Влияние скорости резания на процесс пиления древесины круглыми пилами

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ НА ПРОЦЕСС ПИЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ КРУГЛЫМИ ПИЛАМИ

Н.К. ЯКУНИН, профессор, почетный академик РАЕН, засл. работник лесной промышленности

В различных производствах работает много круглопильных станков, для которых промышленность ежегодно выпускает более 500 тыс. круглых пил.

За последние 20 лет у нас и за рубежом исследовано влияние разных факторов на усилия, удельную работу резания, шероховатость поверхности распила, вибрацию пильных дисков, затупление зубьев и процесс удаления опилок из пропила при пилении древесины круглыми пилами. Однако влияние скорости резания на процесс пиления круглыми пилами иногда недооценивается.

В последние годы в нашей стране стали появляться проекты различных руководящих материалов, в которых влияние скорости резания на энергозатраты, шероховатость поверхности распила и устойчивость пил в работе отражено не совсем правильно, рассматривается без учета ранее выполненных работ. В конструкции станков и проекты руководящих технических материалов (РТМ) иногда закладываются не оптимальные режимы пиления.

На некоторых предприятиях появляются необоснованные попытки увеличить скорость резания, для чего завышают частоту вращения пильных валов, делают различные конструктивные усложнения без получения от этого положительного экономического эффекта, что наносит материальный ущерб промышленности.

В исследованиях влияния скорости резания на процесс пиления, выполненных в 1959-1975 гг., были использованы совершенные измерительные приборы и специальные экспериментальные установки, позволившие выявить новые зависимости влияния скорости резания на процесс пиления и разработать практические рекоменда-

ции. Для практических целей важно знать, как влияет скорость срезания стружки на качество продукции, частоту среза (на шероховатость образуемой поверхности), на усилия и удельную работу резания, устойчивость пил.

Для правильного определения этого влияния необходимо изменять только скорость резания, а все остальные параметры -толщину срезаемой стружки, подачу на резец (зуб пилы), объем срезаемой древесины, состояние пил, станка - в сравниваемых опытах сохранять постоянными. К сожалению, эти требования не всегда соблюдаются.

По мнению некоторых исследователей, с увеличением скорости резания шероховатость поверхности распила уменьшается. Объективно для таких выводов нет оснований, поскольку в этих работах одновременно с изменением скорости резания и изменялась и подача на зуб иг. В действительности скорость резания была средством для изменения подачи на зуб.

В 1953 г. в опытах ЦНИИМОДа, проведенных автором на специальной экспериментальной установке, при исследовании режимов пиления и профилировки зубьев круглых пил для продольной распиловки древесины хвойных и твердых лиственных пород было обнаружено иное влияние скорости резания на удельную работу, усилия резания, шероховатость поверхности распила и вибрацию пил. В опытах изменялась только скорость резания (и = 20; 40; 60; 80; 100; 120 м/с), а все остальные условия сохранялись постоянными (подача на зуб и2 = 0,20; 0,41; 0,62 мм и высота пропила Я = 20; 40; 60 мм для каждой скорости резания). Шероховатость поверхности распила определялась методом теневого сечения и строгания. Первым

методом находилась глубина неровностей среза волокон, вторым определялись суммарные неровности (неровности среза и кинематические). Пилы готовились тщательно, на изучаемых образцах рисок не было.

Эти опыты позволили сделать следующие основные выводы:

с увеличением скорости резания удельная работа резания сначала уменьшается, а затем (после 50 м/с) растет (рис. 1), при этом шероховатость поверхности распила не изменяется (рис. 2). Оптимальная скорость резания находится в пределах 40-60 м/с (средняя 50 м/с);

Рис. 1. Зависимость удельной работы резания от скорости резания: Н = 60 мм; 9ср = 61°; Ь = 3,6 - 3,7 мм; 1 - щ = 0,26 мм;

2 - «2 = 0,41 мм; 3 - иг = 0,64 мм

//г;, ыкм

..д,~ -1

\ г 1 Л

¥} 8(1 тм/с

Рис. 2. Зависимость глубины неровностей

(шероховатости поверхности распила) от скорости резания: 0ср = 61°; 1 - иг = 0,64 мм; 2 - и2 = 0,41 мм; 3 - иг = 0,26 мм

основное влияние на шероховатость поверхности распила (при всех прочих равных условиях в хорошо подготовленной пиле) оказывает толщина срезаемой стружки, которая при постоянном и наибольшем кинематическом угле встречи определяется подачей на зуб (рис. 3). При указанных ско-

ростях резания скорость подачи может быть доведена до 150 м/мин, при и2 = 1 мм и пиле с г = 60. Это было проверено на предприятиях Кирова, Красноярска, Архангельска.

