Резание ленточной пилой на практике оценивается на основе режимов резания. Решающими факторами являются время резания и качество отрезаемых заготовок. Можно выделить следующие критерии процесса резания на ленточнопильном станке по металлу:
- пропиленная поверхность за единицу времени. Она зависит от режущей способности пилы, от материала заготовки, а также от подачи пильной рамы станка, от различных установочных параметров;
- параметры стойкости ленточной пилы. Выбор стойкости как критерий использования ленточной пилы, описывается, среди прочего, её износом;
- увод пилы. В качестве "увода" пилы во время процесса пиления обозначается отклонение полотна пилы и вызванное этим изменение размеров поверхности резания у произведенной детали, по сравнению с заданными идеальными размерами плоскости резания, обусловленными кинематикой ленточнопильного станка;
- структура наружной поверхности пропиленной плоскости.
Для оценки процесса резания ленточной пилой могут быть также использованы появляющаяся волнистость или следы вибрации на поверхности резания. Кроме того, на всех поверхностях, полученных при пилении пилами с определенной разводкой зубьев, можно наблюдать отражение контура детали.
В процессе обработки заготовки на ленточнопильных станках, выделяют следующие режимы резания: подача (S) - величина перемещения пильной рамы, мм/мин.; скорость (V) - скорость движения зубьев пилы в направлении главного движения, м/мин. Применение двух прямолинейных движений - главного и вспомогательного, позволяет получить необходимую траекторию движения каждого зуба пилы. При определении силы резания ленточной пилой необходимо знать толщину срезаемого одним зубом слоя разрезаемого материала. Кинематическая схема резания, приведенная на рис. 1, иллюстрирует величину подачи на один зуб пилы Sz, или величину срезаемого слоя.
Рис. 1. Кинематическая схема резания ленточной пилой
Зная шаг зубьев, t, скорость движения пилы, V и подачу S, можно определить величину Sz:
Sz = (t*s)/V,
где Sz - подача на один зуб пилы, мкм; t - шаг зубьев, мм; s - подача пилы, мм/мин; V - скорость движения пилы, м/мин.
При проведении исследовательских работ были использованы сведения по скоростям резания различных металлов и сплавов, предлагаемые фирмами-производителями ленточнопильных станков. Для определения подачи ленточной пилы в зависимости от скорости резания и шага зубьев t, мм (T.P.I.) применяемых пил, проведены эксперименты по пилению прямоугольного проката В=100 мм, из стали 45. На станке была установлена биметаллическая ленточная пила М 42 T.P.I. – 3/4 (t=7.3 мм.). Резание ленточной пилой производилось при скорости пилы V=60 м/мин. С применением СОЖ. Пила была предварительно приработана. Подача варьировалась от 10 до 140 мм/мин. До проведения эксперимента расчетным путем определены величины подач на зуб Sz, представленные на рис. 2.
Рис. 2. Подача на зуб (Sz) при резании ленточной пилой
По результатам исследований установлено, что тонкая, вьющаяся и упругая стружка образуется при подачах на зуб 7.2 - 8.4 мкм, что указывает на правильность выбора подачи. При меньших подачах стружка порошкообразная, тонкая, при больших подачах толстая, с цветами побежалости. На основании проведенных экспериментов для построения графика зависимости подачи от скорости пилы, представленного на рис. 3, принята подача на зуб 8 мкм.
Рис. 3. График зависимости минутной подачи от скорости ленточной пилы
Используя данный график и зная скорость ленточной пилы можно весьма просто определять и устанавливать требуемую подачу для разных пил с различным шагом зубьев, при этом режим резания будет оптимальным.
Как было установлено, процесс резания ленточной пилой специфичен, т.к. при резании каждым зубом срезается очень тонкие слои металла. Толщина срезаемого слоя (подача на зуб Sz) получается в пределах 0.5-20 мкм. Фактические действующие усилие резания и усилие подачи при заданных режимах резания могут быть пределены только экспериментально.
