МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
РАМНЫЕ ПИЛЫ
Конструкция и параметры пил. Рамные пилы используются на вертикальных и горизонтальных лесопильных рамах. Пилы для вертикальных рам по ГОСТ 5524—75 выпускаются двух типов: 1 — с планками (для лесопильных рам с нормализованными пильными рамками и захватами); 2 — без планок (для лесопильных рам с ненормализованными пильными рамками). Пилы с планками в двухэтажных рамах с непрерывной подачей устанавливаются с уклоном. Уклон пил изменяется при изменении подачи в зависимости от диаметра бревен, породы древесины и ее состояния (сухая, влажная, мерзлая); Наличие планок позволяет применять карабинное крепление' пил с возможностью их смещения в захватах. Пилы без планок применяются главным образом в одноэтажных рамах с толчковой подачей за рабочий ход. В пильной рамке они могут быть установлены с постоянным уклоном. Планки могут быть прикреплены непосредственно к захватам.
Пилы для тарных лесопильных рам, применяемых для распиливания тонкомерных бревен и брусьев высотой до 220 мм, выпускаются по ГОСТ 10482—74. Пилы для горизонтальных; рам повышенной длины имеют зубья, работающие при рабочем и холостом ходах пильной рамки. Заготовки для этих пил выпускаются по ТУ 63—68. Подготовка пил для горизонтальных; рам осуществляется непосредственно на деревообрабатывающих предприятиях.
При выборе параметров рамной пилы и подготовке ее к работе важно обеспечить жесткость и устойчивость. Жесткость рамной пилы показывает, какую боковую силу Q надо приложить к зубчатой кромке на середине свободной длины, чтобы отклонить ее на 1 мм. Жесткость рамных пил должна быть 70... 80 Н/мм. Устойчивость рамной пилы — это способность ее сохранять заданную плоскость движения при действии сил сопротивления резанию и неравномерном нагреве по ширине полотна в процессе работы. Устойчивость рамных пил зависит от напряженного состояния и действующих на них нагрузок при пилении.
Ширина рамных пил выбирается с учетом их назначения, срока службы, поперечной жесткости и расстояния между передними и задними подающими вальцами. По мере переточки зубьев ширина пил уменьшается. При распиливании бревен минимальная ширина пил составляет 100... 120 мм, при распиливании брусьев — 75...85 мм. Толщина пил оказывает влияние на ширину пропила, устойчивость пил в работе. Для сокращения отходов древесины в опилки целесообразно использовать тонкие пилы. Однако при этом снижается их устойчивость движения в пропиле.
Подготовка пил к работе. При подготовке рамных пил к работе выполняются следующие операции: обрезка полотна по длине, крепление планок, правка полотна, заточка зубьев; уширение зубьев, вальцевание полотна, установка пил в пильной рамке.
Обрезка полотна по длине производится ножницами на пилоштампе. Важное требование при обрезке полотна по длине: угол между задней кромкой пилы и линией обрезки должен быть строго прямым. Планки крепятся к полотну пилы заклепками с поочередным расположением головок по обеим сторонам. Скошенные грани захватных планок должны находиться на одном уровне.
Правка полотна рамной пилы. Перед правкой пилы осуществляется контроль ее плоскостности. Пила укладывается на плиту и проверяется по длине с помощью короткой поверочной линейки. Определяются границы участков, на которых неплоскостность полотна превышает норму. Эти участки отмечают мелом. На полотне пилы могут быть обнаружены следующие дефекты: выпучина (В), тугое место (Т), слабое место (С), местный изгиб (И), искривление (крыловатость) (К), поперечная покоробленность (П) и пр. Основная цель правки — ликвидация местных дефектов и обеспечение необходимой плоскости полотна пилы.
Выпучина — результат неравномерности напряжений по толщине полотна, проявляющийся при контроле как выпуклость с одной и вогнутость с другой стороны полотна. При изгибе пилы выпучина остается на одной стороне. При правке выпу- чины во избежание пластического растяжения металла между полотном пилы и наковальней кладут упругую прокладку из картона или бумаги. При правке выпучины удары молотка наносят сначала по периферии выпучины, а затем сдвигаются к центру. Применяют молотки с круглыми и продолговатыми бойками.
