Механическая обработка древесины производится двумя способами: с нарушением волокон (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление, циклование и шлифование) и без нарушения волокон (гнутье, прессование, лущение шпона и строгание ножевой фанеры).
Обработка древесины ведется в основном с нарушением волокон древесины, причем наиболее распространенным методом обработки является резание.
Различают резание древесины со стружкообразованием (пиление, строгание, фрезерование, долбление, сверление, циклование и шлифование) и без отделения стружки (образование шпона на лущильных станках, раскрой шпона на ножницах, строгание ножевой фанеры, раскалывание древесины, колка дров, клепок для бочек и др.).
Обработка древесины резанием производится режущим инструментом, имеющим один резец (нож), несколько резцов (фрезы) и много резцов (пилы).
Процесс резания состоит в том, что под воздействием внешней силы металлический резец (нож), имеющий форму клина, внедряясь в древесину режущей кромкой (лезвием), перерезает волокна и отделяет их в виде опилок и стружки.
В процессе резания образуется длинная стружка, при получении которой на поверхности древесины создаются неровности (вырывы). Чтобы этого избежать, стружку необходимо надломить, для чего в рубанке устанавливают стружколом (горбатик).
Резец (рис. 7, а) имеет форму клина и состоит из режущей кромки (лезвия), передней, задней и боковой поверхностей. Плоскость, вдоль которой прямолинейно продвигается режущая кромка резца, называется плоскостью резания. Угол β образуемый передней и задней поверхностями резца, называется углом заострения, или углом заточки. Угол δ, образуемый передней поверхностью резца и плоскостью резания, называется углом резания. Задний угол α образуется между задней поверхностью резца и плоскостью резания. Передний угол γ образуется между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания.
Качество обработки древесины зависит от правильного выбора углов заострения; при большом угле заострения на резание затрачивается больше усилий, а при малом угле заточки лезвие быстро тупится, мнется и порою ломается.
Как установлено практикой, для ножей рубанков наиболее оптимальным углом заострения является 25 ± 5°, а передний угол в зависимости от вида инструмента, материала и вида обработки находится в пределах 43–50°.
По отношению к направлению волокон различают три вида резания: в торец, вдоль и поперек волокон.
При резании в торец (рис. 7, б) плоскость резания и направление резания перпендикулярны волокнам древесины, при этом стружка скалывается по слоям, а поверхность получается шероховатой.
При резании вдоль волокон (рис. 7, в) плоскость резания и направление резания параллельны волокнам древесины, слои волокон легко разделяются, поверхность получается гладкой, форма стружки зависит от толщины снимаемого слоя. Толстая стружка надламывается по длине, а более тонкая получается в виде непрерывной ленты (строгание фуганком).
При резании поперек волокон (рис. 7, г) плоскость резания параллельна волокнам древесины, а направление резания перпендикулярно им. Стружка получается непрочной, а поверхность – шероховатой. Лишь при тепловой обработке (распаривании) и при обжиме древесины перед резцом получается стружка в виде непрерывной ленты хорошего качества (лущение шпона).
Кроме основных, имеются промежуточные виды резания: поперечно-торцевое (рис. 7, д), продольно-торцевое (рис. 7, е), продольно-поперечное (рис. 7, ж).
При резании происходит ряд сложных явлений, вызванных внедрением резца в древесину и образованием элементов стружки. Чтобы яснее представить сам процесс резания, его следует расчленить на элементы. Если в процессе обработки резцом образуется одна поверхность резания (рис. 7, з) и стружка срезается со всей обрабатываемой поверхности, такое резание называется открытым. В том случае, когда при обработке образуются две поверхности резания (рис. 7, и), резание называется полузакрытым (например, образование четверти в брусках дверных коробок). Когда при обработке древесины получаются три поверхности (рис. 7, к), резание называется закрытым (например, выборка паза).
Строгание древесины – процесс резания, при котором производится обработка поверхности древесины путем прямолинейного движения резца вдоль волокон (рубанок, фуганок и др.).
Фрезерование представляет собой процесс резания древесины вращающимися фрезами, при котором траекторией резания является циклоида (продольно-фрезерные и фрезерные станки).
