Пиление круглыми пилами
В этом процессе резание осуществляется тонким многорезцовым вращающимся инструментом в форме диска — круглой пилой. В круглопильных станках пила может находиться относительно заготовки в верхнем или нижнем положении (рис. 8.6).
Диаметр резания (он же — главная характеристика инструмента — диаметр пилы) D = 2R, мм, принимается одинаковым для всех зубьев. Частота вращения пилы n, мин-1, считается постоянной. Тогда скорость главного движения v, м/с,
. (8.55)
Скорость v при пилении круглыми пилами на станках составляет 40…80 (максимум 100…120) м/с.
Движение подачи придается, как правило, заготовке. Скорость механической подачи vs в станках достигает 100 м/мин и более.
Подачу на один оборот пилы So и на один зуб Sz, мм, определяют по формулам:
; (8.56)
. (8.57)
где z = pD/tз —число зубьев пилы;
tз — шаг зубьев, мм.
Различают пиление со встречной подачей, когда проекция вектора скорости главного движения v на направление подачи и вектор скорости подачи заготовки vs направлены навстречу друг другу, и с попутной подачей, когда они совпадают по направлению.
При продольном пилении попутная подача используется редко, так как при этом возможно затягивание древесины пилой, что приводит к неравномерной скорости подачи, перегрузке двигателей механизмов главного движения и подачи, т. е. к аварийному положению. Попутная подача применяется при поперечном пилении с неподвижной заготовкой. На рис. 8.6, а, б показано пиление со встречной подачей. Изменение направления вектора v приведет к схеме пиления с попутной подачей.
Траектория главного движения — вращения пилы вокруг оси, — представляет собой окружность радиуса R, на которой расположены вершины зубьев. Траектория движения подачи заготовки или оси вращения пилы, если ей придано движение подачи, — прямая линия. Траектория движения резания — перемещения вершины зуба пилы относительно распиливаемой древесины,— циклоида, получается в результате сложения двух одновременно происходящих движений: главного и подачи.
У всех современных круглопильных станков скорость главного движения v во много раз превышает скорость подачи vs, так что вектор скорости резания vе по величине и направлению мало отличается от скорости главного движения. В расчетах их обычно принимают равными, допуская при этом незначительную погрешность.
Слой (рис. 8.6, б) срезается по дуге резания АВ, которую также называют дугой контакта зуба с древесиной. Точка А является точкой входа, точка В — точкой выхода зуба из древесины. Средняя точка С делит дугу контакта пополам. Отмеченным точкам соответствуют угол входа jвх, угол выхода jвых и средний угол jср, которые отсчитывают в сторону вращения пилы от нормали к направлению подачи. Величины углов jвх и jвых определяются расстоянием h от центра инструмента до поверхности стола, радиусом пилы R и высотой пропила t (табл. 8.7).
Угол, соответствующий дуге резания, или длине срезаемого слоя, называют углом контакта jконт:
jконт=jвых – jвх. (8.58)
Текущий угол j, определяющий положение зуба на дуге резания, нарастает равномерно, пропорционально времени, поэтому можно говорить о среднем угле jср, характеризующим режим пиления:
jср = (jвх + jвых)/2. (8.59)
Таблица 8.7
Соотношения для вычисления jвх и jвых
| Положение пилы относительно заготовки | Формулы для углов при подаче | |||
| встречной | Попутной | |||
| jвх | jвых | jвх | jвых | |
| Верхнее | 
| 
|
|
|
| Нижнее | 
|
|
|
|
При продольном пилении угол jср будет соответствовать среднему углу встречи главной режущей кромки зуба с волокнами древесины:
(8.60)
Длина срезаемого слоя l вычисляется как длина дуги конакта
, (8.61)
где jконт измеряется в град.
