ДИСКОВАЯ ПИЛА Российский патент 1999 года по МПК B23D61/02 B27B33/08 

Изобретение относится к металлургическому производству, лесной и деревообрабатывающей промышленности, а именно к производству изделий из древесины и стали, гнутых профилей, труб и проката, может быть использовано в машиностроении и деревообработке.

Известен дисковый режущий инструмент [1], который может быть использован для распиловки древесины и других материалов. В диске выполнен ряд наклоненных прорезей по ширине вставленного зуба. Зубья установлены с помощью кольцевых ступенчато-изогнутых лент, прикрепленных к периферии диска с обеих сторон.

Дисковый режущий инструмент работает следующим образом. При вращении он натягивается центробежной силой от значительных по величине масс с лентами и тем самым приобретает повышенную жесткость.

Недостатком этого известного дискового режущего инструмента является низкая жесткость диска пилы, что при наличии боковых нагрузок выводит пилу из состояния устойчивости. Потеря устойчивости диска сопровождается повышением усилия резания и, как следствие, косым резом или даже разрушением диска.

Известна также дисковая пила [2], в которой диск выполнен с симметричной двухсторонней заточкой и наклонными пазами, в которых закреплены твердосплавные напайки с выступом по отношению к режущей кромке диска, а зубья имели двустороннее уширение на сторону не более толщины диска. Дисковая пила данной конструкции обеспечивала равномерное размещение стружки по обе стороны диска и стенок пропила. Заостренные кромки диска направляют диск вдоль плоскости пропила.

Эта известная пила, так же как и предыдущая, имеет низкую жесткость диска, что при наличии боковых нагрузок также выводит эту пилу из состояния устойчивости. Потеря устойчивости диска сопровождается косым резом и разрушением диска. Кроме того, при заполнении впадины зуба пилы стружкой возможно ее заваривание и поломка зуба и пилы.

Известна пила [3]. Она включает в себя пильный диск, который имеет накладки из металла, обладающего эффектом памяти формы. Эти накладки установлены в кольцевых углублениях, выполненных с торцов диска. Такая конструкция пилы повышает ее динамическую устойчивость. Так как в процессе пиления происходит нагрев диска, то накладки с эффектом памяти вызывают сжимающие напряжения в теле и таким образом обеспечивают его натяжение. За счет возникающего натяжения диска эффективно гасятся поперечные колебания и повышается устойчивость пильного диска.

К недостаткам этого устройства относятся сложность конструкции и высокая стоимость пилы. Использование пилы не эффективно в стане при непрерывной прокатке, при резке трубы на летучих ножницах, где имеет место обильное охлаждение жидкостью и нет нагрева пильного диска и, следовательно, эффект от накладок с памятью не проявляется.

Наиболее близким аналогом можно считать дисковую пилу по патенту RU 2032500, МПК 6 B 23 D 61/02, 10.04.95, выполненную в виде круглой пластины с центральным отверстием для ее установки на вал. В теле пилы выполнены локальные твердые включения, симметричные ее оси.

Задачей заявленного изобретения является снижение стоимости пилы, повышение ее устойчивости при эксплуатации в динамическом режиме при обильном охлаждении жидкостью и уменьшение вероятности заполнения впадины зуба пилы стружкой.

Последнее обеспечивается неоднородностью структуры зуба по длине режущей кромки, что определяет асимметрию врезания зуба в тело проката и образование высокочастотной вибрации с малой амплитудой.

Поставленная задача решается тем, что в дисковой пиле, включающей плоскую круглую пластину, имеющую центральное отверстие для установки ее на вал и режущие зубья, выполненные по наружному контуру, в теле пластины, симметрично ее оси выполнены, с образованием мартенситной структуры, локальные твердые включения, имеющие суммарный объем не более 40% от объема всей пластины, зубья пилы имеют периодическую неравномерность распределения твердости на 5 - 10 единиц HRC по передней режущей кромке от одной вершины зуба или группы зубьев с одной стороны к другой вершине зуба или группы зубьев с другой стороны пилы и наоборот.

Кроме того, в дисковой пиле локальные твердые включения имеют форму призмы и ориентированы по плоской круглой пластине пилы так, чтобы выходы на плоскость пилы широкого основания твердых включений и вершины чередовались.

Предлагаемое изобретение включает в себя существенные признаки, неизвестные ранее: накладки выполнены в полотне пилы в виде локальных твердых включений, которые могут иметь форму призмы, которые размещены в шахматном порядке так, чтобы выходы на плоскость пилы широкого основания твердых включений и точечные выходы вершины чередовались, при этом объем твердых включений составлял 10. ..40% от номинального объема полотна пилы, а твердость локальных участков должна быть выше твердости полотна не менее чем на 30%.

Наличие в устройстве пилы таких признаков как симметричное размещение относительно оси, в шахматном порядке локальных твердых участков в форме призмы так, чтобы круглые основания участков чередовались с точечными выходами вершины призмы, ведет к образованию нового технического эффекта - образованию сжимающих напряжений в полноте пилы и образованию системы равномерно выступающих на полотне пилы твердых включений, которые контактируют со стенками реза. При высоких скоростях и наличии охлаждающей жидкости каждый такой равномерный выступ служит элементом для образования гидродинамического клина, который изменяет режим трения полотна от граничного к жидкостному, что резко снижает нагрузку на полотно и повышает динамическую устойчивость пилы.

