Broušení kotoučových pil – cesta ke zvýšení efektivity výroby
Pokud zkoumáte břit zubu nástroje na řezání dřeva při zvětšení více než 250krát, pak i zcela nová (nebo dobře nabroušená) pila může odhalit přechodovou plochu mezi přední a zadní hranou, stejně jako mezi přední (zadní) a boční hranou. Tato přechodová plocha má tvar lomeného oblouku. Poloměr zaoblení břitu ρ charakterizuje stupeň ostrosti zubů nástroje: čím větší je poloměr, tím je nástroj tupější. Kromě toho závisí na poloměru velikost třísek vznikajících při řezání.
GOST 9769-79 stanoví následující kritéria pro otupení pily: výskyt třísek v lícové vrstvě hlubších než 0,3 mm při „formátovém řezání a ořezávání lícní strany na lícovaných deskách“ a třísek hlubších než 5 mm při řezání lícovaných a nelícovaných deskových materiálů. Tyto velikosti třísek jsou způsobeny „kapsami“, které se tvoří při řezání. Při lepení hrany k lícní vrstvě, bez ohledu na způsob nanášení lepidla (například lepicím válečkem), nebo při použití hrany s tavným lepidlem, se „kapsa“ vyplní lepidlem. Při absenci lepicí „kapsy“ je hrana hotového výrobku třívrstvý „koláč“, jehož vrstvy tvoří hrana, lepidlo a lícní strana, a tloušťka lepeného spoje je po celé délce stejná.
Spolehlivost lepení je výrazně snížena nerovnoměrnou tloušťkou lepeného švu. Přítomnost lepidlové „kapsy“ na desce je důvodem nízké kvality lepení hran. Postupem času se může hrana v místě, kde se „kapsa“ nachází, deformovat. Aby se zabránilo odštípnutí během řezání, je nutné nástroj včas nabrousit.
Proces ostření spočívá v tom, že se břitu zubu dodá potřebná ostrost pro efektivní provoz (poloměr zaoblení přechodové plochy) při dodržení všech úhlových parametrů odstraněním (obroušením) povrchové vrstvy kovu z hrany zubu. Podle GOST 9769-79 by odchylka úhlů od továrních parametrů neměla překročit 2°. Podle názoru autora publikace je uvedená státní norma nutná k revizi. Zub pily má dva podřezy: tangenciální a radiální. Pokud se jejich úhel změní o 2°, pak se pila během provozu začne silně zahřívat a „hořet“. Změna úhlu hřbetu ve větší či menší míře může vést ke zvýšené pravděpodobnosti lokálních třísek na ošetřovaném povrchu (zejména u předřezávací pily).
Zvětšení úhlu předního řezu o 2° zkrátí úhel ostření a zuby se za jinak stejných podmínek rychle opotřebují. Proto je vhodné změnit provozní podmínky pily: snížit rychlost posuvu, použít nástroj k opracování méně odolného materiálu. Snížení úhlu předního řezu o 2° zvětší úhel ostření zubů a ty se budou opotřebovávat pomaleji, ale během provozu se na povrchu objeví lokální třísky. Abyste tomu předešli, používejte pilu k opracování odolnějšího materiálu.
Zdroj pily je ukazatelem doby jejího provozu před přebroušením, který se vyjadřuje v hodinách nebo krychlových metrech řeziva nebo v délce řezné dráhy (m), jakož i v počtu přebroušení pily až do úplného opotřebení.
Životnost karbidové kotoučové pily lze téměř vždy prodloužit. Pro zvýšení životnosti nástroje, zejména pro zvýšení pevnosti břitu pil, se dnes používají moderní technologie, včetně nanotechnologií, jako je iontová implantace, ošetření iontovým paprskem, laserové kalení. Takové metody dokáží zvýšit pevnost břitu nejméně dvakrát oproti pevnosti břitu zubů pily, které nebyly zpracovány pro kalení. Přední firmy ve výrobě nástrojů na řezání dřeva a kovů experimentují s vytvářením vícevrstvých kalených desek připájených k zubům pily. V současné době se při výrobě pil používají wolfram-kobaltové nebo diamantové destičky. Pily s diamantovými destičkami jsou dražší. Co se týče trvanlivosti, celá životnost wolfram-kobaltové pily je několikanásobně kratší než životnost diamantové pily mezi ostřeními. Vývojáři nástrojů se proto snaží najít možnost vícevrstvého kalení levných desek. Je zřejmé, že budoucnost patří nanotechnologiím, ale v současné fázi vývoje zpracování dřeva je to nedostupný luxus.
Aby se prodloužila životnost nástroje bez ztráty kvality řezu ošetřeného povrchu, je nutné modernizovat technologický proces řezání plechových materiálů a samozřejmě nejdůležitější fází je správný výběr nástroje.
