Особенности эксплуатации твердосплавных дисковых пил

Пиление массивной древесины

Для продольного и поперечного пиления массивной древесины применяются дисковые пилы, оснащенные пластинками твердого сплава. Как правило, в процессе поперечного пиления проблем с использованием пил не возникает, поэтому остановимся на особенностях эксплуатации круглых пил для продольного пиления.

При работе с массивной древесиной следует применять пилы, которые соответствуют характеру выполняемой работы, правильно подготовлены, отвальцованы или прокованы и не имеют механических повреждений. Нередко из-за несоблюдения рекомендаций по эксплуатации дисковые пилы (ДП) преждевременно выходят из строя − на полотне образуются выпуклости и слабины с характерными следами прожогов, выкрашиваются или обрываются зубья, наконец пилу может разорвать.

Как же уберечь дорогостоящий инструмент от преждевременного выхода из строя, а также повысить эффективность пиления на круглопильных станках?

Конструкция пил

Дисковые пилы для выполнения определенной работы следует выбирать как можно меньшего допустимого диаметра. Пилы небольшого диаметра устойчивы и обеспечивают качественный пропил, что позволяет получить больший выход готовой продукции и с более высоким качеством, чем при эксплуатации инструмента большого диаметра. Для того чтобы обеспечить свободный ход пилы в пропиле, ее зубья должны быть разведены или снабжены напайками твердого сплава, причем при разводе следует отгибать только 1/3 высоты зуба. На пилах с припаянными на зубья пластинками твердого сплава или стеллита разводка не нужна.

При продольном пилении заточка верхушек зубьев должна быть прямой, без наклона. Передний и задний углы заточки в зависимости от породы распиливаемого материала должны быть в пределах 15−25°. Ширина кончика зуба (длина лезвия) должна быть на 0,6−1,6 мм шире толщины пильного диска, т. е. ширина пропила равна:

S = b + 2S¹,

где b − толщина пильного диска, мм; S¹ − уширение на сторону, мм.

Уширение на сторону в зависимости от твердости древесины и ее агрегатного состояния (талая, свежесрубленная, сухая или мороженая) может быть разным. К примеру, для сырой (влажной и мягкой древесины) максимальное уширение на сторону может быть максимальным − 0,8−0,9 мм, а для сухой твердой древесины − минимальным, 0,4−0,5 мм. Это вызвано тем, что из-за трения, которое приводит к нагреву тела пилы, упругое восстановление древесины в пропиле разных агрегатных состояний происходит по-разному. Минимальное восстановление в пропиле присуще сухой, твердой, а также мороженой древесине, а максимальное − мягкой и влажной.

В тело пилы могут быть впаяны пластинки из твердого сплава (так называемые подчищающие ножи, или мультексы). Во время работы такие пластинки, вследствие того, что их ширина меньше, чем у лезвия зуба, не трутся о стенки пропила, и даже если по каким-либо причинам пильный диск теряет плоскостность (устойчивость), трение пильного полотна о пропил из-за мультексов исключено. Эти напаянные пластинки оберегают пильный диск и пилу в целом от чрезмерного разогрева. Весьма желательно, чтобы при пилении материалов толщиной более 100 мм пилы были снабжены мультексами.

Перед установкой в станок ДП должны быть соответствующим образом подготовлены к работе, в частности, в их полотнах следует создать внутренние механические напряжения. Дисковые пилы без внутренних напряжений непригодны к работе, поскольку им присущи боковое биение и невысокая устойчивость полотна при пилении, в процессе работы они «плывут», т. е. полотно теряет устойчивость и вскоре получает большие прожоги.

А вот наличие внутренних напряжений в полотнах этих пил − важнейшая предпосылка для их успешной работы. Это обусловлено тем, что во время работы зона зубьев (венцовая) нагревается более интенсивно, чем другие зоны, и возникают тепловые напряжения сжатия. На них накладываются тангенциальные напряжения от центробежной силы. Оба напряжения складываются, что может привести к негативным последствиям для пилы, поэтому следует прнять меры для устранения подобного явления за счет вальцевания или проковки тела пилы.