НСр, мкм

иг%ын

Рис. 3. Зависимость глубины неровностей (шероховатости поверхности распила) от величины подачи на зуб: 0ср = 61°;

1 - и = 20 м/с; 2 - и = 60 м/с; 3 - и =

100 м/с

В формировании поверхности распила главную и определяющую роль играют не боковые кромки, а короткая режущая кромка, создающая в древесине опережающие трещины. В тех случаях, когда наибольшая толщина опилок меньше зазора между пилой и стенками пропила, они не заполняют меж-дузубных впадин и под воздействием составляющих силы инерции в больших количествах попадают в пропил, ухудшая условия работы пил.

При увеличении скорости резания с сохранением постоянной подачи на зуб (при всех прочих равных условиях) мощность, расходуемая на резание, растет более интенсивно, чем производительность. При увеличении скоростей резания и подачи в 6 раз мощность, расходуемая на резание, возрастает в 9 раз.

В 1955 г. в Белорусском лесотехническом институте исследователи пришли к выводу, что при выполнении условий зависимости (1) у пил большого диаметра зубья располагаются более выгодно относительно распиливаемого материала, из-за чего с ростом скорости резания должны уменьшиться удельная работа, усилия резания и шероховатость поверхности распила.

а+Н<Я совб,

где а - высота подъема стола станка, мм;

Я- высота пропила, мм;

Я - радиус пилы, мм;

5 - угол резания, град.

Для объективной оценки процесса пиления ЦНИИМОД совместно с БЛТИ, провел специальные опыты по согласованной методике двумя способами. В них были соблюдены условия зависимости (1). В первом случае скорость резания изменялась в пределах 58-100 м/с путем увеличения частоты вращения пильного вала при постоянном диаметре пилы, во втором - скорость резания изменялась в том же диапазоне в результате увеличения диаметра пилы от 300 до 500 мм при постоянной частоте вращения пильного вала. Оба способа позволили получить одинаковые закономерности, пока-

зывающие увеличение удельной работы с ростом скорости резания и отсутствие влияния этой скорости на шероховатость поверхности распила. Это полностью подтвердило выводы автора.

В 1966 г. З.Д. Читидзе, в 1969 г. Б.Б. Миндели (МЛТИ), в 1971 г. В.В. Шуин (АЛТИ) провели серию опытов, связанных с исследованием влияния скорости резания на процесс продольного пиления круглыми пилами древесины хвойных и твердых лиственных пород, на специальных экспериментальных установках, оснащенных современной измерительной аппаратурой, а у Б.Б. Миндели - и кинофотосъемочной аппаратурой. При изменении скорости резания все остальные факторы сохранялись постоянными. Основные общие выводы, сделанные по выполненным работам, приведены в табл 1.

Таблица 1

Параметры Н.К. Якунин, ЦНИИМОД и = 20; 40; 60; 80; 100; 120 м/с щ = 0,26; 0,41; 0,64 мм Н= 20; 40; 60 мм З.Д. Читидзе, МЛТИ и = 32; 42,5; 64,3; 74,7; 94,3 м/с иг = 0,2; 0,7ммЯ= 40; 60; 80 мм Б.Б. Миндели, МЛТИ и = 0,477; 30; 59; 5; 89 м/с иг = 0,27; 0,54 мм Н= 20; 40; 60; 80 мм В.Б. Шуин, АЛТИ и = 20; 39,6; 50,2; 60,7; 80; 104 м/с м2 = 0,025; 1,2 мм Я =30; 60; 80; 100; 120 мм

Мощность резания /V, кВт Растет с увеличением и, опережая рост скорости подачи Растет с увеличением и Растет с увеличением и Растет с увеличением и

Усилие резания Рш кгс При и = 20+40 м/с Ри уменьшается, а при и = 60+120 м/с Ри растет. Ри наименьшее при и = 40+60 м/с Ри имеет наименьшее значение при и = 50 м/с. При и > 50 м/с Р растет Р0 имеет оптимальные значения при и = 30; 59,5 м/с При и = 20+40 м/с Ри уменьшается, а затем растет

Удельная работа резания К, кгс м/см3 С ростом и от 20 до 40 м/с К уменьшается, при увеличении от 60 до 120 м/с - К растет. Наименьшее значение К имеет при и = 40+60 м/с Наименьшее значение К имеет при и = 50 м/с, при и > 50 м/с К растет С увеличением и от 0,477 м/с К сначала уменьшается, а затем интенсивно растет Наименьшее значение К находится в диапазоне и = 30+60 м/с С увеличением и от 20 до 40 м/с К уменьшается, а затем растет

Шероховатость поверхности распила Не зависит от и Не зависит от и Не зависит от и -

Колебания (вибрация) пильного диска С ростом о от 33 до 81 м/с амплитуда колебаний имеет наименьшее значение при и = 66 м/с С ростом и от 74,7 м/с колебания диска уменьшаются, а затем растут - -

Решающее влияние на шероховатость поверхности распила оказывает толщина срезаемой стружки е, определяемая при постоянном наибольшем кинематическом угле встречи подачей на зуб (см. формулу (6)).