Вследствие наличия движения подачи два соседних зуба формируют разные поверхности дна пропила: один зуб — поверхность со следом 1—1', второй — поверхность со следом 2—2'. Расстояние между этими поверхностями по направлению подачи равно Sz. Расстояние по нормали — кинематическая толщина слоя а —различно (рис. 8.6, в). Текущее значение кинематической толщины срезаемого слоя вычисляют по формуле
. (8.62)
Частные значения толщины слоя:
в точке входа
; (8.63)
в точке выхода
; (8.64)
в середине дуги резания (серединная толщина)
. (8.65)
Средняя толщина вычисляется путем деления площади боковой поверхности слоя fcл на длину:
. (8.66)
Формулы (8.65) — (8.66) дают несколько различные результаты, однако с достаточной для практики точностью можно приравнять среднюю по длине дуги резания и среднюю по площади боковой поверхности толщину стружки:
. (8.67)
В сечении, проходящем через ось вращения пилы (поперечном), геометрия срезаемого слоя, как отмечалось ранее, зависит от способов уширения пропила: средняя толщина слоя по сечению в середине дуги контакта равна
аср
=(Впр/b)aсеред; аср
=aсеред. (8.68)
Ширина слоя также зависит от способа уширения пропила:
b=B; b=Bпр. (8.69)
При продольном пилении главная (короткая) режущая кромка зуба перерезает волокна древесины и формирует дно пропила, а боковые режущие кромки участвуют в формировании стенок пропила. Такое распределение функций предопределяет требования к геометрии зубьев пилы для продольного распиливания: короткая режущая кромка должна быть выдвинута вперед по ходу вращения относительно передней поверхности за счет положительного угла g. При этом волокна будут перерезаны прежде, чем они начнут отделяться передней поверхностью, благодаря чему предотвращается неорганизованный вырыв волокон. При повышенных требованиях к качеству поверхности пропила у боковых режущих кромок должен быть создан положительный передний угол за счет косой заточки по передней грани (gбок = j1). Так как зубья формируют две стенки пропила, косая заточка должна быть выполнена через зуб: четных зубьев — в одну сторону, нечетных — в другую.
Кинематика процесса пиления предопределяет наличие на поверхности пропила систематических неровностей — рисок, оставляемых зубьями (рис. 8.6, г). Можно рассчитать высоту кинематических неровностей y, например, для пилы с разведенными зубьями. Из геометрических соотношений следует, что у = 2а tg lp, где а — толщина срезаемого слоя, lp — угол развода. Уширение зубчатого венца на сторону b1 и высота разведенной части зубьев hp » 0,5hз могут быть замерены непосредственно на пиле, tg lp = b1/hp. Для оценки шероховатости поверхности по параметру Rm mах требуется вычислить наибольшее значение кинематических неровностей ymах:
. (8.70)
Расчеты Rm mах по формуле дают заниженный результат (иногда в несколько раз). Это объясняется тем, что при пилении на станке на шероховатость поверхности пропила оказывают дополнительное влияние неточности уширения зубьев, контакт со стенками пропила нерабочей зоны пилы, упругое восстановление волокон древесины и упругий отгиб зубьев, затупление режущих кромок и вершин зубьев, трение стружек о стенки пропила, биение диска пилы в радиальном и поперечном направлениях, вибрация пилы, смещение заготовки во время распиливания и многие другие причины.
Достаточно точный прогноз ожидаемой шероховатости поверхности пропила можно получить на основании опытных данных, в которых высота неровностей Rm mах связана с важнейшими исходными условиями пиления: наибольшей толщиной срезаемого слоя (через параметры Sz и jвых) и способом уширения пропила. В табл. 8.8 и 8.9 приведены допустимые подачи на зуб, обеспечивающие заданную шероховатость поверхности.
Таблица 8.8
Максимальная подача на зуб, мм, при различной заданной шероховатости поверхности пропила для продольного пиления круглыми пилами
| Высота неровностей Rm mах, мкм, не более | Разведенные зубья | Плющеные зубья | Зубья с радиальным поднутрением (строгальные) | |||
| при угле выхода jвых, град | ||||||
| 20…50 | 60…70 | 20…50 | 60…70 | 20…50 | 60…70 | |
| 1,2 1,0 0,8 0,3 0,1 0,1 — — | 1,2 0,8 0,5 0,1 0,1 — — — | 1,8 1,5 1,2 0,45 0,15 0,15 — — | 1,5 1,2 0,75 0,15 0,15 — — — | — — — — — 0,3 0,15 0,07 | — — — — 0,3 0,15 0,07 — |
При поперечном пилении (рис. 8.7) условия работы режущих кромок иные, чем при продольном пилении: перерезает волокна и формирует стенку пропила боковая кромка, а короткая передняя режущая кромка и передняя поверхность скалывают перерезанные волокна, формируя дно пропила. Это определяет следующие требования к геометрии зубьев. Боковая кромка должна перерезать волокна прежде, чем в контакт с ними вступит передняя поверхность. Для этого она должна быть выдвинута вперед по ходу пилы относительно короткой кромки за счет отрицательного (или нулевого) контурного переднего угла (g £ 0°) и иметь положительный передний угол gбок за счет косой заточки. Обычно косая заточка выполняется по передней и задней поверхностям зуба.
