Zbornik gozdarstva in lesarstva, 56, 1998, s. 73 - 85 GDK: 822. l : 822.33 Prispelo/ Received: Sprejeto/Accepted: September/September 1998 Oktober/October 1998 Izvirni znanstveni članek Original scientific paper SPECIFIČNA REZALNA SILA PROCESA VZDOLŽNEGA RAZŽAGOV ANJA NA KROŽNEM ŽAGALNEM STROJU Bojan BUČAR* , Dominika G. BUČAR** Izvleček V članku je prikazan način določevanja specifične rezalne sile fs procesa vzdolžnega razžagovanja lesnega tkiva. Specifična rezalna sila predstavlja kompleksno interakcijo geometrije rezila, fizikalnih in mehanskih lastnosti tkiva ter smeri odrezavanja oziroma zasučnega kota orodja. Opravljene analize potrjujejo smiselnost definicije specifične rezalne sile kot parametra, ki je neodvisen od presečne geometrije odrezka oziroma tehnoloških parametrov. Rezultati analize odvisnosti med tangencialno komponento rezalne sile in podajalno hitrostjo, potrjujejo hipotezo o eksponentni odvisnosti omenjenih spremenljivk. V primeru nespremenljivih geometrijskih parametrov orodja je specifična rezalna sila konstantna, odvisnost med rezalno silo in tehnološkimi parametri pa je zgolj posledica vplivnosti parametra presečne geometrije odrezka f,,m. V raziskavi je bil uporabljen les dveh drevesnih vrst, in sicer celtisovine (Celtis zenkeri Engel.) in manilkarovine (Manilkarafouilloyana Aubrev et Pellegr.). Ključne besede: specifična rezalna sila, vzdolžno razžagovanje, krožno odrezavanje, krožni žagni list SPECIFIC CUTTING FORCE IN THE PROCESS OF CIRCULAR RIP- SA WING WITH A CIRCULAR SA W Abstract This article demonstrates a method of determining a specific cutting force fs in the process of circular rip- sawing of wood. The specific cutting force represents a complex interaction of cutting geometry, physical and mechanical properties of the wood and the rip-sawing direction or tool distortion angle. Analyses undertaken required logic of defining the specific cutting force as a parameter that is independent of excessive cutting geometry or technological parameters. The results of the analyses on the dependant of the tangential component of cutting force and applied speed confirmed the hypothesis on exponential dependence on the stated variables. In an example ofnon-variable geometric tool parameters, the specific cutting force is constant and the dependence between cutting force and technological parameters was only the result of the effects of distortion parameters of cutting geometry f,,m. In the study, wood from two types of tree was used - Celtis zenkeri (Engel.) and Manilkarafouilloyana (Aubrev et Pellegr,) Keywords: specific cutting Jarce, rip- sawing, circular sawing, circular saw blade • dr. stroj., zn., docent, Biotehniška fakulteta oddelek za lesarstvo, Rožna dolina c. VIIl/34, 1000 Ljubljana, SLO •• dr. les. zn., asistentka, Biotehniška fakulteta oddelek za lesarstvo, Rožna dolina c. VIII/34,. J 000 Ljubljana, SLO 74 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 56 1 UVOD VSEBINA CONTENTS INTRODUCTION ..................................................................... 75 2 MATERIAL IN METODA MATERIAL AND METHOD ................................................... 78 3 REZULTATI IN DISKUSIJA RESULTS AND DISCUSSION ................................................ 81 4 POVZETEK ............................................................................. 83 SUMMARY .............................................................................. 84 VIRI REFERENCES .......................................................................... 