Тугое место — участок полотна, на который действуют растягивающие силы со стороны прилегающих участков пилы. Тугое место при контроле проявляется в виде выпуклости на внутренней стороне изогнутой пилы. Тугое место правят за счет его удлинения ударами молотка. При значительных размерах тугое место правят вальцеванием.
Слабое место — участок полотна, характеризующийся чрезмерным удлинением вследствие напряжений сжатия при воздействии прилегающих участков пилы, проявляется при контроле в виде выпуклости при горизонтальном положении полотна. При изгибе полотна слабое место выпучивается наружу. Его правят удлинением кромок ударами молотка с двух сторон полотна или вальцеванием.
Местное искривление — выпуклость, расположенная под углом к кромке пилы. При укладке пилы на плиту проявляется в виде хребта — наиболее выпуклого участка. Искривление исправляют нанесением ударов молотка с продольным бойком вдоль хребта.
Вальцевание полотна рамной пилы. При работе рамная пила испытывает действие сил сопротивления резанию как в плоскости полотна, так и в направлении, нормальном к ней. Кроме того, она неравномерно нагревается.
При определенных условиях рамная пила может потерять устойчивость плоской формы. Вальцевание рамных пил — одно из эффективных мероприятий, направленных на повышение устойчивости и жесткости пил в работе. В результате вальцевания средняя часть рамной пилы удлиняется. При натяжении рамной пилы с удлиненной средней частью ее кромки натягиваются сильнее, чем середина. В результате зубчатая кромка обладая необходимым запасом жесткости, работает устойчиво с обеспечением требований к точности распиливания. При вальцевании среднюю часть полотна пилы прокатывают роликами под давление ча вальцовочном станке.
Необходимыми условиями правильного вальцевания пил являются хорошее состояние роликов и их правильная установка. Необходимо следить за тем, чтобы диаметр и профиль обоих роликов были одинаковы. Выпуклость их для пил толщиной 1,8. ..2,4 мм должна быть такова, чтобы на бумаге, пропущенной между ними, оставался след шириной 5. ..6 мм.
Полотна пилы вальцуют сначала в середине, а затем через промежутки 25.. .30 мм поочередно каждую кромку. Не вальцуют кромки пилы на протяжении 30... 35 мм, а концы пилы на протяжении 120. ..150 мм. При вальцевании средней части сила нажатия вальцовочных роликов на полотно должна быть наибольшей, по мере приближения к кромкам силу нажатия следует уменьшать.
Проверка распределения внутренних напряжений в пиле производится прикладыванием короткой поверочной линейки поперек пилы, поднятием одного конца примерно на высоту 300 мм.,При этом между линейкой и удлиненной серединой провальцованного полотна должна образоваться световая щель шириной 0,15. ..0,3 мм. При длинных, широких и тонких пилах величина световой щели значительно больше. При контроле напряженного состояния рамной пилы после вальцевания можно использовать приспособление, обеспечивающее продольный изгиб пилы на дуге с радиусом 1,75 м.
Рамные пилы необходимо вальцевать не менее 3.. .4 раз за срок их службы. Зубья рамных пил разводят, плющат и направляют стеллитом, ВЗКР и ВЗК. Кроме того, их затачивают на станках ТчПА, ТчПР и ТчПН.
Установка рамных пил в пильной рамке. В результате выполнения этой операции пильная рамка оснащается комплектом пил (поставом), обеспечивающих распиливание бревен и брусьев согласно заданному плану раскроя.
С учетом конструкции лесопильной рамы создается нужный уклон рамной пилы в рамке по уклономеру. Постав пил на верхней и нижней поперечине располагается посредине и симметрично (допуск ±3 мм). Пилы выверяются согласно направлению движения бревна (бруса) с помощью линейки и угольника с допуском 0,1 мм на ширине полотна. По краям постава устанавливаются более широкие и толстые пилы (2,0.. .2,2 мм), дубья которых должны выступать за плоскость зубьев средних пил. При выпиливании брусьев рекомендуется использовать пилы толщиной 2,0.. .2,2 мм. Верхние прокладки следует устанавливать так, чтобы расстояние от них до комля бревна в нижнем положении рамки было не менее 80 мм; нижние прокладки, опирающиеся на щечки подвесок, не должны доходить до верха нижних вальцов на 50 мм. Окончательную затяжку или ослабление пил следует производить равномерно и симметрично от краев к середине постава в несколько приемов.