Как правило, для размещения стружки во впадинах зубьев не требуется ограничения скорости подачи, вычисленной из условия обеспечения необходимой шероховатости (по табл. 8.9). Для продольного пиления коэффициент напряженности впадины s = 2...3, а для поперечного s = 20...30 из-за малых подач на зуб. Это означает, что условия размещения во впадинах и транспортировки стружек из пропила остаются нормальными.
Таблица 8.9
Максимальная подача на зуб, мм, при различной заданной шероховатости поверхности пропила для поперечного пиления (средние производственные условия резания, зубья острые) круглыми пилами
| Высота неровностей Rm max, мкм, не более | bбок = 40° при | bбок = 60° при | ||
| g = –35° | g = –5° | g = –35° | g = –5° | |
| >0,2 0,2 0,05 | >0,2 0,5 — | >0,2 0,15 0,05 | 0,2 0,05 — |
В практических расчетах энергозатрат на процесс пиления при проектировании привода круглопильных станков, определении силовых воздействий на инструмент и элементы станка вычисляют среднюю цикловую касательную силу.
Средняя цикловая касательная сила — это условная постоянная касательная сила Fxц, которая, действуя на пути, равном длине окружности пилы 2pR (один оборот— цикл главного движения), совершает ту же работу, что и средняя касательная сила на зубе Fх ср за один оборот пилы:
, (8.71)
где z — число зубьев пилы (за один оборот пилы каждый зуб пройдет через пропил, совершая работу, равную Fх срl).
Из равенства следует:
, (8.72)
где zреж — число одновременно режущих зубьев (величина средневзвешенная, не округляемая до целых единиц).
Средняя касательная сила на зубе Fх сp — это условная постоянная касательная сила, которая, действуя на пути, равном длине срезаемого слоя l, совершает ту же работу, что и фактическая переменная касательная сила на пути, равном фактической дуге контакта резца с древесиной.
Сила Fх ср отнесена к средней точке дуги контакта С (рис. 8.6, б), положение которой определяет угол jср. Величину ее рассчитывают по формуле
, (8.73)
где Fхт — табличное значение касательной силы для процесса продольного пиления круглой пилой, взятое для толщины срезаемого слоя aср в средней точке дуги контакта, Н/мм (табл. 8.10);
b — ширина срезаемого слоя, мм;
aпопр — общий поправочный множитель, учитывающий отличие расчетных условий пиления от табличных.
Максимальная касательная сила
, (8.74)
где amax = aвых — максимальная толщина слоя (вблизи точки выхода);
aср — средняя толщина слоя.
Максимальная нормальная сила
. (8.75)
По средней цикловой силе вычисляют мощность резания Рр, Вт:
. (8.76)
Мощность резания может быть вычислена также по объемной формуле
, (8.77)
где KТ — табличное значение удельной работы продольного пиления круглой пилой (табл. 8.10), Дж/см3;
Таблица 8.10
Табличная касательная сила FxТ и удельная работа Кт для продольного пиления круглой пилой (сосна; W = 10...15%; t = 50 мм; jв = 60°; v = 40 м/с; зубья острые; d = 60°)
| аср, мм | Fx т, Н/мм | Kт, Дж/см3 | аср, мм | Fx т, Н/мм | Kт, Дж/см3 |
| 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 | 9,5 12,0 14,2 16,0 18,0 19,3 21,0 22,5 | 52,5 50,0 | 0,50 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 2,00 | 23,8 26,4 31,2 36,0 40,8 44,8 48,8 56,0 | 47,5 44,0 39,0 36,0 34,0 32,0 30,5 28,0 |
Наибольшую скорость подачи vs(p), допустимую по условию полного использования заданной мощности резания Рр, рассчитывают по преобразованной объемной формуле
. (8.78)
По табл. 8.10 находят значение средней толщины срезаемого слоя aср, соответствующее вычисленной табличной силе Fхт. Затем по aср последовательно в соответствии с формулами (8.68), (8.67), (8.57) определяют aсеред, Sz, vs:
асеред
= аср(b/Bпр); aсеред
= аср;
Sz = aсеред/sin jср; vs = Sz zn/1000. (8.79)
При поперечном резании расчет сил резания сложнее. Средняя касательная сила на зубе Fx ср исчисляется через табличную касательную силу Fхт (табл. 8.11), отнесенную к единице ширины пропила, а не фактического срезаемого слоя, и выбираемую в зависимости от кинематической, а не средней по сечению толщины стружки на середине дуги контакта:
. (8.80)
В этой же таблице приведены табличные значения удельной работы поперечного пиления Кт.
