Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Quá trình gia công cắt gọt tre luồng về nguyên lý có thể coi như giống với nguyên lý cắt gọt gỗ, vì tre luồng có cấu tạo bó mạch như trong gỗ. Chúng chỉ khác nhau về tính chất cơ lý của vật liệu gia công. Vì vậy, khi nghiên cứu về gia công cắt gọt tre luồng có thể kế thừa và vận dụng những phương pháp và kết quả nghiên cứu về gia công cắt gọt gỗ.
Quá trình cưa gỗ là quá trình gia công gỗ bằng cơ học. Cùng với sự phát triển của gia công gỗ bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt gỗ đã ra đời và phát triển không ngừng. Những người có công trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt gỗ phải kể đến các bác học Xô Viết như giáo sư I. Aphanaxiev, kĩ sư Denpher, giáo sư M.các nhà bác học Đức như H.Kolman; Phần Lan như E.Kivima, Mỹ như B.
Tổng hợp các công trình của các nhà khoa học nêu trên cho thấy rằng các nghiên cứu về cắt gọt gỗ đi theo ba hướng sau: - Hướng thứ nhất: là dùng phương pháp toán cơ để phân tích, nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt gọt gỗ. Giải các bài toán thuận và bài toán nghịch trong công nghệ gia công gỗ trên cơ sở này. Đây là một hướng đi khá khó, đòi hỏi kiến thức rộng, nhiều lĩnh vực rộng, nhưng phù hợp với quá trình gia công gỗ. - Hướng nghiên cứu thứ hai: là xây dựng học thuyết cắt gọt trên cơ sở phân tích các giá trị của các hiện tượng lý hoá xảy ra trong quá trình và trên cơ sở đó xây dựng các công thức thực nghiệm, áp dụng trong các bài toán thuận và nghịch.
Trong cắt gọt gỗ, hướng này đòi hỏi hệ thống thiết bị đo rất tinh vi, hiện đại và tốn kém, bởi vì trong cắt gọt gỗ tốc độ cắt thường rất cao. - Hướng thứ ba: là xây dựng lý thuyết cắt gọt gỗ bằng thực nghiệm, nói cách khác là trên cơ sở các số liệu thu được trong quá trình nghiên cứu, phân c 4 tích các cơ sở dữ liệu thu được trong quá tình nghiên cứu, phân tích các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt gọt, dùng toán xác suất thống kê để xây dựng các công thức thực nghiệm, áp dụng trong việc giải các bài toán công nghệ và thiết kế. Hướng này đơn giản, dễ tiến hành, song thụ động, nhất là trong gia công gỗ nhiều trường hợp phoi là thành phẩm, cần có cơ sở lý thuyết để giải quyết bài toán công nghệ của chúng. Mặc dù các nhà khoa học đi theo ba hướng khác nhau nhưng tất cả đều nhằm một mục đích là khám phá bức tranh trung thực nhất của quá trình cắt gọt gỗ, đưa ra những kết luận và công thức chính xác, phù hợp với qui luật khách quan nhất để phục vụ cho việc thực hiện tốt các bước công nghệ, thiết kế máy và dao cắt trong việc cơ giới hoá và tự động hoá công nghệ gia công gỗ.
Lý thuyết cắt gọt gỗ đi sâu nghiên cứu lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học, công suất của thiết bị chi phí cho việc cắt. Những đại lượng này cần thiết làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước, xác định các thông số kỹ thuật của các công cụ cắt trong việc thiết kế và cải tiến dao cụ và máy gia công gỗ hoặc xác định các chế độ gia công hợp lý trong sử dụng các thiết bị đã có nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí nhiên, nguyên vật liệu, giảm giá thành sản xuất của sản phẩm. Tỷ suất lực cắt là một thông số quan trọng, khi xác định được nó thì chúng ta xác định được lực cắt và công suất cắt. Theo đó, tỷ suất lực cắt được định nghĩa như sau: Tỷ suất lực cắt là lực cần thiết để biến một đơn vị diện tích gỗ thành phoi.
Trong lý thuyết cắt gọt gỗ, để xác định công cắt người ta đưa ra khái niệm tỷ suất công. Đây là: Công cần thiết để biến một đơn vị thể tích gỗ thành phoi. Tỷ suất lực cắt và tỷ suất công cắt có quan hệ: bằng nhau về giá trị nhưng khác nhau về thứ nguyên. c 5 Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sỹ I.
Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm ở trong công trình "Sức bền của thép và gỗ khi cắt" và cũng trong công trình này ông đã chứng minh rằng lực cắt tỷ lệ thuận với tiết diện phoi được hình thành. Giải thích được sự thay đổi kích thước của phoi khi cắt do biến dạng của gỗ. Năm 1886, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sư P. Aphanasev đã phân tích quá trình tạo phoi khi cắt gỗ, ông cho rằng áp lực lên mặt trước lưỡi cắt tuân theo biểu đồ ứng suất dạng tam giác và khác với kết luận trước đó của giáo sư I.
