shkolakz.ru 1
Лекция 11


Пиление древесины. Общие сведения

1. Характеристика процесса пиления


Пиление – это процесс деления древесины пилой на объемные недеформированные части путем превращения в стружку объема древесины между этими частями.

Пила – многолезвийный режущий инструмент, который работает в закрытом пропиле. Пропил – это щель, образующаяся в древесине при срезании зубьями узких стружек (опилок). У пропила различают боковые стенки и дно, с которым взаимодействуют лезвия (зубья).

2. Классификация видов пиления


Пиление древесины классифицируют по нескольким признакам.

В зависимости от положения плоскости пилы по отношению к волокнам древесины различают пиление продольное, поперечное и смешанное.

При продольном пилении плоскость пилы расположена параллельно или приблизительно параллельно волокнам древесины. По принципу продольного пиления работают лесопильные рамы, круглопильные и ленточнопильные станки, на которых распиливают бревна и брусья на доски, раскраиваются пиломатериал по ширине или по толщине в продольном направлении.

При поперечном пилении плоскость пилы расположена перпендикулярно или приблизительно перпендикулярно волокнам древесины. Пиление выполняется вручную поперечными пилами, ножовками или на торцовочных станках, применяемых для раскроя хлыстов на круглые сортименты, удаления пороков древесины и обзольных участков с концов пиломатериала, а также придания пиломатериалу заданной длины и качества.

При смешанном пилении плоскость пилы расположена под острым углом (10˚…80˚) к направлению волокон.

В зависимости от вида применяемых пил различают следующие виды пиления:

– продольное пиление рамное, пиление ленточными, круглыми и лобзиковыми пилами;

– поперечное пиление круглыми, цепными и лобзиковыми пилами;

– смешанное пиление круглыми, ленточными и лобзиковыми пилами.


В зависимости от количества одновременно работающих пил в станке различают способ раскроя пиломатериала индивидуальный и групповой. Раскрой бревен и пиломатериалов одной пилой называют индивидуальным, а несколькими пилами – групповым.

При индивидуальной распиловке бревна распиливают на пиломатериалы отдельными резами на круглопильных, ленточнопильных вертикальных или горизонтальных станках. Раскрой выполняется с учетом индивидуальных особенностей качественных зон каждого бревна. Такой способ раскроя эффективен при распиловке древесины ценных пород, раскрое бревен большого диаметра и бревен со значительными пороками.

Для групповой распиловки применяют лесопильные рамы, многопильные круглопильные и ленточнопильные, а также фрезерно-пильные станки.

В зависимости от положения заготовки относительно центра круглой пилы различают пиление периферийной зоной пилы, средней зоной и центральной зоной пилы, а также пиление верхней и нижней зоной пилы.

При работе периферийной зоной пилы зубья пилы выступают над поверхностью заготовки на величину, равную примерно высоте зуба.

При работе средней зоной пилы зубья выступают над поверхностью заготовки на величину, равную примерно одной трети радиуса пилы.

При работе центральной зоной центр пилы расположен на середине высоты пропила. Такое пиление применяется в фрезерно-пильных станках.

Периферийная и средняя рабочие зоны пилы могут быть расположены на верхнем или нижнем участках пилы, что наблюдается в круглопильных станках с нижним и верхним расположением пильного вала.

При раскрое бревен на пиломатериалы применяют такие способы (рис. 1):

развал бревна;

– развал бруса;

– распиловка с брусовкой на один или два бруса;

– выпиловка несимметричного бруса (шпалы);

– развально-сегментный и брусо-сегментный;


круговой;

– секторный.

При распиловке бревен вразвал на лесопильных рамах или многопильных круглопильных станках за один проход образуются необрезные доски и горбыли. Этот способ распиловки часто применяют при раскрое бревен лиственных пород.

При распиловке с брусовкой бревно распиливают за два прохода. На первом проходе из бревна получают один или два двухкантных бруса, необрезные доски и два горбыля. На втором проходе осуществляют развал бруса и получают обрезные доски шириною, равной толшине бруса, необрезные доски и два горбыля. При этом доски, выпиленные из средней части бруса, получаются радиальными. Доски, выпиленные из периферийных зон бруса, получаются тангентальными. Остальные доски занимают промежуточное положение.