На станке была установлена биметаллическая ленточная пила М 42 с шагом зубьев (T.P.I.) 2/3 (t=10мм.). Обрабатываемая заготовка прямоугольного сечения В=200 мм., из стали 45. Резание производилось при скорости V=60 м/мин., с применением СОЖ, предварительно приработанной пилой, с подачами 12, 24, 48, 72, 96 и 120 мм/мин. Усилия резания определялись косвенно по показаниям цифрового ваттметра, установленного в частотном преобразователе системы управления главным двигателем станка и расчетом тянущего усилия на приводном диске. Мощность, затрачиваемая на холостой ход ленточной пилы, вычиталась. Усилие подачи измерялось электрическим тензометрическим динамометром DH-FGA-500. Датчик динамометра устанавливался и крепился на столе станка. Результаты эксперимента представлены на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость усилия резания ленточной пилой от подачи
Пятое и шестое резание изношенной ленточной пилой не производилось, из-за затупления приведшего к уводу пилы на четвертом резе.
На основании проведенного эксперимента установлены зависимости между усилием резания Pz и усилием подачи Pу для новой пилы и пилы с изношенными зубьями.
Выражение к новой пиле: Рz/Py ≈ 1;
Выражение к изношенной пиле: Рz/Py ≈ 0,7.
Анализируя полученные результаты, следует отметить, что толщина среза Sz влияет на усилие резания Pz в меньшей степени, чем это следует из закона прямой пропорциональности, потому, что с увеличением толщины среза усадка стружки не остается постоянной, а неизменно уменьшается.
Используя полученные в эксперименте величины Pz при устанавливаемых подачах, как значение координат построим в линейных координатах график результатов измерения сил резания ленточной пилой (рис. 5).
Рис. 5. График результатов измерения сил резания ленточной пилой
Через экспериментальные точки проводим плавную выравнивающую линию, графически приближенно выражающую искомую функциональную зависимость Pz = f(Sz)
Полученная кривая схожа с параболой, поэтому искомую зависимость можно аппроксимировать функцией степенного вида:
Pz = cSz(u)
где коэффициент с и показатель степени u являются константами. Для нахождения значений данных величин проведем логарифмирование данной зависимости
lg Pz = lg c + u lg Sz
Значения показателя степени u находим аналитическим способом. На выравнивающей кривой берем точки H1 (Pz1 = 464, Sz1 = 12); H2 (Pz2 = 750, Sz2 = 24); H3 (Pz3 = 1215, Sz3 = 48); H4 (Pz4 = 1610, Sz4 = 72); H5 (Pz5 = 1970, Sz5 = 96); H6 (Pz6 = 2320, Sz6 = 120); Подставляя в представленное выше выражение значения координат Pz и Sz взятых точек получим ряд уравнений вида:
lg Pz1 = lg c + u lg Sz1;
lg Pz2 = lg c + u lg Sz2;
lg Pzi = lg c + u lg Szi;
Объединяя попарно эти уравнения и решая системы из двух уравнений исключением коэффициента с получаем выражения для u:
u = (lg Pz1 - lg Pz2) / (lg Sz1 - lg Sz2);
u = (lg Pz1 - lg Pz3) / (lg Sz1 - lg Sz3);
u = (lg Pz1 - lg Pzi) / (lg Sz1 - lg Szi);
u = (lg Pz2 - lg Pz3) / (lg Sz2 - lg Sz3);
u = (lg Pz(i-2) - lg Pzi) / (lg Sz(i-2) - lg Szi);
u = (lg Pz(i-1) - lg Pzi) / (lg Sz(i-1) - lg Szi).
Значения показателя степени u получим примерно равным 0.7. Поскольку значения u примерно равны во всех выражениях, это означает, что зависимость Pz = f(Sz) может быть удовлетворительно аппроксимирована вышеприведенным степенным уравнением. Значение показателя степени u принимаем равным среднему арифметическому всех вычисленных значений, т.е. 0.7. Зная значение показателя степени u можно представить формулу силы резания в уточненном виде:
P = Kp * σв * Sz(0,7) * b;
Для примера, используя данное уравнение, определим усилие резания ленточной пилой заготовок из стали 45 (σв = 650 Н/мм2) при подачах на зуб от 1 до 20 мкм, количество зубьев, находящихся в зоне резания k*=3,10,20,30 и построим соответствующий график, приведенный на рисунке 6.
Таким образом, после проведения эксперимента удалось уточнить формулу силы резания ленточной пилой для обработки на ленточнопильных станках и сделать вывод о зависимости усилия резания и усилия подачи для новой и уже изношенной пилы.
Рис. 6. Зависимость усилия резания Pz от подачи на зуб Sz