Аналогичный характер изменения удельной работы резания, в зависимости от скорости резания и отсутствие ее влияния на шероховатость поверхности, обнаружили и при фрезеровании А.К. Петруша (ЛТА, 1953 г., и = 4,5+50 м/с), М.М. Козел (БЛТИ, 1955 г., о = 30+90 м/с), Н.А. Кряжев (МЛТИ, 1963 г., и = 14,19,28,38, 50 м/с).

В 1958-1961 гг. П.П. Есипов (ЦНИИ-МОД) выявил , что при поперечном пилении древесины скорость резания (в пределах и = 31,4; 50; 75; 95,5 м/с) при всех прочих равных условиях не оказывает влияния ни на удельную работу резания, ни на шероховатость поверхности распила. Шероховатость поверхности также определяется толщиной срезаемой стружки.

В 1961 г. А.Е. Феоктистов (ЦНИИ-МОД) обнаружил, что при пилении древесины ленточными пилами скорость резания в исследованном диапазоне 25-45 м/с и прочих равных условиях не оказывает влияния на силовые параметры и что основное влияние на них оказывает подача на зуб.

Таким образом, приведенные работы дают основание считать установленными при продольной распиловке древесины круглыми пилами как закономерность изменения усилия и удельной работы резания, наличие оптимальных скоростей резания в диапазоне 40-60 м/с, отсутствие влияния ее на шероховатость поверхности распила. Эти выводы являются объективными.

Отсутствие влияния скорости резания на шероховатость поверхности распила и сложный характер изменения удельной работы и усилия резания можно объяснить сложностью процесса стружкообразования, удаления опилок и образования поверхности распила. Поверхности распила при продольном пилении древесины круглыми пилами образуются не боковыми режущими кромками, а ненаправленными опережающими

боковыми трещинами, распространяющимися вдоль волокон и возникающими под действием короткой режущей кромки, которые в итоге предопределяют и образуют поверхность раздела (пропила). В связи с этим, если стружка срезается быстрее, чем распространяются опережающие трещины, создающие в древесине остаточные деформации, или если опережающие трещины находятся в пределах толщины срезаемого слоя, то поверхности распила будут образовываться в результате перерезания волокон короткой и боковыми режущими кромками. В этом случае поверхность будет чистой.

Если скорость распространения опережающих трещин (остаточных деформаций) больше скорости срезания стружки или если опережающие трещины распространились за пределы толщины срезаемого слоя, то поверхность распила будет образовываться не боковыми и не короткой режущими кромками, а теми ненаправленными остаточными деформациями от опережающих трещин, которые возникли в древесине от действия предыдущего зуба и привели к разрушению связи между волокнами.

Используя теоретические выводы и зависимости доктора техн. наук С.А. Воскресенского и канд. техн. наук Н.А. Кряжева;, базирующиеся на прочностных характеристиках древесины, можно определить скорости резания, необходимые для срезания стружки без образования остаточных деформаций и опережающих трещин

о= I а"*се ,

"у ЗСТцУ соэб

где Стц - предел прочности древесины при изгибе вдоль волокон, кгс/мм2;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2);

с -коэффициент упругости древесины, кг/мм3;

у - объемная масса древесины, г/см3;

8 - угол резания;

0(1 - предел прочности древесины при растяжении поперек волокон, кгс/мм2;

е - толщина срезаемой стружки, мм.

Для сосны, использованной в опытах, эти значения были: ад = 7,9 кгс/мм ; оц = 0,16 кгс/мм2; с = 1,4 кг/мм3; у = 0,52 г/см3; 5 =60°.

Подставив эти значения в формулу (2), получим

и = 70,87-106 е = 933л/ё м/с. (3) Тогда скорость, при которой не будут возникать опережающие трещины, для различной толщины стружки будет равна

е, мм и, м/с е, мм и, м/с е, мм о, м/с

0,01 93 0,2 417 1,4 1103

0,02 132 0,4 590 1,6 1180

0,04 187 0,6 722 1,8 1251

0,06 228 0,8 834 2,0 1319

0,08 264 1,0 933 3,0 1615

0,1 295 1,2 1022 4,0 1865

Из приведенных данных видно, что во всех указанных опытах продольной распиловки круглыми пилами поверхность распила образовывалась за счет остаточных деформаций, образуемых опережающими трещинами, поскольку скорость их распространения была выше примененных скоростей резания.

