MODELOWANIE SIŁ SKRAWANIA DREWNA

Transkrypt

1 MODELOWANIE SIŁ SKRAWANIA DREWNA Dr hab. Bolesław Porankiewicz LAB TECH, Radomsko, Poland Dr hab. Grzegorz Wieloch University of Life Science - SGGW, Warsaw, Poland Konferencja Użytkowników KDM PCSS, Poznań 2017

2 PLAN PREZENTACJI 1. Wprowadzenie do problemu 2. Modele zależności głównej (F C ) i normalnej (F N ) siły skrawania od wybranych parametrów 3. Metodyka badań 4. Metoda poszukiwania najlepszych estymatorów teoretycznych zależności F C i F N =f(a P, F, R B, R C, R T, R S ) 5. Wyniki poszukiwań najlepszych estymatorów zależności F C i F N =f(a P, F, R B, R C, R T, R S ) 6. Wnioski

3 1. Wprowadzenie Celem obecnej pracy było opracowanie zależności sił skrawania: - głównej F C oraz odporu F N, od parametrów obróbkowych oraz własności wytrzymałościowych, wykorzystując wyniki badań zawarte w PhD N. Franza z N. Franz w PhD po raz pierwszy w literaturze określił istotne własności wytrzymałościowe badanego drewna dla 3 gatunków drewna i 3 różnych wilgotności. N. Franz w PhD wykonał najbardziej obszerne w literaturze doświadczenie w zakresie pomiaru sił skrawania drewna (z liczbą wariantów 369). Jednak pomiary wykonał jedynie dla wzdłużnego kierunku skrawania, dla 2 parametrów obróbkowych, przy bardzo małej prędkości skrawania, a własności wytrzymałościowe wykorzystał jedynie do analizy postaci wióra.

4 2. Modele matematyczne zależności siły głównej F C i siły odporu F N od parametrów skrawania oraz własności wytrzymałościowych: F C =b 1 +b 2 a P b3 F b4 R B b5 R C c6 R T b 7 R S b8 + A + B (N) A=b 9 a P b10 F b11 +b 12 a P b13 R B b14 +b 15 a P b16 R C b17 +b 18 a P b19 R T b20 B=b 21 a P b22 R S b23 +b 24 F b25 R B b26 +b 27 F b28 R C b29 F N =c 1 + c 2 a P c3 F c4 R B c5 R C c6 R T c7 R S c8 + C + D (N) C=c 9 a P c10 F c11 + c 12 a P c13 R B c14 + c 15 a P c16 R C c17 + c 18 a P c19 R T c20 D=c 21 a P c22 R S c23 +c 24 F c25 R C c26 +c 27 F b28 R T c29 +c 30 F b31 R S c32 Zostały wybrane spośród modeli linowych, wielomianowych i wykładniczych.

5 3. Metodyka badań Skrawanie płaskie Wzdłużny, promieniowy kierunek skrawania 3 wilgotności drewna: 1.5; 8; 30% 6 grubości wióra 6 kątów natarcia Prędkość skrawania m/s N. Franz zrealizował tensometryczny pomiar sił skrawania, F C i F N dla 3 gatunków drewna

6 Gatunki drewna będące obiektem badań Sugar Pine Yellow Birch White Ash Pinus lambertiana) (Betula alleghanensis) (Fraxinus americana) Własności wytrzymałościowe, przy wilgotności 8 %: - wytrzymałość na zginanie prostopadłe, R B <75.8 P ; B ; 97.2 A MPa> - wytrzymałość na ściskanie równoległe, R C < 58.7 P ; 44 B ; 44.8 A MPa> - wytrzymałość na rozciąganie prostopadłe R T <5.1 P ; 1.7 B ; 6.9 A MPa> - wytrzymałość na ścinanie równoległe R S <6.3 P ; 11.3 B ; 13.1 A MPa>

7 Warunki skrawania - grubości wióra a P = 0.051, 0.127, 0.254, 0.381, 0.508, mm, - szerokość skrawania w S = 6.35 mm (0.25 inch), - kąty kierunkowe: K = 90 o, V = 0 o, S = 0 o, - kąt kierunkowy krawędzi skrawającej w odniesieniu do przyrostów sezonowych RT = 0 o. - kąty natarcia F = 5 o, 10 o, 15 o, 20 o, 25 o, 30 o, - kąt przyłożenia F = 15 o, - kąt pochylenia krawędzi skrawającej P = 0 o, - ostra krawędź skrawająca (zaokrąglenia ostrza nie zmierzono).

8 4. Metoda poszukiwania najlepszych estymatorów (E i ) teoretycznych zależności F C i F N =f(a P, F, R B, R C, R T, R S ) liczba iteracji ok. 5.7 *10 9

9 5. Wyniki poszukiwań najlepszych estymatorów zależności F C i F N =f( F, a P, R B, R C, R T, R S ) Wykres przewidywanych (P) względem zaobserwowanych (O) sił skrawania: a - S K =58989, R 2 =0.98, S D =12.7N; b - S K =6834, R 2 =0.97, S D =4.3N

10 zależności F C =f( F, a P ) i F N =f( F, a P ) od kąta natarcia F i grubości wióra a P dla średnich wartości pozostałych zmiennych

11 zależności F C =f(r B, R C ) oraz F N =f(r B, R C ) wytrzymałości na zginanie R B i wytrzymałości na ściskanie R C dla średnich wartości pozostałych zmiennych

12 zależności F C =f(r T, R S ) oraz F N =f(r T, R S ) wytrzymałości na rozciąganie R T i wytrzymałości na ścinanie R S dla średnich wartości pozostałych zmiennych

13 6. Wnioski Przeprowadzone obliczenia oraz analiza wyników pozwalają na wyciągnięcie następujących wniosków: 1. Po raz pierwszy w literaturze, wykorzystanie wytrzymałości na: - rozciąganie prostopadłe R T, - ścinanie równoległe R S, - ściskanie prostopadłe R C oraz - zginanie prostopadłe R B, pozwoliło uzyskać bardzo dobrą zgodność zależności F C i F N =f(a P, F, R S, R C, R T, R B ) z wynikami pomiarów dla F C R 2 =0.98 i dla F N R 2 = Brak gęstości drewna w opracowanych wzorach doświadczalnych nie przeszkodził w uzyskaniu bardzo dobrego przybliżenia wartości przewidywanych do wartości zmierzonych.

14 Dziękuję za uwagę