Свойства древесины разных пород неодинаковы, поэтому приходится затрачивать различные усилия при обработке разных пород. Обрабатывать древесину сосны легче, чем древесину березы, а древесину березы легче, чем древесину дуба, отсюда: чем больше плотность древесины, тем труднее ее обрабатывать. Меньше усилий затрачивается на обработку влажной древесины, так как ее сопротивление разрушению ниже, чем сухой.
Рис. 7. Резание древесины резцом: а – общий вид: OO – режущая кромка; ООmm' – передняя поверхность резца; ОО'n'n – задняя поверхность резца; Omn, O m'n' – боковые кромки; tfda – плоскость резания; 5 – угол резания; Р – угол заострения; а – задний угол; у – передний угол; б – в торец; в – вдоль волокон; г – поперек волокон; д – поперечно-торцевое; е – продольно-торцевое; ж – продольно-поперечное; з – открытое; и – полузакрытое; к – закрытое; 1 – резец; 2 – древесина
Большое значение для получения чисто обработанной поверхности древесины имеет качество заточки резца (ножа). При работе тупым резцом волокна не перерезаются и не разделяются, а рвутся и мнутся, в результате чего получается нечистая поверхность. Острый резец легко разрезает или разделяет волокна, и поверхность получается чистой.
Шероховатость поверхности древесины характеризуется размерными показателями неровностей (риски, ворсистость, мшистость). При обработке шероховатость поверхности древесины зависит от направления волокон к обрабатываемой плоскости, толщины снимаемой стружки, величины угла заострения и скорости резания, числа резцов, качества их заточки, точности установки и др.
Качественная поверхность древесины получается при резании ее вдоль волокон, при подпоре волокон перед резцом и надламывании стружки. В рубанках волокна со стороны подошвы подпирает леток, а надламывается стружка стружколомом двойного ножа. При работе против слоя волокон получается большей частью нечистая поверхность (отщепы, отколы).
На шероховатость поверхности древесины оказывает влияние скорость резания. Под скоростью резания понимают скорость движения лезвия по траектории резания (относительная скорость движения резца), а под скоростью подачи – скорость, с которой механизм подачи подает деталь (заготовку) режущему инструменту.
Для получения качественных заготовок нужно подобрать необходимое количество пиломатериалов (досок, брусков) таким образом, чтобы при раскрое на заготовки получилось минимальное количество отходов. В строительных конструкциях зданий и сооружений применяют в основном древесину хвойных пород.
При изготовлении деревянных конструкций непосредственно на строительстве пиломатериалы размечают по чертежу и по шаблонам с учетом припуска на дальнейшую обработку, не допуская при этом дефектов древесины, так как от правильной разметки в значительной мере зависит получение качественных и точных заготовок и деталей. Для разметки и проверки точности обработки заготовок и деталей используют следующие измерительные и разметочные инструменты.
Рулетка Р-3 (рис. 8, а) – помещенная в футляр узкая металлическая измерительная лента длиной 1–100 м с нанесенными на ней делениями, выраженными в метрах, сантиметрах, миллиметрах. Рулетку применяют для линейных измерений, а также грубой разметки длинномерных пиломатериалов. При работе с рулеткой мерную ленту вынимают из футляра за кольцо, выступающее на ободке футляра. Для обратного сматывания ленты вращают складную ручку, помещенную в центре на боковой поверхности футляра. Для плотничных работ используют рулетки длиной 20–30 м.
Метр-рулетка (рис. 8, б) предназначена для более точного измерения и разметки любых заготовок по толщине и ширине, коротких – по длине. Она состоит из металлического футляра со спирально уложенной в ней стальной лентой длиной 1–2 м, на которой нанесены деления. При нажиме на помещенную сбоку футляра кнопку, соединенную с пружиной, лента выскакивает на него. Сматывается лента обратно в футляр вручную.
Складной метр (рис. 8, в) представляет собой набор металлических или деревянных линеек с нанесенными на них делениями. Метр служит для линейных измерений предметов незначительной длины при устройстве паркетных полов и др.