На изменение удельной работы и усилий резания определяющее влияние оказывает ряд факторов. Значительные усилия расходуются на преодоление упругих и пластических деформаций, а также на образование остаточных деформаций новых опережающих трещин в распиливаемой древесине срезании стружек-опилок; на преодоление сил инерции опилок и их трения о пилу и стенки пропила. Очевидно, при скоростях резания от 20 до 50 м/с решающее значение имеют силы, идущие на преодоление упругих и пластических деформаций и на образование остаточных деформаций в распиливаемой древесине, а при скоростях резания 60-120 м/с происходит интенсивное увеличение сил инерции опилок и трения их между пилой и стенками пропила (опилки более интенсивно попадают в пропил под действием сил инерции). В результате усилия, идущие на преодоление сил трения и возросших сил инерции опилок, начинают преобладать

над усилиями, необходимыми для преодоления указанных деформаций.

Таблица 2

Диаметр пил, мм Число зубьев пил (ГОСТ 980 - 80) Диапазон изменения м2 при и = const п = const прод. попереч.

для продольной распиловки для поперечной распиловки

200 24,48,60 36,72,96 1:2:2,5 1:2:2,7

250 36,48,60 72,96 1:2:2,5 1:1,34

315 36,48,60 72,96 1:2:2,5 1:1,34

360 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:1,67

400 36,48,60 72,96,120 1-.2:2.5 1:1,34:1,67

450 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:1,67

500 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:2,5

560 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:2,5

630 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:1,67

710 36,48,60 72,96,120 1:2:2,5 1:1,34:1,67

800 48,60 72,96,120 1:1,25 1:1.34:1,67

900 72 72,96,120 I 1:1.34:1,67

1000 48,72 72,96,120 1:1,25 1:1.34:1,67

1250 48,72 72,96,120 1:1,25 1:1.34:1,67

1500 72 72,96,120 1 1:1.34:1,67

1600 72 72,96,120 1 1:1.34:1,67

Кроме того, известно, что при увеличении скорости нагружения (в данном случае скорости приложения сил резания зубом пилы) древесина в зоне контакта с передней гранью и короткой режущей кромкой сильно уплотняется и приобретает повышенные прочностные свойства, приближающиеся к свойствам изотропных материалов. В связи с этим на отделение стружки в этих условиях требуются и большие усилия.

Исследованиями установлено, что при сжатии вдоль волокон и изгибе прочность древесины увеличивается на 8 % при каждом десятикратном увеличении скорости нагружения. При увеличении скорости нагружения в 10 тыс. раз (около 48 м/с) по сравнению со статическим нагружением предел прочности сухой древесины увеличивается на 31 %, сырой - на 44 %, модуль упругости возрастает примерно на 14 %.

При скорости резания 100-120 м/с прочностные свойства древесины растут соответственно на 65-78 %. При этом сила инерции опилок также увеличивается и вызывает рост мощности, затрачиваемой на их удаление, с 0,0057 кВт при о = 20 м/с; и2 =0,26 мм; и = 12,87 м/мин до 1,66 кВт при и = 120 м/с; и2 = 0,26 мм; и -11 м/мин. Мощность, расходуемая на ускорение стружки, может быть подсчитана по формуле ^ _ НЬих> 2у

11940

где Н - высота пропила, м;

Ъ - ширина пропила, м; и - скорость подачи, м/мин; и - скорость резания, м/с; у - объемная масса, г/см ;

V/ - влажность, %.

Для условий опытов, когда Н = 60 мм; Ь = 3,6 мм; у =0,52 г/см3; Ж=20 %, эта формула принимает следующий вид:

Ы = 0.00000154 ми2.

Можно утверждать, что при повторении опытов, о которых было сказано, и сохранении в них сопоставимых условий будут получены такие же результаты, как и в указанных работах. В связи с этим дальнейшие усилия должны быть направлены на разработку рекомендаций по подчинению описанных выводов интересам производственной практики. Используя приведенные результаты работ, можно сформулировать ряд практических рекомендаций.

При высококачественной подготовке пильных дисков и зубьев, исправном состоянии круглопильных станков и всех прочих равных условиях шероховатость поверхности распила зависит только от толщины срезаемой стружки, которая при постоянном наибольшем кинематическом угле встречи определяется подачей на зуб. Чем меньше толщина срезаемой стружки, тем чище поверхность распила и наоборот. Следовательно, надо уметь влиять на толщину срезаемой стружки.

