Введение. Методические рекомендации для выполнения лабораторной работы

Орел-2008

Методические рекомендации для выполнения лабораторной работы

по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Тема: «Изучение режимов резания»

Авторы: д.б.н., профессор А.В. Мамаев,

ассистент И.В. Сонина.

Рецензент: к.б.н., доцент О.А. Шалимова

Методические указания рассмотрены Учебно – методическим советом ОГАУ.

Резание - процесс разрушения целостности материала с приданием ему заданных размеров и формы и качества обрабатываемой поверхности.

Кинетика процесса заключается в разрушении слоя материала непосредственно под режущей кромкой инструмента. При этом работа, совершаемая режущим инструментом, расходуется на упругое и пластическое деформирование слоя материала, называемого граничной зоной, и на преодоление сил трения инструмента о разделяемые части материала.

Однако для вязко-пластичных материалов, обладающих неволокнистой структурой, применение пластинчатых ножей неэффективно из-за больших потерь на трение (до 60% усилия реза­ния). Это и определяет необходимость применения струнных ре­жущих устройств, кинетика которых близка в большей степени к кинетике формования и рассматривается задачей теории пластич­ности о вдавливании гладкого выпуклого штампа в пластический слой, лежащий на плоском основании.

Цель работы:

1. Определить эмпирические коэффициенты в процессе резания рубящей струной вязко-пластичных тел.

2. Изучить работу струнных режущих устройств.

Струнные режущие у ст ройс тва по относительному перемещению продукта и режущего инструмента могут быть выполнены в трех вариантах:

1. резание струной без движения материала;

2. резание неподвижной струной движущегося материала;

3. совместные движения струны и материала.

По принципу действия струнные режущие устройства классифицируют на устройства рубящего и скользящего действия, с применением вибрации и с подогревом струны.

Процессы классифицируют:

1) По назначению – для резания хрупких, упругих и вязкопластичных материалов;

2) По принципу действия – периодический, непрерывный, комбинированный;

3) По виду режущего инструмента – пластинчатые, дисковые, струнные, гильотинные, роторные, ультразвуковые, лазерные, струйные;

4) По характеру движения режущего инструмента – вращательные, поворотные, возвратно-поступательные, вибрационные;

5) По виду крепления материала – со свободным или принудительным креплением.

Процесс резания заключается в разрушении слоя материала, прилежащего к режущей кромке. Этот слой носит название граничной зоны.

Граничная зона составляет для различных материалов от 0,2 до 4 мм. И подразделяется на две зоны – зоны пластической и упругой деформации (Рис.1).

При этом работа силы резания затрачивается на создание пластической деформации и преодоления сил трения:

(1)

Р – усилие резания, ;

S – разделенная поверхность, м²;

f – коэффициент трения.

Выбор режущего устройства зависит от реологических свойств материала, т.е. скорости сдвига, вязкости, пластичности и упругости. Эти параметры позволяют предопределить качество среза, угол заточки инструмента, соотношение скоростей и сил подачи инструмента и продукта.

Режущие устройства (ножи), так же как и процессы, классифицируют по форме и конструкции инструментов и по форме режущей поверхности. А так же по характеру резания – давлением, ударом или строганием; по способу резания – статический (перемещение инструмента нормально к продукту), скользящий (под наклоном к продукту).

В молочной промышленности распространен статический способ, что связано с изотропностью свойств молочных продуктов. В мясной – способ определяется технологическим процессом. Так колбасные жгуты режут нормально, а куски мяса – под наклоном. Для последнего случая имеет большое значение направление волокон. Предпочтение при этом отдается резанию продукта поперек волокон, создающему изгибающий момент. Скользящий способ (Рис. 2) также применяется, когда требуется получить продукт с гладкой поверхностью.

При рассмотрении способов резания выводятся основные параметры процесса, которые можно разделить на динамические, силовые, геометрические и определяющие качество среза.

К динамическим параметрам относят скорость резания:

(2)

где – скорость подачи продукта, м/с;

– скорость подачи ножа, м/с;

, – скорость движения ножа в тангенциальном и нормальном направлениях.

Качество среза определяется коэффициентом скольжения ножа, выражаемом соотношением скоростей движения ножа в нормальном и тангенциальном направлениях:

(3)

Оптимальным скользящим резанием считается резание, при котором коэффициент скольжениястремится к единице, а угол наклона приближен к 45⁰. Таким образом, можно сделать вывод, что коэффициент скольжения является функцией угла наклона режущей кромки ножа к продукту. Этот угол получил название угла скольжения ножа.

(4)

Качество поверхности определяется для большинства пищевых продуктов визуально либо фотометрическими методами при разработке нового оборудования.

Силовые параметры:

Сила резания:

-для нормального резания:

(5)

где n – число поверхностей контакта;

F₁ – сила лобового сопротивления, Н;

F₂ – сила бокового сопротивления вдоль режущей кромки ножа, Н;

F₃ – сила бокового сопротивления на разделяющей поверхности ножа, Н;

F_тр1, F_тр2 – сила трения продукта о поверхность ножа, Н;

b – угол заточки ножа.

-для скользящего резания:

(6)

- Усилие резания: (7)

ℓ – толщина разреза (толщина разрезаемого продукта), м.

Усилие резания для мясных продуктов колеблется в пределах 50…300 Н/см, для молочных продуктов – 3…10 Н/см. Исключением для молочных продуктах является сыр, усилие резания которого составляет 25…30 Н/cм.

Силовые характеристики можно так же рассматривать, как реологические функции, приняв, что силы лобового и бокового сопротивления являются функциями вязкости и пластичности, а силы трения – вязкости и адгезионных свойств. В результате большое разнообразие реологических свойств определяет и соответствующее разнообразие режущих устройств.

Геометрическими параметрами являются угол заточки, угол скольжения, толщина ножа, угол резания. Последний является кинематическим коэффициентом и зависит от угла заточки и угла скольжения.

(8)

Для резания упруго-пластичных материалов, каковыми являются мясо и сыр, применяют на производстве ленточные и роторные ножи с углом заточки от 15^о до 30^о. Для вязко-пластичных материалов (мясные фарши, творог, плавленые сырки) применяют струнные и гильотинные ножи. Гильотинные ножи имеют угол заточки от 10^о до 25^о. Для интенсификации процесса резания часто используют подогрев режущего инструмента. Это в свою очередь положительно отражается на качестве поверхности. Эффект тепловой интенсификации предусматривает взрывной переход свободно и адсорбционно-связанной жидкой влаги в пар, сопровождающийся спеканием пор на поверхности раздела продукта.

Данное явление используется в лазерных технологиях для влагосодержащих продуктов.

Дата добавления: 2015-05-07