Место темы в курсе технологии столярных работ.

В процессе изучения материала темы учащиеся знакомятся с научно-техническими основами обработки древесины резанием. В столярно-мебельном производстве в большинстве случаев древесина обрабатывается резанием, поэтому материал большинства тем курса прямо или косвенно связан с этой темой. Овладение материалом этой темы готовит учащихся к изучению способов выполнения основных операций по обработке древесины ручными и электрифицированными инструментами. В это же время на уроках производственного, обучения они овладевают приемами и способами выполнения основных видов операционной обработки древесины. Только изучив основы теории резания, учащиеся смогут осознанно разобраться в целесообразности и рациональности того или иного приема обработки древесины.
Обработка древесины резанием основывается на свойстве древесины - делимости, поэтому целесообразно преподавателю курса материаловедения к этому времени ознакомить учащихся с основными особенностями строения древесины.
Цель изучения темы. Дать учащимся общее представление о способах механической обработки древесины, вооружить знаниями об элементах и геометрии резца. Сформировать у них комплекс умений и навыков определять по внешним признакам элементы и геометрию резца ручных столярных инструментов, дать им прочные знания о видах резания и сущности процесса стружкообразования.
Подвести учащихся к пониманию взаимообусловленности явлений и факторов, лежащих в основе процесса резания и оказывающих влияние на силу резания и качество обработанной поверхности. Научить осознанно выбирать наиболее рациональные способы обработки и добиваться заданного качества изготовляемых деталей с наименьшими затратами сил.
Системная подготовка учащихся положительно влияет на формирование у них интереса к профессии столяра, обогащает и развивает техническое мышление и наблюдательность.

Система уроков по теме

1-2. Геометрия резца и процесс стружкообразования. 3-4. Основные факторы, влияющие на резание древесины. 5-6. Лабораторно-практическое занятие «Определение элементов резцов и углов резания для ручных столярных инструментов».

Уроки 1-2. Геометрия резца и процесс стружкообразования

Основные вопросы. 1. Понятие о резании древесины. 2. Элементарное и сложное резание. 3. Резец-клин и его элементы. 4. Геометрия резца. 5. Случаи резания. 6. Стружкообразование при различных видах резания.

Методические рекомендации

Поинтересоваться, что учащиеся изготовляли из древесины на уроках труда в школе и дома, что их особенно заинтересовало во время экскурсии на мебельный или деревообрабатывающий комбинат.
Опираясь на материал вводной беседы и демонстрируя плакат «Классификация способов механической обработки древесины», подвести учащихся к выводу, что большую часть древесных материалов обрабатывают с нарушением связи между волокнами - резанием.
Особенности процесса обработки древесины резанием в основном определяют три фактора: свойства обрабатываемых материалов (которые они должны изучить в курсе материаловедения), конструкция инструментов и станков и приемы работ на них.
Для резания древесины применяют одно- и многорезцовые режущие инструменты (стамески, долота, ножи для фрезерования древесины, пилы, фрезы и сверла), основным элементом которых является резец-клин. Как пример однорезцового инструмента показать нож рубанка, многорезцового - пильное полотно.
Элементы резца-клина показать на макете, затем на плакате «Элементы резца», широкой стамеске и ноже ручного строгального инструмента, назвать каждый элемент, обратить внимание на назначение каждого из них и подчеркнуть значение режущей кромки. Затем раздать по одному ножу от строгального инструмента или по стамеске на двух учащихся, чтобы они осмотрели их и нашли элементы резца.
На плакате «Геометрия резца-клина» показать, назвать и дать определение каждого из основных углов резания. Дать определение понятия геометрии резца. Объяснить, как практически применяют углы резания в конструкциях всех режущих инструментов, и подтвердить это показом столярных инструментов разного назначения.
Дать учащимся задание: вычертить в тетрадях схему резца и на ней обозначить греческими буквами углы резания. Рассказать о трех основных видах резания древесины и назвать их. Продемонстрировать резание стамеской вдоль, поперек волокон и в торец. Обратить внимание на форму стружки, образующейся в каждом случае резания. Опираясь на школьный опыт учащихся, рассказать, чем объясняется та или иная форма стружки. Показать названные виды резания на плакате-схеме с подробным объяснением процесса образования стружки. Подчеркнуть, что эти три случая резания основные, а в процессе изготовления столярно-мебельных изделий резание древесины производится под разными углами к волокнам (назвать несколько возможных сочетаний).