Межпильные прокладки могут быть деревянные, металлические и комбинированные. Толщина верхних и нижних прокладок должна быть одинаковая. Полотна пилы располагают в захватах так, чтобы наибольшее напряжение испытывала режущая кромка. Конструкции захватов и струбцин для зажима пил в рамке разнообразные. Наиболее распространенными являются эксцентриковые захваты ( 6.3,а), допускающие расстояние между пилами 19. ..21 мм. Винтовые захваты ( 6.3,6) допускают нормальную установку пил на расстоянии 24.. .26 мм.
Сила натяжения рамных пил должна быть минимальная, но обеспечивающая достаточную жесткость полотна. Средняя величина нормальных напряжений в поперечном сечении пилы составляет 80.. .120 Н/мм2.
В лесопильных рамах применяются гидравлические приспособления для натяжения пил. Они обеспечивают постоянство натяжения пил при работе. Важным фактором при работе рамных пил является их неравномерный нагрев по ширине полотна, приводящий к удлинению зубчатой кромки и снижению напряжений в этой зоне.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Требования, предъявляемые к инструментальным материалам, определяются условиями работы элементов режущего инструмента при резании древесины и древесных материалов. Чтобы снять стружку, инструмент должен врезаться в обрабатываемое изделие. А это возможно в том случае, если его твердость значительно выше твердости обрабатываемого изделия. Таким образом, первым требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая твердость.
В процессе резания в результате трения поверхностей инструмента и резания истирается задняя грань, а поверхность стружки истирает переднюю грань. Стойкость инструмента зависит от скорости износа, т. е. от быстроты истирания передней и задней граней резцов при резании. Различные материалы по-разному сопротивляются износу, а потому инструменты, изготовленные из разных материалов, имеют различную стойкость. Таким образом, вторым требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая стойкость. При резании на инструмент действуют нормальные и касательные силы.
В условиях больших скоростей резания проявляется импульсный и знакопеременный характер составляющих сил резания. Поэтому инструмент, кроме статических, должен сопротивляться и динамическим нагрузкам на режущих кромках я гранях резцов. Режущий клин инструмента (лезвие) должен выдерживать высокие давления без хрупкого разрушения и заметного пластического деформирования. Таким образом, третьим требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является сочетание высокой твердости с хорошей сопротивляемостью на сжатие и изгиб и высоким пределом выносливости и ударной вязкостью.
В процессе резания выделяется большое количество теплоты. Режущая часть инструмента сильно нагревается. В поверхностных слоях инструмента на глубине 20.. .30 мкм температура достигает 800. ..1000 °С и более. При высоких температурах твердость инструмента снижается, а вместе с этим снижаются и его режущие свойства. Таким образом, четвертым требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость. Кроме того, инструментальный материал должен иметь хорошие теплопроводность, шлифуемость, незначительную деформацию при закалке, быть по возможности дешевым и не содержать дефицитных элементов. Перечисленным требованиям в той или иной степени отвечают следующие инструментальные материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные инструментальные (быстрорежущие) стали, твердые сплавы, минеральная керамика, алмазы, кубический нитрид бора.
Инструментальные стали. Углеродистые стали представляют собой сплавы железа Fe с углеродом У, легированные стали — сплавы железа с углеродом и одним или несколькими легирующими элементами: хромом X, ванадием Ф, вольфрамом В, марганцем Г, кобальтом К, никелем Н, молибденом М, кремнием С, титаном Т и другими. Свойства любой стали прежде всего зависят от содержания углерода. Углерод— важнейший элемент любой стали. От его содержания зависят прочность, упругость, пластичность, вязкость, ковкость, свариваемость, магнитные свойства стали.