На схеме образования стружки (рис. 4) видно, что ее толщина е изменяется в зависимости от положения зуба в пропиле. Она наименьшая при входе зуба в пропил и наибольшая - при выходе из него. При этом подача на зуб иг по всей толщине распиливаемого материала одинакова:

Рис. 4. Схема образования стружки при пилении древесины круглыми пилами с расположением пильного вала: а - нижним; б - верхним

е = и2 sinG; 1000м

и =

nz

0 = arccos

а + Н

R

2 а + Н

0 = arccos

D

а а

0 = arccos

R

Выразив віл 0 через соб 0, получим:

е =

мин

;Л/і?2 -(а + Н)2 ' R

_ uiS/r2 ~(2а + Н)2 R 5

=•

и \lR2 -і ~R~~

где е - толщина стружки, мм;

щ - подача на зуб, мм;

Я- высота пропила, мм;

В - диаметр пилы, мм;

0 - угол встречи, °;

п - частота вращения пильного вала, об/мин;

г - число зубьев пилы, шт.

Из рис. 4 и формул (6), (9) следует, что стружка малой толщины образуется при небольшом диаметре пилы и малых углах встречи, особенно на выходе из пропила. Отсюда практический вывод: для получения

чистой поверхности распила необходимо работать пилами минимально допустимого диаметра при малых подачах на зуб и большой высоте подъема стола. При разработке конструкций конкретных круглопильных станков это обстоятельство необходимо учитывать. Следует закладывать технические средства, обеспечивающие изменение высоты расположения стола станка относительно пильного вала или высоты подъема пилы относительно рабочей поверхности стола станка. Выход пил из пропила не должен превышать 10 мм для пил диаметром до 600 мм и 40 мм при £) > 600 мм.

Из выражения (7) видно, что подачу на зуб можно уменьшить тремя путями: уменьшением скорости подачи и; увеличением числа зубьев пилы г\ увеличением частоты вращения пильного вала п.

Конструкции многих типов круглопильных станков - прирезные ребровые, многопильные - имеют соответствующие технические средства для ступенчатого или бесступенчатого изменения скорости подачи в определенных пределах. В таких станках скорость подачи регулируется изменением положения переключателя или регулятора. Однако уменьшение скорости подачи не всегда приемлемо, поскольку при этом уменьшается производительность станка.

Таблица 3

Диаметр пил, мм Число зубьев (ГОСТ 9769-69) Диапазон изменения uz при и = const и иг = const

для продольной и поперечной распиловки древесностружечных плит, фанеры, фанерованных щитов, облицованных древесноволокнистых плит для продольной распиловки клееной древесины, древесноволокнистых плит для высококачественной поперечной распиловки фанерованных щитов продольная и поперечная распиловка древесностружечных плит, фанеры, фанерованных щитов, облицованных древесноволокнистых плит продольная распиловка клееной древесины, древесноволокнистых плит высококачественная поперечная распиловка фанерованных щитов

200 24,36 16, 24, 36 1:1,5 1:1,5:2,35 -

250 24, 36, 56 16, 24, 36 1:1,5:2,3 1:1,5:2,35 -

320 36, 56, 72 24, 36, 56 56. 72 1:1,56:2,0 1:1,5:2,0 1:1,3

360 36, 56, 72 24, 36, 56 72, 96 1:1,56:2,0 1:1,5:2,0 1:1,34

400 36, 56, 72 24, 36, 56 72, 96 1:1,56:2,0 1:1,5:2,0 1:1,34

450 - 36, 56 - - 1:1,5 -

При неизменной частоте вращения пильного вала более рациональным способом уменьшения подачи на зуб является увеличение числа зубьев пилы. ГОСТ 980-80 «Пилы круглые плоские для распиловки древесины»; ГОСТ 9769-79 «Пилы дисковые дереворежущие с пластинками из твердого сплава», ГОСТ 18479-73 «Пилы круглые строгальные для распиловки древесины» предусматривают выпуск пил с различным числом зубьев (табл. 2, 3,4).

Это позволяет уменьшать подачу на зуб в 1,2-2,7 раза. Следовательно, в инструментальных кладовых для конкретных станков необходимо иметь пилы разных диаметров и толщины с различным числом зубьев. В тех случаях, когда к поверхности распила предъявлены повышенные требования, следует взять в инструментальной кладовой пилу минимального диаметра (допустимого для конкретных условий) с наибольшим числом зубьев. Из табл. 2, 3, 4 следует, что число зубьев пил диаметром 315-800 мм целесообразно увеличить с таким расчетом, чтобы можно было изменять подачу на зуб в диапазоне 1 : 4; 1 : 6, т. е. иметь не три, а пять - семь значений чисел зубьев (36, 54, 72, 90, 100, 128, 144). В этом случае уменьшится междузубная впадина, но этого бояться не следует, так как пилы будут работать при малых подачах на зуб и при распространенных высотах реза впадина опилками не заполняется.