Для того чтобы во время пиления зона зубьев пилы не становилась волнообразной, следует вытянуть среднюю зону пильного диска. При этом край пилы получает свободу растяжения и пила, вращаясь, остается плоской. Напряжения в средней зоне пильного полотна создаются с помощью вальцевания либо проковки (ударов специальным молотком на рихтовочной наковальне). Вальцевание полотен круглых пил выполняется на специальных станках. При ручной правке дисковых полотен удары молотком наносятся по специальной схеме − в зависимости от параметров пилы, режимов резания, скорости подачи распиливаемого материала и других факторов. Правильно напряженный диск пилы, поставленный вертикально, не должен вибрировать от удара кулаком в середину.

Контроль внутренних напряжений в пильном диске можно осуществлять следующим способом: слегка наклонить диск левой рукой, а правой приложить к полотну поверочную линейку. При этом должен показаться световой зазор − знак наличия внутренних напряжений. Такой же световой зазор должен быть зафиксирован при проверке другой стороны пильного диска. Ориентировочные значения светового зазора для скорости резания 50 м/с: 0,3−0,5 мм при диаметре пилы 400−800 мм и 1,6−1,8 мм для пил диаметром от 1000 мм.

Для достижения высокого качества пиления большое значение имеет количество зубьев ДП. Общее правило таково: для пиления более тонких материалов следует использовать пилы с большим количеством зубьев, а для пиления толстых − с меньшим. Для пиления массивного дерева одновременно должны работать минимум два, максимум четыре зуба. Если в распиливаемом материале будет менее двух зубьев, пила не будет работать устойчиво. Если в пропиле будет находиться большое количество зубьев, внешняя (венцовая) зона пильного диска будет сильно нагреваться. Пила теряет свою плоскостность и может выйти из строя из-за трения о распиливаемый материал.

Оптимальное количество зубьев (Z) в материале упрощенно можно рассчитать по формуле)

Z = (H/t) +1,

где H − высота пропила, мм; t − шаг зубъев пил, мм.

Зубьев всегда должно быть больше одного, иначе невозможно гарантировать прямолинейность пиления. Оптимальное количество − 2…3 зуба в пропиле. Большое количество зубьев в пиле − это причина увеличения нагрузки на двигатель привода, поэтому он должен обладать большой мощностью. Шаг зубьев пил t (мм) определяется по формуле

t = Dπ/z,

где D — диаметр пилы, мм; π = 3,14; z − число зубьев пилы, шт.

Крупный шаг зубьев пил (30−45 мм) рекомендуется применять при продольной распиловке древесины; большой высоте пиления; пилении мягкой древесины. Мелкий шаг зубьев пил рекомендуется применять при поперечной распиловке древесины; небольшой высоте пропила; раскрое твердых пород древесины. Большое значение при выборе пилы для пиления массивной древесины имеет форма профиля зуба. Следует помнить, что при пилении твердых пород и мерзлой древесины форма и объем межзубной впадины сильно влияют на качество и скорость пиления.

При большом количестве зубьев и, соответственно, малой межзубной впадине опилки мелкие, их удаление из пропила затруднено, часть опилок попадает между стенками пропила и телом пилы, пила разогревается, на пильном полотне налипает большое количество смолы и пыли. Пила подгорает и быстро тупится, приходится часто делать ее заточку. Кроме того, резко увеличивается потребление электроэнергии в пересчете на единицу продукции.

Скорость подачи

При механической подаче материала в зону пиления следует выбрать такую скорость, чтобы подача на зуб (Uz) составляла 0,2−0,7 мм для сырой древесины и 0,1−0,3 мм − для сухой. Это значение зависит от количества зубьев и обеспечивается в том случае, когда материал подается в зону пиления со скоростью подачи (м/мин):

U = U_zZn/1000,

где U_z − подача на зуб, мм; Z − количество зубьев в пиле; n − частота вращения пильного вала, 1/мин. об./мин.

