Восстановление дереворежущего инструмента

Заточка дереворежущих фрез

Заточка цельных стальных затылованных и профильных фрез с твердосплавными пластинами производится по передней поверхности резца, а фрез цельных пазовых и профильных сборных фрез – по задней поверхности.

Для заточки и доводки фрез по передней поверхности, а также цельных и сборных фрез с прямолинейной режущей кромкой используются универсально-заточные станки ЗД642Е (Республика Беларусь); специализированные станки ТчФ-2 и ТчФА-2 (Россия), FS-70; FS-75 (Германия), AF46M (Италия).

Заточку профильных сборных фрез производят на специальных профилешлифовальных станках, таких как ТчПГ, ШС-4 (Россия), «Рондамат» 934 (Германия), методом копирования по шаблону.

Для сохранения заданных углов зубьев необходимо правильно устанавливать затачиваемую поверхность относительно шлифовального круга.При заточке зубьев фрез по плоской передней грани обычно стремятся сохранить постоянство переднего угла. Для этого насадные фрезы устанавливают на оправке.

Концевые фрезы при заточке фиксируются в цанговом патроне делительной головки. При этом ось фрезы должна быть параллельной рабочей поверхности шлифовального круга и смещена на величину а = Rsin γ, где R – радиус фрезы, γ – передний угол. По мере переточек радиус фрезы уменьшается и пропорционально уменьшается величина смещения а. При заточке незатылованных фрез сохраняют постоянство угла заострения β. Для этого плоскую переднюю поверхность зубьев насадных фрез при заточке устанавливают вертикально. При заточке концевых фрез плоскую переднюю поверхность смещают относительно оси фрезы на величину е = Rcos β. При заточке концевых фрез с цилиндрической передней поверхностью радиуса r смещают ось заточного круга относительно оси фрезы на величину е = R - r cos β. При заточке торцовых лезвий ось концевой фрезы, установленной в цанговом патроне делительной головки, ориентируют параллельно оси шлифовального круга.

Вершины зубьев располагают в горизонтальной плоскости, проходящей через ось фрезы. Затем фрезу поворачивают в делительной головке на угол φ1 наклона торцовых режущих кромок и наклоняют вместе с головкой на величину угла заострения торцовой режущей кромки βт. Шлифовальный круг должен набегать на режущую кромку, расположенную несколько ниже оси круга.

При заточке насадных фрез по плоской задней поверхности сохраняют постоянство заднего угла α. Для этого фрезу устанавливают на оправке делительной головки так, чтобы ось фрезы была параллельна рабочей поверхности круга. Вершину затачиваемого зуба смещают относительно оси фрезы на величину b = R  sin α. Ширина затачиваемой поверхности стальных фрез обычно составляет 2–3 мм, а напаянных пластинами твердого сплава – 1–2 мм. Поэтому через 3–4 переточки корпус фрезы перетачивают под углом α1, который на 5–10° больше угла а.

Подрезающие зубья пазовых фрез периодически, через 5–6 переточек основных зубьев, затачивают сначала по передней поверхности для восстановления их остроты. Затем их затачивают по задней поверхности, добиваясь выступа вершины подрезателей над окружностью резания основных зубьев на величину около 0,5 мм. Ножи сборных фрез можно затачивать по задней поверхности как вне корпуса фрезы, так и непосредственно в корпусе. При заточке режущих кромок, параллельных оси вращения, фрезу закрепляют на оправке в делительной головке и затачивают по задней грани, как и цельные фрезы. При заточке фрезы с винтовыми режущими кромками она должна иметь возможность свободно поворачиваться вокруг оси. При продольной подаче переднюю поверхность резца поджимают к упору.

Заточка ножей в сборе с корпусом требует несколько большей их выставки, достаточной для нескольких переточек без переналадки фрез. Режим заточки должен обеспечить требуемые остроту лезвия, шероховатость затачиваемых поверхностей и неизменность структуры инструментального материала.

Заточка фрез, оснащенных пластинками твердого сплава, выполняется также по передней и задней поверхности зуба. Рациональное соотношение толщины слоя, снимаемого с каждой стороны, определяется ориентацией пластины твердого сплава на кончике зуба. Как правило, длина типовой пластинки твердого сплава примерно в три раза больше ее толщины. Если пластинка расположена по задней грани, то зуб целесообразно точить по передней поверхности, снимая слой в три раза больший, чем по задней, и наоборот. При соотношении толщин снимаемых слоев 1/3 пластинка будет равномерно уменьшаться в размерах как по длине, так и по толщине.

