Причины образования ступеньки на пиломатериалах

Причины образования ступеньки

Рассмотрим основные причины образования ступеньки на пиломатериалах и методы ее устранения. Данных причин несколько:

• нарушения, допущенные при выборе, монтаже оборудования или его дальнейшей юстировке в процессе эксплуатации;
• подбор и закупка режущего инструмента, несоответствующего режимам пиления;
• некачественный сервис режущего инструмента и нарушение технологических регламентов его обслуживания, замены и ремонта;
• несоблюдение технологическим персоналом режимов пиления различных пород, толщин лесоматериалов (особенно в ночные смены);
• неквалифицированный персонал как службы главного механика, так и участка сервисного обслуживания режущего инструмента;
• отсутствие качественной мойки режущего инструмента и проставочных колец;
• влияние сезонности и способов заготовки пиловочника (особенно в регионах Сибири и Дальнего Востока).

Рассмотрим влияние этих факторов на образование ступеньки на пластях пиломатериалов более подробно. На лесопильных заводах нашей страны в настоящее время для переработки средних и больших диаметров пиловочного сырья (до 70 см в вершине) чаще всего используется двухвальное круглопильное оборудование. У различных производителей данные станки имеют ряд конструктивных особенностей:

Многопильные двухвальные станки по устройству пильного шпинделя конструктивно делятся на три группы: с дистанционными кольцами, плавающими пилами и пилами, установленными отдельно на каждом из нескольких совмещенных выдвижных гидравлических валах, что позволяет менять постав пил в процессе раскроя каждого бревна или бруса. Последние наиболее эффективны в случае раскроя одновременно группы диаметров бревен. Практически все бревнопильные станки данных групп совмещены с фрезерными узлами, перерабатывающими боковые зоны бревна в технологическую щепу и, как правило, оснащены ступенчатыми пилами. На таких станках, за редким исключением, проблем с образованием ступеньки нет.

Двухвальные многопильные станки выпускаются как с дополнительными опорами, так и с консольным расположением опор пильного вала. Понятно, что наличие второй опоры на пильном валу резко снижает биение вала и, как следствие, образование ступеньки.

Некоторые модели оснащаются системой капельной подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания каждой пилы. Такой прием в ряде случаев дает положительный эффект, особенно при пилении в летний период.

Несколько производителей подобного оборудования в целях применения на станках пил с невысокой жесткостью корпусов (как правило, изготовленных из инструментальной стали твердостью не больше 35-42 HRc) применяют специальный разворот верхних и нижних пильных валов относительно их оси вращения перпендикулярно оси подачи лесоматериалов на 0,1-0,5°. Поэтому, например, использование на станках пил с большей жесткостью корпуса и твердостью в пределах 45- 51 HRc или с некачественной установкой пильных валов с разворотом более чем на 0,3° приведет к появлению ступеньки и дополнительных рисок на пиломатериалах.

В связи с этим рекомендуется производить юстировку соосности корпусов пил и оси подачи сырья при помощи лазерно-оптических систем, а не станочным поверочным инструментом. Это особенно касается оборудования, работающего на скоростях подачи более 50 м/мин.

Брус по ходу подачи на станках второго ряда распиливается нижним блоком пил, вращающихся навстречу брусу, а затем верхним блоком. Верхние пилы имеют попутное с брусом направление вращения. Таким образом касательные силы резания частично взаимно компенсируются, снижая нагрузку на пильные валы. В остальном процесс пиления такой же, как на станках с одним валом. Однако качество пиленой поверхности различается. Так, поверхность пиломатериала, образованная пилой со встречным пилением, более качественная, т. к. нагрузка на нее ниже, а устойчивость пил выше, чем на пилах с попутным пилением. Это вызвано так называемым эффектом самозатягивания при попутном пилении.

Как снизить основные проблемы от оборудования

Существует несколько правил, позволяющих снизить проблемы качества пиломатериалов из-за оборудования:

1. Постоянный контроль шума, температуры и вибраций со стороны опор пильного шпинделя или приводов лесопильного оборудования. Появление факторов такого рода с повышенным уровнем может свидетельствовать о возникновении неполадок в оборудовании, что скажется на качестве распиливаемых пиломатериалов.
2. Систематический контроль за загрязненностью, состоянием и геометрией компонентов пильного узла, особенно пильных шайб и проставочных колец.
3. Жесткий контроль за отсутствием перегрузок приводов пильных узлов, наличием дыма и гари, который может осуществляться автоматически, визуально или с помощью контрольных приборов. Постоянное техническое обслуживание согласно регламенту завода-изготовителя оборудования.
4. Постоянный контроль за отсутствием дефектов пиломатериалов на линии сортировки сырых пиломатериалов: ступенек, сколов, волнистости, периодических рисок и др. В случае появления дефектов следует остановить линию лесопиления и заменить режущий элемент.
5. Целесообразно разработать регламенты по замене режущего инструмента в зависимости от погодных условий, агрегатного состояния сырья, породы и режимов пиления, а также загрязненности пиловочного сырья, в т. ч. его торцов.
6. Специфика настройки двух пильных узлов шпинделей, работающих на одном станке, состоит в том, что отклонение толщины дистанционных колец может привести не только к изменению толщины получаемого пиломатериала, но и к появлению характерной ступеньки на пласти доски. Пилы в верхнем и нижнем ряду могут смещаться неравномерно. Например, если верхнее дистанционное кольцо первой пилы толще аналогичного нижнего кольца на 0,05 мм, первая пара пил сместится на 0,05 мм. Аналогичная ситуация в последующих инструментальных парах приведет к тому, что десятая пара пил сместится уже на 0,5 мм. Имеет место накопленная погрешность позиционирования, результатом которой может быть видимый дефект получаемого пиломатериала — ступенька.
7. Применение пил, попарно различных по ширине пропила, в т. ч. с различной жесткостью корпусов, еще более усугубит ситуацию с образованием и размерами ступеньки.