Вопросы и задания

1. Перечислите виды механической обработки древесины. 2. В чем сущность процесса резания? 3. На стамеске и зубе лучковой пилы покажите и назовите элементы резца-клина. 4. Покажите углы резания на схеме и на рубанке, назовите каждый угол и дайте его определение. 5. Назовите основные случаи резания и по схеме объясните процесс стружкообразования в каждом случае. 6. В учебно-производственных мастерских понаблюдайте, как обрабатывают древесину учащиеся II курса, и определите, бывает ли резание древесины в других направлениях, кроме известных вам трех случаев. 7. О двух брусочков древесины разных пород снимите стружку рубанком вдоль, поперек и торец. Сравните стружку и подумайте, от чего зависит ее форма, 8. Снимите с брусочка рубанком стружку вдоль, поперек и в торец. Установите, в каком направлении строгать легче и в каком случае поверхность получается более чистой.

Уроки 3-4. Основные факторы, влияющие на резание древесины

Основные вопросы. 1. Понятие о силе резания и шероховатости обработанной поверхности древесины. 2. Факторы, влияющие на силу резания и шероховатость обработанной поверхности.

Методические рекомендации

В начале урока предложить учащимся выполнить небольшую самостоятельную письменную работу в двух вариантах (без предварительного предупреждения) примерно такого содержания:

1. Вычертить схему резца и обозначить цифрами его элементы. Под схемой написать, какой именно элемент обозначен той или иной цифрой. 2. Вычертить схему резца и обозначить греческими буквами углы резания. Под схемой написать, какой угол обозначен той или иной буквой. 3. Вычертить схемы трех видов резания и описать, каким образом в каждом из них происходит процесс стружкообразования.

