Выбор дисковой пилы для конкретных условий распиловки

Выбор дисковой пилы для конкретных условий распиловки

Производительность пиления, главным образом, обусловлена правильным выбором типа пилы. Пиление того или иного вида материала, предъявляет к режущему инструменту определенные требования по ряду основных параметров, удовлетворяющих в полной степени по качеству обрабатываемого древесного материала, производительности деревообрабатывающего оборудования и износостойкости инструмента.

Для того чтобы правильно подойти к этому выбору, ниже мы опишем основные типы дисковых твердосплавных пил предназначенные для того или иного вида пиления древесных материалов.

Все дисковые пилы можно классифицировать следующим образом:
- пилы для продольного распила древесины;
- пилы для поперечного распила древесины;
- пилы для раскроя ламинированного ДСП и других плитных материалов; пилы для резки цветных металлов.

Конструкции полотен дисковых твердосплавных пил достаточно разнообразны. При изготовлении круглых пил сам диск вырезается из высококачественной легированной инструментальной стали – для этого используются (преимущественно за рубежом) точнейшие лазерные устройства с электронным управлением. Конфигурация зубчатых венцов и компенсационных пазух на теле пилы совершенствуется из года в год с учетом разнообразных практических условий и особенностей использования дисковых пил. Они проходят специальную термическую обработку, правку и рихтовку, цель которых – обеспечить пильным дискам оптимальные рабочие характеристики.

Во время работы дисковой пилы происходит расширение (растяжение) диска под влиянием центробежной силы. Однако центробежная сила действует неравномерно, максимальных значений она достигает у периферии. Таким образом, неравномерность растяжения полотна пилы будет тем заметнее, чем больше скорость вращения. Так как центральная часть диска не растягивается, это растяжение придают намеренно рихтовкой либо вальцовкой, изначально натягивая периферию пилы, это дает положительные результаты – сохраняется геометрия пильного диска при работе.
Полотна дисковых пил имеют разнообразные фигурные прорези, конфигурации которых несут определенную функциональную нагрузку (виброгасители, термокомпенсаторы, компенсаторы напряжения, очистители пропила и т.д.)   

Рассмотрим подробнее их предназначение. Наибольшую опасность для потери устойчивости пилы представляют напряжения от неравномерного нагрева диска пилы. Зона венца зубьев нагревается от превращения кинетической энергии резания в тепловую энергию, связанного с деформацией древесины при резании. Чтобы устранить последствия данного расширения корпус пилы имеет 3–6 температурных компенсаторов в виде прорезей расположенных радиально от нижней точки межзубовой впадины, которые завершаются круглым отверстием либо зигзагообразной кривой. Также при пилении возможны проявления вибраций, складывающихся от перехода критических частот вращения, распиливаемого материала, точности оборудования, что ведет к соприкосновению боковой поверхностью полотна пилы с древесиной и как следствие ее нагреву. Для снижения вибрации полотна пилы на корпусе и изготавливают так называемые "виброгасители". При пилении хвойных пород древесины зачастую мы сталкиваемся с проблемой налипания смолы на корпус пилы, чтобы снизить влияние данного явления корпуса пил проходят дополнительную полировку. Некоторые зарубежные фирмы, а в частности итальянская фирма FREUD предлагает инструмент с покрытием типа TEFLON, что также предотвращает налипание смолы рис. 2.

Пилы для продольного пиления древесины. Для продольного пиления используют пилы с наименьшим количеством зубьев на требуемом диаметре. Более точный расчет количества зубьев будет приведен ниже, сейчас же поясним для чего это необходимо.
Как правило при продольной распиловке главным критерием является производительность, для чего необходимо увеличивать скорость подачи распиливаемого материала, а значит и подачу на резец. С ростом величины подачи на зуб Uz, мм уменьшается значение удельной работы резания Кт, Дж/см3, которая в свою очередь влияет на мощность резания.
Иными словами при увеличении подачи на зуб, в продольном пилении, (при условии фиксирования остальных параметров) снижается требуемая мощность резания Nрез, Вт.
Межзубовая впадина должна иметь такие размеры, при которых бы вся срезанная стружка резцом умещалась в ней.

Поэтому пилы для продольного пиления, при требуемой шероховатости распила, должны иметь наименьшее количество зубьев и большую межзубовую впадину рис.3.

Некоторые конструкции пил имеют продолговатые, расположенные под углом к радиусу пилы, прорези с напаянными длинными пластинами твердого сплава рис.4.

Пластины в сквозных прорезях имеют отрицательный передний угол. Ширина таких пластин несколько меньше ширины зубчатого венца пилы, но больше толщины корпуса. Данные пластины являются не режущими, а выполняют роль очистителей пропила от стружки, а также исключает зажим пилы в пропиле, уменьшают тем самым трение и как следствие нагрев полотна. Данные конструкции пил с очистителями пропила используют при большой высоте пропила и механической подачи заготовки. Как правило, такие пилы устанавливают на многопильных и обрезных станках.Широко распространены полотна пил с ограничителями подачи в виде выступов корпуса перед каждым зубом пилы. Радиус наружной поверхности выступа меньше радиуса режущей кромки зуба не более 1 мм и ограничивают чрезмерное повышение скорости подачи или ее неравномерность, что особенно важно для станков с ручной подачей рис.5

. 

