Kvantitativní a kvalitativní analýza přetvoření blízko řezné hrany při vysokorychlostním obrábění tvrdého dřeva

Quantitative and qualitative analysis of strain near the cutting edge during high-speed machining of hardwood

conference paper

en

A predicted increase of hardwoods in the Central Europe forests predetermines the transformation of industrial processes from softwood to hardwood cutting technologies. This study is part of the work systematically characterizing the high-speed linear and rotational cutting of hardwood by using of in-house device and conventional CNC machine. Based on the unique experimental data from Split-Hopkinson pressure and tensile bar the numerical models of hardwood linear and rotational cutting are built. In this study, the strain field near the cutting edge is analysed by digital image correlation. The images are acquired by high-speed cameras during the linear and rotational cutting of European beech (Fagus sylvatica L.) at various moisture content (MC) levels and knife sharpness condition (Fig. 1). The analysis pointed out the differences compared to softwoods and specifics of hardwood cutting. The development of strain field during the chip formation is related to reaction forces pattern. The presented strain analysis may contribute to optimizing of high-speed cutting of hardwoods. The affected area near the cutting edge during the linear cutting of hardwood is larger compared to softwood; meanwhile, from the qualitative point of view the strain field was similar. There were recognized tension and compression normal strains. The findings about cutting conditions effects can be generalized for both hardwood and softwood similarly. The rotary cutting is specific compared to linear one from the quantitative point of view by an increasing magnitude of strains and increasing size of affected area during the chip formation, and from the qualitative point of view by almost no tension strain.

Predikovaný nárůst tvrdých dřev v lesech střední Evropy předurčuje transformaci průmyslových procesů řezných technologií od měkkého dřeva k tvrdému. Tato studie je součástí systematické práce charakterizující vysokorychlostní přímočaré a rotační řezání tvrdého dřeva s pomocí vlastního zařízení a konvenčního CNC stroje. Numerické modely lineárního a rotačního řezání jsou postaveny na unikátních datech z dělené Hopkinsonovy tyče v tlaku a tahu. Pole přetvoření poblíž řezné hrany je analyzováno v této studii korelací digitálního obrazu. Obrazy jsou získány vysokorychlostními kamerami při lineárním a rotačním řezání evropského buku (Fagus sylvatica L.) při různých úrovních obsahu vlhkosti a podmínce ostrosti nože (Obr. 1). Analýza poukazuje na rozdíly při srovnání měkkého dřeva se specifiky řezání tvrdého dřeva. Vývoj pole přetvoření při tvorbě třísky je vztažen ke vzoru reakčních sil. Prezentovaná analýza přetvoření může přispět k optimalizaci vysokorychlostního řezání tvrdého dřeva. Ovlivněná oblast poblíž řezné hrany při přímočarém řezání tvrdého dřeva je větší ve srovnání s měkkým, zatímco z kvalitativního pohledu bylo pole přetvoření podobné. Byla rozeznána tahová a tlaková normálová přetvoření. Poznatky o vlivech řezných podmínek mohou být zobecněny podobně pro oboje tvrdé a měkké dřevo. Rotační řezání je specifické ve srovnání s lineárním z kvantitativního pohledu se zvyšující se velikostí přetvoření a zvětšující se velikostí ovlivněné oblasti při tvorbě třísky a z kvalitativního pohledu téměř žádnými tahovými přetvořeními.

A predicted increase of hardwoods in the Central Europe forests predetermines the transformation of industrial processes from softwood to hardwood cutting technologies. This study is part of the work systematically characterizing the high-speed linear and rotational cutting of hardwood by using of in-house device and conventional CNC machine. Based on the unique experimental data from Split-Hopkinson pressure and tensile bar the numerical models of hardwood linear and rotational cutting are built. In this study, the strain field near the cutting edge is analysed by digital image correlation. The images are acquired by high-speed cameras during the linear and rotational cutting of European beech (Fagus sylvatica L.) at various moisture content (MC) levels and knife sharpness condition (Fig. 1). The analysis pointed out the differences compared to softwoods and specifics of hardwood cutting. The development of strain field during the chip formation is related to reaction forces pattern. The presented strain analysis may contribute to optimizing of high-speed cutting of hardwoods. The affected area near the cutting edge during the linear cutting of hardwood is larger compared to softwood; meanwhile, from the qualitative point of view the strain field was similar. There were recognized tension and compression normal strains. The findings about cutting conditions effects can be generalized for both hardwood and softwood similarly. The rotary cutting is specific compared to linear one from the quantitative point of view by an increasing magnitude of strains and increasing size of affected area during the chip formation, and from the qualitative point of view by almost no tension strain.

Přetvoření; korelace digitálního obrazu; obrábění; tříska; dřevo

Strain; digital image correlation; machining; chip; wood

12.10.2022

978-963-334-446-0

10th Hardwood Conference

251–256

6