Опыты по прямолинейному (элементарному) резанию, которые проводятся на малых скоростях резания порядка 0,4 м/с, с постоянной толщиной срезаемого слоя и шириной резца большей, чем ширина образца, позволяют изучить процесс стружкообразования и выявить соотношение сил при различных направлениях резания. Несмотря на то, что опыты отличаются от сложных процессов резания, их результаты представляют несомненный интерес для объяснения происходящих при резании явлений.
Опыты проводились на аппарате АРД - II, оснащенном тензометрической системой для замера сил резания и оптическим устройством для наблюдения процесса стружкообразования.
При продольном резании под действием силы деформации стружки вначале происходит сжатие стружки перед резцом, а затем, когда напряжения в ней превысят предел прочности, - сдвиг материала стружки под некоторым углом к направлению движения резца. С увеличением толщины срезаемого слоя характер стружкообразования существенно не меняется.
При продольном резании ПКДМ резец перерезает продольные и торцовые частицы древесины. В обоих случаях ширина резания равна толщине частиц, поэтому силы их перерезания невелики, так что в большинстве случаев связь разрезаемых частиц со связующим не нарушается и происходит лишь расслоение волокон самой частицы древесины. Это не относится к слабозакрепленным и мелкосидящим частицам, которые под действием сил резания вырываются со своего места, оставляя углубления.
Отделяемая при продольном резании ПКДМ стружка непрочна, сразу же рассыпается.
При поперечном резании древесины с увеличением угла резания d повышается величина касательных и нормальных напряжений в стружке. Однако, до известного предела роста угла резания d изменения напряженного состояния стружки носят лишь количественный характер. Качественные изменения происходят при больших углах резания, когда стружка образуется за счет прямого сжатия. Такая картина наблюдается при резании ПКДМ с углами резания d = 70...90°. Образование стружки происходит сжатием, раздавливанием древесных частиц и связующего передней гранью резца. В этом случае стружка сильно уплотнена, а при резании с отрицательными углами улучшаются условия для завивания стружки.
При поперечном резании ПКДМ сказывается слоистая структура плит, хотя картина стружкообразования похожа на рассмотренную выше. Положение поверхности разрушения предопределено положением слоев спрессованных частиц и прочностью их связей с матрицей плиты. На обработанной поверхности образуется больше выровов и неровностей. Это объясняется меньшей прочностью плиты в данном направлении и большими силами резания.
Поперечные частицы располагаются так, что перерезаются резцом по всей или почти по всей длине. Кроме того, имеются торцовые частицы древесины, наиболее трудные для перерезания. В результате сила перерезания превышает силу, удерживающую частицу в плите. Последняя расслаивается, так как каждая древесная частица отгибается резцом до тех пор, пока расположенные сзади нее частицы не создадут достаточный подпор для перерезания. Глубина расслоения ПКДМ будет тем больше, чем больше сила перерезания и чем слабее связи частиц друг с другом. При встрече резцом слабо закрепленных мелкосидящих частиц последние вырываются из плиты, оставляя углубления.
Образование стружки при перерезании торцовых частиц древесины происходит в случае малых углов резания скалыванием с расслоением. При перерезании торцовые частицы отклоняются, разрушая связующее, их волокна деформируются и перерезаются на некотором удалении от основания. После прохождения резца они частично выпрямляются, создавая неровности на обработанной поверхности.
Характер стружкообразования при поперечном резании ПКДМ слабо зависит от толщины срезаемого слоя. Срезанная стружка сразу же рассыпается.
При увеличении угла резания до 85...95°и более в процессе стружкообразования появляются специфические особенности. Стружка по-прежнему состоит из отдельных, плохо связанных между собой древесных частиц и крошек связующего, но процесс ее образования становится более динамичным: уплотненная стружка как бы “выстреливает” из-под резца.
При плоском резании в наибольшей степени сказывается “слоистость“ плит и проявляются свойства древесных частиц. Если толщина срезаемого слоя меньше толщины древесных частиц (0,2...0,4 мм), то режущая кромка перережет древесную частицу вдоль или поперек волокон. Когда сила перерезания превышает силу сцепления древесной частицы со связующим, происходит вырывание древесной частицы со своего места и образуется впадина. В случае достаточно прочного закрепления происходит перерезание древесной частицы в соответствии с ориентацией ее волокон. При этом процесс стружкообразования включает в себя образование и развитие опережающих трещин.
В зависимости от условий резания при плоском резании ПКДМ встречаются следующие формы стружкообразования: отслоение без излома, дающее сливную стружку; отслоение с изломом, дающее многоугольную стружку; излом поперечный без отслоений, дающий многоугольную стружку; излом продольный с отслоением, дающий прерывистую стружку. Процесс напоминает стружкообразование при резании древесины вдоль волокон. Так же как и при резании древесины можно предсказать, в какой плоскости произойдет разрушение материала при образовании стружки. Это плоскость, перпендикулярно которой связи между частицами материала самые слабые. В древесине такой плоскостью является плоскость волокон, а в ПКДМ - плоскость расположения частиц, параллельная пластям.
При плоском резании ПКДМ следует учитывать, на какой глубине от поверхности плиты производится рез. При любом составе имеет проявление общая закономерность стружечных плит, при которой дисперсность древесных частиц и содержание связующего уменьшается от поверхностных слоев к внутренним. Поэтому поверхностные слои ПКДМ более плотные и прочные, чем средние. При переходе от поверхностных слоев к внутренним дефекты на обработанной поверхности увеличиваются и образуются участки впадин из-за отслоения значительных групп частиц.
Сравнивая процесс стружкообразования при резании ЦСП и ДСтП, можно отметить схожесть картин. Различия вызваны тем, что, несмотря на меньшую плотность и прочность при сжатии, вязкость разрушения ДСтП значительно выше, чем ЦСП. Этим и определяется большая прочность ДСтП при изгибе. При сжатии реализуются все возможности ЦСП, а когда плита работает на изгиб, даже при кратковременных перегрузках могут возникнуть значительные разрушения. Этот вывод сделан при испытаниях стандартных образцов, но в какой-то степени тенденции сохраняются и в объемах удаляемого при резании материала.
Таким образом, можно говорить об общих закономерностях стружкообразования, характерных для композиционных материалов, и об отличиях, связанных со спецификой их строения.
Шероховатость обработанной поверхности определяется наличием ворсистости, вырывов, сколов и структурных пустот. Определяющими являются вырывы, сколы и пустоты, выходящие на пласти плиты. Величина сколов зависит от прочностных свойств плиты, режимов резания и затупления резца. Определяющая роль принадлежит связующему, потому что отрыв частиц при разрушении происходит чаще всего по межфазным границам.