Твердосплавные пилы представляют собой станки для резки . Зубья пилы изготовлены из твердого сплава , поэтому можно резать твердые материалы.
В 1926 году немецкая компания Krupp разработала карбид — очень твердую смесь спеченных карбидов различных тяжелых металлов, особенно карбида вольфрама , используемый для режущих кромок и штампов. Этот новый материал произвел революцию в удалении металла или «нарезании стружки» в производстве. В 1950-х годах твердый сплав использовался во всех процессах обработки, кроме пиления. В 1942 году немецкие учёные доработали карбид до металлокерамики . После Второй мировой войны американские университеты продолжили разработку этого материала и начали продавать его в качестве режущего материала для станков под торговой маркой Cermet. Распиловка цветных металлов, таких как алюминий, латунь, пластик и дерево, с помощью дисковых пил с твердосплавными напайками началась в 1930-х годах. Однако попытки разрезать черный металл твердосплавными пластинами не увенчались успехом, поскольку существующим пилам не хватало скорости, жесткости и инноваций, необходимых для передачи высокой силы с низкой вибрацией. Все эти атрибуты необходимы для твердосплавного пиления. Кроме того, существующая геометрия зубьев с положительными углами резания привела к растрескиванию твердосплавных вершин, которые были более твердыми и, следовательно, более хрупкими, чем круглые лезвия из быстрорежущей стали (HSS).
Название «твердосплавная пила» произошло от инструмента — циркулярной пилы с припаянными серебром твердосплавными наконечниками. Он конкурировал и практически заменял цельные или сегментные лезвия из быстрорежущей стали, поскольку карбид намного тверже, чем из быстрорежущей стали. До того, как были разработаны пилы из быстрорежущей стали, для определенных применений использовались абразивные, фрикционные или горячие пилы, которые до сих пор производятся. Эти процессы создают тепло, поэтому их называют горячими пилами. Однако в полотнах из быстрорежущей стали используется охлаждающая жидкость, и поверхности среза не нагреваются, поэтому их называют пилами холодного действия . Благодаря уникальной геометрии зубьев твердосплавных циркулярных пил тепло, выделяемое в процессе резания, передается стружке и уносится вместе со стружкой. Поверхности разреза остаются прохладными. Поэтому твердосплавные пилы еще называли пилами холодного действия. Другие названия включают пилы для холодной резки, циркулярные пилы для холодной резки, пилы для холодной резки или дисковые пилы для холодной резки.
В 1963 году американская компания Ingersoll Milling Machine Co. в Рокфорде, штат Иллинойс , разработала первую твердосплавную пилу, которая использовалась для резки стальных листов дисковыми пилами с твердосплавными напайками. Положительный угол резания зубьев минимизировал срок службы инструмента. Между 1963 и 1969 годами профессор Палитч и инженеры Арно Виллемейт и Хорст Доепке из Брауншвейгского университета разработали новую геометрию твердосплавной вершины с отрицательным углом резания и парой зубьев, которые делили стружку на три части. Благодаря такому развитию геометрии вершины распиловка заготовок из легированной стали стала экономичной. В 1969 году компания Advanced Machine & Engineering Co. (AME) из Рокфорда, штат Иллинойс, разработала первую пилу для заготовок, в которой использовались пилы с твердосплавными напайками, учитывающие «брауншвейгскую геометрию». AME [1] начала производить эти машины для компании Metalcut Inc., еще одной компании, базирующейся в Рокфорде. Станок продавался на мировом рынке под названием Metalcut 12 и выставлялся на выставках в Милане, Италии и Чикаго. Его эффективность резки была в восемь раз выше, чем у ленточных пил, и в четыре раза выше, чем у циркулярных пил холодной резки из быстрорежущей стали, и произвела революцию на рынке производственных распилов.
В 1970 году министерство обороны США узнало о разработке новой концепции пилы. Компания Chamberlain Manufacturing Corporation, по контракту с Frankford Arsenal ( [2] ), провела оценку твердосплавной пилы Goellner для заготовок. 29 мая 1970 года Чемберлен опубликовал подробный технический отчет. В отчете был сделан вывод, что новая концепция распиловки превосходит традиционную ленточную распиловку, холодную распиловку и другие методы резки заготовок по многим целям. Заявленные преимущества включали более высокие скорости резки, длительный срок службы лезвий и улучшенное качество режущих поверхностей.