Таблица 8.11
Значения Fx т и Кт для поперечного пиления древесины круглой пилой (сосна, W = 15%, зубья острые)
| асеред = Szsin jср, мм | Fx т, Н/мм, для ширины пропила Bпр, мм | Kт, Дж/см3, для ширины пропила Bпр, мм | ||||||
| 1,5 | 2,5 | 3,5 | 5,0 | 1,5 | 2,5 | 3,5 | 5,0 | |
| 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,075 0,10 0,15 0,20 | 1,25 2,14 2,94 3,76 4,50 6,45 8,30 12,30 16,20 | 1,05 1,84 2,52 3,16 3,75 5,25 6,70 9,60 12,20 | 0,90 1,56 2,10 2,60 3,05 4,15 5,20 7,50 9,80 | 0,75 1,24 1,65 1,96 2,25 2,85 3,50 4,95 6,40 |
Особенности пиления древесных материалов. Для пиления древесностружечных плит (ДСтП) общий характер зависимости касательной и нормальной сил резания и шероховатости обработанной поверхности от средней толщины срезаемого слоя остается тем же, что и для пиления древесины. В табл. 8.12 приведены ориентировочные данные по пилению ДСтП круглой пилой.
Качество распиливания ДСтП характеризуется величиной сколов на кромке (измеряется по пласти плиты в направлении перпендикулярном плоскости пропила) и шероховатостью поверхности пропила (главным образом величиной неровностей разрушения и ворсистостью). Сколы являются следствием отслоения поверхностных частиц плиты под силовым воздействием зубьев на входе в материал или на выходе из него. Величина сколов может быть сведена к минимуму за счет правильного выбора геометрии зубьев пилы (переднего угла и угла косой заточки), обеспечения надлежащего подпора по пласти плиты вблизи кромки пропила, исключения возможности работы затупленным инструментом. Шероховатость поверхности пропила в значительной мере зависит от средней толщины срезаемого слоя (подачи на резец). При этом показатели шероховатости ухудшаются с уменьшением плотности плит и содержания связующего.
Таблица 8.12
Значения Fx т и Kт для пиления древесностружечной плиты круглой пилой (количество связующего 8%, зубья острые, v = 40 м/с, Впр = 3 мм, В = 1,7 мм, jср = 35°)
| аср, мм | Fx т, Н/мм, при плотности плиты, кг/м3 | Kт, Дж/см3, при плотности плиты, кг/м3 | ||||
| 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 | 1,6 2,2 2,6 3,0 3,4 3,9 4,5 5,2 5,8 6,4 7,0 | 2,5 3,4 4,1 4,6 5,3 6,1 7,1 8,1 9,0 10,0 11,0 | 3,3 4,7 5,6 6,3 7,2 8,3 9,6 11,0 12,3 13,6 14,9 | 78,6 54,4 43,5 37,1 33,9 32,7 32,4 32,2 32,1 32,0 31,9 | 123,0 85,0 68,0 58,0 53,0 51,0 50,6 50,4 50,2 50,0 49,8 | 167,0 117,0 92,5 78,9 72,0 69,4 68,9 68,5 68,2 68,0 67,8 |
Для получения удовлетворительного качества поверхности пропила рекомендуются следующие подачи на зуб пилы: 0,03...0,05 мм для плит плотностью 700 кг/м3 и с содержанием связующего менее 8%; 0,05...0,1 мм для плит плотностью 900 кг/м3 и с содержанием связующего 8...12%; 0,15...0,25 мм для плит плотностью свыше 900 кг/м3 и с содержанием связующего свыше 12 %.
При пилении ДСтП, облицованных декоративным пластиком, предъявляются повышенные требования в отношении сколов по поверхности облицовки. Определены условия чистового пиления, при которых длина сколов не превышает 50 мкм: пила минимального диаметра с зубьями, оснащенными пластинами твердого сплава, g = –10°, a = 15°, b = 70°, rбок £ 13 мкм, v = 40...50 м/с, Sz £ 0,03 мм. ДСтП, облицованные шпоном, можно распиливать поперек волокон облицовки теми же пилами при несколько большей подаче на зуб: Sz £ 0,05 мм.
Наиболее часто пилением обрабатывают древесный слоистый пластик ДСП-Б, в котором через каждые 1...2 параллельных слоя шпона один слой расположен под углом 90° к ним.