Time áp lực lên mặt trước tuân theo biểu đồ hình chữ nhật. Lần đầu tiên vai trò của lực cản ma sát được tính đến trong quá trình cắt gọt. Năm 1894, trong cuốn sách "Công nghệ gia công gỗ bằng cơ học", giáo sư K. Zvorưkin bằng phương pháp lý thuyết đã xác định được công thức tính lực cắt với các nhân tố ảnh hưởng chính đến lực cắt, ông đã tiến hành 230 thí nghiệm để minh chứng cho kết luận rằng tỷ suất lực cắt là một đại lượng thay đổi và giảm so với sự tăng chiều dày lớp phoi tạo thành Năm 1934, giáo sư M.
Desevoi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách "Kỹ thuật gia công gỗ". Nó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. Tỷ suất lực cắt khi cưa ngang và xẻ dọc gỗ bằng cưa đĩa đã được tiến sĩ A.Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm và tìm ra đồ thị phụ thuộc giữa bề rộng mạch cưa và lượng ăn gỗ của một răng cưa năm 1956.
Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc dạng đĩa được N. Drozđov nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm năm 1958 phụ thuộc vào đường kính gỗ. c 6 Tỷ suất lực cắt khi bóc gỗ bằng máy bóc gỗ dạng roto được I. Vorobiev nghiên cứu xác định, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào loại gỗ và chiều rộng đoạn vỏ được bóc.
Tỷ suất lực cắt khi bóc vỏ gỗ theo nguyên lý phay dọc được M.N Ximonov xác định bằng thực nghiệm năm 1963. Tỷ suất lực cắt khi cưa ngang gỗ thông khô ở độ ẩm thăng bằng W=15% bằng cưa xích được bộ môn cơ giới hóa khai thác gỗ Học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrat nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng tỷ suất lực cắt phụ thuộc vào lượng ăn dao, chiều rộng mạch cắt, độ ẩm của gỗ, độ sắc của cưa. Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C.Fraz, với kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt gỗ ngày càng được hoàn chỉnh hơn với những công trình nghiên cứu mới về cắt gọt do giáo sư A. Ivannopski đã thực hiện. Lực phát sinh trong quá trình gia công gỗ bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn. Tỷ suất lực cắt khi cưa gỗ được xác định thông qua công thức lý thuyết.
Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của máy chế biến gỗ nói chung của các máy cưa đĩa nói riêng đã được các giáo sư nổi tiếng F.Makovski nghiên cứu sâu rộng. Nghiên cứu khả năng làm việc của các loại lưỡi cưa đĩa trên thế giới do các nhà khoa học thực hiện như N. Stakhiev đã tạo lập cơ sở khoa học nâng cao chất lượng gia công và độ bền công cụ cắt. Ở một số nước công nghiệp phát triển, gia công gỗ bằng cơ học cũng đã được nghiên cứu, tiêu biểu như các công trình nghiên cứu của các tác giả sau: - Hjorth.H, Máy gia công gỗ.E, Lực cắt gọt trong gia công gỗ.WV, Nguyên lý gia công gỗ.LA, Những vấn đề về dao cắt.Franz, Phân tích quá trình cắt gỗ.Franz sau khi nghiên cứu cắt thẳng dọc thớ ba loại gỗ Sugar pine (Pinus Lambertiana.
Dougl), Yelow birch (Betula alleghaniensis. Britt), White as (Fraximus Americana L.) đặc trưng cho ba loại gỗ (gỗ lá kim vùng ôn đới, gỗ lá rộng mạch phân tán và gỗ lá rộng mạch phân bố theo vòng năm). Tác giả đã nghiên cứu chúng với tổng cộng 378 điều kiện khác nhau, với 3 cấp độ ẩm (1,5%, 3,5% và độ ẩm bão hoà), 7 cấp chiều dày phoi (0,002; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025 và 0,030 inch), 6 góc cắt trước (50, 100, 150, 200, 250 và 300). Ông đã đưa ra một số kết luận quan trọng sau: - Quá trình cắt gọt được đặc trưng bởi ba dạng cắt gọt cơ bản.
- Các công cụ hình thành tương ứng với dạng phoi. Do vậy, công cần thiết cho việc tách bỏ vật liệu phụ thuộc vào dạng hình thành phoi. - Quá trình hình thành phoi phụ thuộc vào đặc tính của gỗ và thông số hình học dao cắt. - Việc hình thành phoi độc lập với vận tốc cắt.
- Góc trước và chiều dày vết cắt ảnh hưởng đến việc hình thành phoi. - Các lực ma sát phụ thuộc vào loại gỗ và độ ẩm của gỗ nhưng ít quan hệ đến độ nhám bề mặt dao vì các vết mài song song với chiều chuyển động của phoi. - Giá trị của hệ số ma sát xem ra tương đối độc lập với góc trước và chiều dày phoi. Tuy nhiên, chúng ta chưa có nhiều những nghiên cứu chuyên sâu và những thông tin một cách hệ thống những nghiên cứu về cắt gọt gỗ ở những nước có nền công nghiệp phát triển.
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Do nhiều nguyên nhân khác nhau cho nên nghiên cứu cơ bản về gia công gỗ bằng cơ học ở nước ta chưa nhiều, mới chỉ có một số nghiên cứu của các tác giả: TS. Hoàng Nguyên và Nguyễn Văn Minh, như "Gia công cắt gọt gỗ Việt Nam"; Nguyễn Văn Minh 1956 "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến lực và độ tù của răng khi xẻ gỗ Việt Nam bằng cưa sọc";.