С 1972 по 1976 год для своей диссертации Хорст Дёпке, научный сотрудник Института станков и машиностроения Брауншвейгского университета, разработал особую геометрию твердосплавного резания для труб, в которой каждый зуб делил каждую стружку на две части. В 1984 году компания Speedcut Inc. из Рокфорда, штат Иллинойс, разработала еще один тип геометрии твердосплавных зубьев под названием «Notch Grind». Он использовался для стальных заготовок и позволял раскалывать стружку по одной канавке, расположенной в шахматном порядке на зуб. С применением технологии Notch Grind пилы стали значительно быстрее, чем с геометрией Брауншвейга. [3] В течение нескольких лет различные компании разрабатывали твердосплавные пильные полотна со сменными твердосплавными наконечниками. Эти пильные полотна до сих пор не доказали свою экономичность при резке стали.
Горизонтальные скользящие пилы, вероятно, являются наиболее часто используемым типом твердосплавных пил. В этой конструкции пильное полотно крепится на шпинделе редуктора, где оно скользит по горизонтальным направляющим и горизонтально входит в заготовку.
В 1969 году первая горизонтальная пила для заготовок из твердого сплава была разработана компанией AME и изготовлена для Metalcut Inc. Впервые телескопические стальные направляющие и стальные фартуки Hennig были использованы для защиты жизненно важных компонентов пилы от высокоскоростной летящей стружки, которая труднодоступна. контролировать. [4]
Пильное полотно этого типа пилы входит в материал вертикально. Эти пилы часто используются в качестве пил для слоев, благодаря чему можно одновременно разрезать множество труб, профилей или стержней в горизонтальном направлении.
В 1974 году Арно Виллемейт, соавтор брауншвейгской геометрии зубьев, разработал первую твердосплавную пилу с вертикальным суппортом. [5] Он был произведен компанией Ohler в Ремшайде, Германия. Framag, австрийская компания, позже взяла на себя производство этого типа машин, а также построила их в качестве распиловочного станка. Олер ранее производил вертикальные пилы из быстрорежущей стали с двойными закругленными направляющими, а позже переоборудовал их в твердосплавные пилы.
Они дороже, чем обычные горизонтальные скользящие пилы. Наиболее эффективно их используют для резки железнодорожных рельсов, поскольку полотно пилы оптимально входит в профиль рельса.
Поворотные пилы изначально использовались как быстрорежущие пилы для резки небольших профилей и труб. В конце 1970-х годов эти пилы начали использоваться для обработки более крупных стальных профилей на строительных проектах (Кальтенбах).
В 1973 году компания Metalcut разработала первую высокопроизводительную твердосплавную поворотную пилу для прутков диаметром 75 мм (3 дюйма), в которой центр вращения редуктора был прикреплен к плите пола. Эта пила режет по обе стороны оси поворота, по одному пруту с каждой, и в результате была более производительной.
В 1976 году компания Carbide Cutoff Inc. (CCI) в Рокфорде, штат Иллинойс, разработала более крупную твердосплавную пилу такого типа, чтобы иметь возможность конкурировать с горизонтальной направляющей пилой от Metalcut Inc. Эта машина успешно разрезала заготовки диаметром до 8 дюймов. (200 мм) в диаметре.
Эта пила поворотного типа также использовалась компанией Metalcut Inc. либо в качестве пилы для слоев, либо в качестве пилы для заготовок, которая разрезала заготовки диаметром до 600 мм (24 дюйма). Шарнир расположен над станиной станка, а пильное полотно входит в материал вертикально и дугообразно, но не имеет замкнутого силового контура.
В 1994 году компания AME разработала экономичную поворотную пилу под торговой маркой AMSAW 200 для рынка США. В 2011 году компания AME из Рокфорда, штат Иллинойс, разработала высокоэффективную твердосплавную пилу, в которой ось поворота редуктора закреплена на нижнем конце станины станка, для резки заготовок диаметром 350 мм (14 дюймов). Сила сосредоточена в замкнутом контуре, и машина чрезвычайно жесткая. В этой машине также улучшен поток стружки, поскольку стружка выбрасывается непосредственно на конвейер для стружки.
В 1963 году компания Ingersoll Milling Machine Co., Рокфорд, штат Иллинойс, разработала пилу, которая разрезала пластины из высокопрочной углеродистой стали с помощью твердосплавных пильных полотен. Горизонтальные пути крепились на балке над плитой.
Позже компания Oliver Machinery Co. из Детройта, штат Мичиган, разработала дисковую пилу, в которой редуктор скользил под пластину на станине станка и разрезал пластину снизу.
В 1973 году компания Metalcut разработала первую твердосплавную рельсовую пилу, которую позже начали производить другие компании, включая Wagner. В 1997 году компания AME разработала экономичную рельсовую пилу под торговой маркой AMSAW 300-R, которая до сих пор широко используется в США. В 1999 году компания AME создала специальную модель твердосплавной пилы для резки под углом железнодорожных рельсов для крестовин и стрелок. В 2011 году AME разрабатывает специальную модель, которая встраивается в железнодорожный вагон как двойная пила и используется для ремонта железнодорожных путей в США. Он заменил использовавшиеся ранее абразивные пилы. Эти абразивные пилы были виновны в возникновении лесных пожаров из-за горячей стружки и искр. Следовательно, эти опасные машины были заменены пилами холодной резки AMSAW.
