vyhodnocením za určitých podmínek, při kterém byl nejdříve určen tzv. základní měrný odpor k 1 pro základní modely řezání a úhlu řezu δ. Podmínky pro stanovení základních hodnot byly tyto: Technologické podmínky pro stanovení základního měrného řezného odporu k 1 : druh dřeviny [borovice], řezná rychlost [v c = 10m/s], tloušťka třísky [h = 1mm], vlhkost dřeva [w = 10-15%], řezný úhel [δ = 45 ], úhel přeřezávání vláken [φ 2 = 0 90 ], ostrý nástroj [ρ = 0], model řezání [,, ] Nezbytnou součástí bylo pro stanovení základního měrného řezného odporu opravné koeficienty, které zahrnovaly mechanické a technologické vlivy. Opravné koeficienty zahrnující mechanické a technologické vlivy: Vliv dřeviny [k d ] vyjadřuje vliv hustoty dřeva a můžeme říct, že s přibývající hustotou roste i velikost měrného řezného odporu k c Vliv vlhkosti [k w ] dřeva je složité vyhodnotit. Výsledky mnoha autorů se neshodovali. Obecně můžeme říct, že s přibývající vlhkostí dřeva hodnota opravného koeficientu klesá. Vliv řezné rychlosti [k v ] opět není jednoduché vyjádřit, ale převládá názor autorů, podle kterých je závislost lineární. Vliv otupení ostří [k ρ ] ovlivňuje řadu činitelů, uvedené hodnoty nejsou přesné, jelikož otupení je v tabulce závislé pouze na době řezání. Veliký vliv na otupení ostří má druh dřeviny, geometrie nástroje, řezné podmínky. Vliv teploty [k T ] má příznivý vliv na pokles řezného odporu. S rostoucí teplotou klesá pevnost dřeva, a proto klesá i měrný řezný odpor. Vliv tloušťky třísky [k h ] je hyperbolicky nepřímo úměrný na měrný řezný odpor. 47

48 Pro použití jiného řezného úhlu než byl výchozí řezný úhel δ =45 byly navrženy analytické vztahy, které jsou uvedeny v tabulkách. Obdobným způsobem byly navrženy analytické vztahy pro složené modely řezání. Pod složenými modely řezání si můžeme představit podélně čelní model, podélně tangenciální model a tangenciálně čelní model. Tyto modely vychází ze závislosti na velikosti úhlů φ 1 a φ 2. Kromě zjištění technologických podmínek, opravných koeficientů, použití řezného úhlu a modelu řezání bylo potřeba zohlednit i vliv řezání. Řezání může být otevřené nebo uzavřené. Tento druh řezání zahrnuje i vliv úpravy ostří, jsou-li zuby na pilovém kotouči rozváděné nebo pěchované, výšku řezného materiálu a šířku třísky. Uzavřené řezání má za následek zvýšení odporu, proto tento základní měrný řezný odpor při řezání ve spáře vyjádříme číselným koeficientem 1,1 1,2. Nezbytnou součástí výpočtu měrného řezného odporu je určit střední tloušťku třísky. Střední tloušťka třísky je společným násobkem rychlosti posuvu do řezu a středním úhlem přeřezávání vláken. Střední úhel přeřezávání vláken získáme tak, že sečteme vstupní úhel pilového kotouče s výstupním úhlem pilového kotouče a vypočítáme jeho aritmetický průměr. Pilový kotouč, který vykonává odlišný pohyb než obráběný materiál, vytváří na vstupu do materiálu odlišnou tloušťku třísky než na výstupu z materiálu, kde je tloušťka třísky maximální, vzniklá tříska má nerovnoměrnou tloušťku. Uvědomme si, že břity pilového kotouče se pohybují po kruhové dráze. Při obrábění materiálu dochází ke skládání rotačního pohybu pilového kotouče s přímočarým posuvem obrobku, celková řezná dráha je cyklická. Řezná rychlost je v porovnání s rychlostí posuvu materiálu do řezu nesrovnatelně větší, tím pádem můžeme konstatovat, že pohyb břitu pilového kotouče v obroku vykonává kruhový oblouk a tedy pro výpočty určujeme střední tloušťku třísky. Opravný Součinitel zohledňující vliv tloušťky třísky v závislosti na modelu řezání a středního úhlu řezání. Vyjadřuje hodnotu u pro modely řezání podélně příčné a tangenciálně příčné v závislosti na středním úhlu řezání. Tento opravný součinitel je uveden v tabulce. Hodnoty u se s přibývajícím řezným úhlem snižují. 48

49 Vzorec pro výpočet měrného řezného odporu pro uzavřené řezání: k c =,,! " # $%ř & + ' [N/mm2 ] (1,1 1,2) konstanta zahrnující vliv zvýšeného tření nástroje ve spáře k 1 φ 2 δ jednotkový měrný řezný odpor [-] ξ koeficient jednotkového měrného řezného odporu, potřebný k překonání tření bočního ostří nástroje v řezné spáře (např. zuby rozvedené ξ = 0,2 N/mm 2, zuby stelitované nebo ze slinutých karbidů ξ = 0,15 N/mm 2 ) h stř střední tloušťka třísky [mm] u součinitel zohledňující tloušťku třísky v závislosti na modelu řezání a úhlu φ 2 [-] e výška řezu [m] b šířka zubu [m] Vztahy pro výpočet měrného řezného odporu k c : Řezná rychlost: Posuv na zub: Vstupní úhel pilového kotouče: Výstupní úhel pilového kotouče: v c = [m/s] f z = ( [mm] Ψ 1 = arcos) *+, - [ ] Ψ 2 = arcos) *, - [ ] Střední úhel přeřezání vláken: φ 2 =. +. / [ ] 49

50 Střední tloušťka třísky: h stř = f z *sinφ 2 [mm] Délka třísky: Řezná síla je vypočtena ze vztahu: l =. /0. 1 [mm] F c = k c *b*e* ( [N] Analytická metoda Analytická metoda, která se také někdy nazývá, jako všeobecný zákon řezání vychází z teorie profesora Beršadského. Při stanovení měrného řezného odporu je do výpočtu zahrnuto i otupování nástroje a tloušťka třísky do 0,1mm a nad 0,1mm. Měrný řezný odpor k c je vypočítán jako součet základního měrného řezného odporu a přírůstek měrného řezného odporu vlivem otupení nástroje. Hodnoty A, B, C jsou určeny pomocí monogramů. Vztahy pro výpočet měrného řezného odporu: Pro třísku do 0,1mm: k c = k 1 <0,1+ k ρ <0,1 = (Aφ 2 *δ+bφ 2 *v c +C <0,1 )+ 3* #0,45 6 $%ř [N/mm 2 ] Pro třísku nad 0,1mm: k c = k 1 >0,1+ k ρ >0,1 = (Aφ 2 *δ+bφ 2 *v c -C >0,1 )+ * # 6 $%ř [N/mm 2 ] Pro výpočet měrného řezného odporu je potřeba určit koeficient otupení nástroje. Pro, který platí určitý vztah. Vztah pro výpočet koeficientu otupení: a p =1+, [-] Rozdíl opotřebení ostří ρ v závislosti na efektivní délce řezání lze vypočítat podle vztahu: ρ = ε*l [µm] 50