Качественные углеродистые стали У7, У8, У9, У10 содержат соответственно углерода 0,7; 0,8; 0,9; 1,0%, серы S и фосфора Р —0,04%, Г— 0,15...0,40 %, С —0,15...0,35%, X —0,20%, высококачественные У7А, У8А, У9А, У10А при том же содержании углерода У имеют Г —0,15.. .0,30 %, С=0,15.. .0,30 %, Х=0,15%, a S и Р—-0,03%. Различают следующие основные легированные стали: хромованадиевую 9ХФ (содержание У — 0,9%, X — 0,45...0,70 %, Ф —0,15. ..0,30 %), хромовольфрамо- вую ХВГ (содержание У — 0,9.. .1,05 %, В — 1,2.. .1,6 %, Г — 0,80.. .1,10 %), хромовольфрамовую 5ХВГ (содержание У — 0,55.. .0,70 %, X - 0,5.. .0,8 %, В — 0,5.. .0,8 %, Г — 0,8. ..1,1%), хромовольфрамованадиевую 9Х5ВФ (содержание У — 0,95... 1,0%, X —4,0...5,0%, В —0,8.. .1,2 %, Ф —0,1.. .0,2 %), хромокремнистую 9ХС (содержание У — 0,85.. .0,95 %, X — 0,45... 0,7%, С — 0,35%), высокохромистую ванадиевую Х12Ф (содержание У—1,4...1,7%, X— 11...12,5 %, Ф — 0,15...0,30 %).
Широко применяют для дереворежущего инструмента Х6ВФ, 8Х6НФТ, 55Х7ВСМФ, 9ХФМ.
Быстрорежущие стали Р9 (содержание У— 0,85.. .0,95 %, X —3,8...4,4%, В-8,5... 10,0%, Ф - 2,0.. .2,6 %, М-0,3%, Г —0,4%, С —0,4%), Р18 (содержание У — 0,7.. .0,8 %, X — 3,8...4,4%, В-17,5... 19,0%, Ф- 1,0.. .1,4 %, М-0,3%, Г— 0,4%). В настоящее время используют в основном быстрорежущую сталь Р6М5 и ее модификации. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание элемента в процентах. Отсутствие цифр означает, что содержание этого легирующего элемента до 1 %. В отдельных случаях содержание легирующих элементов не указывается, если оно не превышает 1,8 %.
Твердые сплавы бывают двух типов: металлокерамические и литые. Металлокерамические твердые сплавы в виде пластинок привинчиваются, припаиваются или приклеиваются (синтетическими клеями) к режущим элементам инструментов. Инструменты с пластинками твердых сплавов характеризуются более высокой стойкостью (в 20.. .30 раз), чем инструменты из инструментальных сталей, особенно при обработке клееных материалов, древесностружечных плит и древесных пластиков. Вольфрамокобальтовые твердые сплавы ВК6, ВК8, ВКЮ, ВК15, ВК.20 содержат кобальта соответственно 6; 8; 10; 15 и 20 % (остальное вольфрам), имеют твердость соответственно 90; 86; 5; 87; 86; 85 HRC3. Литые твердые сплавы (В2К, ВЗК, ВЗКР) выпускаются в виде прутков различного диаметра. Применяются для изготовления инструментов в виде наплавок на режущие элементы. Они имеют средние показатели между быстрорежущей сталью и металлокерамическими твердыми сплавами. Повышают стойкость инструментов в 4.. .5 раз по сравнению с инструментами из инструментальных сталей. Литые твердые сплавы (стеллиты) В2К, ВЗК содержат соответственно У —2; 1%; Сг —32; 29%; В-15; 4,0%; К - 45; 60%; Н — 2%; С—1,0; 2,0%; Fe — 2%. Температура плавления сплавов соответственно 1260 и 1275 °С.
Минеральная керамика. Режущие инструменты оснащают пластинками из минералокерамического материала ЦМ-332 на основе окиси алюминия А120з с небольшими добавками окиси цинка или кальция, окиси магния или марганца. Пластинки из минералокерамики приклеиваются к режущим элементам инструментов эпоксидными смолами или закрепляются' механическими устройствами. Пластинки из минералокерамики более хрупкие, чем металлокерамический твердый сплав. Поэтому они применяются только при больших углах заточки. Увеличивают износостойкость инструментов в 5.. .6 раз по сравнению с инструментами из инструментальной стали.
Искусственные материалы. Эльбор-(Р) — кубический нитрид бора — соединение бора, кремния и углерода. Эль- бор обладает твердостью и высокой теплостойкостью (1500... 1600 °С). Освоено производство крупных поликристаллических образований кубического нитрида бора (ПКНБ) диаметром 3. ..4 мм, длиной 5.. .6 мм, прочностью аи=1000 Н/мм2. Поликристаллами кубического нитрида бора таких размеров можно оснащать зубья пил, фрез, сверла и другие инструменты. Синтетический алмаз (АС) — кристаллический углерод. Используется для оснащения абразивных инструментов. Алмазные круги — основной инструмент для заточки твердосплавных режущих инструментов.