Пиление ленточными пилами

В процессе пиления ленточной пилой древесина делится многорезцовым инструментом в виде бесконечной тонкой ленты с резцами (зубьями) по рабочей кромке при его прямолинейном непрерывном поступательном движении (рис. 8.5, а).

Главное движение — прямолинейное движение ленты вниз, его скорость v, м/с, постоянна:

, (8.39)

где Dш — диаметр пильного шкива, мм;

n — частота вращения шкива, мин-1.

Движение подачи, за исключением выпиливания криволинейных заготовок, — прямолинейное равномерное надвигание распиливаемого материала на пилу со скоростью vs (м/мин) при помощи приводных тележек, подающих вальцов и других устройств.

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя (рис. 8.5, б). Если движение заготовки придано зубу, а величины векторов приведены к одной размерности — м/с, то зуб I движется вниз со скоростью v и вправо со скоростью vs/60. Сложение векторов дает скорость резания vе. Векторы v и vs/60 постоянны по величине и направлению, следовательно, не изменяется и вектор vе, значит, траекторией зуба I в пропиле будет прямая 11'.

Аналогично получаются траектории зуба II — прямая 22' и других. Траектории зубьев в пропиле — параллельные прямые линии, расстояние между которыми по направлению подачи равно подаче на зуб Sz. Толщина срезаемого слоя (кинематическая) , где — угол наклона траектории зуба к линии вершин зубьев.

Учитывая способ уширения пропила и малую величину угла y, практически толщину слоя вычисляют по следующим формулам:

для плющеных зубьев a= a =Sz cos y » Sz; (8.40)

для разведенных зубьев a= (Bпр/B)a » (Bпр/B)Sz. (8.41)

Подачу на зуб Sz при пилении ленточной пилой вычисляют по основному кинематическому соотношению для этого процесса. Из малого заштрихованного треугольника (рис. 8.5, б) tg y = Sz/tз, но в то же время из большого треугольника tg y = vs/60v. Приравнивая правые части равенств, получаем основное кинематическое соотношение

(8.42)

из которого следует

. (8.43)

Шероховатость поверхности пропила при ленточном пилении зависит в основном от величины подачи на зуб Sz (табл. 8.4).

Таблица 8.4

Зависимость шероховатости поверхности пропила от подачи на зуб при пилении ленточными пилами на делительных станках

Высота неровностей Rm max мкм, не более Максимально допустимая подача на зуб, мм, при зубьях
плющеных разведенных
сосна дуб сосна дуб
2,0 1,5 1,0 0,6 0,3 0,15 2,5 2,0 1,2 0,6 0,4 0,2 1,4 1,0 0,65 0,40 0,20 0,10 1,8 1,2 0,8 0,55 0,25 0,15

Выбрав подачу на зуб Sz по табл. 8.4, надо проверить, не превышает ли она величину Szmax, которую можно допустить из условия нормального заполнения опилками впадин между зубьями (8.7), для пиления ленточной пилой: smin = 0,9...1,2; q = 0,2…0,35. Исследования показали, что между полотном пилы и стенкой пропила должна находиться смесь из 65…75 % опилок и 25…35 % воздуха, поэтому для ленточной пилы толщиной, например, 1,07 мм величина развода зубьев на сторону рекомендуется не менее 0,7 мм, а при увеличении высоты пропила вдвое ее следует сделать на 20 % большей.

Мощность резания рассчитывают с целью выбора привода главного движения в станке для наиболее тяжелых условий обработки или оценки использования установленной мощности при конкретных условиях обработки.

Используют два способа расчета. По первому способу пользуются объемной формулой мощности

, (8.44)

где К = Kтaпопр — удельная работа пиления ленточной пилой в расчетных условиях, Дж/см3;

Kт — табличная удельная работа пиления ленточной пилой (табл. 8.5), Дж/см3;

апопр — общий поправочный множитель, учитывающий конкретные условия пиления;

V1 — секундный объем срезаемого слоя, см3/с:

, (8.45)

где ширина Впр и высота пропила t имеют размерность мм, vs – м/мин.