Структура пластика (рис. 8.8) предопределяет использование следующих видов пиления: поперек волокон 5 и вдоль волокон в направлении прессования 3, перпендикулярно направлению прессования 1, параллельно клеевым слоям 4 и вдоль волокон с перерезанием их в торец 2. Величина удельной работы и рекомендуемые параметры пиления ДСП круглой пилой приведены в табл. 8.13 и 8.14.
Таблица 8.13
Удельная работа пиления ДСП круглой пилой, Дж/см3
| Подача на зуб Sz, мм | Поперечное пиление (рис. 8.8, 5) | Продольное пиление | |
| (рис. 8.8 , 2, 3) | (рис. 8.8 , 1, 4) | ||
| 0,025 | |||
| 0,05 | |||
| 0,10 | |||
| 0,15 | |||
| 0,20 | |||
| 0,30 | |||
| 0,50 |
Таблица 8.14
Рекомендуемые углы зубьев пилы и величина подачи на зуб
| Пиление | Углы зуба с ломано-линейной задней поверхностью | Подача на зуб Sz, мм | ||
| a | g | bбок | ||
| Поперечное (рис. 8.8, 5) Продольное (рис. 8.8, 2, 3) Продольное (рис. 8.8, 1, 4) | 15…20 15…20 15…20 | 0…5 15…20 | 0,15…0,20 0,20 0,15…0,20 (до 0,3) |
Исследования процесса пиления круглыми пилами цементностружечных плит (ЦСП) показали, что наибольшее влияние на силы резания оказывает затупление инструмента и подача на зуб. Значительно меньше влияние переднего угла g и угла косой заточки по задней грани jз. По мере затупления зубьев влияние этих углов еще более уменьшается. Слабое влияние g объясняется тем, что сила деформации стружки мало зависит от положения передней грани по отношению к тректории резания. Это позволяет работать со значениями g = 0...5°, что повышает стойкость резцов. При пилении ЦСП сильно выражена работа задней грани зуба пилы. Отношение m = Fz / Fx во всех случаях больше единицы (1,2 ... 4,5). Большие значения относятся к случаю пиления с малыми Sz затупленными зубьями. Экспериментально определены значения единичной касательной силы Fхт и удельной работы резания Кт при пилении ЦСП ( табл. 8.15).
Таблица 8.15
Касательная сила Fхт и удельная работа резания Кт для процесса пиления ЦСП круглой пилой (плотность ЦСП 1250 кг/м3, пила твердосплавная, D = 355 мм, зубья острые, V = 50 м/с, t = 26 мм)
| аср, мм | Fхт , H/мм | Кт , Дж/см3 | аср, мм | Fхт , H/мм | Кт , Дж/см3 |
| 0,01 | 3,2 | 0,07 | 10,2 | 145,0 | |
| 0,02 | 5,8 | 288,3 | 0,08 | 10,9 | 135,7 |
| 0,04 | 8,1 | 203,4 | 0,09 | 11,7 | 130,3 |
| 0,05 | 8,9 | 178,0 | 0,1 | 12,4 | 123,8 |
| 0,06 | 9,3 | 155,6 | 0,11 | 13,1 | 119,1 |
Определяющим критерием качества пиления ЦСП является величина сколов h на пласти плиты. Наибольшее влияние на величину сколов оказывает затупление зубьев пилы и подача на зуб Sz. Причем, если по мере затупления инструмента величина сколов растет, то с увеличением Sz – уменьшается. Это объясняется хрупкостью плиты, в состав которой входит затвердевший цемент. Сколы по пласти плиты больше при входе пилы в материал, чем на выходе. Значение угла g в диапазоне 0...15° не оказывает существенного влияния на образование сколов. Интересно, что такой же вывод был сделан при пилении ДСтП: снижение величины g до 0° уменьшало величину сколов на выходе и одновременно незначительно увеличивало их на входе зуба в материал, рекомендовалось чистовую распиловку проводить с Sz £ 0,1мм. Еще меньше влияние угла косой заточки по задней грани jз. Можно рекомендовать при пилении ЦСП значение jз = 0°.
Шероховатость поверхности кромки плиты по показателю максимальных неровностей Rm max находится в диапазоне 0,095 ... 1,99 мм. Определяющим критерием качества пиления ЦСП является величина сколов на пласти плиты.арактер износа и затупления зубьев при пилении ЦСП. Было установлено, что происходит преимущественный износ по задней грани и округление вершинной части зубьев из твердого сплава.