В 1974 году компания Metalcut разработала двухслойные пилы, которые разрезали концы до шести профилей «С». Профили подходили к пилам горизонтально, послойно. Первая пила разрезала передние концы, вторая — задние, при этом последняя могла перемещаться по гусеницам и, следовательно, пилить различную длину. Эти машины были построены как поворотные пилы и разрезали профили снизу вверх.
В 1976 году эта поворотная пила также использовалась для резки труб по слоям.
Позже Вагнер и Фрамаг построили аналогичные пилы вертикальной конструкции.
В 2008 году компания AME разработала твердосплавную горячую пилу, которая обрезает концы горячекованых осей для железнодорожной отрасли.
Толстостенные кольца подвергаются горячему прокату, и их часто приходится нарезать ломтиками. Компания MFL Liezen из Австрии разработала такую пилу, которая вырезала кольца по внутреннему диаметру. AME Rockford, IL также предлагает пилы такого типа; однако он разрезает кольца снаружи.
Твердосплавные пилы с направляющими (горизонтальными, вертикальными или наклонными направляющими) состоят из сварной основы из цельных стальных пластин, достаточно ребристых и часто заполненных вибропоглощающим материалом. Это основание поглощает возникающие силы и гасит вибрации. К основанию, где скользит редуктор, прикручены закаленные направляющие.
Ползуны направляются коническими направляющими с минимальным люфтом или направляющими с гидравлическим приводом, которые могут быть предварительно нагружены для устранения люфта и получения необходимой жесткости. В последнее время стали также использоваться преднагруженные линейные пути. Эксперты до сих пор спорят о том, обеспечивают ли коробчатые направляющие с предварительным натягом и пластиковой облицовкой с низким коэффициентом трения лучшее гашение вибрации, чем закаленные линейные направляющие с предварительным натягом и закаленными шариками или роликами.
Система подачи состоит либо из гидравлического цилиндра, либо из шарико-винтовой пары и шестеренчатого редуктора, который приводится в действие серводвигателем.
Чаще всего используются малозазорные закаленные шестерни, установленные на шариковых или конических роликоподшипниках. В зависимости от размера пильных полотен можно использовать максимум пять комплектов шестерен с передаточным отношением до 40:1. Двигатели с регулируемой скоростью мощностью до 150 кВт приводят в движение коробку передач напрямую, либо через зубчатый или клиновой ремень. Многие пилы имеют фланец для крепления полотна, встроенный в шпиндель. Это дешевле, но требует дорогостоящего обслуживания в случае износа поверхностей крепления лезвия. Однако некоторые более инновационные пилы имеют съемные приводные ступицы, которые жестко закреплены и могут быть легко заменены. Некоторые пилы также используют маховики на входном валу коробки передач для сглаживания колебаний крутящего момента.
Обычно он состоит из двух гидравлических зажимных цилиндров, которые зажимают материал по обе стороны пильного полотна по горизонтали, вертикали или под углом. Чтобы продлить срок службы пильного полотна, материал отделяется от полотна с обеих сторон, прежде чем пильное полотно выводится из реза.
Пильное полотно должно быть прочно закреплено на приводном валу, чтобы передавать большой крутящий момент без вибрации. Фланец лезвия большего размера обычно снижает вибрацию лезвия, но требует большего диаметра лезвия. Чтобы снизить стоимость лопастей, некоторые производители используют фланцы меньшего размера в сочетании со стабилизаторами лопастей и тем самым могут снизить затраты на инструмент.