Уменьшать подачу на зуб увеличением частоты вращения пильного вала довольно сложно. Обычно это связано с изменением конструкции станка: заменой приводных шкивов при ременной передаче, заменой электродвигателя при встроенном приводе, использованием подшипников повышенной точности, применением специальных цельнотканых приводных ремней, изменением частоты тока с использованием специальных высокочастотных электродвигателей, применением постоянного тока и т. д. Все это неизбежно ведет к значительным затратам времени и средств. В связи с этим этот метод уменьшения подачи на зуб необходимо применять тогда, когда более простыми спо-

собами не удается повысить производительность станка и улучшить чистоту поверхности распила.

К круглым пилам, оснащенным пластинками твердого сплава, подходить надо несколько иначе. Исследовательскими работами установлено, а производственной практикой подтверждено, что пластинки твердого сплава работают стабильно (без поломок и выкрашиваний) только при малых подачах на зуб. При этих условиях в ряде случаев их стойкость превышает стойкость режущих кромок зубьев обьгчных пил более чем в 30 раз. Поэтому для таких пил рекомендуется применять повышенные скорости резания (около 80 м/с). При этих скоростях резания и малых подачах на зуб износостойкость твердого сплава не снижается. В этих условиях эффективность от твердосплавных пил выше, чем затраты на перерасход энергии и эксплуатацию станка. При этом следует иметь в виду, что, увеличив скорость резания, необходимо сразу же увеличить проковку (ослабление) средней зоны пильных дисков. Нормативов проковки пил для скоростей резания более 60 м/с не разработано, поэтому величину проковки необходимо подбирать с учетом конкретных условий. Для и = 80-90 м/с проковку необходимо увеличить примерно в 1,5 раза в сравнении с проковкой, приведенной в ГОСТ 980-63 (табл. 6). Серьезным недостатком ГОСТ 9769-79 на пилы с пластинками твердого сплава является отсутствие в нем рекомендаций по величинам ослабления средней зоны, что не позволяет заводу-изготовителю выпускать работоспособные пилы.

Таблица 4

Диаметр пил, мм Число зубьев (ГОСТ 18479-73) Диапазон изменения uz при п = const и и = const

для продольной распиловки для поперечной распиловки продольная распиловка поперечная распиловка

200 48, 60 60 1:1,25

250 48, 60 72 1:1,25

315 60, 72 72, 96 1:1,2 1:1.2

360 60, 72 72, 96 1:1,2 1:1,2

400 60,96 96 1,6 -

В 1954-1956 гг. на страницах наших отраслевых журналов рассматривалось так называемое скоростное резание с пониженным энергопотреблением. Попытки осуществить это предложение на практике с целью улучшения качества пропила и повышения производительности станка автору не раз приходилось видеть на лесопильных и мебельных предприятиях в 1973-1975 гг.

Сущность этого предложения состоит в том, что одновременно с увеличением частоты вращения пильного вала рекомендуется уменьшить во столько же раз (или несколько меньше) число зубьев пилы. Это предложение не может дать ни улучшения чистоты поверхности распила, ни увеличения производительности станка, поскольку главный фактор - толщина срезаемой стружки (и подача на зуб) при всех прочих равных условиях здесь не изменяется. Это можно видеть и из формул (6), (7).

Допустим, что частоту вращения пильного вала увеличили в 2 раза и одновременно уменьшили в 2 раза число зубьев на пиле. Использовав выражение (4), получаем

1000м 1000м

м. = =-------.

2иг /2 т

Из формулы (14) видно, что подача на зуб не изменилась, а так как скорость резания сама по себе не влияет на шероховатость поверхности, то последняя не улучшится, а это не позволит увеличить и производительность станка из-за неизбежного ухудшения качества распила. Следовательно, переделка станка, увеличение частоты вращения пильного вала и затраты на пере-насечку зубьев на пиле никакого положительного результата дать не могут, и этим методом пользоваться не следует.

Результаты указанных работ были использованы и при изготовлении пил. Известно, что проковка круглых пил и подготовка пильных дисков к работе дело сложное, тонкое и требует высококвалифицированных специалистов.

Для обеспечения нормальной работы пил необходимы проверенные нормативы проковки, характеризуемой на практике ве-

личиной прогиба средней части пилы, расположенной на трех опорах в горизонтальной плоскости. В литературе встречаются попытки дать нормативы ослабления средней зоны круглых пил для различных скоростей резания. К сожалению, эти нормативы очень редко дают положительные результаты.

Сложность заключается и в другом. Завод-изготовитель выпускает более 500 тыс. круглых пил в год. Каждая пила должна быть отрихтована (выправлена) и прокована.

Как рихтовка, так и проковка пильных дисков осуществляются вручную. Опытный пилоправ, благодаря приобретенному навыку, как бы осязает, чувствует исходное, внутреннее состояние пилы и наносит удары молотком в тех местах, где это необходимо.