Таблица. Значения подачи (Uz) на зуб для твердосплавных пил при
раскрое разных материалов

Зная скорость подачи, частоту вращения пилы и оптимальное значение подачи на зуб для разных пород древесины и материалов, можно самостоятельно подобрать правильное количество зубьев на пиле. Значения подачи на зуб для различных материалов приведены в таблице.

Скорость подачи при механической подаче материала должна быть не менее 20−30 м/мин. При меньших скоростях подачи происходит быстрый износ зубьев, перегрев и в конечном счете выход пилы из строя. Пилы обязательно должны быть острыми. Пиление древесины тупым инструментом увеличивает потребление электроэнергии, ухудшает качества продукции и является причиной поломки пил.

Большое значение для устойчивой работы и долговечности дисковых пил имеют техническое состояние станка и способ подачи материала в зону пиления. Если у станка обнаруживаются значительные (более 0,02 мм на 100 мм длины) радиальные биения пильного вала, следует все неисправности немедленно устранить. Целесообразно посадить пилу на вал и проконтролировать боковые биения пилы индикатором. В зависимости от диаметра пилы допускаются максимальные отклонения от плоскости хода 0,01−0,03 мм.

На станках с вальцовой подачей, как правило, вытяжная система для удаления опилок из пильного бокса подсоединяется к оборудованию снизу. Вместе с опилками в вытяжку падают куски коры и другие отходы, которые быстро забивают канал удаления опилок, и эффективность вытяжки резко падает уже после распиливания 10−15 брусьев. В результате опилки из пильного бокса почти не удаляются, что вызывают быстрый перегрев полотен пил и выход их из строя. В связи с этим предпочтительнее использовать станки с гусеничной подачей материала в зону пиления.

Самые распространенные проблемы при заточке ДП:

• ресурс дисковых пил меньше заявленного продавцами инструмента;
• пила не выдерживает большое количество заточек.

Количество заточек дисковых пил с твердосплавными напайками определяется рядом факторов: качеством твердого сплава; материалом распиловки; правильностью эксплуатации; количеством распиленного материала и, соответственно, своевременностью заточки; состоянием технологического пильного оборудования; культурой производства и соблюдением технологии; оборудованием, на котором производится заточка.

Хороший инструмент дорогой, но и служить будет долго. Его качество зависит от того, какой именно твердый сплав использует производитель. Механические свойства твердых сплавов определяются процентным содержанием карбидов и связующего, размерами частиц порошка твердого сплава. Также на них влияет технологический процесс подготовки смеси, режимы спекания, обработки при шлифовании и методы напайки пластин на корпус режущего инструмента. Добавим, что самой высокой твердостью отличаются ножи из сплава с низким содержанием кобальта (3−5%), но если в составе твердого сплава есть некоторое количество карбида титана, то снижаются показатели изгибной и ударной прочности. Увеличение содержания кобальта в составе связующего снижает твердость, но увеличивает изгибную и ударную прочность сплава. Некачественный сплав быстро разрушается, изнашивается, при заточке для исправления геометрии зуба приходится снимать большой слой твердого сплава, что ведет к уменьшению количества заточек пилы (снижению ее ресурса).

Материал распиловки также влияет на эксплуатационные (механические) характеристики инструмента, поэтому необходимо подбирать инструмент в соответствии с его предназначением. В этом вам могут помочь каталоги − в них крупные производители указывают, для какого материала предназначена каждая пила, а также данные по диаметру и количеству зубьев пил для соответствующих материалов. Обработка некачественного (загрязненного) материала также приводит к разрушению твердого сплава. А это опять же означает, что при заточке необходимо снимать больший слой, чем с инструмента, сделанного из качественного твердого сплава.

