Stvaranje strugotine u procesu rezanja drveta

Od svih materijala koji se prerađuju za potrebe čoveka, drvo je jedan od najznačajnijih. Danas se drvo kao material upotrebljava za izradu više hiljada različitih proizvoda. Zato se prethodno mora manje ili više mehanički obraditi. Teorija obrade drveta izvedena je iz teorije obrade metala, koji je više homogeni materijal. Kako je drvo ortotropan-anizotropan material samim tim je i složeniji za obradu. Mehanička obrada drveta se deli na obradu rezanjem i obradu plastičnim deformisanjem. Obradu drveta rezanjem moguće je ostvariti skidanjem strugotine i bez skidanja strugotine. Skidanjem strugotine drvo se obrađuje: rasecanjem, rendisanjem, glodanjem, bušenjem, sečenjem, ljuštenjem, tokarenjem, dubljenjem, brušenjem. Dok odsecanjem, prosecanjem i probijanjem vrši se obrada drveta bez skidanja strugotine. Formiranje strugotine se odvija kroz tri sukcesivne faze: plastično deformisanje materijala predmeta obrade (stvaranja strugotine), odvođenje strugotine iz zone rezanja i savijanje i lomljenje strugotine. Ova faza se ne pojavljuje uvek.
Za razliku od obrade metala gde se, sa izuzetkom nekih posebnih slučajeva, u svim smerovima rezanja pojavljuju podjednaki otpori rezanja, pri obradi drveta otpor se znatno menja sa promenama smera rezanja. Razlog tome je u različitosti građe drveta u pojedinim smerovima, kao i razlika u tvrdoći zona ranog i kasnog drveta. Različitost građe naročito se ogleda u tri osnovna smera: u smeru osi debla, u poprečnom, odnosno radijalnom smeru i u smeru tangencijalno na godove (Šoškić et al, 2002). Prikaz ovih preseka u drvetu prikazuje slika 1.

Slika 1. Osnovni preseci u drvetu, (Izvor: Zubčević, 1988)

Proces formiranja strugotine ostvaruje se, u osnovi, lokalnim plastičnim deformisanjem materijala predmeta obrade. Pri prodiranju reznog klina alata u materijal predmeta obrade javljaju se, u materijalu ispred reznog klina, složena naprezanja. Ravan u kojoj su naprezanja na smicanje maksimalna naziva se ravan smicanja, a njen položaj je određen uglom smicanja φ. Većem uglu smicanja odgovara manja debljina strugotine. Na slici 2 prikazan je ugao smicanja φ.
Prema Kršljaku, (2002) postoje tri osnovna vida rezanja: poprečni, podužni i tangencijalni, koji se definišu pravcem kretanja sečiva i položajem ravni rezanja prema pravcu prostiranja drvnih vlakana (slika 3).

Slika 2. Ugao smicanja φ

Slika 3. Shematski prikaz osnovnih smerova rezanja: a-tangencijalni, b-poprečni, c-uzdužni, (Izvor: Kršljak, 2002)

Stvaranje strugotine
Proces rezanja odnosno nastajanja strugotine je podeljen na tri posebne radnje:

• Odvajanje od obratka,
• Razaranje strugotine i
• Odstranjivanje strugotine.

Odvajanje strugotine je zajednička radnja svim rezanjima pomoću sečiva u obliku klina, dok je rezanje i odstranjivanje strugotine specifično za pojedine načine rezanja (piljenje, glodanje, tokarenje i slično.)
Pri rezanju sa skidanjem strugotine, strugotina je podvrgnuta različitim opterećenjima koja izazivaju njenu deformaciju. Najčešće se javljaju opterećenja na pritisak, smicanje i savijanje. Zahvaljujući maloj površini oštrice, primenom relativno male sile, postižu se naprezanja koja su veća od čvrstoće drveta, pa tako dolazi do njegove destrukcije i razdvajanja čestica. Rezanje drveta, dakle, nastaje pri prodiranju reznog klina u drvo pod dejstvom mehaničke sile. Rezanje može nastati ako postoji kretanje sečiva ili zajedničko kretanje sečiva i obratka. Nezavisno od toga da li se kreće sečivo ili obradak, odnosno oboje, svako njihovo kretanje se zove radnim kretanjem. Prema tome da bi nastalo rezanje mora postojati dva kretanja. U slučaju kada je obradak nepomičan, a kreće se sečivo, sečivo se posle skidanja strugotine sa obratka, mora ponovo premeštati da skine drugi red strugotine. Kada bi sečivo mirovalo, morao bi se kretati obradak, prema tome bi bila realizovana dva kretanja (Zubčević, 1988).

