PL215272B1 - Sposób wytwarzania piły taśmowej i piła taśmowa o przedłużonej trwałości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania piły taśmowej i piła taśmowa o przedłużonej trwałości, zwłaszcza o zębach rozwieranych, mająca zastosowanie do obróbki drewna i tworzyw drzewnych.

W procesach wytwarzania i przygotowania pił taśmowych do pracy stosuje się nagniatanie powierzchni brzeszczotu w sposób statyczny lub dynamiczny, przerywany lub ciągły. Operacja ta umożliwia usunięcie wad kształtu piły i wstępne naprężenie brzeszczotu. Nagniatanie prowadzi się z pominięciem strefy zębów i grzbietu piły, wzdłuż środkowej części brzeszczotu, w pasach równoległych do grzbietu. W procesie wytwarzania pił operacja ta jest poprzedzona przez ulepszanie cieplne taśmy stanowiącej materiał wstępny na brzeszczot i obejmuje hartowanie indukcyjne. Obróbka mechaniczna na zimno, w tym wstępne naprężanie, ostrzenie i rozwieranie zębów, należy do końcowych zabiegów technologicznych mających na celu przygotowanie piły do pracy.

Podczas obróbki cieplnej, na granicy pomiędzy zahartowanymi indukcyjnie wierzchołkami zębów a ich dolną częścią występuje karb strukturalny. Wierzchołki mają twardość około HRC 62 i strukturę martenzytyczną, a dolna część zębów około HRC 42 i strukturę po ulepszaniu cieplnym. Duża różnica twardości i różnice w strukturze metalograficznej są źródłem wyłamywania się wierzchołków zębów podczas pracy z powodu zaistniałego karbu strukturalnego.

Ponieważ taśma stalowa, z której wykonuje się piłę, jest już przed rozwieraniem ulepszona cieplnie i bardzo sprężysta, rozwarcie zębów nie jest trwałe. Pod wpływem naprężeń wewnętrznych powstałych przy rozwieraniu, zęby wracają do pierwotnego położenia a rozwarcie piły zanika. Podczas obróbki mechanicznej powstają także mikropęknięcia, które mogą prowadzić do ubytków i pęknięcia piły podczas pracy.

Ze zgłoszenia patentowego JP 2008030173 znana jest piła taśmowa o przedłużonej trwałości. Przedłużenie trwałości uzyskano poprzez zaokrąglenie krawędzi wrębu osiągające wielkość R na dnie wrębu w zakresie od 0,05 do 0,15 mm po obu stronach brzeszczotu. Zaokrąglenie krawędzi wrębu ma na celu zmniejszenie mikropęknięć w obszarze dna wrębu powstających w następstwie cyklicznych naprężeń zginających podczas biegu taśmy piły na wieńcach kół taśmowych pilarki. Nie wpływa to jednak na zwiększenie wytrzymałości ostrzy piły. Ponadto przy fazowaniu krawędzi mogą powstać mikropęknięcia i ubytki, które osłabiają przekrój podstawy zęba.

W opisie patentowym JP 6035617 ujawniony jest sposób wyrównania naprężeń i umocnienia warstwy wierzchniej brzeszczotu przez nagniatanie udarowo-strumieniowe cząstkami metalowymi w strumieniu sprężonego powietrza. W rozwiązaniu tym nagniatanie udarowo-strumieniowe prowadzi się w środkowej strefie brzeszczotu, a strefa uzębienia i grzbiet brzeszczotu pozostają zasłonięte.

Sposób wytwarzania piły taśmowej, w którym materiał wstępny w postaci taśmy stalowej poddaje się obróbce cieplnej i hartowaniu indukcyjnemu, a następnie obróbce mechanicznej na zimno, w tym ostrzeniu i rozwieraniu zębów, według wynalazku polega na tym, że po operacji rozwierania zębów, powierzchnie zębów i wrębów w strefie uzębienia piły poddaje się obróbce powierzchniowej przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, zwłaszcza śrutem żeliwnym kulkowym, przy czym nagniatanie prowadzi się w strefie uzębienia do uzyskania zaokrąglenia krawędzi bocznych zębów promieniem R2 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu oraz do uzyskania zaokrąglenia krawędzi wrębów promieniem R1 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu. Następnie prowadzi się proces nagniatania brzeszczotu w strefie grzbietu piły.