Правильная эксплуатация инструмента и количество распиленного материала − вещи взаимозависящие. Например, если вы используете инструмент для решения сложных и больших задач, для которых он не предназначен (а в каталогах производителей пил указывается и примерный объем распиловки до заточки, и скорость подачи материала, и скорость вращения дисковых пил), то он рано или поздно начинает давать сбой. Очень часто производственники не придерживаются рекомендаций по использованию дисковых пил, в которых указано, на какой объем пиления (продолжительность) между заточками они рассчитаны. Такие нерачительные хозяева инструмента эксплуатируют его до появления бахромы, мшистости или сколов на материале, что недопустимо.

Важный фактор эффективности работы инструмента − оборудование, на котором производится заточка дисковых пил. И здесь многое зависит от того, автоматическое это оборудование или полуавтомат. Например, заточка дисковых пил с твердосплавными напайками на автоматическом станке СХ-100 производства компании Vollmer (Германия) дает возможность идеально сохранять: расстояние между зубьями; конфигурацию зубьев; заводские углы заточки. Одно из основных достоинств этого станка − минимальное перемещение заточной головки, равное 0,01 мм. За один проход затачиваемой зоны с ее помощью можно снять слой твердого сплава толщиной не более 0,02 мм. Геометрическое соотношение высоты и толщины зуба для круглых пил в целях увеличения устойчивости зубъев в пропиле составляет примерно 1:3−5, т. е. если толщина зуба равна 3 мм, то его высота составляет примерно 9−15 мм. (1: от3 до 5 оставьте как есть) Это означает, что если при заточке передней грани зуба снимается, например, 0,02 мм (толщина), то по задней грани нужно снимать 0,06−0,1 мм твердого сплава (высота), чтобы не нарушить геометрические соотношения, а значит, механические свойства зуба.

На практике установлено, что, снимая за одну заточку такое количество твердого сплава на автоматическом заточном станке, пилу можно затачивать до 25 раз. Следовательно, при заточке на подобном станке жизненный цикл пилы увеличивается, что уменьшает затраты на обновление инструмента. При заточке на полуавтоматических, а тем более на простейших заточных станках ресурс пилы уменьшается не менее чем на 30−40% по сравнению с автоматическим заточным станком.

Почему на пиле образуются сколы в начальный период работы?

При эксплуатации режущего инструмента время, в течение которого происходит его износ, можно условно подразделить на два периода: период аварийного износа (в начале эксплуатации инструмента), когда происходит микровыкрашивание режущей кромки, из-за которого и появляются сколы, и период постепенного (монотонного) износа − истирания рабочей площади режущего клина (пластинки зуба).

В каталогах хорошо зарекомендовавших себя производителей пил обязательно приводятся таблицы скорости подачи обрабатываемого материала и скорости резания дисковых пил, соответствующие определенным пилам и материалам. Если эти характеристики не выдерживаются, то снижается качество обработанных поверхностей, инструмент подвергается большим нагрузкам, на режущей кромке появляются сколы, ее свойства теряются, сокращается срок службы пилы, отмечается перерасход электроэнергии.

Скорость резания пилы V (м/с) рассчитывается по частоте ее вращения и диаметру:

V = Dπn/60,

где D − диаметр пилы, мм; π = 3,14; n − частота вращения пилы, 1/мин. об./мин.

Основные правила эксплуатации дисковой пилы

• Оборудование должно быть исправно, не допускается биение шпинделей.
• У зажимных фланцев (пильных шайб) должен быть одинаковый диаметр, равный не менее 1/3 диаметра установленной пилы; диаметр фланцев (d) можно рассчитать по формуле

  d = 5√D,

  где D − диаметр пилы, мм.
• Установочные кольца и шайбы должны быть строго параллельны.
• Пила должна выступать над заготовкой по крайней мере на высоту зуба, но менее чем на 5 мм;
• Закругление режущей кромки (лезвия) зуба до очередной заточки не должно превышать 0,2 мм.
• Прежде чем устанавливать пилы на станок, необходимо хорошо очистить их поверхность растворителем. Внимание: не используйте растворители на каустической основе!
• Соблюдайте чистоту фланцев и колец.
• Следите за тем, чтобы корпус пилы был всегда параллелен направляющим и линейке.

Владимир ПАДЕРИН