Заточка дисковых пил

В подготовку к работе круглых (дисковых) стальных пил входят: насечка зубьев, уширение зубчатого венца (разводом или плющением), наплавка зубьев литым твердым сплавом (стеллитом), заточка и фуговка зубьев. Операции по насечке зубьев, их разводу или плющению производятся для стальных дисковых пил, выполненных из целого диска инструментальной стали.

Насечку зубьев круглых пил выполняют в случае необходимости изменения профиля и угловых параметров зубьев; поломки двух следующих друг за другом зубьев; поломки трех зубьев в произвольных местах зубчатого венца.

Для насечки зубьев могут использоваться как ручные, так и механические пилоштампы. Чаще всего на инструментальном участке российских деревообрабатывающих предприятий можно увидеть достаточно старые станки – пилоштампы типа ПШ-6, которые позволяют насекать зубья на пилах толщиной до 6 мм со скоростью до 30 зубьев в минуту. Станки комплектуются набором пуансонов и матриц, позволяющих насекать зубья различных профилей в соответствии с ГОСТ 980-80 «Пилы круглые плоские для обработки древесины. Технические условия».

Уширение зубчатого венца стальных пил производят для снижения трения боковых поверхностей зубьев и диска пилы о стенки пропила, поскольку после прохождения резца в древесине происходит ее упругое восстановление в направлении, нормальном плоскости диска пилы. Возникающее трение приводит к нагреву пилы, ее ускоренному износу, увеличению сил резания и, как следствие, увеличению расхода мощности на резание и подачу заготовки. Для снижения влияния трения ширину пропила выполняют большей, чем толщина диска пилы, за счет развода зубьев на сторону или их плющения.

Развод зубьев предполагает отгиб кончика зуба на высоте1/3–1/2 от его вершины с чередованием в левую или в правую сторону. Это значение оптимально, поскольку отгиб ближе к основанию зуба приводит к заметному увеличению усилия отгиба, возможности деформации диска пилы, снижению устойчивости зуба в пропиле и снижению развода. Развод является универсальным способом уширения пропила для пил практически любой формы и размеров зубьев, шагом, с прямой и косой заточкой. Величина развода не может быть больше половины толщины диска пилы, иначе главные (короткие) режущие кромки зубьев не будут перекрывать друг друга, что приведет к образованию непропиленного клина, дополнительному трению и ухудшению качества пропила, а порой и к поломке зуба. Перед разводом пилу очищают от смолы и опилок, при наличии искривленных зубьев их выправляют.

На многих предприятиях до сих пор производят развод зубьев щелевой разводкой, имеющей ряд прорезей под конкретную толщину диска пилы. Разводку надевают на зуб пилы по биссектрисе его угла заострения и, прикладывая усилие к рукоятке разводки, отгибают кончик зуба. Отгиб зуба должен производиться по линии, перпендикулярной биссектрисе угла заострения. Далее следует контроль величины отгиба индикаторным разводомером или шаблоном относительно той стороны диска, в направлении которой выполнен отгиб. При необходимости величину отгиба корректируют той же разводкой.

Развод зубьев пил может выполняться на специализированных станках-автоматах. При работе станка с каждым зубом взаимодействуют два закаленных штифта, установленных на одной оси, но с разных сторон диска пилы. Один штифт является разводящим, а второй – возвращающим. При воздействии на зуб верхнего штифта происходит переразвод зуба, который корректирует нижний штифт. На смежном зубе операция повторяется в обратной последовательности – назначение штифтов меняется на противоположное. Подобные станки обеспечивают точность развода до ±0,01 мм при производительности более 90 зубьев в минуту.

Плющение применяется только у пил для продольной распиловки, имеющих зубья с прямой заточкой. Суть плющения заключается в том, что кончик зуба задней гранью прижимается к плоскому упору (наковаленке), а со стороны передней грани резца подводят закаленный плющильный валик-эксцентрик. При его развороте на передней поверхности зуба формируется симметрично раздавшаяся в стороны лунка бочкообразной формы. Уширенный кончик зуба обжимают с обеих сторон диска пилы плашками, формуя сужение зуба от вершины к основанию. Окончательную форму уширенный зуб приобретает после заточки по передней и задней поверхности, сужаясь по радиусу к центру пилы.

Пилы с плющеными зубьями обеспечивают более высокое качество поверхности пропила, являются более устойчивыми в пропиле в сравнении с пилами, имеющими разведенные зубья, позволяют уменьшить толщину диска и, как следствие, ширину пропила.