Nejprve určíme optimální životnost pily mezi ostřeními. Hlavním kritériem pro kvalitu ošetřeného povrchu je velikost třísek vznikajících při řezání. GOST 9769-79 povoluje maximální velikost třísek vznikajících při řezání 0,3 mm. Pro stanovení závislosti velikosti třísek vznikajících při řezání na stupni otupení nástroje byl v roce 2010 proveden experiment v dřevozpracující dílně jednoho z moskevských podniků. Během řezání dřevotřísky bylo změřeno deset největších třísek, stejně jako délka a výška každého řezu. K řezání byla použita kotoučová pila s ručním podáváním obrobku a formátovací řezací centrum; navíc byly během experimentu používány nové pily, dokud se zcela neotupily. Ukázalo se, že pravděpodobnost odštípnutí 0,3 mm se objevuje, když řezná dráha dosáhne 3000 m. Za zmínku stojí, že při otáčení pily každý z jejích zubů opisuje oblouk v tělese řezaného obrobku. Řezná dráha je proto vždy větší než celková délka všech řezů provedených pilou.
Zub kotoučové pily před ostřením
Studie zjistila, že existují tři hlavní způsoby, jak prodloužit životnost pily mezi jednotlivými ostřeními.
Po nařezání dřevotřísky se na okraj obrobku nalepí speciální páska. V souladu s řezacím plánem se obrobek nařeže na míru. Pokud se na jeho okraj nalepí páska, velikost obrobku překročí požadovanou velikost. Aby se tomu zabránilo, musí obsluha stroje provést úpravu řezacího plánu. Ve velkých podnicích se snaží nepřerušovat pracovní cyklus. Aby se zkrátily prostoje stroje v důsledku seřizování, je v dílně instalováno několik olepovacích strojů nebo linek. Aby se snížila viditelnost třísek vznikajících během řezání, začaly být olepovací stroje vybaveny spojovací jednotkou s řezačkou (téměř vždy s diamantovými zuby). Tato jednotka je navržena tak, aby před nanesením lepidla a lemovacího materiálu z konce dílu odstranila vrstvu dřeva, přičemž tloušťka odstraněné vrstvy se rovná tloušťce hrany.
Jak ovlivňuje přítomnost spojovací jednotky životnost kotoučových pil? Odstranění vrstvy dřeva umožňuje snížit viditelnou část třísek na ošetřeném povrchu a prodloužit životnost karbidové kotoučové pily. Nesmíme zapomínat, že s otupováním ostří zubů pily se spotřeba energie na řezání dřevěných materiálů zvyšuje přibližně o 30 % (při řezné dráze 6000 m). V podnicích vyrábějících sériové výrobky je vhodné používat spojovací jednotku.
Abychom mohli zvážit další způsob, jak prodloužit životnost pil, musíme si uvědomit, že dřevotřískové desky, ať už laminované (LDSP) nebo nelaminované (DSTP), obsahují pryskyřice. Během řezání se lepí na zuby pily, což zvětšuje poloměr zaoblení řezné hrany, což výrazně zhoršuje kvalitu řezání. V důsledku tření pryskyřice rychle schne a v pevném stavu velmi pomalu uvolňuje teplo. V důsledku toho se zvyšuje riziko přehřátí řezné hrany. Pokud mluvíme o pilách s karbidovými deskami, je vše ještě problematičtější. Pily s wolframkobaltovými deskami získanými slinováním jsou vystaveny velkému riziku: přehřátí způsobuje nenapravitelné poškození struktury kovové mřížky tohoto materiálu. Jinými slovy, přehřátý zub pily částečně ztrácí své pevnostní vlastnosti a rychle se otupuje.
Zub kotoučové pily po nabroušení
Pro zjištění účinnosti pravidelného čištění zubů pily byl v letech 2010-2012 v několika dřevozpracujících podnicích v Moskvě a Moskevské oblasti opakovaně proveden následující experiment: uprostřed pracovní směny (během polední přestávky) a na konci (před odchodem domů) obsluha čistila pilu od ulpívající pryskyřice. Výsledek: pravděpodobnost tvorby třísek o velikosti 0,3 mm se objevuje v okamžiku, kdy řezná dráha dosáhne 6000 m, tj. životnost pily mezi ostřeními se zvyšuje přibližně dvojnásobně.
Povaha opotřebení pilového zubu při řezání desek se liší v závislosti na obsahu pojiva v materiálu. Pokud deska obsahuje malý podíl pojiva (4 %), pozoruje se rovnoměrné opotřebení přední a zadní hrany zubu. Poloměr zakřivení špičky zubu se během opotřebení neustále zvyšuje. Při řezání desek obsahujících 8 % pojiva je opotřebení podél zadní hrany větší než podél přední hrany. Při řezání desek s 12 % pojiva se pilový zub opotřebovává hlavně podél zadní hrany. To znamená, že je pozorován určitý vzorec: čím vyšší je obsah pojiva v deskách, tím větší je opotřebení zadní hrany pilového zubu. Výsledky řady studií provedených v minských podnicích v roce 2010 ukazují, že pokud vezmeme opotřebení zubu na zadní hraně při řezání desek s obsahem pojiva 4 % jako jeden celek, pak při řezání desek s 8 % pojiva bude opotřebení dvakrát větší a při řezání desek s 12 % pojiva pětinásobné.
