Резание древесины

Человек обрабатывает древесину резанием столько лет, сколько лет существует резец. А резцы появились еще в каменном веке в виде топора. С тех пор древесину раскалывают, пилят, строгают, шлифуют. Инструменты и машины для этих целей становятся все сложней, но в основе всех режущих древесину инструментов и станков лежит элементарный акт — срезание стружки. Посмотрим, как это происходит, что такое резание древесины, каковы взаимодействия между резцом и древесиной.

Резанием называют процесс деления цельной древесины на части при срезании резцами стружек. При этом может появиться несколько частей первоначально цельного куска древесины (например, распиловка бревна на доски) или сама стружка может стать продуктом процесса резания (например, стружка, используемая в производстве древесностружечных плит). При резании древесины энергия тратится на образование новых поверхностей, на деформирование древесины и на преодоление трения. Первая часть затрат мала. Поэтому можно говорить о том что резание — это процесс деформирования древесины и трения древесины и резца. Эти процессы паразитические, так как полезным действием является только собственно резание, но они существуют, более того, они преобладают, вследствие чего коэффициент полезного использования энергии при резании древесины невелик. Предпринимаются попытки разработать новые способы резания, главные из которых основаны на отказе от твердых инструментов (пил, ножей, сверл).

В частности, предлагается использовать лазерный луч. Опыты показали, что такой процесс вполне возможен. При резании лазером поверхность древесины очень гладкая, слегка обугленная. Из древесины можно вырезать этим способом детали любой конфигурации, ширина реза не превышает десятых долей миллиметра. Но лазеры пока дороги, их мощности не хватает для резания древесины большой толщины, производительность обработки мала.

Вызывает интерес предложение резать древесину струей воды. При истекании воды со скоростью в сотни метров в секунду кинетической энергии достаточно для деления древесины при больших толщинах. Но пока такое резание намного дороже традиционного, и хотя при его осуществлении можно сэкономить много древесины, реализация гидрорезания — дело, очевидно, неблизкого будущего.

Много исследований проводилось в области бесстружечного деления древесины пластиной или струной. Здесь автор считает своим долгом отозваться отрицательно об этом предложении. Разумеется, если дело сводится к простому делению куска древесины на меньшие части, то бесстружечное резание вполне приемлемо. Но таких случаев мало, в основном нужно так разрезать древесину, чтобы полученные части были точными (точность иногда измеряется величиной в 0,1—0,2 мм), а поверхность — ровной, т. е. резание должно быть направленным. И здесь бесстружечное резание бесполезно, ибо, когда оно происходит, взаимодействие идет в плоскости наименьшей прочности, а мы уже говорили, что древесина анизотропна, т. е. ее свойства неодинаковы в различных направлениях (вспомним годичные слои, раннюю и позднюю древесину и т. д.). В результате нож (пластина) или струна идет по слою древесины, в сущности раскалывая его, а не разрезая. Мы так долго говорим об этом малоперспективном способе для того, чтобы уберечь читателя от попытки также заняться изобретением способа бесстружечного резания. (Здесь строгий читатель может напомнить автору о широком использовании бесстружечного резания — лущения. Но, во-первых, в этом «бесстружечном» процессе как раз и образуется стружка, которая является продуктом процесса, во-вторых, древесину в этом случае специально готовят — пропаривают. ). Можно с достаточной смелостью сказать, что в обозримом будущем основой механической обработки древесины останется классическое резание с образованием стружек.

Различают три вида резания (рис. 5) — в торец (торцовое), вдоль волокон (его называют еще продольным) и поперек волокон (поперечное). При резании в торец резец перемещается перпендикулярно   волокнам, резание вдоль волокон происходит при движении резца параллельно волокнам, когда же резец движется в плоскости волокон, но перпендикулярно их длине, это — поперечное резание. Естественно, в чистом виде эти виды резания встречаются редко. Чаще можно встретить промежуточные разновидности, например продольно-торцовое, продольно-поперечное резание и т. п.

Рис. 5. Три вида резания древесины: а — торцовое; б — продольное; в — поперечное

Очень большую роль в процессе резания играют углы резания. Различают передний, задний углы, угол заточки и угол резания (рис. 6). При резании пилами, фрезами, сверлами трудно или легко обрабатываемой древесины, мерзлой или размороженной подбирают соответствующие углы резания. Имеются подробно разработанные рекомендации, в каких случаях какие должны быть углы резания. Автор не считает возможным их здесь приводить — это дело специальной литературы. Мы же отметим только два обстоятельства. Первое из них заключается в том, что в большинстве случаев выгодно работать инструментом с большими передними углами. Второе то, что резание облегчается при протягивании резца вдоль лезвия. Это известно из повседневной жизни: когда режут хлеб, нож в него не вдавливают, а ведут наподобие пилы. При этом как бы происходит уменьшение угла заострения, нож становится «острее». К сожалению, пока не удалось реализовать этот принцип в дереворежущих станках и мы продолжаем «вдавливать» резец в древесину.