Касательная сила на пиле, Н, определяется по мощности резания: . Нормальная сила на пиле Fzц вычисляется через касательную Fzц = mFxц, где m — переходный множитель (при угле резания d = 65° m = 0,25...0,3 для острых зубьев и m = 0,6...0,7 для тупых).

В табл. 8.5 приведены значения единичной касательной силы Fx1 для определенных табличных условий резания (табличное значение единичной касательной силы обозначено Fхт), а также табличной удельной работы резания Кт для пиления ленточной пилой.

Таблица 8.5

Табличные касательная сила Fхт и удельная работа резания Кт для процесса продольного пиления ленточной пилой при различной средней толщине срезаемого слоя (сухая хвойная древесина; зубья пилы острые, шаг tз = 20 мм, передний угол g = 20°)

 

аср, мм Fxт, H/мм, при высоте пропила tср, мм Kт, Дж/см3, при высоте пропила tср, мм
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 9,35 12,6 14,1 15,2 16,3 17,1 17,5 18,8 19,8 20,5 21,5 22,8 10,5 13,9 15,2 16,4 17,5 18,0 18,6 19,6 20,7 21,5 22,0 24,3 11,7 15,2 16,2 17,4 18,5 18,9 19,3 20,0 21,2 22,0 22,6 24,0 13,0 16,3 17,3 18,0 19,3 19,5 19,6 20,4 21,6 22,5 23,1 24,0

По второму способу касательную и нормальную силы на одном зубе Fх и Fz определяют по табличной силе. Для вычисления касательной силы на зубе Fх величину Fхт по табл. 8.5 надо умножить на ширину срезаемого слоя b и общий поправочный множитель aпопр, равный произведению поправочных множителей, учитывающих условия пиления

, (8.46)

Нормальную силу на зубе вычисляют через касательную:

, (8.47)

касательную силу (среднюю за цикл главного движения) на всех режущих зубьях, находящихся в пропиле, Fxц

; (8.48)

где zреж = l/tз;

l — длина срезаемого слоя (для пиления ленточной пилой l » t);

тогда мощность резания Рp

, (8.49)

где v — скорость главного движения.

Мощность подачи для пиления ленточной пилой приближенно может быть определена по формуле

, (8.50)

где Fzц — нормальная сила резания на пиле, Н;

Fzц = Fхцm (m — переходной множитель — см. выше).

При выборе режима резания приходится решать обратную задачу: находить наибольшую скорость подачи vs(p) по известной мощности резания Рр. По известным Рр и исходным условиям резания вычисляют наибольшую возможную табличную силу Fхт, используя преобразования по формулам (8.46)…(8.49)

, (8.51)

где Рр — мощность резания, Вт;

b — ширина срезаемого слоя, мм, для пилы с разведенными зубьями b равна толщине пилы В; для пилы с плющеными зубьями b = Bпр.

По вычисленной силе Fхт и заданной высоте пропила t по табл. 8.5 находят наибольшую допускаемую толщину срезаемого слоя а = aср. По найденной толщине срезаемого слоя а определяют подачу на зуб: для плющеных зубьев Sz » a, для разведенных Sz » (В/Впр)а. По Sz вычисляют скорость подачи vs(p), допустимую по мощности главного движения Рр:

. (8.52)

Ленточные пилы изготавливают в соответствии с ГОСТ 6532–77 «Пилы ленточные для распиловки древесины» и ГОСТ 10670–77 «Пилы ленточные для распиловки бревен и брусьев». Линейные и угловые размеры ленточных пил приведены в табл. 8.6. Профили зубьев показаны на рис. 8.5, в. Предприятиям поставляются пилы для распиливания древесины узкие1 (столярные), для распиливания древесины широкие 2 и 3 (делительные), для распиливания бревен и брусьев 4. Материал пил — сталь легированная инструментальная марки 9ХФ (ГОСТ 5950-73). Узкие пилы 1 могут быть изготовлены из инструментальной углеродистой стали марки У10А (ГОСТ 1435-74). Твердость пил 1, 2 и 3 HRCЭ = 40...44, пил 4 HRCЭ = 42...46.

