Выбор пильного диска и режимов пиления для многопильного станка

Многопильный станок (впрочем, как и любое другое деревообрабатывающее оборудование) требует серьезного подхода при выборе режущего инструмента. Даже если производитель поставляет пильные диски в комплекте со станком, важно понимать, что одни и те же пилы не могут быть универсальными для всех типов древесины и условий работы. Эффективность пильных дисков может проявляться по-разному даже на двух одинаковых станках. На работе режущего инструмента сказываются  порода древесины, ее влажность и плотность, погодные условия и режимы эксплуатации. А сама конфигурация пилы диктует режимы пиления, которых нужно придерживаться, чтобы обеспечить хорошее качество реза.

Режим пиления определенное сочетание скорости резания и скорости подачи, зависящее от физико-механических свойств и размеров распиливаемого материала, параметров и состояния оборудования и инструмента, требований к качеству обработки.

Если при распиловке вы столкнулись с такими проблемами, как грубый и шероховатый распил (вплоть до трещин и разрывов), подрезка полотна, преждевременное затупление зубьев или их выламывание, скручивание полотна, плавающая ступенька (при распиловке на двухвальном многопиле) значит, были допущены ошибки в выборе режимов резания либо ильный диск не подходит для вашего оборудования. В этой статье мы разберем наиболее существенные факторы, оказывающие влияние на режимы резания пильного диска. Игнорировать их значит, подходить к делу распиловки древесины непрофессионально, и не стоит удивляться результату, не соответствующему ожиданиям.

Итак, основными факторами, оказывающими влияние на режимы пиления
в многопильном станке  являются:

• скорость резания;
• подача на зуб;
• обороты пильного вала;
• скорость подачи пиломатериала;

Обозначим теперь факторы, определяющие выбор дисковой пилы исходя из допустимых режимов пиления оборудования:

• Шаг зуба;
• Высота пропила;
• Диаметр и толщина пильного полотна;
• Количество зубьев.

Стоит отметить, что под высотой пропила подразумевается расстояние, на которое полотно пильного диска врезается в заготовку.  Не стоит путать с глубиной пропила - максимально возможным расстоянием, на которое пила может погрузиться в заготовку. Т.е. в первом случае параметр характеризуется размером распиливаемой поверхности, во втором - диаметром пильного диска. Эффективность использования пил можно увеличить, установив диски минимально возможного для данной высоты пропила диаметра.  Другие характеристики пильных дисков мы подробно рассматривали в одной из предыдущих статей. Рассмотрим подробнее, как все вышеизложенные параметры связаны друг с другом.

ШАГ ЗУБА

Довольно часто параметр «шаг зуба» путают с количеством зубьев на пильном диске, между тем это разные характеристики. Шаг зубьев – это расстояние между двумя зубьями (измеряется в миллиметрах), и этот параметр при подборе круглой пилы необходимо прежде всего учитывать в расчетах. 

При продольном пилении величина шага зуба должна быть достаточной для того, чтобы в этот промежуток могло уместиться от 2 до 4 зубьев. Это имеет решающее значение в многопильных станках, где пилы устанавливаются со смещением зубьев. Такая конфигурация стабилизирует положение пильного полотна в древесине - сама распиливаемая заготовка становится стабилизатором.  При поперечной распиловке, а также распиловке плитных материалов в пропиле шага зуба может быть большее количество зубьев.  

ПОДАЧА НА ЗУБ

Подача на зуб  - это дистанция, которую проходит на рабочем столе заготовка за период обработки одного зуба, измеряется в мм. Этот параметр определяет, с одной стороны, шероховатость пиломатериала после распила и максимальный полезный выход материала за жизненный цикл пильного диска.

Это важный фактор для выборов режимов резания. Правильный подбор подачи на зуб является ключевым для извлечения максимального полезного выхода древесины из всего жизненного цикла пильного диска.

Слишком малая подача на зуб будет приводить к перегреву пильного диска, каждый зуб посредством трения нагревается, но в тоже время пила продвигается вперед с каждым зубом срезает нагретую область. С опилкой это тепло отводится, т.е. само продвижение пилы через заготовку работает как система охлаждения. Чем выше подача на зуб – тем меньше перегрев диска, но качество пропила снижается (т.н. шероховатость). Кроме того, слишком большая подача на зуб может привезти к вырву(слому) твердосплавной напайки или переполнению межзубной впадины срезаемой стружкой.

Рассчитать подачу на зуб для пильного диска можно по формуле

Таким образом, что подачу на зуб можно регулировать путем увеличения или уменьшения скорости подачи заготовки и изменения кол-ва зубьев пильного диска (Частоту вращения приводов в данном случае принимаем за постоянную величину, поскольку нам нужно подобрать пилу и режимы резания для конкретного оборудования, а не модернизировать само оборудование).

