Пиление древесины ленточными пилами

Рекомендации по выбору и эксплуатации

Ленточные пилы используются для прямой или фигурной распиловки древесных материалов. Основные области применения этих пил - мебельное производство и строительно-ремонтные работы. Среди достоинств ленточных пил - возможность «чистого» распила деталей, в том числе и высоких (200 мм и более). По сравнению с другими видами пил, ленточные оставляют наименьшее количество отходов производства.

Пиление древесины осуществляется на ленточно­пильных станках бесконечной пильной лентой, надетой на шкивы. Ленточно­пильные станки различают по конструкции - вертикальные и горизонтальные; по типу обрабатываемого материала - столярные с диаметром шкивов 400...700 мм, делительные с диаметром шкивов 800...1400 мм, бревнопильные с диаметром шкивов 1100...3000 мм.

Столярные станки предназначены для криволинейного распиливания заготовок по карандашной линии с ручной подачей или по шаблонам; у некоторых станков возможна механическая подача.

Делительные станки предназначены для ребрового деления горбылей и досок. Станки оснащены механизированной подачей, которая выполняется вертикальными вальцами или конвейерно­гусеничным механизмом; чаще всего такой подачей обеспечиваются сдвоенные (сблокированные вместе) станки.

Бревнопильные станки предназначены для поштучного раскроя бревен. Распиливаемое бревно базируется и фиксируется на подающей тележке, снабженной приводом, которая устанавливается на рельсовый путь. У сдвоенных ленточно­пильных станков могут быть разные принципы подачи бревен.

Получившие значительное распространение за последние два десятилетия горизонтальные ленточно­пильные станки, в которых используются пильные шкивы диаметром до 500 мм, а также узкие бревнопильные ленточные пилы, которые применяют для индивидуального раскроя бревен на пиломатериалы или для деления широких горбылей (в этой статье мы их не рассматриваем, поскольку информации по таким станкам и режущему инструменту довольно много).

Пиление древесины ленточными пилами имеет ряд преимуществ по сравнению с пилением рамными и круглыми пилами. При достаточно высоком напряженном состоянии пилы скорость главного движения ленточно­пильного станка (скорость резания) достигает 70 м/с, скорость подачи - свыше 100 м/мин, высота пропила может быть довольно большой: на станках всемирно известных марок можно пилить бревна длиной до 2,5 м. К тому же для ленточно­пильных станков почти не существует проблемы вибрации, им не требуется массивный фундамент, а количество потребляемой ими энергии минимально.

В отечественном и мировом лесопилении в последние годы просматривается четкая тенденция: все больше предприятий переходят на пиление ленточными пилами. Соотношение цен обрезных досок естественной влажности и сырья, из которого их получают (примерно 3:1), как на внутреннем, так и на мировом рынке заставляет лесопильщиков бороться за повышение выхода пилопродукции из распиливаемых бревен. Выход пилопродукции является важнейшим фактором, определяющим экономическую эффективность производства. Теоретические расчеты показывают, а практика лесопиления подтверждает, что повышение выхода пилопродукции хотя бы на 1% увеличивает прибыль на 4-6% и уменьшает себестоимость продукции более чем на 2%. Для многих лесопильщиков как в России, так и за рубежом давно очевидно, что наилучшие экономические показатели достигаются при пилении толстомера ленточными пилами. И особенно хорошо этот эффект заметен при пилении пиломатериалов спецназначения, например, пиломатериалов с радиальным и тангенциальным распилом, резонансных пиломатериалов, дорогой и экзотической древесины.

Ленточные пилы

Таблица 1. Размеры и маркировка пил типа 2 по ГОСТ 6532-77


Таблица 2. Размеры и маркировка пил типа 3 по ГОСТ 6532-77

В качестве примера современных производителей ленточных пил назовем российский ГМЗ (Нижний Новгород) и известную шведскую фирму «Сандвик». На ГМЗ изготавливают пилы только из стали марки 9ХФ, тогда как в Европе марок стали, из которых производят пилы, десятки...

В России выпускают ленточные пилы по ГОСТ 6532­77. Различают ленточные пилы трех типов: узкие - тип 1; широкие с зубьями нормального профиля - тип 2; широкие с удлиненной впадиной - тип 3.

Пилы ленточные узкие типа 1 предназначены для прямолинейной и криволинейной продольной и поперечной распиловки пиломатериалов на ленточных столярных станках (рис. 1.1 а, б).

