Пиление ленточными пилами

В процессе пиления 'ленточной пилой древесина делится многорез­цовым инструментом в вид^ 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 г), м/с, постоянна:

г/ = лД_ши/(60-1000), (8.39)

где Дц - диаметр пильного шкива, мм;

п — частота вращения шкива, мин .

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

Рис. 8.5. Пиление ленточной пилой: а — схема; б — геометрия срезаемо­го слоя; в - профили зубьев

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя (рис. 8.5, б). Если движение заготовки придано зубу, а величины векторов приведены к одной размер­ности - м/с, то зуб / движется вниз со скоростью « и вправо со скоростью «/60. Сложение векторов дает скорость резания v_e. Векторы « и «₅/60 по­стоянны по величине и направлению, следовательно, не изменяется и век­тор v_e, значит, траекторией зуба / в пропиле будет прямая 1-Г.

Аналогично получаются траектории зуба II- прямая 2-2' и других. Траектории зубьев в пропиле - параллельные прямые линии, расстояние между которыми по направлению подачи равно подаче на зуб S_z. Толщина срезаемого слоя (кинематическая) a = S.cos\s/, где у = arctg [v_s/(60«)] - угол наклона траектории зуба к линии вершин зубьев.

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

для плющеных зубьев я_А= a =S_Z cos у « S_z; (8.40)

для разведенных зубьев a_k=(B„_p/B)a*(B_np/B)S_z. (8.41)

Подачу на зуб S_z при пилении ленточной пилой вычисляют по ос­новному кинематическому соотношению для этого процесса. Из малого заштрихованного треугольника (рис. 8.5, б) tg \|/ == SJt₃, но в то же время из большого треугольника tg vj/ = «/60« Приравнивая правые части равенств, получаем основное кинематическое соотношение

⁵Л = *',/(6 0«), (8.42)

из которого следует

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

Таблица 8.4

Зависимость шероховатости поверхности пропила от подачи на

Высота неровностей R,„ „да мкм, не более	Максимально допустимая подача на зуб, мм, при зубьях
	плющеных		разведенных
	сосна	дуб	сосна	дуб
1600	2,0	2,5	1,4	1,8
800	1,5	2,0	1,0	1,2
500	1,0	1,2	0,65	0,8
320	0,6	0,6	0,40	0,55
200	0,3	0,4	0,20	0,25
100	0,15	0,2	0,10	0,15

зуб при пилении ленточными пилами на делительных станках

Выбрав подачу на зуб S_z по табл. 8.4, надо проверить, не превышает ли она величину S. _тах, которую можно допустить из условия нормального заполнения опилками впадин между зубьями (8.7), для пиления ленточной пилой: CT_min= 0,9...1,2; 0 = 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

P

где

К = К_ла

попр

Кт-

^попр

удельная работа пиления ленточной пилой в расчет­ных условиях, Дж/см³;

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

общий поправочный множитель, учитывающий кон­кретные условия пиления; секундный объем срезаемого слоя, см /с:

_p=KV_t = K_Ta_map(B_npt_V/60), (8.44)

^V\ = ^BJ^V_S^/6°.

г

(8.45)

де ширина 7?_пр и высота пропила t имеют размерность мм, v_s — м/мин.

Касательная сила на пиле, Н, определяется по мощности реза- иия.^ц =P_plv. Нормальная сила на пиле F.„ вычисляется через касатель­ную F_zn = mF_{x ц}, где т - переходный множитель (при угле резания 5 = 65° ^т ~ 0,25...0,3 для острых зубьев и т = 0,6...0,7 для тупых).

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

Таблица I

Т

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

Frr> Н/мм, при высоте пропила *ср, мм				Кг, Дж/см3, при высоте пропила /Ф, мм
50	100	150	200	50	100	150	200
9,35	10,5	11,7	13,0	187	209	234	259
12,6	13,9	15,2	16,3	126	139	152	163
14,1	15,2	16,2	17,3	94	101	108	115
15,2	16,4	17,4	18,0	76	82	87	90
16,3	17,5	18,5	19,3	65	70	74	77
17,1	18,0	18,9	19,5	57	60	63	65
17,5	18,6	19,3	19,6	50	53	55	56
18,8	19,6	20,0	20,4	47	49	50	51
19,8	20,7	21,2	21,6	44	46	47	48
20,5	21,5	22,0	22,5	41	43	44	45
21,5	22,0	22,6	23,1	39	40	41	42
22,8	24,3	24,0	24,0	38	39	40	40