Исследования процесса изнашивания изготовленных из различных материалов режущих элементов круглых пил, проведенные для обработки древесины и древесных материалов, показали, что наилучшие результаты достигаются при использовании вольфрамокобальтовых твердых сплавов и, особенно, синтетических алмазов.
Номенклатура материалов, распиливаемых круглыми пилами, постоянно расширяется. Принципиально важно учитывать их особенности при назначении режима обработки, особенно, главнейших его параметров – скорости резания V и подачи на зуб Sz (табл. 8.16), а также в дальнейшем при выборе инструмента..
Таблица 8.16
Рекомендуемые скорости резания V и подачи на зуб Sz для пиления круглыми пилами различных материалов
| Обрабатываемый материал | Скорость резания V, м/с | Подача на зуб Sz, мм |
| Древесина мягких пород | 60…100 | 0,10…0,25 |
| Древесина твердых пород | 50…90 | 0,10…0,20 |
| Древесина экзотических пород | 50…85 | 0,10…0,20 |
| Шпон | 70…100 | 0,05…0,15 |
| Клееные щиты и брус, прессованная древесина | 40…65 | 0,05…0,15 |
| Столярные плиты | 50…90 | 0,05…0,15 |
| Древесные плиты, облицованные шпоном | 60…90 | 0,03…0,10 |
| Необлицованные ДСтП и фанера | 50…80 | 0,05…0,25 |
| Твердые ДВП | 50…80 | 0,03…0,08 |
| Мягкие ДВП | 60…100 | 0,10…0,20 |
| ДСтП с синтетическим покрытием | 60…100 | 0,03…0,06 |
| Ламинированные ДСтП | 60…80 | 0,03…0,06 |
| Плиты из термопластов | 30…70 | 0,05…0,08 |
| Плиты из реактопластов | 15…50 | 0,02…0,05 |
| Слоистые материалы на основе жесткой бумаги | 50…80 | 0,03…0,10 |
| Пластиковые профили | 30…70 | 0,05…0,08 |
| Гипсокартонные и гипсостружечные плиты | 40…65 | 0,05…0,15 |
| Цементностружечные плиты | 40…80 | 0,05…0,15 |
| Алюминий | 70…90 | 0,05…0,12 |
| Сплав Al-Mg-Cu | 50…70 | 0,03…0,08 |
| Легированный сплав Al-Si | 15…40 | 0,03…0,08 |
По виду боковых поверхностей пильного диска (по форме поперечного сечения) различают плоские, конические и строгальные (с поднутрением боковых поверхностей) круглые пилы.
Плоские пилы. Конструктивные характеристики пил регламентируются ГОСТ 980–80 «Пилы круглые плоские для распиловки древесины» и ГОСТ 9769–79 «Пилы дисковые дереворежущие с пластинками из твердого сплава».
Пилы для распиловки древесины (рис. 8.9) изготавливают двух типов: А —для продольной распиловки, Б — для поперечной. При использовании пил в различных деревообрабатывающих производствах требуется большое разнообразие их типоразмеров. Диаметр пил колеблется в пределах 125—1600 мм, толщина диска 1,0—5,5 мм, число зубьев 24—72 у пил типа А и 60—120 у пил типа Б. Углы зубьев установлены с учетом условий работы главного (короткого) и боковых лезвий зуба при продольном и поперечном пилении.
Пилы типа А (рис. 8.9, б) для продольного распиливания выпускаются в двух исполнениях: исполнение 1 —с ломанолинейной задней поверхностью зубьев и исполнение 2 — с прямолинейной задней поверхностью зубьев. Пилы типа А исполнения 2 диаметром 125...250 мм с увеличенным числом зубьев применяют в основном в электрифицированном ручном инструменте, на бытовых деревообрабатывающих и фрезерных станках.
Пилы типа В (рис. 8.9, б) для поперечного распиливания также имеют два исполнения: исполнение 3 — с передним углом равным нулю и исполнение 4 — с отрицательным передним углом. Пилы исполнения 3 применяют на круглопильных станках с нижним расположением шпинделя, исполнения 4 — на станках с верхним расположением шпинделя относительно распиливаемого материала. Углы зубьев круглых плоских пил, град, приведены ниже.