Proces nagniatania brzeszczotu w strefie grzbietu piły prowadzi się korzystnie przez nagniatanie udarowo-strumieniowe do uzyskania obustronnego zaokrąglenia krawędzi grzbietu promieniem R3 większym od promienia R1 zaokrąglenia krawędzi wrębów w przeciwległej strefie uzębienia, przy czym promień R3 zaokrąglenia krawędzi grzbietu wynosi od 0,2 do 0,5 grubości t brzeszczotu.

W procesie obróbki powierzchniowej przez nagniatanie udarowo-strumieniowe stosuje się korzystnie śrut żeliwny kulkowy o średnicy w zakresie od 0,1 do 0,3 mm, przy czym podczas obróbki na powierzchni zębów i wrębów wytwarza się warstwę powierzchniową o głębokości od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu i podwyższonej twardości, zwłaszcza w zakresie od 5% do 20% względem podłoża, przy zachowaniu twardości materiału podłoża od 40 do 64 HRC i obecności naprężeń własnych ściskających po obróbce.

Piła taśmowa o podwyższonej trwałości, posiadająca uzębienie z obustronnie zaokrąglonymi krawędziami wrębów, zwłaszcza z zębami ostrzonymi prosto, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma zaokrąglone krawędzie boczne zębów promieniem R2, którego wartość jest najwyższa

PL 215 272 B1 w połowie wysokości każdego zęba i wynosi od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu, przy czym zaokrąglenie krawędzi bocznych przechodzi przy podstawie zęba w zaokrąglenie krawędzi wrębu, zaś warstwa powierzchniowa materiału wrębu i warstwa powierzchniowa materiału zęba, obejmująca powierzchnię boczną, powierzchnię natarcia i powierzchnię przyłożenia, ma głębokość od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu i podwyższoną twardość, korzystnie w zakresie od 5% do 20% względem podłoża, przy zachowaniu twardości materiału podłoża od 40 do 64 HRC. Korzystnym jest, jeżeli promień R1 zaokrąglenia krawędzi wrębu wynosi od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu.

Rozwiązanie według wynalazku zwiększa trwałość piły, pozwala na wydłużenie cyklu pracy, a także wpływa na zmniejszenie wibracji i poziomu hałasu.

Zgodnie z wynalazkiem, nagniatanie udarowo-strumieniowe powierzchni bocznych zębów, w tym zębów rozwartych piły, wykonywane jest po ich rozwieraniu. Nagniatanie udarowo-strumieniowe powierzchni bocznych zębów już rozwartych usuwa naprężenia rozciągające powstałe w wyniku przeginania zębów przy rozwieraniu, co czyni ich przegięcie i rozwarcie trwałym. Ponadto nagniatanie udarowo-strumieniowe powierzchni bocznych zębów zmniejsza stan naprężeń w strefie przejścia i likwiduje karb strukturalny pochodzący od hartowania indukcyjnego wierzchołków zębów. Zęby nie wyłamują się. Natomiast uzyskane w tej obróbce zaokrąglenie krawędzi piły wpływa na poprawę mikrogeometrii powierzchni i zmniejsza ryzyko pęknięć, przy czym umocniona warstwa powierzchniowa ma większą odporność na ścieranie i wyższą wytrzymałość zmęczeniową od materiału podłoża.

Rozwiązanie według wynalazku może być stosowane w piłach o zębach jednostajnych lub grupowych, w tym do zębów rozwieranych, prostych lub pogrubianych, a także zębów z nakładkami z węglików spiekanych i stellitowanych.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie realizacji objaśnionym na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fragment piły w widoku z góry, fig. 2 przedstawia piłę z fig. 1 w widoku z boku, fig. 3 przedstawia piłę w przekroju poprzecznym A-A z fig. 2, fig. 4 przedstawia zarys przekroju B-B zęba z fig. 2, fig. 5 przedstawia widok powierzchni przyłożenia zęba przed obróbką powierzchniową przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, a fig. 6 przedstawia widok powierzchni przyłożenia z fig. 5 po obróbce powierzchniowej.