Роль режущего инструмента в образовании дефектов пиломатериалов

На практике случается, что пилы в процессе работы линии лесопиления «горят». Это серьезная нештатная ситуация, которая сопровождается дополнительным шумом, появлением дыма и гари. При этом вместо резания происходит трение инструмента о древесину, лесоматериал или режущий инструмент останавливается, а на поверхности материала возникают темные полосы (прижоги), дополнительные риски или сколы. Некачественный инструмент, преждевременное затупление кромок зубьев, несоответствие углов режущих кромок, уширение на сторону — некоторые из возможных причин такой ситуации. В частности, уширение на сторону может различаться в зависимости от агрегатного состояния сырья. Например, для мороженой и твердой древесины уширение на сторону при других одинаковых условиях пиления может быть на 20-30% меньше.

Кроме того, часто на практике фактическая скорость подачи распиливаемого сырья превышает нормативные показатели, что может привести к перегрузкам, появлению ступеньки из-за потери пилой устойчивости в пропиле, заклиниванию пил и выходу из строя. Во избежание подобных явлений следует тщательно подходить к выбору режущего инструмента и режимов работы оборудования, подбирая пилы соответствующей конструкции и жесткости корпуса.

Роль дистанционных колец на данном оборудовании двоякая. С одной стороны, они фиксируют пилу так, чтобы ее полотно было строго перпендикулярно оси пильного вала. В связи с этим торцевое биение не должно превышать 0,02-0,03 мм. С другой стороны, пилы должны располагаться на определенном расстоянии, которое предопределяет толщину получаемого пиломатериала. Ширина дистанционной втулки рассчитывается по формуле:

А1 = А2 + b — В, где А1 — ширина дистанционного кольца, мм; А2 — толщина пиломатериала, мм; b — толщина корпуса пилы, мм; B — ширина зуба пилы (пропила), мм.

В настоящее время дистанционные кольца изготавливаются из легкого сплава, стали или композитных материалов, чтобы не вносить дисбаланс в механическую систему, в пределах допуска на данный размер А1 = 0,02-0,03 мм. Дистанционные кольца, у которых отклонение в размерах превышает допуск, могут вывести из строя режущий инструмент. Например, если торцевое биение на пиле составляет 0,05 мм (при диаметре проставочного кольца 120 мм), возможно отклонение зуба пилы диаметром 400 мм на 0,17 мм. А если учесть, что напряжения в парных пилах (на верхнем и нижнем валах) часто имеют различные зоны знакопеременных напряжений в корпусе пилы (например, тугое место или слабина), то при таких условиях они обязательно дадут ступеньку на пиломатериалах не менее 0,3 мм.

Кроме того, если проставочное кольцо имеет не идеальную параллельность торцов (не ниже 7-го квалитета качества), то не сможет надежно зафиксировать пилу на пильном валу и также увеличит биение венцовой зоны пилы и, что приведет к повышенным параметрам ступеньки на пиломатериалах.

Пути решения проблемы

Два пильных вала должны быть строго параллельны и перпендикулярны оси подачи станка и лесопильной линии в целом. Отклонение от параллельности приводит к более быстрому износу режущего инструмента как минимум на одном из пильных валов и дефектам получаемого пиломатериала. Данное требование должно выполняться на стадии изготовления станка, когда формируются места размещения опор пильного вала. Некоторые модели имеют систему коррекции корпусов опор пильных валов, которая позволяет в любой момент изменять их положение относительно друг друга и станины в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной.

В двухвальных многопильных станках с системой корректировки параллельность должна контролироваться и при необходимости корректироваться только специалистами, аккредитованными заводом-изготовителем. Иначе изменения могут затронуть другие размерные связи и привести к выходу оборудования из строя.

На практике исключить дефект «ступенька» можно, уделяя внимание нескольким моментам:

• Приобрести комплект пил и дистационных колец, в котором размер колец по толщине выполнен по 6-7-му квалитету, а пилы будут подобраны попарно по ширине пропила и жесткости корпусов на оба пильных вала, и в процессе дальнейшей работы постоянно контролировать данные параметры. Для этих целей стоит иметь на заточном участке лесопильного завода установку по измерению жесткости корпусов пил.
• Постоянно проводить сортировку набора проставочных колец по толщине, а также пил с образованием пар с максимально близкой шириной пропила. В этом случае пары маркируются, чтобы во время настройки многопильного станка оказаться друг против друга и не вызвать смещения инструмента в нижнем и верхнем ряду.
• Нередко причиной смещения может быть недостаточная фиксация набора пил гайкой на пильном валу, когда остаются воздушные зазоры или загрязненность поверхностей.
• Налипшие опилки или грязь на пилах, пильных шайбах или проставочных кольцах, а также различные механические дефекты и повреждения на сопрягаемых поверхностях могут внести свой вклад в смещение рядов пил относительно друг друга.
• Более быстрое затупление режущего инструмента, чем обычно, связанное с некачественным твердым сплавом, нарушениями режимов пайки, выбором оптимальных параметров режущих элементов (углов, размеров и т. п.), загрязнением пиловочного сырья, в т. ч. торцов бревен и брусьев, особенно весенне-осенней заготовки.