Сжимающие напряжения и твердые включения повышают сопротивление полотна пилы на изгиб, что также положительно влияет на эксплуатацию и формирование оптимальных режимов резания, когда не образуются заусеницы на краю реза и имеет место направленное перемещение стружки из впадины зуба. Это в свою очередь обуславливает высокое качество реза и экономическое расходование электрической энергии. Так как зубья пилы имеют периодическую неравномерность распределения твердости на 5 - 10 ед. HRC по передней режущей кромке от одной вершины зуба или группы зубьев с одной стороны к другой вершине зуба или группы зубьев с другой стороны пилы и наоборот, то при эксплуатации образуются высококачественные вибрации с малой амплитудой, это снижает коэффициенты трения стружки о стенки впадины зуба и уменьшает вероятность заполнения впадины зуба пилы металлической стружкой.

Последнее обеспечивается неоднократностью структуры зуба по длине режущей кромки, что определяет асимметрию врезания зуба в тело проката и образование высокочастотных вибраций с малой амплитудой.

Такая конструкция пилы обеспечивает высокую чистоту реза заготовки, небольшие потери на трение, что обуславливает также высокую работоспособность.

На чертежах показаны: фиг. 1 - вид дисковой пилы сверху и сбоку, фиг. 2 - объемная диаграмма твердости поверхности, HRC.

Согласно изобретению дисковая пила имеет в теле пластины, симметрично ее оси, локальные твердые включения с образованием мартенситной структуры, а зубья пилы имеют периодическую неравномерность распределения твердости на 5 - 10 ед. HRC по передней режущей кромке от одной вершины зуба или группы зубьев с одной стороны к другой вершине зуба или группы зубьев с другой стороны пилы и наоборот. Известно, что мартенситная структура имеет больший объем, чем аустенитная и это обуславливает образование периодических твердых выпуклостей как по боковым стенкам пилы, так и на острие зуба.

Оптимальная твердость включений и вершины зуба есть 60 - 68 ед. HRC. При этой твердости включения выступают из полотна пилы на 5 - 20 мкм. На переходном участке от полотна к твердому участку образуется выступ с малым углом подъема. Этот выступ является элементом гидродинамического клина и при скоростях 30 - 60 м/с на его вершине образуется подъемная сила, которая обуславливает образование разделительной смазочной пленки и уменьшает потери на трение.

Пример выполнения дисковой пилы.

Дисковые пилы были обработаны плазменной обработкой на разных режимах. Технические и конструкционные признаки соответствуют вышеприведенным. Дисковые пилы испытаны на профилегибочном агрегате 2-8х100-600 при резке Е-образного профиля размерами 312х83х4 мм.

В примере измерялись следующие параметры: Q - суммарный объем локальных твердых включений, T₁ - твердость полотна дисковый пилы, T₂ - твердость локальных участков, R - разность твердости зубьев пилы, N - стойкость пилы в количестве резов.

Для эксперимента было изготовлено 10 дисковых пил, обработанных на разных режимах и имеющих разные параметры, а также один диск, обработанный обычным электроконтактным способом, на котором полотно имело постоянную твердость 32 ед. по HRC, а зубья 58 ед. HRC.

Результаты эксперимента приведены в таблице.

Эксперименты показали, что стоимость дисковых пил с новыми конструктивными свойствами в пять раз выше обычных.

В пилах с новыми конструктивными и техническими свойствами стойкость увеличивается в тех изделиях, у которых повышенная разность неравномерности распределения твердости по зубьям. Этот эффект объясняется тем, что при эксплуатации образуются высокочастотные вибрации с малой амплитудой, которые снижают коэффициенты трения стружки о стенки впадины зубьев и уменьшают вероятность заполнения впадины зубьев пилы металлической стружкой.

Предложенная пила с новыми техническими и конструкционными признаками повышает эксплуатационные характеристики - стойкость и качество разрезаемого материала, снижает стоимость эксплуатационных затрат.

Источники, используемые для составления описания
1. Авторское свидетельство СССР N1708613, В 27 В 33/08. Дисковый режущий инструмент.

2. Авторское свидетельство СССР N1676797, В 27 В 33/08. Дисковая пила.

3. Авторское свидетельство СССР N 1698055, В 27 В 33/08. Круглая пила.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, лесной и деревообрабатывающей промышленности. Пила предназначена для резки гнутых профилей, труб и других видов проката из различных материалов. Дисковая пила выполнена в виде плоской круглой пластины с центральным отверстием для установки ее на вал. Режущие зубья выполнены по наружному контуру. В теле пластины симметрично ее оси выполнены локальные твердые включения с образованием мартенситной структуры. Включения имеют определенный суммарный объем от объема всей пластины. Зубья пилы имеют периодическую неравномерную твердость по вершинам и группам зубьев. Изобретение позволяет повысить устойчивость пилы при эксплуатации в динамическом режиме при обильном охлаждении жидкостью и уменьшить вероятность заполнения зубьев пилы стружкой. 2 ил., 1 табл.

Дисковая пила, включающая плоскую круглую пластину с центральным отверстием для ее установки на вал, в теле которой симметрично ее оси выполнены локальные твердые включения, и режущие зубья, выполненные по наружному контуру, отличающаяся тем, что твердые включения имеют мартенситную структуру, их суммарный объем составляет не более 40% объема всей пластины, а зубья пилы имеют периодическую неравномерность распределения твердости на 5 - 10 ед. HRC по передней режущей кромке от одной вершины зуба или каждого из группы зубьев с одной стороны к другой вершине зуба или каждого из группы зубьев с другой стороны пилы и наоборот.