Преподаватель во время выполнения работы проходит по классу и наблюдает, как учащиеся с ней справляются. Затем несколько учащихся (слабый, средний и сильный) рассказывают, как они выполнили свои работы. Совместно с учащимися преподаватель отмечает типичные ошибки и анализирует их.
Целесообразно предложить желающим выступить с короткими сообщениями о результатах самостоятельной работы, выполненной в учебных мастерских (см. задания 6-8 уроков 1-2). Это позволит проверить умение учащихся наблюдать, анализировать и делать выводы.
Опираясь на ранее усвоенные знания, преподаватель подводит учащихся к определению понятий «сила резания» и «удельное сопротивление резанию»; используя факты из сообщений учащихся и подтверждая их демонстрацией обработанного образца, объясняет, что представляет собой шероховатость обработанной поверхности, и вместе с учащимися определяет понятие «шероховатость». Ставит перед ними вопрос, как следует обрабатывать древесину резанием, чтобы получить поверхность требуемого качества с наименьшей затратой сил. Практическое значение знаний, которые должны получить учащиеся на уроке, можно показать на конкретном примере.
Например, учащийся получил задание выстрогать заготовки на ножки табурета чисто и в размер. Он сострогал весь припуск (5 мм) вдоль волокон и задание выполнил, но не уложился в норму времени и затратил много сил. Предстоит установить, как влияют направление резания, острота инструмента и другие факторы на силу резания и шероховатость обрабатываемой поверхности. Проследить, как один и тот же фактор влияет на силу резания и шероховатость обрабатываемой поверхности.
Опираясь на результаты выполненных в учебно-производственных мастерских опытов, учащиеся делают правильный вывод: сила резания и шероховатость поверхности зависят от направления резания. Это обусловлено строением древесины - неодинаковой ее твердостью в разных направлениях. Преподаватель подтверждает это положение демонстрацией образцов, которые были обработаны учащимися, и сообщает, что резание поперек волокон примерно в пять-шесть раз легче резания в торец и в три-четыре раза легче резания вдоль волокон. Если по условиям работы с детали необходимо снять большой слой древесины, ее целесообразно обрабатывать сначала поперек волокон или под острым углом к волокнам древесины, а потом вдоль волокон. Показать на образцах, что менее шероховатая поверхность получается при резании вдоль волокон. Установить, как влияет твердость древесины на силу резания и шероховатость поверхности.
По плакату «Способы обработки поверхности древесины» (рис. 3) рассмотреть влияние углов резания и заточки резца на силу резания и шероховатость обработанной поверхности древесины. Учащиеся должны усвоить, что уменьшение угла заточки резца облегчает процесс резания. Однако режущая кромка резца с небольшим углом заточки быстро затупляется или выкрашивается. Поэтому углы заострения резца установлены в пределах 20-30°, а иногда и больше. На степень шероховатости обрабатываемой поверхности величина угла заострения не влияет.
Подводя итог ответов учащихся, преподаватель по плакату-схеме объясняет особенности процесса стружкообразования в зависимости от угла резания и влияние увеличения угла резания на силу резания и класс шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно учащиеся правильно отвечают на вопрос, как влияет на силу резания и качество обработанной поверхности степень затупления резца. Преподаватель конкретизирует их ответы: при четырехчасовой непрерывной работе режущим инструментом сила резания увеличивается в 1,5 раза. Это объясняется тем, что режущая кромка постепенно затупляется и уже не перерезает волокна древесины, а вдавливает их, сминает и разрывает.
Далее следует выяснить, как влияет ширина режущей кромки резца на силу резания и качество обрабатываемой поверхности. С увеличением ширины режущей кромки резца при обработке заготовки, ширина которой больше ширины резца, сила резания возрастает пропорционально увеличению ширины резца.
Отметить, что исключение представляет закрытое резание, когда за один проход резца образуется две или три поверхности резания, так как в этом случае увеличение силы резания зависит не от ширины резца, а от трения между резцом, стружкой и стенками пропила (пиление поперек волокон). На качество обработки это не оказывает существенного влияния.
Влияние на силу резания и качество обработки влажности древесины лучше всего рассмотреть на двух образцах одной породы древесины, одинаково обработанных, но разной влажности (один сухой, другой 35-40% влажности). Если удельное сопротивление резанию древесины влажностью 15% принять за единицу, то удельное сопротивление резанию свежесрубленной древесины той же породы равно приблизительно 0,9, а обработанная поверхность такой древесины имеет большую шероховатость.
Чтобы объяснить, как влияют на силу резания и шероховатость обработанной поверхности толщина стружки и подпор волокон перед резцом, преподаватель на верстаке строгает брусок с одной стороны одинарным, а с другой - двойным рубанком. Понаблюдав за действием преподавателя, учащиеся могут дать правильные ответы.
В итоге беседы учащиеся должны усвоить следующее: чем тоньше срезается стружка, тем менее шероховатой получается обработанная поверхность и тем меньше сила резания. Чем толще стружка, тем сильнее она давит на переднюю грань резца. Толстая стружка силой своей упругости отщепляется от обрабатываемой поверхности перед режущей кромкой и поверхность получается шероховатой.
Для формирования правильных представлений о динамике происходящих процессов показать кинофрагмент из кинофильма «Основы резания древесины».
При резании не по слою (взадир) или свилеватой древесины перед резцом образуется опережающая трещина, уходящая в сторону от линии резания. Во избежание этого древесину перед режущей кромкой надо прижимать, т.е. подпирать волокна. Чем ближе к лезвию резца подпирают волокна древесины, тем более гладкой получается обработанная поверхность. Демонстрируя рубанок, преподаватель ставит перед учащимися вопрос, какая часть рубаночной колодки подпирает волокна древесины перед резцом. Учащиеся правильно отвечают на этот вопрос.
Затем следует подчеркнуть, что и после подпора волокон стружка, оставаясь упругой, может отщепиться. Каким образом уменьшить шероховатость обработанной поверхности? По плакату «Способы обработки поверхности древесины» объяснить, что для этого необходимо произвести надлом стружки и увеличить угол резания (рис. 3, г). В подтверждение показать нож двойного рубанка и фуганка и обратить внимание на особенности их конструкции. Затем объяснить назначение стружколома.
Демонстрируя специальные образцы, обработанные рубанком и шлифтиком, отметить, что шероховатость поверхности, обработанной шлифтиком, зависит не только от подпора волокон и наличия стружколома, но и от того, что угол резания шлифтика 50-60°. При увеличении угла резания, уменьшении толщины стружки и наличии у строгального инструмента стружколома резание приближается к скоблению и поверхность получается менее шероховатой.
На двух небольших образцах древесины одной породы и одинаковой влажности продемонстрировать медленное и быстрое строгание рубанком. Сравнить обработанные образцы и задать вопрос, почему обработанная поверхность одного образца более шероховатая, а другого менее. Дать возможность учащимся высказаться и в результате беседы подвести их к правильному выводу: чем быстрее движется резец, тем менее шероховатой получается обработанная поверхность, так как при большой скорости резания волокна стружки перерезаются раньше, чем успевают изогнуться или отщепиться.
При закреплении материала урока можно использовать кадры из диафильма «Обработка древесины ручными инструментами».