Плющение зубьев выполняют чаще всего с помощью ручных плющилок с последующим формованием зубьев ручными формовками моделей ПК-2 и ФК-2. Это трудоемкие и малопроизводительные процессы, требующие высокой квалификации. При большом объеме подготовки пил для продольного пиления (в том числе рамных и ленточных) следует применять специализированные станки для плющения и формования, такие как станок ПХФ-9, выпускаемый Кировским станкостроительным заводом. Качественное плющение можно обеспечить только для достаточно пластичных зубьев твердостью не более HRC 46. У твердосплавных пил уширение пропила обеспечивается за счет боковых свесов пластинки твердого сплава и их поднутрением при заточке фрез у производителя.

Заточка зубьев пил

У дисковых, ленточных и рамных пил наиболее интенсивно изнашивается и затупляется вершина зуба (участок сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок). Степень затупления резцов пил и резцов фрез определяется по бликам света, отражающимся от затупившихся вершин зубьев, снижению качества обработанной поверхности, росту усилия подачи и мощности резания.

Максимальный съем инструментального материала шлифовальным кругом за один проход составляет 0,01–0,05 мм, что недостаточно для полного удаления всех следов износа лезвия. Обычно на всю операцию требуется до 4–5 проходов, а при значительном затуплении – до 7 проходов. При заточке стальных пил возможны следующие варианты: по передней поверхности; по задней поверхности; по обеим поверхностям одновременно.

Заточка стальных пил только по передней поверхности допускает максимальное число переточек, но она малопроизводительна. Заточка только по задней поверхности приводит к снижению ресурса пилы. Заточка по обеим поверхностям одновременно наиболее рациональна при правильном сочетании глубины слоев, удаляемых с передней и задней поверхностей. При заточке пил с прямой задней гранью больший слой металла снимают с более изношенной поверхности. При заточке пил с ломаной или криволинейной поверхностями рационально сошлифовывать более толстый слой металла именно с них, поскольку это увеличивает срок службы плющеных зубьев. Существует большое разнообразие профилей зубьев стальных пил, заточка которых подробно описана в книге Зотова Г.А. «Станочный дереворежущий инструмент. Практические рекомендации».

Заточка зубьев пил с пластинками твердого сплава осуществляется за счет съема металла одновременно по передней и задней грани. В зависимости от расположения пластинки длинной стороной по передней или задней грани переточку производят из условий обеспечения максимального ресурса зуба. Если пластина расположена вдоль передней грани резца, то основной съем металла снимают по задней грани, причем подача на врезание должна составлять 3–5% от длины пластинки. При соблюдении этого условия производители гарантируют до 25 переточек. Однако нельзя забывать о необходимости переточки собственно диска пилы за задней гранью зуба, поскольку алмазный круг для исключения засаливания не должен врезаться в тело стального диска.

При переточке пластин по передней грани рекомендуется съем металла 3–5%, но уже от толщины пластинки. Для пластинки длиной 9 мм и толщиной 3 мм съем будет составлять 0,3 мм при заточке по задней грани и 0,1 мм – по передней. Несмотря на то что проводить заточку зубьев твердосплавных пил по боковым граням целесообразно, этого не делают из-за высокой стоимости станков для заточки по боковым граням. Для заточки пил применяются как простые станки с ручной подачей, так и универсальные заточные и пилоточные станки, специализированные станки для заточки рамных, ленточных или круглых пил. Универсальные заточные станки используются на средних и малых предприятиях при небольшом объеме затачиваемого инструмента – как стальных, так и твердосплавных круглых пил (до десятка в смену).

Универсальные пилоточные станки служат для заточки небольшого количества разных видов пил – рамных, ленточных и круглых без сложной переналадки на нужный вид и форму зубьев. Примером является станок ТчПА-7, который при оснащении соответствующими опциями позволяет производить заточку зубьев стальных пил как круглых, так рамных и ленточных. При большом объеме заточки применяются специализированные станки для заточки по профилю (по передней и задней поверхностям) стальных рамных, ленточных и круглых пил. Для поэтапной заточки круглых твердосплавных пил по передней поверхности и задней поверхности используется полуавтомат ТчПТ6-2, а для заточки пил по боковым граням ТчПКБ-2, применяемый в большинстве случаев производителями пил.