Поскольку твердосплавные пильные полотна имеют круглую форму, они являются самыми жесткими элементами силовой передачи в радиальном направлении в направлении подачи, но очень нестабильны перпендикулярно направлению подачи. Из-за тонкого корпуса лопастей необходимо стабилизировать лопасти, чтобы минимизировать амплитуды боковых вибраций. Когда были проведены первые эксперименты с твердосплавными пилами, инженер-разработчик компании Advanced Machine & Engineering в Рокфорде стабилизировал полотно с помощью метлы, которой он прижимал вибрирующее полотно, сводя к минимуму вибрации. На основе этого опыта был разработан стабилизатор лопастей с использованием двух шарикоподшипников с пластиковым покрытием, установленных на эксцентриковых валах и поддерживаемых приваренным кронштейном к коробке передач. Хорст Депке, который увидел этот метод во время экспериментов, проведенных Metalcut, также описывает его в своей диссертации «Sägen von Rohren mit hartmetallbestückten Kreissägeblättern». [6] Дальнейшие разработки Amsaw привели к созданию сегментных стабилизаторов, в которых с обеих сторон лопасти установлены регулируемые пластины с пластиковым покрытием, которые минимизируют вибрацию лопасти (AME). Другие производители позже использовали подобные элементы скольжения в качестве «гасителей вибраций». Однако эти ошибочно названные гасители вибраций не гасили колебаний, а лишь минимизировали амплитуды. Г-н Доепке подробно описывает эту функцию в своей диссертации. Недавно компания Advanced Machine & Engineering разработала для своих станков AMSAW пару передних стабилизаторов, расположенных близко к точке входа полотна в материал. Эти стабилизаторы гидравлически выдвигаются, когда твердосплавные зубья проходят мимо кончиков стабилизатора перед резкой, и стабилизируют полотно, что также помогает направлять полотно в разрез, повышая точность. Другие формы стабилизаторов перечислены на немецком языке в VDI Verlag Nr. 1999 г. - дипломированный инженер. Райнер Либрехт. В этом отчете особое внимание уделяется влиянию вибрации на пильные полотна. [7]
В целом существует два типа измерительных систем:
1. Измерение с помощью захватных клещей: Заготовка зажимается захватными клещами, которые скользят по направляющим и приводятся в действие комбинацией шарикового винта и серводвигателя.
2. Измерение с помощью измерительных упоров. Заготовки подаются по роликовому конвейеру к регулируемому упору. Этот упор может быть точно установлен с помощью сервомеханизма с шарико-винтовой парой и обычно включает в себя амортизатор для смягчения удара. Этот метод используется для более длинных деталей.
Автоматические производственные пилы в основном управляются ПЛК.
Пильное полотно небольшого диаметра дешевле и требует меньшего крутящего момента для привода. Более тонкое пильное полотно расходует меньше материала и требует меньше энергии для вращения. Поэтому желательно использовать приводные ступицы меньшего диаметра для крепления пильного полотна и более тонкие лезвия, чтобы можно было распиливать материал большего диаметра пильными полотнами меньшего диаметра. Однако эти критерии ослабляют поперечную жесткость лопасти, и лопасть может вибрировать сильнее из-за большого соотношения диаметра и толщины лопасти.
Критическое значение имеет также люфт шестерен, особенно шпиндельного ряда. Соотношение между лезвием диаметром 1800 мм (70 дюймов) и диаметром шага шестерни шпинделя примерно 250 мм (10 дюймов) составляет примерно 7/1. Таким образом, люфт зубьев 0,025 мм (0,001 дюйма) приводит к потере хода зуба полотна на 0,18 мм (0,007 дюйма).
Это большое количество потерянного движения, добавляемое к крутильному накручиванию зубчатой передачи, когда зуб входит в нарезку и расслабляется при выходе, вызывает крутильную вибрацию и должно быть сведено к минимуму с помощью механизмов защиты от люфта или шлифования комплектов шестерен. к абсолютному минимуму игры.
.jpg/1280px-Carbide_Saw_(Slide).jpg)
.jpg/1280px-Carbide_Saw_(Pivot).jpg)
Когда дисковая пила с твердосплавной напайкой входит в материал или выходит из него, режется только один зуб. Колебания нагрузки при входе и выходе зуба из разреза вызывают вибрации и требуют очень жесткой коробки передач и станка.
Поворотная пила имеет наибольшую степень жесткости, поскольку силы расположены по замкнутому контуру (рис.1). Если предположить, что основание такой пилы очень жесткое, то сила будет перетекать от оси редуктора к системе подачи ШВП по замкнутому контуру, при этом сила резания действует примерно посередине между точкой вращения и шариковый винт. Такое расположение существенно уменьшает потери хода и податливость в системе подачи. Кроме того, шарико-винтовая передача, которая направляет лезвие в рез, прикреплена болтами к раме приспособления, которая снова прижимается к заготовке, что придает этому устройству дополнительную жесткость.
Пилы с горизонтальными или наклонными направляющими имеют силовой поток с разомкнутым контуром (рис. 2) и сохраняют любые потери движения и податливость системы подачи. [8]
Вертикальные пилы с замкнутым контуром — самые жесткие, но и самые дорогие машины. Они требуют меньше места, чем горизонтальные или угловые направляющие пилы, но при этом сложнее контролировать горизонтальный поток стружки. Их также сложно обслуживать.
Горизонтальные и угловые пилы должны быть тяжелее, чтобы сохранять ту же жесткость, что и вертикальные или поворотные пилы. Поток стружки направлен вниз, поэтому его лучше контролировать, чем при использовании вертикальных пил.
Горизонтальные отрезные круговые пилы являются наиболее экономичными машинами. Они требуют меньше деталей и площади и обеспечивают хороший контроль стружки вниз. Система с замкнутым контуром снижает податливость и, следовательно, может быть легче, сохраняя при этом высокую жесткость.