Jak przedstawiono na fig. 1 i 2, piła taśmowa o podwyższonej trwałości ma brzeszczot 4 posiadający w strefie uzębienia grupę zębów zawierającą ząb prosty 2 pomiędzy zębami rozwieranymi, prawym 1 i lewym 3. Krawędzie boczne zębów są zaokrąglone promieniem R2, którego wartość jest najwyższa w połowie wysokości każdego zęba, zarówno od strony powierzchni natarcia, jak i powierzchni przyłożenia. Wartość promienia R2 wynosi od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu 4. Na fig. 4 jest widoczny zarys przekroju w połowie wysokości zęba z krawędziami bocznymi zaokrąglonymi promieniem R2. Zaokrąglenie krawędzi bocznych zęba przechodzi przy podstawie w zaokrąglenie wrębu. Promień R1 zaokrąglenia krawędzi wrębu wynosi od 0,02 do 0,15 t, gdzie t jest grubością brzeszczotu 4. Natomiast krawędzie grzbietu piły, widoczne na fig. 3, są zaokrąglone promieniem R3 wynoszącym od 0,2 do 0,5 t. Ząb prosty jest wyższy od zębów rozwieranych o wielkość d nie przekraczającą grubości t brzeszczotu 4. Wszystkie zęby są ostrzone prosto. Ponadto warstwa powierzchniowa materiału wrębu i warstwa powierzchniowa materiału zęba, obejmująca powierzchnię boczną, powierzchnię natarcia i powierzchnię przyłożenia, ma głębokość od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu 4 i podwyższoną twardość w zakresie 5% do 20% względem podłoża, mierzoną na przykład w skali mikrotwardości HV 0,3. Twardość materiału podłoża po obróbce powierzchniowej pozostała niezmieniona i wynosiła od 40 do 64 HRC. Podwyższenie twardości i zaokrąglenie krawędzi uzyskano podczas obróbki powierzchniowej strefy uzębienia przez nagniatanie udarowo-strumieniowe śrutem żeliwnym kulkowym. Po obróbce w materiale podłoża występowały naprężenia własne ściskające.

W procesie wytwarzania piły o podwyższonej trwałości, materiał wstępny w postaci taśmy stalowej poddano obróbce cieplnej. Po kalibrowaniu taśmy na szerokość i operacji wycinania zębów, brzeszczot 4 poddano operacji hartowania indukcyjnego, a następnie operacji ostrzenia i rozwierania zębów. Tak wykonaną piłę poddano obróbce powierzchniowej w strefie uzębienia piły przez nagniatanie udarowo-strumieniowe powierzchni zębów i wrębów, w tym pas brzeszczotu 4 przylegający do tej strefy, obejmujący linię podstawy wrębów i linię podstawy zębów. Nagniatanie w strefie uzębienia prowadzono do uzyskania zaokrąglenia krawędzi bocznych zębów promieniem R2 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu 4 oraz do uzyskania zaokrąglenia krawędzi wrębów promieniem R1 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu 4. W wyniku obróbki powierzchniowej, na powierzchni zębów i wrębów wytworzono warstwę powierzchniową o głębokości od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu 4 i podwyższonej twardości, w zakresie od 5% do 20% względem podłoża, mierzoną na

PL 215 272 B1 przykład w skali mikrotwardości HV 0,3. Twardość materiału podłoża pozostała niezmieniona i wynosiła od 40 do 64 HRC. Po obróbce w materiale podłoża występowały naprężenia własne ściskające.

Po obróbce powierzchniowej piły o grubości t brzeszczotu 4 wynoszącej 1,0 mm, promień R2 zaokrąglenia krawędzi bocznych zębów wynosił około 0,1 t. Przy większych grubościach brzeszczotu 4, wielkość bezwzględna zaokrąglenia krawędzi była proporcjonalnie mniejsza.

Po obróbce powierzchniowej strefy uzębienia, w ten sam sposób prowadzono obróbkę brzeszczotu 4 w strefie grzbietu, aż do uzyskania obustronnego zaokrąglenia krawędzi grzbietu promieniem R3 większym od promienia R1 zaokrąglenia krawędzi wrębów w przeciwległej strefie uzębienia. Promień R3 zaokrąglenia krawędzi grzbietu wynosił po każdej stronie od 0,2 do 0,5 grubości t brzeszczotu 4.

Podczas obróbki powierzchniowej przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, stosowano śrut żeliwny kulkowy o średnicy w zakresie od 0,1 do 0,3 mm. W wyniku obróbki nastąpiła widoczna zmiana struktury warstwy powierzchniowej obrabianych elementów piły. Przed obróbką powierzchniową, na wąskich bokach 1' piły w strefie uzębienia widoczne były liniowe ślady ściernicy powstałe podczas formowania lub ostrzenia zębów, pokazane w powiększeniu na fig. 5. Jak przedstawiono na fig. 6, po obróbce powierzchniowej tych samych wąskich boków 1' przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, uzyskano jednorodną strukturę warstwy powierzchniowej i wygładzenie powierzchni.