В России основным производителем заточного оборудования является Кировский станкостроительный завод, выпускающий широкую гамму станков и приспособлений для подготовки к работе дереворежущего инструмента, начиная с простейших станков с ручной подачей, ручных плющилок и формовок до полуавтоматических станков для заточки твердосплавных пил. Однако эти станки заметно отстают по техническому уровню от зарубежных станков по точности, производительности, степени автоматизации. В российском ГОСТе на дереворежущий инструмент с пластинками твердого сплава представлено пять видов профилей зубьев, тогда как в номенклатуре немецкой инструментальной фирмы Leutz их насчитывается почти два десятка.

Станки для заточки пил с ЧПУ

Сегодня большинство российских деревообработчиков перешли на использование импортных твердосплавных пил, для заточки которых требуются иностранные станки. На отечественном рынке появились заточные станки, в основном с числовым программным управлением (ЧПУ), многих зарубежных производителей, успешно заполнившие эту нишу. Станок немецкой фирмы Vollmer СНС eco с ЧПУ для заточки круглых пил предназначен для заточки твердосплавных зубьев пил различной формы по передней и задней поверхностям. Станок позволяет производить заточку в условиях инструментального предприятия новых зубьев, переточку затупившихся зубьев, а также отдельных отремонтированных зубьев в условиях деревообрабатывающих предприятий. Осуществляется заточка как стандартных (в соответствии с ГОСТ 9769-79), так и специальных профилей зубьев твердосплавных пил зарубежного производства.

Конструктивно оборудование выполнено на базе стальной сварной станины, на которой установлены основные механизмы. Рабочая зона станка закрывается остекленной раздвижной дверцей, отделяющей оператора от зоны резания в процессе заточки, исключая разбрызгивание смазочно-охлаждающей жидкости во время работы. Внутри станины в нижней ее части располагаются бак гидростанции, емкости со смазочно-охлаждающей жидкостью. К нижней части станины крепится консоль пульта управления с сенсорным дисплеем. На нем расположены таблицы формы зубьев, которые может обрабатывать станок. Опционально станок может оснащаться системами централизованной смазки узлов и механизмов, а также установками аварийного пожаротушения и отсоса отходов обработки – абразивной и металлической пыли.

Основными механизмами станка являются: обрабатывающая головка, включающая узел крепления затачиваемой пилы, зажимные салазки, механизмы настройки угловых параметров зубьев, скорости шлифования, начала и конца рабочего хода, рабочий инструмент (шлифовальный круг), установленный на шпинделе с механизмом привода и ограждением, механизмом подачи на зуб.

Первым этапом при установке пилы для заточки ее следует позиционировать таким образом, чтобы вершина зуба находилась бы в строго определенной базовой позиции, куда пила подводится вручную, ориентируясь по конечному положению защелки подачи. Следующим этапом работы является идентификация зуба, которая производится после того, как в блок управления станка введены все необходимые параметры режущих поверхностей зуба. Во все позиции для заточки пилы оси станка также перемещаются вручную.

Для последующей обработки пилы из системы ЧПУ с четырьмя управляемыми осями вызывается одна из программ для автоматической заточки параметров зубьев конкретной пилы. Такие программы создаются на основе главных программ, каждая из которых содержит хотя бы одну рабочую программу обработки.

Обработка значений параметров зубьев пилы осуществляется в блоке вспомогательного управления, и перед выполнением какого-либо этапа заточки передаются из вспомогательного блока в блок управления всем процессом заточки. Если обрабатывается партия одинаковых пил или на предприятии в работе имеется несколько аналогичных пил, то можно сохранить данную программу под соответствующим номером или именем. Каждая программа соответствует определенному виду обработки под конкретный шлифовальный круг или готовности шлифовальной головки принять соответствующее положение для выполнения данной операции.

При заточке зуба по передней поверхности вызывается рабочая программа 1. При этом шлифование осуществляется торцом подводимого по центру шлифовального круга тарельчатой формы. После позиционирования одного из зубьев стандартная обработка выполняется по следующим шагам: ускоренный подвод шлифовального круга к кончику пилы, установленной для обозначения начала рабочего хода; рабочий ход, соответствующий длине передней поверхности зуба с гарантированным перебегом, выполняемый на рабочей скорости подачи; холостой ход выполняется в два этапа: отвод круга от заточенной поверхности в сторону межзубой впадины и обратный ход круга без контакта с передней поверхностью до точки начала рабочего хода плюс свободный ход. Далее толкатель разворачивает диск пилы на требуемый угол, соответствующий шагу зубьев, после чего следует заточка второго зуба, и так далее до заточки всех зубьев пилы.