Пилы поставляются заказчику в рулонах. Длина пильной ленты L в рулоне - 4000 или 6000 мм, ширина В - 10-60 мм, толщина S - 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 мм, шаг зубьев t_з - ((6-12)±0,3) мм, высота зубьев h - 3-6 мм, радиус закругления впадины r - ((1-3))±0,5) мм, угол заострения зубьев β - 50)±2°, передний угол γ- 5)±2°.

Пилы ленточные широкие с зубьями нормального профиля (ГОСТ 6532-77, тип 2) предназначены для прямолинейной продольной распиловки пиломатериалов по толщине на ленточных делительных станках. Принципиальная конструкция таких ленточных пил представлена на рис. 1.2в, а основные размеры приведены в табл. 1.

Пилы ленточные широкие с удлиненной впадиной (ГОСТ 6532-77, тип 3) предназначены для прямолинейной продольной распиловки пиломатериалов по толщине на ленточных делительных станках с высотой пропила более 100 мм. Конструкция пил представлена на рис. 1.2в, а основные размеры приведены в табл. 2.

Пилы ленточные для распиловки бревен и брусьев (ГОСТ 10670-77) применяются на вертикальных ленточно­пильных станках.

Конструкция и основные размеры приведены на рис. 1.2г. Длина пильной ленты в рулоне - 10 800 или 11 700 мм, ширина - 230 мм, толщина - 1,4; 1,6 мм, шаг зубьев - 50 и 60 мм; высота зубьев - 16,7 и 20,0 мм, радиусы закругления впадины: r = 20,8; 25,0 мм, r1 = 5,8; 7,0 мм. Материал пил - холоднокатаная лента из стали марки 9ХФ по ГОСТ 5950-73. Столярные пилы могут быть сделаны из стали марки У10А по ГОСТ 1435­74. В последнее время все чаще зубья пил оснащают стеллитом.

Твердость пил: столярных и делительных - HRC_э 40...44; для распиловки бревен и брусьев - HRC_э 42...47.

Пример заказа: пила ленточная 3405-0003 ГОСТ 10670-77.

Широкие ленточные пилы типоразмера 200 для распиловки древесины

Изготовлены из холоднокатаной, закаленной и отпущенной правленой полосы с полированной поверхностью. Поставляются в рулонах заданной длины или сваренными в петли заданной длины. Форма зубьев S, LS, SB или O.

Зубья заточены или не заточены, не разведены, плющены или разведены. Натяжение выполнено в соответствии со стандартами страны, в которую осуществляется поставка.

Форма зуба S. Высота зуба составляет около 40% от шага. Используется при шаге зуба 20 или 25 мм.

Форма зуба LS. Высота зуба составляет около 30% от шага, что обеспечивает хорошую поперечную устойчивость зуба. Может использоваться при шаге зуба от 30 мм и выше.

Форма зуба SB. Высота зуба составляет около 30% от шага. Зуб этой формы разрывает волокна, что облегчает удаление опила. Применяется при распиловке мерзлой древесины.

Мы рассказали только об одном типе ленточных пил, которые изготавливаются из специальных сталей и подготавливаются по особым технологиям, у которых свои профили зубьев, параметры закалки и отпуска. А ведь есть еще несколько типов лент, различающихся как по профилям и форме зуба, так и по применению.

Выбор размеров пилы

 Пиление на ленточно­пильном станке производится ленточной пилой. Замкнутая пильная лента надета на приводной и натяжной шкивы и проходит между направляющими роликами.

Пильная лента продается как в кольце, так и в рулоне. Для получения замкнутого кольца ленты ее длина отмеряется из рулона, отрубается и концы свариваются.

При сварке новой ленты необходимо учитывать, что лента в процессе работы может рваться, на ней могут появляться трещины, которые, как правило, вырубают, а ленту сваривают заново, поэтому у новой пилы длина должна быть в пределах того максимума, который позволяет установить пилу на станок. Необходимая длина пильной ленты по рис. 3 равна, мм:

L_пл = pD + 2L,

где D - диаметр пильных шкивов станка, мм;

L - расстояние между шкивами станка, мм.

Толщина ленты. Пила от изгиба на шкивах получает наклеп, и в зонах концентрации напряжений в ленте могут появиться трещины, которые приводят к разрыву ленты.

Если предел прочности ленты на разрыв составляет от 700 до 800 МПа, минимальный коэффициент запаса прочности равен 2, а суммарные напряжения в пиле от предварительного натяжения, центробежных сил и сил резания достигают 150...200 МПа, то напряжение от изгиба ленты на шкивах не должно превышать 200 МПа. Тогда при модуле упругости стали Е = 200 000 МПа можно воспользоваться зависимостью

где S - толщина ленты, мм;

D - диаметр шкива, мм;

δ_р - напряжение растяжения от изгиба ленты.