Также ограничитель предотвращает повреждение режущих кромок выпадающими сучками.

На пилах большого диаметра иногда делают глубокие вырезы по подвенечной зоне рис.6. Тип пил при таком исполнение, с делением зубчатого венца глубокими пазухами, иначе определяют как пилы типа "Ганнибал". Глубокие пазухи выполняют роль как очистителей пропила так и служат для охлаждения корпуса пилы. Диаметр таких пил составляет от 600 мм до 1500 мм.

Пилы для раскроя ламинированного ДСтП на форматно–раскроечные станки.

В большинстве случаев на этих станках используются пилы диаметром от 250–350 мм., количество зубьев у таких пил составляет от 64–108 шт. Угловые параметры таких пил  представлены на  рис.7.

Поясним чем отличается заточка резцов "трапеция–прямой" от "косой".

При раскрое ламината пилами с "косой" заточкой по задней грани, основная нагрузка ложится на вершину трехгранного угла, что приводит к достаточно быстрому его затуплению и появлению сколов, выровов, бахромы. Пилу необходимо снимать на заточку. В пилах с зубьями "трапеция–прямой" основную нагрузку несет трапециевидный зуб, а прямой подчищает. Поскольку на резцах с "трапецией" отсутствуют острые углы, стойкость таких пил будет выше, чем на пилах с "косой" заточкой. Однако такие пилы более сложны в заточке.

В данном ряде, фирма LEUCO предлагает два варианта исполнения пил – тип TOPLAIN и PROLAIN. Чем они отличаются? Пилы исполнения PROLAIN оснащены, как и у всех производителей, универсальным мелкодисперсным твердым сплавом группы ВК с содержанием связки кобальта 5% и имеющие допуск на торцевое биение корпуса 0,15 мм., в то время как пилы TOPLAIN оснащены более стойким особомелкодисперсионным твердым сплавом, имеющих допуск на торцевое биение 0,05 мм. Также корпуса пил серии TOPLAIN проходят дополнительную полировку и хонингование посадочных отверстий. Все данные предприятия, в совокупности, увеличивают стойкость пил серии TOPLAIN на 60% по сравнению с обычными пилами PROLAIN.

Пилы для раскроя ламинированного ДСтП на станки без подрезного узла. Конечно, совсем без сколов на двух стороннем ламинате при пилении такими пилами не обойтись, но размеры и количество сколов можно существенно уменьшить, это достигается за счет переднего отрицательного угла либо специальной заточки, вогнутой передней гранью рис.8.

Что касается пил для резки цветных металлов. Такие пилы выпускают с передним отрицательным и положительным углом рис.9.

Для чего это нужно? Пилы с передним отрицательным углом используют при пилении тонкостенного профиля, при этом снижаются заусеницы на выходе. С передним положительным углом наклона режущей кромки пилы используют при пилении толстостенного профиля и монолитных болванок. Для увеличения стойкости таких пил от боковой нагрузки, корпуса изготавливают более толстыми в отличии от пил по ламинату с такими же угловыми параметрами.

Пилы, используемые при форматной обработке плитных материалов на двухсторонних концеравнителях и кромкообрабатывающих станках. Высокое качество реза обусловлено точнейшим соблюдением пределов осевого и радиального биения при обработке плитных материалов, покрытых меламиновыми пленками, шпоном и т.д. Используются в качестве подрезателей и дробителей, а также в составе парных дробителей. Обрезки измельчаются очень аккуратно благодаря распределению твердосплавных зубъев по 4 шт. на один сегмент рис.10.

Рассмотренные выше пилы рассчитаны на вполне конкретные режимы работы (частота вращения, высота пропила, скорость подачи, распиливаемый материал, вид оборудования) и при не оптимальных условиях резания не дают надежных положительных результатов.

При назначении режимов пиления круглыми пилами обычно стремятся обеспечить максимальную производительность станка (максимальную скорость подачи) при одновременном соблюдении требований к качеству распиловки (шероховатости и точности поверхности пропила). Кроме того, ограничения, накладываемые техническими возможностями круглопильного станка и установленного инструмента (мощность привода и частоту вращения пилы, диапазон скоростей подач, устойчивость диска и др.). При продольном пилении древесины круглыми пилами резцы движутся по криволинейной траектории.

Скорость движения лезвия резца по траектории резания называется скоростью резания, которая определяется по формуле, м/сек:

(1)

где D – окружность резания или диаметр пилы, мм.;

? – отношение длины окружности к ее диаметру, равное 3,14;

n – число оборотов пилы в минуту, об/мин.

Обычно на обрезных станках число оборотов пилы – величина постоянная и равна 2920 об/мин, а диаметры пил изменяются от 250 до 400 мм. Следовательно, скорость резания может изменятся; при диаметре 250 мм. она будет 38 м/сек, а при диаметре 400 мм – 60 м/сек.