Для заточки пилы с зубьями с отрицательным передним углом (программа 2) необходимо использовать шлифование торцом чашечного круга, развернув его на соответствующий угол. Рабочий цикл заточки выполняется по циклу аналогично программе 1. Также производится заточка пил по задней поверхности. Существуют соответствующие программы заточки применительно к зубьям с косой боковой заточкой, трапециевидной и вогнутой формы передней грани, с групповым расположением зубьев и т.д., которые заложены в блоке управления под строго определенными номерами и рассчитаны для специальных пил и специальных процессов обработки. Предусмотрена отдельная программа и для заточки стальной поверхности диска за задней поверхностью твердосплавной пластинки.

Программирование станка осуществляется с дисплея пульта управления, установленного на консоли станины. Аналогичные заточные станки с ЧПУ и управлением по 4–6 осям для круглых пил, фрез выпускаются рядом фирм: Walter (Германия), UT.MA (Италия), ABM (Турция), Schneeberger (Швейцария) и другими.

Контроль качества заточки дереворежущего инструмента

Контроль качества заточки фрез включает осмотр режущих кромок – выкрошины, забои и следы прижогов не допускаются. Острота режущей кромки после заточки должна быть не более 8 мкм. Контроль линейных параметров фрез включает изменение ее диаметра и биения режущих кромок (радиального и торцевого), при этом разность в диаметрах фрез, работающих комплектом, не должна превышать 0,2 мм. Измерения проводят индикатором с ценой деления 0,01 мм в центрах или на оправке. Торцевое биение не должно превышать 0,06 мм для фрез диаметром до 125 мм и 0,08 мм – для фрез диаметром более 125 мм. Соответствие профиля фрезы осуществляется по дисплею контрольно-оптического стенда или по шаблону. Зазор между контуром зубьев не должен превышать 0,1 мм.

Шероховатость заточенных поверхностей зубьев проще всего производить сравнением с набором эталонных образцов: параметр шероховатости Ra не должен превышать 0,63–0,32 мкм для фрез со стальными зубьями и 0,16–0,08 – для фрез с зубьями, оснащенными твердым сплавом. Критериями правильной заточки зубьев пил являются: зубья после заточки не должны иметь на уголках блеска, свидетельствующего о том, что с зуба снят недостаточный слой металла; одинаковый профиль, шаг, высота, угловые параметры зубьев; расположение всех вершин зубьев на одной прямой у рамных и ленточных пил и на одном радиусе – у круглых пил; дно межзубой впадины должно иметь плавное закругление; наличие острых углов, глубоких рисок и других концентраторов напряжений в полотне пилы, способных вызвать развитие усталостных трещин и облома зубьев, не допускается; зубья не должны иметь заусенцев, засинения кончиков и других дефектов.

Качество заточки и работоспособность шлифовальных кругов повышаются в случае непрерывной подачи в зону шлифования смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). При заточке и доводке стальных фрез абразивными кругами в качестве СОЖ используют воду с добавкой 2–3% кальцинированной соды или буры. При заточке инструмента эльборовыми кругами можно рекомендовать следующий состав СОЖ: вода с добавлением 0,6% тринатрийфосфата, 0,5% ализаринового масла, 0,25% буры, 0,25% нитрата натрия. Другой состав СОЖ: вода с добавлением 1% нитрита натрия и 2% нитрата натрия. При заточке твердосплавных фрез алмазными кругами на бакелитовой связке в качестве СОЖ рекомендуется вода с добавлением 0,6% тринатрийфосфата, 0,5% сульфинированного касторового масла, 0,5% буры, 0,25% азотнокислого натрия. При использовании алмазных кругов на металлической связке – 1%-ный водный раствор кальцинированной соды или 1,5–3%-ная эмульсия из эмульсола НГЛ-205 или засмаливателя ПВ.

Причины износа дереворежущего инструмента

Под изнашиванием понимают сложный физико-механический процесс отделения от лезвия частиц инструментального материала. В зависимости от размеров отделяемых частиц при резании различают следующие виды изнашивания:

Скол – разрушение кончика резца за пределами контакта лезвия с обрабатываемым материалом, когда величина отделяемых частиц составляет от нескольких десятых долей до нескольких миллиметров.

Выкрашивание – разрушение в пределах контакта лезвия с обрабатываемым материалом, когда величина отделяемых частиц составляет от нескольких сотых долей до нескольких десятых долей миллиметра.

Истирание – разрушение и отделение частиц инструментального материала, размеры которых сопоставимы с высотой неровностей поверхности лезвия и составляют от долей микрометра до нескольких микрометров.