Отсюда получаем S = 0,001D. Обычно принимают S = 0,0007...0,001D.

Таблица 3. Уширение зубьев на сторону, мм

Ширина ленты. Для столярных станков ширину ленты выбирают по технологическим показателям, например, минимальному радиусу криволинейной заготовки. Для бревнопильных и делительных станков ширину пилы выбирают с учетом ширины шкива, плюс высота зуба, плюс 3...5 мм, так, чтобы при установке пилы на шкивы зубчатый обод пилы выступал за пределы шкива.

Таблица 4. Форма зуба O

Уширение зубьев. Обычно столярные пилы разводят, а делительные и бревнопильные - плющат. Рекомендуемая величина уширения зубьев на сторону приведена в табл. 3.

К разводу зубьев приступают после заточки пилы и устранения заусенцев. Развод зубьев выполняют по схеме: направо, налево, прямо, то есть два зуба пилы разводят, а третий оставляют прямым. Отгиб вершинки зуба необходимо сочетать с разворотом передней грани для придания большей устойчивости разводу. Отгиб должен быть равномерным на обе стороны и для каждого зуба. Величина отгиба на сторону контролируется либо специальным шаблоном, имеющим проходную и непроходную стороны, либо специальным разводомером с индикаторной головкой. Отгибают только вершину зуба: одну треть высоты зуба - при распиловке твердой или мерзлой древесины и половину высоты зуба - при распиловке мягкой древесины.

Если зубья будут отогнуты около основания, то линия основания зубьев пилы будет волнистой и в пазухах зубьев могут образоваться трещины от нагрузок при пилении.

В основном (за исключением узких лент), плющение зубьев пил, а также формование кончика зуба и заточку производят на специальном автоматическом или полуавтоматическом оборудовании. Имеются также ручные плющильные и формовочные машинки.

Шаг зубьев пил. При выборе шага зубьев столярных ленточных пил нужно руководствоваться требованиями качества поверхности пропила. Чем меньше шаг пилы, тем выше качество пропила.

Если требуется большая производительность, а качество поверхности не играет никакой роли, то все наоборот, так как увеличение шага зубьев пилы ведет к уменьшению усилия резания и повышению скорости подачи при одинаковых всех прочих показателях.

При выборе шага для делительных и бревнопильных лент руководствуются обычно следующим правилом: для делительных оптимальный шаг 30...35 мм, для бревнопильных - 40...45 мм.

Расчет межзубной впадины ленточной пилы

Таблица 5. Шероховатость Rmmax (по ГОСТ 7016-82), мкм, при
распиловке древесины ленточными пилами

Расчет межзубной впадины позволяет проверить правильность выбора ленточной пилы по объему межзубной впадины (V) и подаче на зуб (u_z) или по фактической скорости подачи в процессе пиления, а также в случае резкого ухудшения процессов пиления, частых обрывов лент.

При движении зуба пилы из точки входа в лесоматериал до точки выхода из него пила превращает в стружку (опилки) объем древесины, который можно рассчитать по формуле, мм³:

V = u_zzHB ,

где u_z - подача на зуб, мм; z - число зубьев в пропиле, шт.; H - высота пропила, мм; B - ширина пропила, мм.

Опилки попадают в межзубные впадины, уплотняются в них и выносятся из пропила. Средний объем уплотненных опилок, приходящихся на одну межзубную впадину, определяется по формуле, мм³:

V_о = Vδ/z = u_zВHδ,

где δ - коэффициент уплотнения опилок (напряженности впадины); для ленточных пил (в зависимости от состояния и породы древесины) он составляет 1,5...2,5. Меньшее значение (от 1,5) применяется для твердых пород и мороженой древесины, большее (около 2,5) - для мягких пород древесины.

Объем межзубной впадины для стандартных зубьев вычисляется по формуле, мм³:

Vв = Bθt²,

где θ - коэффициент площади впадины (формы зуба), равный отношению площади впадины к площади квадрата со сторонами, равными шагу зубьев t (этот коэффициент составляет 0,12...0,6).

Учитывая, что пила в пропиле работает стабильно до тех пор, пока межзубная впадина вмещает весь объем опилок и они не уходят в зону между стенками пропила и телом пилы (что приводит к повышенному трению, нагреву пилы и потере ею устойчивости), а также приравняв объем межзубной впадины и объем спрессованных опилок, получим:

Таким образом, производительность процесса пиления, выражаемая через подачу на зуб, ограничена шагом зубьев пилы и высотой пропила.