Vrste strugotine
U teoriji rezanja drveta svako delovanje sečiva na drvo je rezanje, ali u praksi to je uglavnom naziv za delovanje na drvo određenim alatom. Sa aspekta delovanja alata i stvaranja strugotine, kao i sa aspekta definisanja tehnoloških operacija, glavni vidovi mehaničke obrade su: rezanje (piljenje), rendanje (blanjanje), bušenje, glodanje, tokarenje, brušenje. Pod strugotinom se naziva odrezani sloj drveta koji se formira na grudnoj površini drveta. Oblik strugotine zavisi od više parametara među kojim su: struktura, vlažnost i svojstva drveta, elementi geometrije sečiva, elementi režima rezanja, vid rezanja i drugo. Kod elementarnog rezanja na strukturu i oblik strugotine presudan uticaj ima vid rezanja. Oblik strugotine zavisi od debljine odrezanog sloja i ugla rezanja. Tako da u odnosu na ova dva faktora pri uzdužnom rezanju razlikujemo tri oblika strugotine:

• spiralna strugotina,
• lomljena strugotina,
• deformisana strugotina.

Ukoliko je odrezani sloj male debljine (tanka strugotina) i ugao rezanja sečiva mali dolazi do formiranja strugotine u obliku spirale, odnosno, spiralne strugotine (slika 4a).
Ako je strugotina veće debljine i veći ugao rezanja sečiva formira se strugotina koja je, manje elastična i lomi se ili presavija na manje ili veće elemente i dolazi do formiranja lomljene strugotine (slika 4b).
Treći tip - deformisana strugotina (slika 4c) nastaje ukoliko se na sečivu u blizini rezne ivice obrazuju naslage zbijene strugotine, što se može desiti pri velikom uglu rezanja. (Kršljak, 2002).

Slika 4: Oblici strugotine pri uzdužnom rezanju: a-spiralna strugotina, b-lomljena strugotina, c-deformisana strugotina, (Izvor: Kršljak, 2002)

Struktura strugotine je najkompaktnija pri uzdužnom rezanju u odnosu na ostale vidove rezanja. Pri poprečnom rezanju, oštrica sečiva je upravna na smer drvnih vlakana i preseca ih, a veza između vlakana je veoma slaba i strugotina se rastresa na sitne elemente. Grudna površina sečiva odvaja nastalu strugotinu od osnovne mase drveta, dok ispod linije rezanja, u manjoj ili većoj meri dolazi do raslojavanja vlakanaca.
Upoređujući sva tri vida rezanja može se doći do zaključka da su otpori najveći pri poprečnom rezanju, zatim pri tangencijalnom i uzdužnom vidu rezanja. Usled povećanog otpora dolazi i do povećanog trošenja alata što ima za posledicu lošiji kvalitet obrade.
Zaključeno je da u toku rezanja drveta dolazi do trošenja materijala sečiva usled trenja, što ima za posledicu povećavanja radijusa zaobljenja ρ. Povećavanjem ovog radijusa dolazi do gubitka reznog svojstva sečiva što ima za posledicu povećanje sile rezanja, rada rezanja i smanjenja kvaliteta obrađene površine. Takođe, sa povećanjem trenja dolazi i do smanjenja ugla trošenja što se odražava negativno na kvalitet obrađene površine.
Usled procesa rezanja dolazi do trošenja grudne strane zbog trenja između strugotine i grudne strane. Povećanje trošenja ove strane može nastati usled povećanja debljine strugotine i brzine rezanja.

Tekst je objavljen u časopisu DRVOtehnika, broj 47, str 58-59, jul 2015.

LITERATURA:
Kršljak, B. (1996): Mašine i alati za obradu drveta I, Šumarski fakultet Beograd.
Zubčević, R. (1988): Mašine za obradu drveta I, Mašinski fakultet Sarajevo.
Šoškic, B, Popović, Z. (2002): Svojstva drveta, Šumarski fakultet Beograd.
Franz, N. (1958): An analysis of the wood-cutting process, The Engineering Research Institute Ann Arbor Michigan.
McKenzie W. (1960): Fundamental analysis of the wood-cutting process, Industry Program Of The College Of The Engineering Michigan.
SCRIBD: Nastanak strugotine, dostupno na URL: http://www.scribd.com/doc/82213617/Nastanak-strugotine
SCRIBD: Uslovi stvaranja strugotine, dostupno na URL: http://sr.scribd.com/doc/51270581/84/Uslovi-stvaranja-strugotine