Вопросы и задания

1. Чем отличается сила резания от удельного сопротивления резанию? 2. Как влияет направление резания на силу резания и шероховатость обрабатываемой поверхности? 3. Как с увеличением угла резания изменяются сила резания и качество обрабатываемой поверхности? 4. Как зависят сила резания и шероховатость обработанной поверхности от степени затупления резца? 5. Как влияет ширина лезвия резца на силу резания? 6. Какова зависимость силы резания и шероховатости обрабатываемой поверхности от влажности древесины? 7. Как влияют на силу резания и шероховатость обрабатываемой поверхности: толщина стружки и подпор волокон перед резцом? 8. Зависит ли качество обрабатываемой поверхности от скорости движения резца? 9. Каково назначение стружколома в ручных строгальных инструментах? 10. На уроке производственного обучения обработайте отрезок древесины длиной 300-400 мм с четырех сторон, каждую сторону другим инструментом: рубанком, двойным рубанком, шлифтиком и фуганком. По ходу обработки наблюдайте за процессом стружкообразования и сравните силу резания и качество обработки в зависимости от применяемого инструмента. 11. Вычертите схему процесса стружкообразования при строгании вдоль волокон рубанком и опишите сущность стружкообразования.

Уроки 5-6. Лабораторно-практическая работа «Определение элементов резцов и углов резания для ручных столярных инструментов»

Цель работы. Сформировать у учащихся практические умения определять по внешним признакам причинно-следственные связи между факторами, влияющими на усилие резания и шероховатость обрабатываемой поверхности. Научить их в процессе внешнего осмотра резцов и инструментов определять элементы резцов и углы резания ручных столярных инструментов.
Выполнение задания должно способствовать правильному осмыслению процесса резания и его основных закономерностей. Следует убедить учащихся в необходимости применения теоретических знаний на уроках производственного обучения.

Инструменты, приспособления, материалы и пособия. Долото, стамеска, шерхебель, рубанки с одинарным й двойным ножами, шлифтик, цинубель, транспортир или угломер, масштабная линейка, шаблон для проверки угла заточки, брусок или рейка длиной 300-400 мм. Плакат «Углы резания и элементы резца». В.М. Брадис «Четырехзначные математические таблицы».

Методические рекомендации

Лабораторная работа должна помочь учащимся осмыслить процесс резания и показать необходимость применения знаний теории резания в учебно-производственной работе.
Лабораторную работу рекомендуется организовать в два этапа: в учебной мастерской и в лаборатории (или учебном кабинете). К ее проведению необходимо готовиться заранее совместно с мастером производственного обучения.
В учебной мастерской для каждого учащегося заготавливают брусок или рейку длиной 300-400 мм любого сечения (из отходов древесины влажностью не более 15%). Желательно, чтобы заготовки имели пороки древесины (косослой, завиток, свилеватость). Заготовки учащиеся обрабатывают в следующем порядке: на одной стороне производят резание стамеской, вторую строгают рубанком с одиночным ножом, третью - сначала рубанком с одиночным ножом, затем с двойным, четвертую обрабатывают рубанком с одиночным ножом, а затем зачищают шлифтиком.
Следует объяснить учащимся, что по ходу обработки заготовки необходимо внимательно наблюдать за процессом резания при работе различными инструментами (стамеской, рубанками с одиночным и двойным ножами) и зачисткой поверхности шлифтиком. Каждый учащийся на своем бруске должен пометить карандашом, какая из сторон каким инструментом обработана. В результате обработки опытным путем установить, при работе каким инструментом требуется больше усилий. Сравнить, как влияют на усилие резания и шероховатость поверхности угол резания, острота резца, подпор волокон перед резцом, надламывание стружки, толщина стружки. Обработанную таким образом заготовку приносят в учебный кабинет.
В лаборатории (учебном кабинете) учащиеся определяют элементы резца, углы заострения и резания у столярных инструментов. При этом каждый работает с теми же инструментами, что и в учебной мастерской.
Углы заострения резцов столярного инструмента учащиеся определяют как с помощью угломера или транспортира и шаблона, так и измерением ширины фаски и толщины резца. Отношение толщины резца к ширине фаски даст синус угла заточки. Величину угла заточки определяют по «Четырехзначной математической таблице» В.М. Брадиса.
Углы резания рубанком учащиеся могут измерить транспортиром или угломером.

Порядок выполнения работы. 1. Определить элементы резца и углы заострения долота, стамески, рубанков. 2. Вычертить схему резания древесины стамеской, обозначить углы резания и назвать их. 3. Измерить углы резания шерхебеля, рубанков с одиночным и двойным ножом, шлифтика и цинубеля. 4. По данным величины углов заострения и резания определить передний и задний углы резания рубанка с одиночным ножом.

Указания по составлению отчета

1. Полученные данные определений и измерений записать в таблицу по следующей форме: 3. В результате выполнения лабораторной работы сделать вывод о влиянии на силу резания и шероховатость поверхности древесины величины угла резания и заострения, остроты заточки резца, подпора волокон перед резцом и надламывания стружки, толщины снимаемой стружки.
4. Назвать использованные инструменты и вычертить их схемы резания.