При развально-сегментном способе раскроя на первом проходе из средней зоны бревна выпиливают несколько необрезных досок, а из боковой зоны получают два сегмента.

При круговом способе распиловки бревен каждый последующий рез может быть направлен параллельно, перпендикулярно или под любым углом к предыдущему. Это позволяет получать пиломатериалы радиальной и тангентальной распиловки. Распиловку бревна можно вести параллельно его продольной оси или параллельно образующей. Круговой способ особенно эффективен при раскрое крупномерного сырья.

При секторном способе распиловки сначала распиливают бревно продольно оси бревна на части, имеющие в поперечном сечении вид секторов. Затем из каждого сектора выпиливают один брусок, пласть которого параллельна или перпендикулярна радиусу бревна. Если годовые слои древесины будут расположены к пласти под углом меньше 45˚, то получается пиломатериал тангентальной распиловки, при угле больше 45˚, но меньше 60˚, получается пиломатериал смешанной распиловки, а при угле более 60˚ – радиальной распиловки.

3. Уширение пропила

При пилении боковые режущие кромки зубьев деформируют стенки пропила. После прохода зубьев стенки пропила упруго восстанавливаются, расстояние между ними сокращается, и полотно пилы может быть зажатым. От трения пила настолько сильно нагревается, что работать ею становится невозможно, она теряет устойчивость.


Чтобы предотвратить зажим пилы, делают уширение ее зубчатой кромки. Ширина пропила всегда должна быть больше толщины полотна пилы. Если это условие не соблюдается, то стенки пропила зажимают пилу.

Уширение пропила выполняют путем развода или плющения зубьев, или применяют пилы с боковым поднутрением, или пилы оснащают пластинками из твердых сплавов, зубья которых затачивают с боковым поднутрением.



Рис. 2. Способы уширения пропила:


а – развод зубьев; б – плющение зубьев; в – использование строгальных пил; г – использование твердосплавных пил


При разводе (рис. 2, а) кончики зубьев длиной 0,3…0,5 высоты зуба отгибают поочередно в разные стороны. При плющении (рис. 2, б) кончики зубьев расплющивают и формуют, придавая им форму лопаточек, расположенных симметрично относительно корпуса пилы.

Круглые строгальные пилы (рис. 2, в), имеют боковое поднутрение под углом 15 и 25.

Зубья пил с пластинами твердого сплава (рис. 2, г) имеют форму лопаточек с боковым поднутрением.

Ширина пропила в этом случае находится следующим образом:

, (1)

где b – ширина пропила, мм;

S – толщина полотна пилы, мм;

S’ – уширение зубьев на каждую сторону, мм.

Значения S’ рекомендуется брать по справочнику в диапазоне 0,2...1,1 мм. Его величина зависит от породы древесины (плотности), влажности и условий работы.

4. Удельная сила трения

Пропил – это узкая щель, образуемая пилой. Срезаемая стружка шириною b попадает в пропил шириною bп.

Из-за упругости древесины стенки пропила после прохода зуба частично восстанавливаются. Ширина пропила bп < b. Таким образом, стружка оказывается зажатой с боков стенками пропила (рис. 3).

При дальнейшем движении зуба стружка, преодолевая силы трения Fт по стенкам пропила и передней поверхности зуба, впрессовывается в междузубную впадину, постепенно заполняя ее. Чем больше путь зуба в древесине, тем больше накапливается стружек во впадине, тем сильнее она спрессовывается и трется о стенки пропила.

Средняя сила трения за проход зуба в заготовке

,

где  – касательное давление на зуб от трения стружки в пропиле (удельная сила трения стружки о стенки пропила), МПа.

Удельная сила трения стружки в пропиле равна отношению средней силы трения к поперечному сечению срезаемого слоя:

. (2)

Значения  для пил с разведенными  и плющеными  зубьями находят по (табл. 1).