Попытки механизировать эту операцию, например вальцовкой, положительных результатов не дали, поскольку неизвестно исходное состояние пилы и распределение в ней внутренних напряжений, а это не позволяет заранее назначить и осуществить требуемый режим сплошного или выборочного вальцевания. Поэтому требование, предъявляемое иногда к заводу-изготовителю, поставлять полностью подготовленные пилы для всех режимов пиления, следует считать необоснованным. Отсутствие регламентированных скоростей резания до 1963 г. приводило на практике к обезличенной и ненормированной проковке пил, которые, поступив на лесопильно-деревообрабатывающие предприятия, подвергались перепроковке, так как заводская проковка, как правило, не соответствовала режиму работы станка.

На основании проведенных работ автором были разработаны нормативы проковки круглых пил для оптимальных скоростей резания (40-60 м/с). Завод-изготовитель стал проковывать круглые пилы для этих скоростей резания. В 1963 г. эти проковки были включены в ГОСТ 980-63, который в 1969 г. заменен расширенным ГОСТ 980-69 на круглые пилы. В этом ГОСТе уточнены нормативы проковок для пил больших диаметров (1000-1500 мм).

Все круглые пилы, выпускавшиеся за-водом-изготовителем по ГОСТ 980-69, проковывались для скоростей резания 40-60 м/с. Таким образом, впервые удалось организационно увязать между собой скорость резания, проковку пил, конструкцию станка и эксплуатацию пил. В тех случаях, когда станки обеспечивали эти скорости, новые пилы проковывать не требовалось.

В 1980 г. утвержден ГОСТ 980-80 на круглые пилы, который сделал величины проковок, практически обезличенными и этим ухудшил качество и стабильную работу пил.

Основываясь на перечисленных работах, автор разработал режимы пиления для хвойных и лиственных пород, опубликованные ранее, и классы шероховатости поверхности распила (табл. 5) в зависимости от толщины стружки и подачи на зуб при продольном пилении древесины хвойных пород круглыми пилами с разведенными и плющеными зубьями, которые полностью соответствуют классам шероховатости, предусмотренным ГОСТ 7016-68 «Древесина. Классы шероховатости и обозначения».

В заключение необходимо остановиться еще на одном вопросе, имеющем большое практическое значение. В различных отраслях промышленности периодически осуществляется оценка технического уровня выпускаемой продукции. Для этого соответствующие организации отбирают лучшие модели известных отечественных и зарубежных аналогичных станков и проводят сравнение их конструкции, в том числе и технических характеристик.

Если какие-то режимные параметры сравниваемого станка ниже аналогичных параметров лучших отечественных или зарубежных аналогов, то такие станки обычно оцениваются находящимися ниже уровня, относятся ко второй категории качества и в последующем подлежат снятию с производства. Механический подход к этому вопросу может привести к ошибочным результатам.

Рассмотрим это на примере. Допустим, что сравниваются два двухпильных обрезных станка. Станок № 1 имеет скорость

резания 50 м/с, скорость подачи 120 м/мин (диаметр пилы 400 мм, число зубьев пилы 60). Станок № 2 имеет скорость резания 80 м/с, скорость подачи 120 м/мин (диаметр пилы 600 мм, число зубьев пилы 36).

Если не учитывать результаты приведенных работ, первый станок следует отнести ко второй категории качества. Если же учесть результаты и выводы приведенных работ, следует отметить, что оба станка обеспечивают одинаковое качество поверхности распила, соответствующее 3-му классу шероховатости поверхности, но второй станок на ту же работу энергии расходует больше и готовить пилу для него труднее. Кроме того, на обрезных станках обычно обрезаются доски толщиной не более 80 мм, поэтому диаметр пилы и остальные параметры станка здесь без надобности завышены. В связи с этим оценка станков должна быть прямо противоположной. Станок № 2 следует отнести ко второй категории качества, так как он требует повышенных энергетических и материальных затрат на единицу продукции и на эксплуатацию.

Следовательно, в таких случаях необходимо подходить дифференцированно, с учетом конкретных условий и результатов имеющихся научно-исследовательских работ.

За последние годы стали появляться проекты ГОСТов на основные параметры и размеры круглопильных станков. В этих проектах указывается, что скорость резания должна быть не менее 60 м/с. Из всего изложенного видно, что такая запись противоречит как объективным результатам научно-исследовательских работ, так и нормативам проковки круглых пил, заложенным в ГОСТ 980-69. Реализация такой записи на практике приведет к скоростям резания более 60 м/с, а это вынудит работников предприятий-потребителей перепроковывать все поступающие круглые пилы, что неизбежно нанесет большой ущерб промышленности. Поэтому возникновение указанных записей следует объяснить слабой проработкой таких проектов ГОСТов. Кроме того, из теории и практики известно, что круглые пилы большого диаметра труднее править и про-

ковывать, и в работе они менее устойчивы, чем пилы малого диаметра. Однако применение круглых пил малого диаметра при той же частоте вращения пильного вала ведет к снижению скорости резания (часто менее 50 м/с), что запрещено правилами по технике безопасности. В результате конструкторы

при разработке круглопильных станков вынуждены увеличивать как диаметры круглых пил, так и частоту вращения пильных валов, обеспечивая этим скорость резания 50 м/с и более. И то и другое ведет к нерациональному увеличению габаритных размеров станков и усложнению их конструкции.

