Дисковые пилы вчера и сегодня

Дисковые пилы, как инструмент и приспособление для облегчения условий труда человека, известны истории уже давно. В Wikipedia есть информация о появлении этого инструмента во второй половине XVIII века в Германии. По другой версии к этому изобретению в начале XIX века причастна американка-ткачиха, которая видя работу своего супруга-плотника и имея опыт работы на ткацком стане, придумала совместить вращение колеса прялки и диска с зубьями, что позволило значительно ускорить и облегчить распиловку небольших бревен. Также можно найти ссылки на XVIII век и возможное авторство голландцев и англичан.

Однозначно можно сказать, что в XIX веке такие устройства и приспособления нашли свое широкое применение на лесопилках и пилорамах. Они, по замечаниям некоторых авторов, были огромны и несуразны, приводились в движение с помощью энергии воды или ветра, но успешно справлялись со своими задачами по облегчению условий труда и повышению производительности при порезке древесины. До их появления использовался процесс пиления механическими пилами – упоминания о подобных механизмах встречаются, начиная с XIV века, где возвратно-поступательное движение длинных плоских пил обеспечивалось как от ручного привода, так и водяного колеса, имея в своей основе принцип работы водяной мельницы.

Но все это были пилы по дереву, а людям хотелось применить подобный вид инструмента для порезки металлов, механическая обработка которых значительно труднее, чем обработка древесины. Реализации этих идей и задач долго была невозможна. Эти ограничения в первую очередь были связаны с низким качеством получаемой стали и ее неудовлетворительными физико-механическими свойствами. Хотя прототип дискового станка для обработки железа был представлен в XVI веке ещё в работах Леонардо да Винчи. Изобретатель в своих заметках нарисовал фрезу как вращающийся напильник круглой формы. Но, как и многие его творческие проекты, они остались только на бумаге и в мыслях этого гениального человека, надолго опередившего свое время.

Прогресс не стоит на месте, и с ростом технической и технологической возможностей сталелитейного и прокатного производств появилась возможность получения листового металла однородного состава высокого качества с необходимым набором физико-механических свойств, предъявляемых к инструменту для механической обработки металлов. Первые дисковые пилы изготавливались из высокоуглеродистых сталей, являясь, по сути, фрезами, так как имели небольшой диаметр и значительную толщину. 

Прототипы привычного нам фрезерного оборудования и инструмента относят ко второй половине XIX века – периоду второй промышленной или технологической революции. Именно тогда возникают первые образцы фрезерных и других типов станков для механической обработки металлов. Однако область применения этого оборудования была больше связана с обработкой поверхностей деталей, а не с первичной порезкой заготовок.

С появлением новых инструментальных материалов, таких как быстрорежущие стали или легированные высокоуглеродистые стали (первая половина XX века), а впоследствии (вторая половина XX века) инструментальных материалов с повышенной твердостью и износостойкостью на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, продолжали совершенствоваться и изготавливаемые из этих материалов инструменты. Каждый этап применения новых инструментальных материалов позволял значительно повысить как механические свойства самого инструмента, так и производительность процессов его применения.

Продолжали совершенствоваться и дисковые фрезы (первая половина XX века), но область их применения оставалась прежней – единичная разрезка заготовок ограниченных габаритных размеров, нарезание в заготовках пазов, шлицов и т. д. Мелкосерийная и серийная порезка заготовок данным инструментом была нерациональной и затратной вследствие ограниченного размера инструмента и большой его ширины, что приводило к значительному расходу заготовки при порезке на универсальных станках.

Привычные дисковые отрезные станки (ДОС), имеющие специализацию только на порезке заготовок в рамках заготовительных участков и цехов различных предприятий, появляются в середине ХХ веке. Типичные представители такого вида оборудования – это всем известные станки – пилы Геллера.

Они позволяли произвести порезку заготовки сплошного сечения из различных конструкционных материалов с хорошей и удовлетворительной обрабатываемостью и габаритными размерами до 400 – 450 мм. Применяемый для данных станков инструмент имел сборную конструкцию – корпус диска и сменные прикрепляемые сегменты с режущими зубьями и отличался от отрезных фрез габаритными размерами диска и соотношением диаметра инструмента к его ширине реза. Сегменты из быстрорежущей стали и с различным количеством зубьев, в зависимости от размеров заготовки, присоединялись к корпусу – основанию клёпкой в потай.

Эти станки вплоть до конца XX века имели самое широкое распространение и зарекомендовали себя как надежное и неприхотливое оборудование. Но, как и у каждого технологического решения, были свои минусы и ограничения: большие габаритные размеры станка и системы гидравлики; размеры инструмента, диаметр которого должен быть минимум в 3 раза больше размера заготовки; значительная ширина реза – большие расходы материала заготовки; невысокая производительность; наличие участка заточки и обслуживания дисковых пил; невозможность порезки материалов обрабатываемости ниже средней.

Если сравнивать эти станки с передовыми решениями конца XX и начала XXI века – универсальными ленточнопильными станками, то в производительности и универсальности, потере заготовки на стружку, удельной стоимости реза и других показателях экономической эффективности перевес был на стороне последних.

В начале XXI века дисково-отрезная технология заготовки совершенствовалась и получила новей виток развития с появлением дисковых пилы тонкого реза Thin Kerf из быстрорежущих сталей HSS-дисков и пил с зубьями из твердого сплава – ТСТ-дисков. Эта технология более производительна, но менее универсальна, чем ленточнопильная порезка. Однако если стоит задача серийной, крупносерийной или массовой порезки однотипной заготовки из сталей с приемлемой обрабатываемостью, то перевес в сторону применения ДОС очевиден.

Сегодня дисково-отрезная технология заготовки представлена несколькими направлениями, имеющими свои технические возможности и особенности: в применяемом инструментальном материале, форме диска и геометрии его режущей части, режимах применения инструмента, температуре, форме и габаритных размерах заготовки и т. д.:

• Дисковые пилы фрикционного резания, включающие фрикционное резание заготовок на станках с роторной кинематикой и фрикционные дисковые пилы резания горячей (более 400⁰С) – HotSaw и холодной заготовки (менее 60⁰С) – FrictionSaw.
• Дисковые пилы из быстрорежущих инструментальных сталей – HSS Saw, имеющие различные варианты точности размеров и исполнения поднутрения корпуса диска, а также вариации защитных износостойких покрытий. Этот инструмент находит применение на стационарных станках и летучих пилах ТЭСА.
• Дисковые пилы с зубьями из твердого сплава или металлокерамики – TCT и Cermet Saw. Инструмент для участков отделки металлургических производств, порезки заготовки сплошного и профильного сечения на ДОС общемашиностроительного, металлургического и специального назначения (летучих пилах ТЭСА).

 

Каждая из представленных технологий в настоящее время находят свое применение и позволяют добиться непревзойденной стойкости инструмента при решении различных производственных задач предприятия и существенно повысить эффективность применяемых технологий.

 

Материал представлен АО «Росмарк-Сталь»