, мм

абличные касательная сила F_XT и удельная работа резания К_Т для процесса продольного пиления ленточной пилой при различной средней толщине срезаемого слоя (сухая хвойная древесина;

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

^Вх ~~ ^Вх\^апопрЬ 1 (8.46)

Нормальную силу на зубе вычисляют через касательную:

F_z=F_xm, (8.47)

касательную силу (среднюю за цикл главного движения) на всех режущих зубьях, находящихся в пропиле, F_{x ц}

где Zp_e)K 7//-,,

/_ длина срезаемого слоя (для пиления ленточной пилой hat); тогда мощность резания Р_р

г

(8.49)

-■F_rz,

.греж >

(8.48)

де г»- скорость главного движения.

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

P,=F, „*,/60, (8-50)

где F, _ц - нормальная сила резания на пиле, Н;

F_zn= F_xnm (т - переходной множитель - см. выше).

При выборе режима резания приходится решать обратную задачу: находить наибольшую скорость подачи z>_s(p) по известной мощности реза­ния Р_р. По известным Р_р и исходным условиям резания вычисляют наи­большую возможную табличную силу F_XT, используя преобразования по формулам (8.46)...(8.49)

F_r = P_pt/(a_amvbtv), (8-51)

где Р_р - мощность резания, Вт;

Ъ - ширина срезаемого слоя, мм, для пилы с разведенными зубьями Ъ равна толщине пилы В; для пилы с плющеными зубьями b — В_пр.

По вычисленной силе F_XT и заданной высоте пропила t по табл. 8.5 находят наибольшую допускаемую толщину срезаемого слоя а — а_ср. По найденной толщине срезаемого слоя а определяют подачу на зуб: для плющеных зубьев S- ~ а, для разведенных S- « (В/В_Пр)а. По S- вычисляют скорость подачи г^(_Р), допустимую по мощности главного движения Р_р.

v^S^Ovit,. (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 узкие 1 (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 (Г ОС Т 1435-74). Твердость пил 1, 2 и 3 HRC₃= 40...44, пил 4 HRC₃= 42...46.

Таблица 8.6

Размеры и углы зубьев ленточных пил

		Пилы
Параметры пилы	столярные (профиль 1)	делительные		для распиловки
		профиль 2	профиль 3	бревен и брусьев (профиль 4)
Толщина ленты Ь, мм	0,6-0,9	0,9-1,2	0,9-1,2	1,4-2,2
Ширина ленты а, мм	10-60	50-175	50-175	230-350
Шаг зубьев <3, мм	6-12	30-50	30-50	50-80
Высота зуба h3, мм	2,0-6,5	9-13	7,5-15	16-24
Радиус закругления
впадины г, мм	1,5-2,5	3-4	зм	5-8
Угол, град
Задний а	35	20	15	12
Заточки (3	50	45	45	53
Передний у	5	25	30	25

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 НЯС_Э = 42...47. Такой же материал использует и немецкая фирма Banholzer GmbH, но лучшим материалом для изготовления ленточных пил считают сталь шведской фирмы Uddeholm. Помимо ленточных пил с равномерной твердостью полотна по ширине выпускают инструмент с твердостью тела НЕ1Сэ = 30...33 и закаленными до твердости HR-Сэ — 63...65 вершинами зубьев и задней кромкой полотна. Иногда твердость вершин зубьев таких пил доводят до HRC₃ = 63...68, а полотна до HRCa = 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 ст = 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 сто­

лом 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 Е — 200 000 МПа получаем:

b/D_m =о„/£ = 200/200000 = 0,001 или /? = 0,001£>_ш. (8.53)

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

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

Lmax = nD_m+ 2/_max+ 15; а„ < 2,8 ; а_Дел= В_ш + К (8.54)

L

где

_max - начальная длина ленты (при нарезке от рулона), мм;

£>_ш - диаметр пильного шкива, мм;

/_тах — наибольшее расстояние между осями пильных шкивов, мм; 15 мм - припуск на пайку внахлестку;

а_ст - начальная ширина столярной ленточной пилы, мм;

R_Kp - наименьший радиус кривизны пропила, мм;

Ь\ - развод зубьев на сторону, мм; а_дел- начальная ширина делительной ленточной пилы, мм;

В_ш — ширина обода пильного шкива, мм;

/г₃ - высота зуба пилы, мм.