Опытным путем, через проведения испытаний многих исследований в области резки древесины и древесных композитных материалов выведены следующие оптимальные значения подачи на зуб:

Материал	Подача на зуб
Массив древесины, торцевание (поперечное пиление)	0,1-0,35
Мягкая древесина, продольное пиление	0,2-0,3
Твердая древесина, продольное пиление	0,06-0,15
Массив древесины, сухая, продольное пиление	0,3-0,5
Массив древесины естеств. влажности,    продольное пиление	0,4-1,0
Массив древесины, обрез кромок горбыля	0,7-1,5
Ламинат	0,05-0,12
ДВП	0,08-0,25
ДСП	0,08-0,25
Фанера	0,08-0,25

Рекомендованная величина подачи на зуб будет отличаться у разных производителей в связи с особенностями и характеристиками пил. Эта информация содержится в документации к пильным дискам. На практике при распиловке древесины величина подачи на зуб обычно лежит в интервале 0,2 - 0,4 мм

СКОРОСТЬ ПОДАЧИ пиломатериала

Если необходимо выбрать режим резания для имеющихся в наличии пильных дисков, то в первую очередь нужно рассчитать скорость подачи материала. Эта величина  измеряется в  м/мин и определяется

скоростью вращения (частота вращения пильного вала, обороты), числом зубов пилы и рекомендованной подачей на зуб.

Для расчета скорости подачи на многопильных станках (продольное пиление) существует такая формула :

Отметим, что значение КПД составляет как правило - 0,8 для клиноременной передачи, 0,9 без клиноременной.

Станки с фиксированной скоростью подачи  более требовательны к выбору пильного диска, поскольку в этом случае подстройка под особенности пильного полотна невозможна. Существенным преимуществом будет являться плавной регулировки скорости подачи. Так вы сможете правильно и точно оптимизировать подачу материала на зуб.

Высокая скорость подачи (около 20 - 30 м/мин) обеспечивает более долгий срок службы дисковой пилы, однако качество поверхности распиливаемой древесины при этом ухудшается.

УДЕЛЬНАЯ РАБОТА РЕЗАНИЯ

Этот параметр был упомянут в предыдущей формуле, поэтому уделим и ему внимание. Этот фактор находится во взаимодействии с другими параметрами, оказывающими влияние на режимы пиления. Условная удельная работа – это работа, затраченную на срезание и деформацию 1 см3 древесины.   Данная величина характеризует динамику процесса резания.

Данная  величина зависит от величины подачи на зуб. Кроме того, на величину удельной работы влияют такие факторы, как порода и влажность древесины,   направление резания в отношении волокон, угол резания резца, степень его затупления, форма лезвия, величина шага зубьев пилы и др.

Вот некоторые значения удельной работы резания (для древесины хвойных пород):

Удельная работа резания	Подача на зуб
5,5 кгсм/см3	0,2 мм
4,9 кгсм/см3	0,25 мм
4,5 кгсм/см3	0,3 мм
4,1 кгсм/см3	0,4 мм

СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ

При выборе наиболее подходящего диаметра пильного полотна главной задачей становится найти минимальный допустимый диаметр пильного диска.  Меньший размер пилы не только обеспечит меньшую толщину пропила (соответственно, получаем больше полезного выхода), но и более стабильный пропил, а также и меньшее   потребление электроэнергии. Стоимость дисков также снижается.

Как уже было сказано выше, диаметр подбирается исходя из высоты пропила, но учитывать нужно и такой параметр, как скорость резания. Она зависит в том числе от оборотов пильного вала. Очевидно, что станки с возможностью регулировки оборотов пильного вала будут иметь преимущество.  

СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ  – это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени.  На многопильных станках скорость резания измеряется в метрах в секунду (м/с).

Иными словами, скорость резания - это то расстояние, которое зуб пилы проходит через древесину за одну секунду (Не путайте с подачей на зуб – там мы замеряем расстояние, которое проходит заготовка, здесь – расстояние, которое проходит зуб пилы).

Пильные диски с твердосплавными напайками для продольной распиловки древесины на многопильных станках требуют относительно высоких скоростей резания.  Но не допускайте скоростей резания, превышающих рекомендованные значения  – это приведет к разрушению пильного диска.

Для расчета скорости резания существует следующая формула: 

Скорость резания создает баланс между силой резания в режиме и мощностью в интервале 50 - 70 м/с, при механической обработке(резание) древесины. Оптимальные значения скорости резания в деревообработке согласно практическим многолетним наработкам следующие:

Материал	Скорость резания
Массив древесины, торцевание	50-80
Массив древесины, сухая, продольное пиление	60-100
Массив древесины, естеств. влажности,    продольное пиление	60-100
Массив древесины, обрез кромок горбыля	60-100
Ламинат	60-80
ДВП	70-80
ДСП	50-80
Фанера	50-80

Что это означает на практике?

Рассмотрим применение формул в расчетах на  следующем примере.

Дано: Многопильный станок имеет диапазон подачи заготовки от 0 до 13 м/мин. Частота вращения приводов – 3000 об/мин. Установлены диски с количеством зубьев 18, диметр 250 мм. Толщина напайки – 3.2 мм. На каждом валу стоит по 6 пильных дисков. Высота пропила    – 80 мм, пилим сосну. Мощность двигателей – 2х18кВт., передача ременная. Подача на зуб (по рекомендациям производителя) – 0.2-0.3 мм.

Рассчитаем оптимальную  для данного оборудования и вида древесины скоростью подачи. 

Скорость подачи = 18 х 60 х 102 х 0,8/6 х 4,5(5,5) х 3,2 х 80 = 88 128 / 6 912(8 448) = 12,75 (10,43) м/мин

 

Таким образом, мы рассчитали, что оптимальная скорость подачи при распиловке хвои на станке с данными дисками будет колебаться в диапазоне от 10 до 13 /мин