Таблица 1

Касательное давление a на зуб пилы от трения стружки в пропиле


a, МПа

Пилы

рамные

ленточные

круглые

al

0,25


0,25

0,70...0,74

aD

0,2

0,2

0,57...0,59

Удельная сила трения представляет собою касательное давление стружки на зуб, создаваемое силами трения в пропиле.

5. Производительность пилы по вместимости впадин


Производительность пиления характеризуется величиной подачи на зуб, определяемой по вместимости междузубной впадины.

Образовавшиеся при пилении опилки помещаются междузубными впадинами и выносятся ими из пропила.

На основании многочисленных исследований теорией резания рекомендуются следующие формулы для расчета подачи на зуб по заполнению впадин опилками:

при пилении рамными пилами

; (3)

при пилении ленточными пилами

; (4)

при пилении дисковыми пилами

, (5)

где tmax – максимальная высота пропила.

6. Толщина срезаемого слоя при работе плющеными и разведенными зубьями

На рис. 4 показаны три пропила одинаковой ширины b, в которых срезаются слои древесины при одинаковой подаче на зуб Sz. В первом пропиле показаны разведенные зубья пилы, а во втором пропиле – формы слоев, срезаемых этими зубьями. В третьем пропиле изображена форма слоев, срезаемых плющеными зубьями. Площади слоев, срезаемых разведенными и плющеными зубьями, одинаковы и равны bSz. Среднее значение подачи на зуб по длине режущей кромки находят путем деления площади среза на длину режущей кромки bл:


.

Обычно принимают

, (6)

где  – угол подачи (угол между направлениями скоростей движения подачи и главного движения).

7. Форма зуба пилы для продольного и поперечного пиления


Правило пиления можно сформулировать так: при внедрении зуба в древесину сначала необходимо перерезать волокна, а затем с наименьшим сопротивлением отделить их от массива и удалить стружку из пропила.






Рис. 5. Схемы

пиления:

а – продольное;

б – поперечное;

в – образование стружки при поперечном пилении


При продольном пилении (рис. 5, а) зуб своей главной режущей кромкой врезается в древесину и перерезает ее волокна. Клин зуба проникает в древесину и передняя грань стремится отжать надрезанную стружку от массива. Так как прочность древесины в плоскости волокон слабая, то надрезанная часть стружки скалывается и попадает в междузубную впадину.

Зуб пилы должен иметь угол резания при главной режущей кромке всегда меньше 90. Боковые режущие кромки не затачивают и оставляют их с углом резания 90.

При поперечном пилении (рис. 5, б) работу перерезания волокон древесины выполняют боковые режущие кромки. Для этого зубья выполнены с боковой заточкой. При внедрении зубьев в древесину на глубину 0,8 мм напряжения на дне пропила, созданные скошенными передними гранями зубьев (рис. 5, в), достигают предела прочности на скалывание вдоль волокон и перерезанные волокна скалываются то влево, то вправо вдоль волокон.


При поперечном пилении древесины основную работу выполняют боковые режущие кромки зубьев, наклоненные вперед и имеющие скошенные передние грани. Для обеспечения этих условий зубья пилы затачивают так: угол резания при главной режущей кромке 90, а боковая режущая кромка выполняется с углом косой заточки  = 40...45.


Контрольные вопросы и задания


Укажите цифрой номер правильного ответа

1. При пилении древесины круглой пилой, у которой толщина диска равна 2 мм и уширение зубьев на сторону равно 0,6 мм, ширина пропила равна, мм

1. 2,6

2. 3,2

3. 3,4

4. 3,6

5. 4,2

2. Уширение зубьев пил достигают путем

1) развода,

2) плющения,

3) применения пил с боковым поднутрением,

4) напайки пластин с последующей их косой заточкой,

5) увеличения толщины пилы.


3. Чем отличаются пилы продольного и поперечного пиления?

4. Как учесть в расчетах трение пилы в пропиле?

5. Какие способы распиловки Вы знаете?