85 1 UVOD INTRODUCTION 75 Bučar/ Bučar: Specifična rezalna sila ... Mehanika procesa obdelave z odrezavanjem kakršnegakoli materiala predstavlja v bistvu rezultate analize specifičnih ravnovesnih stanj v deformacijskem območju rezila, ki jih podamo v obliki komponent rezalne sile. Določeno ravnovesno stanje v deformacijskem območju rezila je pri določenem snovnem fluksu odvisno od interakcije med fizikalnimi in trdnostnimi lastnostmi obdelovanega materiala in geometrijskimi parametri odrezavanja. Pri relativno homogenih materialih, kot so npr. kovine, kjer je prehod materiala v odrezek posledica ravnovesnega tlačno-strižnega ravninskega napetostnega stanja v deformacijskem področju rezila (ERNST/MERCHANT, 1941 iz BOOTHROYD, 1981), je določitev ravnovesnega stanja nedvomno enostavnejša kot v primeru anizotropnih heterogenih materialov, kamor sodi tudi les. Pri odrezavanju lesnega tkiva s konstantnim snovnim fluksom (ortogonalno premočrtno odrezavanje) je napetostno stanje v deformacijskem območju rezila zelo kompleksno, kar je posledica izrazite anizotropije in pogosto zelo spremenljivih fizikalnih in trdnostnih lastnosti lesnega tkiva. V preteklosti je bilo narejenih več bolj ali manj realnih mehanskih modelov odrezavanja lesnega tkiva (VOSKRESENSKI 1955, McMILLIN, 1958, McKENZIE, 1960, HUANG/HAYASHI 1973, 1974, KLAMECKI 1979, SITKEI 1983). Glede na to, da lahko les s še zadovoljivim približkom obravnavamo kot cilindrično ortotropen material s specifično mikroskopsko in submikroskopsko strukturo naravnega kompozita celuloznega skeleta, matriksnih polioz, lignina kot inkrusta in akcesomih snovi, se omenjeni modeli nanašajo na odrezavanje v treh glavnih smereh, in sicer 0°-90°, 90°-0° in 90°-90°. Vpliv mehanskih lastnosti in anizotropije lesnega tkiva na velikost in potek rezalne sile, je bil v preteklosti predmet številnih raziskav (KIVIMMA 1952, McMILLIN 1958, McKENZIE 1960, STEWART 1969, 1971, 1979, MORI 1971, SITKEI 1983, BUČAR 1990, AXELSSON et al. 1993). Rezultati omenjenih raziskav, ki so bile opravljene z namenom, da bi dobili osnovne podatke o specifični rezalni sili fs kot integralnem relevantnem tehnološkem parametru določenega obdelovalnega postopka, ki ga izvajamo na določenem obdelovanem materialu, kažejo na to, da je odrezavanje zelo kompleksen proces deformacije in porušitve lesnega tkiva v lokaliziranem območju. Neglede na obdelovani material predstavlja osnovno značilnost periodičnega krožnega odrezavanja časovno spremenljiva geometrija oziroma presečna površina nastajajočega odrezka a(fJ' ki je odvisna od zasučnega kota orodja in razmerja med podajalno hitrostjo in frekvenco odrezavanja. Ob nespremenljivi širini odrezavanja oziroma dolžini glavnega rezalnega roba w, lahko ponazorimo spremenljivo presečno površino odrezka z njegovo 76 Zbornik gozdarstva in lesarstva, 56 spremenljivo debelino hrp. Spremenljivost presečne površine nastajajočega odrezka pomeni ob nespremenjeni rezalni hitrosti spremenljiv snovni fluks materiala, kar vpliva na obremenitev orodja. Poleg presečne površine odrezka se v procesu krožnega odrezavanja nenehno spreminja tudi smer rezanja, kar pomeni, da se spreminjajo tudi fizikalne in trdnostne lastnosti tkiva. Rezalna sila, ki deluje na rezilo z določeno geometrijo, ko le to prodira skozi orientirano lesno tkivo, je rezultat kompleksne interakcije navedenih spremenljivih dejavnikov in jo lahko izrazimo v obliki (1) pri čemer predstavljata medsebojno neodvisna koeficienta fh in f wt vpliv debeline odrezka oziroma vpliv za obdelavo relevantnih lastnosti lesnega tkiva. Rezalna sila F c predstavlja v rotirajočem koordinatnem sistemu vektorsko vsoto prevladujoče tangencialne Ft in radialne Fr komponente. Razmerje med navedenima komponentama je odvisno predvsem od geometrijskih lastnosti rezalnega roba in debeline odrezka, nekoliko pa tudi od smeri rezanja. Če izrazimo absolutno vrednost radialne komponente kot produkt k.Ft, lahko zapišemo (2) Ker se v procesu krožnega odrezavanja z zasučnim kotom orodja spreminjata tako debelina odrezka kakor tudi smer rezanja, se spreminja tudi koeficient k, in sicer predvsem zaradi spreminjajoče se debeline odrezka hrp. Nadaljnjo analizo močno poenostavimo, če za določen proces krožnega odrezovanja upoštevamo povprečno oziroma srednjo vrednost debeline odrezka hm, ki jo izrazimo v obliki l 'Po u hm = _ _ f- · sin(