Почти всегда, используя эти формулы, можно проверить правильность выбора профиля зуба и межзубной впадины. Особенно это актуально в тех случаях, когда возникают проблемы с эксплуатацией ленточных пил (например, когда образуется множество трещин во впадинах зубьев пил, происходит снижение прямолинейности пропила и т. п.). Площадь межзубной впадины можно также быстро вычислить при наличии ленты, листа миллиметровой бумаги и остро отточенного карандаша.

Каждый опытный технолог, работающий в области лесопиления, знает, что фактическую подачу на зуб всегда можно определить по рискам на поверхности полученного пиломатериала.

Подставив в формулу θt² = u_zHδ средние значения коэффициентов θ и δ, получим формулы для расчета подачи на зуб стандартных пил по заполнению впадин опилками при пилении ленточными пилами:

u_z = t²/[(5...6)]H_max,

где H_max - максимальная высота пропила, мм; θ (δ) 5 принимается для пилы с углом резания δ = 65° и α = 20°, θ (δ) 6 - для пилы с углом резания δ = 60° и α  = 15°.

Расчет скорости подачи в зависимости от качества поверхности пиломатериалов

Скорость резания при пилении ленточной пилой равна окружной скорости приводного шкива:

где V - скорость резания, м/с; D - диаметр приводного пильного шкива, мм;

n - частота вращения приводного шкива, об./мин.

Скорость подачи u, м/мин, находят по формуле:

u = u_zzn/1000,

где u_z - подача на один зуб, мм; данные подачи на зуб (рекомендованные) приведены ниже.

z - количество зубьев, которые находятся в пропиле, шт.:

z = H/t,

где H - высота пропила, мм; t - шаг зубьев пилы, мм.

В современных ленточно­пильных станках скорости резания достигают 30...70 м/с, на фрезерно­-пильных линиях, оснащенных головными ленточными станками, скорость подачи достигает 150 м/мин, на обычных станках и линиях - 1...120 м/мин. Принимаются (рекомендуются) следующие значения подачи на зуб u_z: для столярных ленточных пил - 0,05...0,1 мм; для делительных пил - 0,2...0,7 мм; для распиловки бревен - 0,8...1,5 мм.

Срок службы пилы

Ленточная пила - самый сложный элемент ленточно­пильного станка. Наибольшее количество отказов оборудования происходит именно из­-за ухудшения кондиций ленточной пилы.

В этой публикации мы рассмотрим только дорогостоящие пилы многократного использования, которые требуют тщательного обслуживания и подготовки. Всегда следует строго соблюдать инструкцию по эксплуатации пилы, выданную продавцом этих пил.

В процессе работы пилы в пазухах ее зубьев образуются усталостные микротрещины. Для предотвращения их развития и разрыва полотна следует каждый раз, когда станок останавливается на перерыв, ослаблять натяжение пилы на шкивах. Это особенно важно делать в холодное время года, когда горячая натянутая пила быстро остывает и укорачивается, в ней возникает дополнительное натяжение, что может привести к разрыву полотна. Через каждые 2-4 часа работы пилу надо снимать со станка и вывешивать на специальных приспособлениях или выкладывать на полу участка пилоточки на отдых на 24 часа.

Заточка пилы допускается только через 4 часа после ее снятия со станка. Даже если пила еще не затупилась, заточка выполняется обязательно.

При заточке по всему профилю зубьев, в том числе и в межзубной пазухе, срезается тонкий слой металла. При этом профиль зубьев сохраняется, а в их пазухах удаляются микротрещины.

 Во избежание прижогов металла зубьев при заточке используют специальную охлаждающую жидкость. После заточки обязательно надо удалить заусенцы, например, с помощью деревянного бруска или специальной шарошки, иначе заусенцы будут провоцировать образование микротрещин.

В течение 24­-часового перерыва в металле полотна пилы происходит релаксация напряжений; напряжения по сечению пилы выравниваются, хотя, конечно, и не возвращаются в то состояние, в котором они находились до начала эксплуатации пилы. При возобновлении эксплуатации этой пилы в ней снова возникают микротрещины.

Рано или поздно полотно порвется. Трудно с определенностью сказать, как долго сможет прослужить перезаточенное полотно по сравнению с новым.

Полотно перезаточенной пилы может порваться вскоре после перезаточки, и причин этому может быть немало:

Обслуживание пильных лент

На любом производстве стремятся свести затраты на режущий инструмент к минимуму. Для этого важно обеспечить систематическое и полное восстановление режущих способностей эксплуатируемых пил. Как уже говорилось, пила должна находиться в работе не более 2-4 часов и после этого сутки висеть на специальных подвесах.

Процесс ухода и обслуживания ленточных пил включает в себя следующие операции.