Скоростью подачи называется скорость перемещения обрабатываемого материала по траектории подачи. Скорость подачи определяется по формуле, м/мин:

(2)

где Z – число зубьев у пилы, шт.;

Uz – подача на один зуб, мм.;

n – число оборотов пилы в минуту.

При обрезке хвойных пиломатериалов подача на зуб пилы должна составлять 0,8 – 1 мм. Например, при обрезке пилой с 36 зубьями и подаче на зуб 1 мм, при числе оборотов пилы 2920 об/мин, скорость подачи составит:

Величина подачи пиломатериала за один оборот пилы определяется по формуле, мм.:

(3)

В вышеприведенном примере она составит:

Основными размерами круглых пил являются диаметр наружной окружности, диаметр внутреннего отверстия и толщина. Максимальный и минимальный диаметры круглой пилы и диаметр внутреннего отверстия зависят от конструкции станков.

Соотношение между толщиной распиливаемого пиломатериала, конструктивными параметрами станка и минимальным диаметром круглой пилы в обрезном станке определяется по формуле:

(4)

где Н – толщина пиломатериала, мм.;

С – расстояние от оси станка до поверхности стола станка, мм.;

10 – величина выхода зубьев пилы от верхней пласти пиломатериала, мм.

Уменьшение до минимума величины выхода зубьев пилы над пиломатериалом увеличивает класс шероховатости поверхности пропила, уменьшает сопротивление резанию и снижает мощность резания, так как зубья режут древесину в направлении, более близком к направлению вдоль волокон. Рекомендуемый выступ зубьев пилы над распиливаемым материалом на должен превышать 10–20 мм, если конструкция станка обеспечивает возможность его регулирования.

Толщина b полотна пилы зависит от диаметра пилы D, условий пиления и возможностей качественной подготовки пилы к работе. Стандартизованные пилы каждого диаметра выпускаются обычно 2-3 толщин. Более тонкие пилы менее энергоемки, дают меньшие потери материала в опилки, но менее устойчивы в работе и требуют более качественной их подготовки. Поэтому при тяжелых условиях работы и отсутствии квалифицированного персонала рабочих-инструментальщиков следует выбирать более толстые пилы.

Число зубьев z круглой пилы предварительно рассчитывают по формуле:

(5)

где Us - скорость подачи заготовки, м/мин, выбираемая в зависимости от требуемой производительности круглопильного станка;

n - частота вращения пилы, мин-1, определяемая по паспорту станка;
Uz - подача на зуб, мм, выбираемая в зависимости от требований к качеству обработки.

Подача на зуб Uz, мм., выбираемая в зависимости от требований к качеству обработки при пилении твердосплавными пилами определяется по таблице.1.

Таблица 1. Подача на резец в зависимости от требований к шероховатости

Вид обрабатываемого материала  
Подача на зуб, мм.   
Шероховатость, мкм

При продольном пилении сухой древесины       
хвойная         
0,6      
150...320

твердолиственная   
0,4      
500...800

При пилении плит  
древесностружечные          
0,08    
100

древесноволокнистые        
0,12    
200

При пилении фанеры         
продольная   
0,08    
100

поперечная   
0,04    
менее 100

При пилении плит и щитов, облицованных декоративным пластиком         
0,02...0,03      
менее 100

Эти значения подачи на зуб определены исходя из требований к качеству раскроя и форматной обработки щитовых деталей – непрямолинейность пропила 0,4 мм на метр при черновом и 0,1 мм на метр при чистовом раскрое. Величина сколов на пласти щита при черновом раскрое 7 мм, при чистовом – 0,5 мм.

Предварительно рассчитанное число зубьев округляют до ближайшего стандартного (для выбранного типа пилы).
Шаг зубьев t, определяет объем межзубовой впадины, в которой размещается срезанная стружка, является важной характеристикой круглой пилы. Величина шага t однозначно связана с диаметром пилы D и числом зубьев Z:

(6)

Остальные линейные параметры определяют через шаг зубьев

Максимально допустимые обороты дисковой пилы при эксплуатации в зависимости от диаметра:Диаметр пил, мм.  Об./мин.  Диаметр зажимных фланцев
160
200
250
300
350
400
450
510
630
710
800
900
1000 10000
8000
6500
5000
4500
3800
3500
3000
2500
2200
1900
1700
1530 55
70
85
100
120
135
150
170
210
240
270
300
340

Для обеспечения долговечности работы пил необходимо помнить следующее:

-  избегать соприкосновения твердосплавных зубьев с металлом;

- частота вращения пилы не должна быть более частоты, указанной на маркировке;

- биение шпинделя станка и не перпендикулярность движения стола по отношению к оси шпинделя снижают срок службы пилы;

-оседающая на пилах смола (при обработке хвойных пород) должна периодически удалятся;

- необходимо своевременно производить заточку пил, так как сильно затупившиеся пилы подвержены более интенсивному нагреву и как следствие теряют устойчивость приводя к деформации пильного диска.