Таблица 5

Класс шероховатости по ГОСТ 7016-68 Характеристика поверхности Глубина неровностей максимальная мкм, не более Наибольшая толщина срезаемой стружки, мм, для зубьев

разведенных плющеных разведенных плющеных

1-й Очень грубая, рваная, имеются глубокие вырывы волокон и риски глубиной до 2,5 мм и рваные кромки; для изделий без строгания не пригодна 1600 2,20 4,40 2,50 5,00

2-й Грубая, имеются вырывы волокон и риски глубиной до 1,2 мм и рваные кромки при выходе пилы из пропила 1200 1,56 3,12 1,80 3,60

3-й Шероховатая, имеются вырывы волокон и риски глубиной до 0,8 мм; применяется без строгания (если к поверхности предъявляются низкие требования) 800 1,04 2,08 1,20 2,40

4-й Шероховатая, имеются риски и вырывы волокон глубиной до 0,5 мм; может быть использована для деталей без строгания 500 0,52 1,04 0,60 1,20

5-й Чистая, имеются незначительные риски глубиной до 0,32 мм; может быть использована для деталей, не требующих строгания 320 0,26 0,52 0,30 0,60

6-й Чистая, неровности глубиной до 0,2 мм; может быть использована для деталей, не требующих строгания 200 0,16 0,32 0,19 0,38

7-й Чистая, близкая к строганой, глубина неровностей до 0,1 мм 100 0,08 0,16 0,09 0,18

8-й Чистая, глубина неровностей до 0,06 мм 60 0,04 0,08 0,05 0,10

Таблица 6

Станок Диаметр пил, мм Частота вращения, об/мин Скорость резания, м/с Число зубьев пилы, шт. Скорость подачи, м/мин Подача на зуб, мин

Фирмы «Ан- 300 5500 91 36,48, 56 21 0,1; 0,08; 0,07; 0,06; 0,05

тон» 350 4500 83 60, 72 12 0,07; 0,055; 0,047; 0,044; 0,037

Фирмы «Швабедисен» 400 3000 60 60, 72 20 0,186; 0,14; 0,12; 0,11; 0,093

430 3000 63 60, 72 20 0,186; 0,14; 0,12; 0,11; 0,093

ЦТМФ 400 2880 59 60, 72 14-21 0,135, 0,068; 0,2; 0,1

320 3660 61 60, 72 12 0,09; 0,045

Очевидно, некоторые ГОСТы, касающиеся круглопильных станков, и некоторые правила целесообразно пересмотреть и там, где имеются такие записи, внести соответствующие уточнения. Наиболее правильной будет такая запись: «Скорость резания не менее 40 м/с». Незнание закономерностей влияния скорости резания на процесс пиления иногда приводит к весьма нежелательным последствиям. Например, мебельной промышленности для раскроя древесностружечных плит поставлены круглопильные станки различных фирм. Эти станки имеют основные технический данные, приведенные в табл. 6. У всех этих станков, имеющих одно назначение, разные режимы пиления, а у станка фирмы «Антон» частота вращения пил без надобности завышена, и он создает больший шум, чем другие станки. Учитывая все изложенное, для сохранения хорошей поверхности распила необходимо выдержать подачу на зуб в пределах 0,05...0,2 мм, а это можно получить, например, при следующих условиях: п = 2500 об/мин; 2 = 60; 72; 90 шт. Тогда при

и = 12 м/мин подача на зуб соответственно будет равна иг = 0,071; 0,059; 0,048 мм, а при и =21 м/мин иг = 0,125; 0,105; 0,083 мм.

Учитывая, что уровень шума пропорционален квадрату окружной скорости пил и четвертой степени частоты вращения пил, можно при уменьшении п ожидать снижения уровня шума, например, на станке фирмы «Антон» на 7-8 дБ, без ухудшения качества поверхности распила.

Автор не ставил перед собой задачу рассмотреть все работы по круглым пилам, выполненные за последние годы в различных организациях: ЛТА, МЛТИ, АЛТИ, ЦНИИ-МОДе и др. Автор рассмотрел только те работы, результаты которых ближе к производственной практике. Автор надеется, что приведенные практические рекомендации будут способствовать правильному выбору способов повышения производительности круглопильных станков и качества вырабатываемой продукции, а краткие сведения о некоторых ранее выполненных работах помогут исключить повторения и разработку необоснованных технических рекомендаций.