Таблица 8.6

Размеры и углы зубьев ленточных пил

Параметры пилы Пилы
столярные (профиль 1) делительные для распиловки бревен и брусьев (профиль 4)
профиль 2 профиль 3
Толщина ленты b, мм Ширина ленты а, мм Шаг зубьев tз, мм Высота зуба hз, мм Радиус закругления впадины r, мм Угол, град Задний a Заточки b Передний g 0,6–0,9 10–60 6–12 2,0–6,5 1,5–2,5   0,9–1,2 50–175 30–50 9–13 3–4   0,9–1,2 50–175 30–50 7,5–15 3–4   1,4–2,2 230–350 50–80 16–24 5–8  

 

За рубежом выпускают разные по характеристикам ленточные пилы. Например, чешская фирма Pilana Tools a.s. производит ленточные пилы из углеродистой стали С75. Эта гибкая и упругая сталь по основным показателям близка отечественной марке углеродистой стали 75 (ГОСТ 1058-88) и имеет твердость HRCЭ = 42...47. Такой же материал использует и немецкая фирма Banholzer GmbH, но лучшим материалом для изготовления ленточных пил считают сталь шведской фирмыUddeholm. Помимо ленточных пил с равномерной твердостью полотна по ширине выпускают инструмент с твердостью тела HRCЭ = 30...33 и закаленными до твердости HRCЭ = 63...65 вершинами зубьев и задней кромкой полотна. Иногда твердость вершин зубьев таких пил доводят до HRCЭ = 63...68, а полотна до HRCЭ = 48...53. Подобный инструмент пригоден не только для обработки древесины, но и для пиления древесных материалов и пластиков. В последнее время все чаще применяют наплавку на зубья ленточных пил литого твердого сплава на основе кобальта, хрома, вольфрама и углерода – стеллита, уширяя зубчатый венец по отношению к полотну в 2,2…2,6 и в 2,0…2,2 раза для обработки хвойных и твердолиственных пород соответственно.

Как правило, столярные пилы разводят, а делительные и бревнопильные плющат. Выбор толщины ленточной пилы обусловлен напряженным состоянием ее в процессе работы. Пила, надетая на шкивы, должна быть предварительно натянута, чтобы передавать усилие и обладать необходимой жесткостью. Предварительное натяжение s = 50...60 МПа. При движении ленты по дуге шкива возникают центробежные силы, создающие напряжения растяжения примерно 20 МПа. Из-за сопротивления резанию часть ленты (на прямом участке) под столом растягивается, а над столом сжимается; эти напряжения также порядка нескольких мегапаскалей. Наибольшие напряжения испытывает лента при огибании шкива.

Если предел прочности ленты на разрыв в среднем 700…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, напряжения от изгиба ленты на шкиве не должны превышать 200 МПа. Тогда при модуле упругости стали E = 200000 МПа получаем:

или . (8.53)

Это предельная толщина ленты. Обычно назначают b в пределах (0,001...0,0007 )Dш.

Выбор остальных размеров ленточной пилы определяется конструкцией станка и типом пилы:

Lmax = pDш + 2lmax + 15; ; aдел = Bш + hз, (8.54)

где Lmax — начальная длина ленты (при нарезке от рулона), мм;

Dш — диаметр пильного шкива, мм;

lmax — наибольшее расстояние между осями пильных шкивов, мм;

15 мм — припуск на пайку внахлестку;

aст — начальная ширина столярной ленточной пилы, мм;

Rкр — наименьший радиус кривизны пропила, мм;

b1 — развод зубьев на сторону, мм;

aдел — начальная ширина делительной ленточной пилы, мм;

Bш — ширина обода пильного шкива, мм;

hз — высота зуба пилы, мм.