Очистка и контроль. Эту работу рекомендуется производить на специальном столе. Чтобы удалить опилки и смоляные отложения, ленту пилы моют керосином (уайт-спиритом).

Важно не поцарапать ленту при очистке. Впадины и зубья можно очистить щеткой. Для обнаружения трещин следует пользоваться лупой. Обнаруженные трещины и дефектные зубья помечаются мелом.

Устранение трещин и восстановление дефектных зубьев. Распространение трещин во впадинах можно приостановить разными способами. Увеличение трещины длиной менее 10 мм можно приостановить кернением: в конце трещины на обеих сторонах ленты с помощью керна делают лунки небольшого радиуса.

Мелкие трещины можно устранить стачиванием слоя металла напильником или шлифовальным кругом при заточке. При этом обработанные поверхности, особенно во впадинах, должны быть гладкими.

Дефектные зубья обрабатывают напильником или шлифовальным кругом, стремясь восстановить их первоначальный профиль. В случае поломки одного или нескольких зубьев к полотну приваривают кусок ленточной пилы, соответствующий форме зубьев.

Заточкой доводят зуб до точных параметров. На широких лентах дефектный кусок обрубают на гильотине, и снова сваривают ленту в кольцо.

Соединение концов ленты. Концы ленты выравнивают и соединяют методом сварки с помощью различных сварочных аппаратов, например АСЛП­-18, АСЛП­-23 (для лент шириной 175 и 230 мм соответственно), BAS 050 фирмы Ideal-Werk (Германия). Сварка ленточных пил шириной 5...300 мм на сварочных аппаратах производится контактным способом в стык с последующим отжигом постоянным током. В конструкции аппаратов предусмотрена возможность плавного (с большой точностью) регулирования тока сварки и температуры отжига.

Вальцевание. В ленточной пиле шириной более 60 мм методом вальцевания должно быть создано предварительное напряженное состояние. Средняя зона ширины полотна должна быть растянута. Причем в зависимости от профиля шкива станка (прямого или бочкообразного) вальцовка производится по-разному.

Правка. С помощью этого метода устраняют поперечную покоробленность пилы, крыловатость, поперечные изгибы, отгиб задней кромки, скручивание полотна и местные дефекты (изгиб, выпучины, тугие и слабые места).

Развод или плющение зубьев.

Зубья узких пил разводят, широких - плющат.

Заточка зубьев. Различают предварительную и окончательную заточки зубьев ленточных пил.

Предварительная заточка позволяет выправить профили зубьев, полученных при штамповке на пилоштампе. Зубьям придают профиль кулачка заточного станка, что позволяет при последующей, окончательной заточке снимать с поверхности зубьев тонкие слои металла.

Кроме того, при предварительной заточке окончательно удаляют остатки расплющенных кончиков зубьев и готовят зубья к повторному плющению.

Чистовая окончательная заточка выполняется для того, чтобы придать плющеным зубьям форму лопаточки с заданными угловыми параметрами и остротой режущих кромок. Результаты чистовой заточки должны отвечать следующим требованиям:

Для заточки используются абразивные корундовые круги типа 1 (ПП) или 3П, рекомендованные производителями пил.

Перед заточкой пилу надо установить так, чтобы впадины зубьев выступали над зажимными щечками заточного станка не более чем на 2-3 мм, иначе зубья будут вибрировать.

При заточке невозможно избежать появления заусенцев, поэтому ленту надо установить так, чтобы заусенцы образовывались на внутренней стороне кольца, где при изгибе на пильном шкиве возникают напряжения сжатия.

Ремонт пил. При ремонте пил выполняют локализацию трещин, вырезку дефектных зон и вставку новых кусков ленты.

Локализации подвергают трещины длиной не более 10...15% ширины пилы, но не более 15 мм. Для того чтобы трещина не распространялась глубже, в ее конце в полотне просверливают отверстие диаметром 2...2,5 мм.

При наличии в полотне группы (4-5 шт.) трещин, находящихся на участке длиной 400-500 мм, это дефектное место полотна вырезают (причем его длина должна быть не менее 500 мм), а на его место ставят новый отрезок и соединяют его с полотном методом сварки. При этом важно, чтобы профиль и шаг зубьев не изменились.

Для очень широких пил длина куска, вставляемого (ввариваемого) взамен удаленного, должна быть больше на величину усадки при сварке лент.

Но пилоточи часто это не приветствуют и выбраковывают подобные пилы.

Готовую к работе ленту нужно 20-30 мин. погонять на холостом ходу на ленточнопильном станке.

Владимир ПАДЕРИН