Badania porównawcze zużycia eksploatacyjnego piły według wynalazku i podobnej piły wytworzonej tradycyjnie wykazały wzrost wytrzymałości zmęczeniowej i wydłużenie żywotności piły wykonanej według wynalazku o ok. 30%. Piła nie zakleszczała się w rzazie, a także nastąpiło zmniejszenie drgań i poziomu hałasu podczas pracy. W porównaniu z zębami jednostajnymi, lepsze wyniki badań uzyskano dla pił z grupą zawierającą ząb prosty i od 2 do 4 zębów rozwieranych, ostrzonych prosto. Trwałość zębów uległa dalszej poprawie przy zwiększeniu wysokości zęba prostego, który przejmował większą część pracy skrawania. Nastąpiło także skrócenie zabiegów serwisowych polegających na przywracaniu pile pierwotnej wielkości rozwarcia. Podobny skutek co do trwałości piły z zębami jednostajnymi uzyskano prowadząc proces nagniatania metodą kulowania udarowego tarczowego, jednak wiązało się to z dłuższym czasem obróbki powierzchniowej i mniejszą dokładnością wykonania w porównaniu z obróbką przez nagniatanie udarowo-strumieniowe z zastosowaniem śrutu żeliwnego kulkowego w strumieniu sprężonego powietrza lub w strumieniu cieczy pod ciśnieniem. Głębokość oddziaływania nagniatania udarowo-strumieniowego zależy od twardości materiału piły, gatunku stali, struktury metalograficznej, budowy warstwy wierzchniej, kształtu powierzchni obrabianej (powierzchnie płaskie, krawędzie) oraz parametrów procesu.

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania piły taśmowej, w którym materiał wstępny w postaci taśmy stalowej poddaje się obróbce cieplnej i hartowaniu indukcyjnemu, a następnie obróbce mechanicznej na zimno, w tym ostrzeniu i rozwieraniu zębów, znamienny tym, że po operacji rozwierania zębów, powierzchnie zębów i wrębów w strefie uzębienia piły poddaje się obróbce powierzchniowej przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, zwłaszcza śrutem żeliwnym kulkowym, przy czym nagniatanie prowadzi się w strefie uzębienia do uzyskania zaokrąglenia krawędzi bocznych zębów promieniem R2 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu (4) oraz do uzyskania zaokrąglenia krawędzi wrębów promieniem R1 wynoszącym od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu (4), a następnie prowadzi się proces nagniatania brzeszczotu (4) w strefie grzbietu piły.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces nagniatania brzeszczotu (4) w strefie grzbietu piły prowadzi się przez nagniatanie udarowo-strumieniowe do uzyskania obustronnego zaokrąglenia krawędzi grzbietu promieniem R3 większym od promienia R1 zaokrąglenia krawędzi wrębów w przeciwległej strefie uzębienia, przy czym promień R3 zaokrąglenia krawędzi grzbietu wynosi od 0,2 do 0,5 grubości t brzeszczotu (4).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie obróbki powierzchniowej przez nagniatanie udarowo-strumieniowe, stosuje się śrut żeliwny kulkowy o średnicy w zakresie od 0,1 do 0,3 mm, przy czym podczas obróbki na powierzchni zębów i wrębów wytwarza się warstwę powierzchniową o głębokości od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu (4) i podwyższonej twardości, korzystnie w zakresie od 5% do 20% względem podłoża, przy zachowaniu twardości materiału podłoża od 40 do 64 HRC i obecności naprężeń własnych ściskających po obróbce.

PL 215 272 B1

4. Piła taśmowa o podwyższonej trwałości, posiadająca uzębienie z obustronnie zaokrąglonymi krawędziami wrębów, zwłaszcza z zębami ostrzonymi prosto, znamienna tym, że ma zaokrąglone krawędzie boczne zębów promieniem R2, którego wartość jest najwyższa w połowie wysokości każdego zęba i wynosi od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu (4), przy czym zaokrąglenie krawędzi bocznych przechodzi przy podstawie zęba w zaokrąglenie krawędzi wrębu, zaś warstwa powierzchniowa materiału wrębu i warstwa powierzchniowa materiału zęba, obejmująca powierzchnię boczną, powierzchnię natarcia i powierzchnię przyłożenia, ma głębokość od 0,02 do 0,1 grubości t brzeszczotu (4) i podwyższoną twardość, korzystnie w zakresie od 5% do 20% względem podłoża, przy zachowaniu twardości materiału podłoża od 40 do 64 HRC.

5. Piła taśmowa według zastrz. 4, znamienna tym, że promień R1 zaokrąglenia krawędzi wrębu wynosi od 0,02 do 0,15 grubości t brzeszczotu (4).