Профиль зуба.............................................................................................................. 1 2 3 4
Угол зуба:
передний......................................................................................................... 35 20 0 20
задний............................................................................................................. 15 30 50 65
резания............................................................................................................ 55 70 90 115
боковой заточки........................................................................................... — — 40–45 20–30
Нормальная устойчивая работа круглой пилы возможна только в случае правильного выбора диаметра и толщины диска, а также диаметра шайбы, закрепляющей пилу на шпинделе станка. Наименьший диаметр Dmin, мм, пильного диска определяется толщиной распиливаемого материала и диаметром фланца для закрепления пилы на шпинделе станка определяется для пил с расположением шпинделя над или под распиливаемым материалом соответственно по соотношениям
; 
, (8.81)
где t — высота пропила, мм;
dф — диаметр зажимного фланца, мм;
h — наименьшее расстояние от оси пилы до стола станка, мм;
hз — наименьший выход пилы из пропила, примерно равный высоте зуба пилы, мм.
Начальный диаметр диска D = Dmin + 2D, где D — запас по радиусу на износ, мм (D » 25 мм). Толщина пильного диска, мм, выбирается в зависимости от диаметра:
. (8.82)
Прочие размеры профилей зубьев вычисляют по формулам:
шаг зубьев tз, мм при толщине диска b, мм:
для пил типа А; (8.83)
для пил типа Б; (8.84)
высота зуба hз, мм:
для пил типа А; (8.85)
для пил типа Б; (8.86)
число зубьев z, шт.:
для пил типа А; (8.87)
для пил типа Б; (8.88)
радиус впадины г, мм:
. (8.89)
Изготавливают круглые пилы из инструментальных низколегированных (содержание легирующих элементов до 3…5 %) нетеплостойких (свойства после закалки сохраняются до температуры 180…200 оС) небольшой прокаливаемости сталей повышенной твердости хромованадиевых (отечественные 9ХФ, 9ХФМ, шведская Serator 48, немецкая 80CrV2 и др.), повышенной вязкости никелесодержащих (отечественная 7Н2МФА, шведские 15N20, Serator 35, японская SKS-5 и др.), наиболее технологичных марганцовистых (шведская 15М и др.) твердостью HRCЭ = 40…45 в соответствии с требованиями стандартов по утвержденной технической документации. Основная цель легирования таких сталей состоит в повышении вязкости, улучшении способности к изотермическому закаливанию. Твердость стали должна препятствовать смятию рабочих поверхностей и износу зубьев, вязкость должна предотвратить сколы поверхностей, поломку зубьев и дисков.
Фирма Uddeholm (Швеция) рекомендует никелесодержащую сталь как наиболее универсальную и подходящую для разных видов пильного дереворежущего инструмента. Более теплостойкая хромованадиевая сталь из-за меньшей прочности рекомендуется для пил с разведенными зубьями, эксплуатирующихся в условиях положительных температур и умеренных нагрузок. Марганцовистые стали рекомендуются для пил малого и среднего диаметра, они подходят для изготовления дисков пил с пластинками твердого сплава.
Плоские пилы с пластинками из твердого сплава и алмаза. Эти пилы (рис. 8.10) применяют для распиловки древесных материалов (ДСтП, ДВП, клееной древесины), цельной древесины (ГОСТ 9769–79).
Режущие пластины зубьев пилы изготавливают из металлокерамического сплава карбида вольфрама и кобальта ВК6, ВК15, а корпус пилы — из инструментальной легированной стали 50ХФА или 9ХФ, HRCЭ = 40…45. По технологическому назначению пилы подразделяются на три типа (табл. 8.17).
Таблица 8.17
Размеры и углы зубьев дисковых плоских пил с пластинками из твердого сплава
| Параметры пилы | Типы пил | |||
| 1 — для распиловки ДСтП, фанеры, ДВП, листового пластика и клееной древесины | 2 — для продольной распиловки цельной и клееной древесины | 3 — для распиловки облицованных щитов поперек волокон | ||
| Диаметр D, мм Номинальная ширина пропила Впр, мм Диаметр посадочного отверстия d, мм Число зубьев z Углы, град: передний g заточки b задний a резания d косой заточки j | 160—400 2,8—4,1 32—50 24—72 10; 5; 0 65; 70; 75 80; 85; 90 | 160—450 2,8—4,3 32—80 16—56 20; 10 55; 65 70; 80 | 320—400 3,0—4,5 56—96 20; 10 55; 65 70; 80 |
На отечественных предприятиях широко используют зарубежные круглые пилы с напаянными режущими пластинами. Наиболее известны пилы чешского, итальянского и немецкого (в порядке возрастания стоимости) производства. Многочисленные фирмы-производители предлагают круглые пилы, отличающиеся по назначению, конструктивным особенностям, геометрическим параметрам, используемым материалам и технологии изготовления.