Následující metoda je vhodná pro firmy, které vyrábějí výrobky z laminovaných desek. Štipy jsou na deskách různých odstínů viditelné odlišně. Například světlé odstíny barev fólie jsou velmi blízké odstínům barvy vrchní vrstvy dřevotřísky, což snižuje viditelnost třísek. Tmavší odstíny třísky zdůrazňují. Při zahájení práce s čerstvě nabroušeným nástrojem má smysl nejprve řezat tmavé dřevotřísky a poté světlé – třísky na tmavých dřevotřískách budou téměř neviditelné a spojení odstínů fólie a dřevotřísky vám umožní pilu používat po dlouhou dobu.
Síly, které vznikají při řezání deskových materiálů, přímo závisí na rychlosti posuvu (obrobku nebo pilového vozíku). Snížení rychlosti posuvu o 30 % umožňuje prodloužit životnost nástroje, ale snižuje produktivitu, takže vedoucí výroby musí v tomto případě najít zlatou střední cestu.
Velikost třísek vznikajících při řezání závisí na vznikajících řezných silách. Je zřejmé, že čím větší jsou tyto síly, tím větší je zatížení nástroje a tím rychleji se stává nepoužitelným. Pokud řežete balík několika desek, pila se otupí rychleji než při řezání plechů jeden po druhém.
Staromódní ostřiči věděli, jak nabrousit pilu na určitý druh dřeva. Jejich ostření velmi často odporovalo požadavkům GOST, ale nástroj piloval jako hodinky. Moderní ostřiči se snaží dodržovat parametry pil tak, jak je udávají výrobci nástrojů. Během provozu pily dochází k obrovskému namáhání zubů a opotřebení břitů. Měření úhlů nástroje po provozu může odhalit odchylku od zadaných parametrů o 1-2°.
Ne každá dřevozpracující firma si může dovolit kvalitní ostřicí stroj. Většina se obrací na servisní střediska, kde se během procesu ostření z přední strany zubů obrousí vrstva o tloušťce 0,1 mm a ze zadní strany 0,3 mm. Navíc se pro úsporu času ostření provádí v jednom průchodu.
Pro stanovení optimální hodnoty vrstvy odstraňované během ostření bylo vyvinuto speciální patentované zařízení. S jeho pomocí byly v letech 2010 až 2013 před ostřením fotografovány břity zubů karbidových pil, které se používaly v různých podnicích v Moskvě a Moskevské oblasti. Byly stanoveny optimální hodnoty úběru na přední a zadní hraně. Experiment ukázal, že pro kvalitní ostření kotoučové pily stačí obrousit vrstvu 0,06 mm na přední ploše zubu a 0,18 mm na zadní. Všechny zkoumané pily byly nabroušeny na základě těchto údajů. Po nabroušení nebylo zaznamenáno žádné snížení životnosti pil. Díky optimalizaci ostření se tak životnost pily zvyšuje o 35-40 % ve srovnání s obdobím při standardním ostření ve specializovaných servisních střediscích.
Broušení lze rozdělit do dvou fází: hrubé a jemné ostření. Při jemném ostření by úběr neměl překročit 0,02 mm na žádné z hran. Takové ostření leští povrchy zubů, což vede ke zvýšení kvality břitu. Rozdělení ostření na hrubé a jemné ostření umožňuje výrazně snížit řezné síly a tím snížit zahřívání nástroje během procesu ostření.
Při použití karbidových kotoučových pil se snižuje jejich řezná schopnost. To je způsobeno neustálým zvětšováním poloměru zaoblení břitu. Jak již bylo zmíněno výše, břit zubu se opotřebovává nerovnoměrně. Maximální hodnota je pozorována v blízkosti trojúhelníkového úhlu. Proto je možné z každé boční plochy obrousit stejnou vrstvu a tím snížit množství úběru na přední a zadní ploše během hlavního ostření pily. Studie ukázaly, že k úplnému odstranění zaoblení v blízkosti trojúhelníkového úhlu stačí obrousit vrstvu o tloušťce 0,03 mm na každé boční hraně. Poloměr zaoblení v blízkosti trojúhelníkového úhlu je 2–2,5krát větší než uprostřed břitu. Proto ostření podél bočních hran umožňuje snížit stupeň otupení zubu přibližně o polovinu. Pro kvalitní ostření pil by se měla z přední hrany zubů obrousit vrstva o tloušťce 0,03 mm a ze zadní 0,09 mm. Broušení na boční hraně umožňuje zmenšit šířku řezu, proto lze pilu ostřit jednou za čtyři přeostření na přední a zadní hraně. Výše popsaná technologie ostření ve srovnání s tradiční technologií zvyšuje životnost pily přibližně o 20 %.