В каталогах практически каждой фирмы представлены пилы для черновой и чистовой обработки с ручной и механической подачей древесины вдоль и поперек волокон, древесных материалов, в том числе облицованных натуральным и синтетическим шпоном, пластиков, пластмасс и металлов.
Разнообразнее и специфичнее стали профили твердосплавных и алмазных пластин, к плоским прямым и с косой заточкой зубьям добавились треугольный (рис. 8.10, в), трапециевидный (рис. 8.10, г), конический (рис. 8.10, д), с цилиндрической передней поверхностью (рис. 8.10, е) и другие, сочетающиеся иногда одновременно на одном инструменте.
С учетом назначения и условий эксплуатации пил на диске предусматривают ограничители подачи (рис. 8.10, ж), температурные компенсаторы (рис. 8.10, з), прорези с заполнением герметиком для снижения вибраций и шума (рис. 8.10, и), направляющие (рис. 8.10, к) и зачистные (рис. 8.10, л) ножи, специальные антифрикционные покрытия (например, тефлоновые).
Наименьший диаметр имеют подрезные пилы (рис. 8.10, м), ширина зубчатого венца которых регулируется с помощью проставочных колец. Ряд пил соединяют с дробильной секцией (рис. 8.10, н) для измельчения крайней части заготовки.
Для нарезки зубьев ведущие производители используют обработку лазером на станках с ЧПУ. Для напайки режущих пластин применяют все более совершенные материалы, например, трехслойные полосы со слоем серебра. В последние годы наряду с хорошо зарекомендовавшими себя пилами с пластинками из мелкозернистых вольфрамокобальтовых твердых сплавов на отечественных предприятиях начали использовать круглые пилы аналогичных конструкций с пластинками из синтетического алмаза. Алмазный инструмент отличается высокой стоимостью, предъявляет высокие требования к точности оборудования, но позволяет вдвое увеличить скорость подачи и производительность, сократить время на замену за счет увеличения стойкости почти на два порядка по сравнению с твердосплавным.
Среди изготовителей круглых пил признанными лидерами являются немецкие AKE Knebel GmbH & Co. KG, Leitz GmbH & Co. KG, Leuco Ledermann GmbH.
Пилы круглые (дисковые) конические. Конические пилы (рис. 8.11, а) применяют для ребровой распиловки пиломатериалов на тонкие дощечки с целью уменьшения отходов древесины в опилки (ширина пропила почти вдвое меньше, чем при пилении плоскими пилами). Толщина отпиливаемых дощечек не должна превышать 12—18 мм, иначе пила не сможет отгибать их в сторону и произойдет заклинивание ее в пропиле. Для несимметричной распиловки используют односторонние конические пилы (лево- и правоконические), для симметричной распиловки — двухсторонние.
Размеры односторонних конических пил: диаметр 500—800 мм, толщина центральной части диска 3,4—4,4 мм, толщина зубьев 1,0—1,4 мм, число зубьев 100; диаметр посадочного отверстия 50 мм. Зубья пил имеют передний угол 25°, угол заточки 40° . Материал пил — сталь 9ХФ, HRCЭ = 41…46.
Пилы круглые (дисковые) строгальные. У строгальных пил боковые поверхности имеют поднутрение от периферии к центру под углом 0°15'—0°45', вследствие чего отпадает необходимость в уширении режущего венца путем развода или плющения зубьев.
Боковые режущие кромки зубьев строгальной пилы, формирующие поверхности пропила, расположены в одной плоскости. Пильный диск с поднутрением отличается устойчивостью в работе, поэтому качество распиловки характеризуется малыми величинами кинематических и вибрационных неровностей. Поверхности пропила по шероховатости приближаются к строганым (отсюда и название пил).
Строгальные пилы применяют для чистовой распиловки сухой древесины влажностью не более 20% в любом направлении относительно волокон. Размеры пил и профили зубьев стандартизованы (ГОСТ 18479–73). По форме сечения различают пилы одноконусные 4 (рис. 8.11, б) и двухконусные 5 (рис. 8.11, в). Последние предусмотрены для продольной 6 и поперечной 7 распиловок (рис. 8.11, б).
В строгальной пиле масса металла нарастает к периферии диска; при значительных диаметрах диска и большой частоте вращения в диске могут возникать опасные разрывающие напряжения от центробежных сил. Поэтому диаметры этих пил не превышают 400 мм (160...400 мм). Материал пил — сталь 9ХФ или 9Х5ВФ, HRCЭ = 51…55.