Выбор оборудования для шлифования древесных материалов.

Чтобы сделать оптимальный выбор при оснащении своего производства шлифовальными станками, нужно хотя бы «в первом приближении» знать особенности устройства этого оборудования. Cтатья (публикацию которой мы предлагаем Вашему вниманию с любезного разрешения торгового директора фирмы "Хоуфек" в Украине Александра Бутенко) предназначена именно для тех, кто еще не имеет глубоких познаний в технологиях шлифования, зато нуждается в технической информации, которая помогла бы правильно сориентироваться в нынешней ситуации достаточно разнообразного предложения на рынке шлифовального оборудования. Шлифовальные станки принято подразделять на несколько групп, в зависимости от типа обрабатываемой поверхности детали, материала, из которого она изготовлена, и других конструктивно-функциональных признаков. Прежде чем разобраться, какие особенности конструкции предлагаемого Вам станка позволяют решать те или иные технологические задачи (и на самом деле отвечают потребностям именно Вашего производства) – вспомним основы самой технологии шлифования.

Виды и сущность технологии шлифования

Сущность процесса шлифования заключается в резании поверхностного слоя материала (в данном случае – древесины) «скоблящими» абразивными зернами. Эти зерна закреплены либо на гибкой бумажной или тканевой основе (шкурке), либо в твердых абразивных кругах, либо содержатся в шлифовальных пастах. Острые кромки зерен при подаче и нажиме на обрабатываемую заготовку внедряются в древесину, скоблят и режут ее волокна, снимая тонкий слой в виде мелких стружек.

Цели шлифования - выравнивание поверхности детали и придание ей гладкости, а также удаление верхнего слоя материала для обеспечения заданной толщины изделия (рис. 1).

Рис. 1. Схема резания при шлифовании

Каждая гранула абразива - это своего рода маленький резец. Поскольку большинство гранул имеет отрицательный угол резания, при шлифовании образуется микростружка резаного типа. При шлифовании «вдоль волокон» вырезаются поперечные стенки волокна, а шлифование «поперёк волокон» приводит к получению «обтрёпанных» краёв волокна. Как и при фрезеровании, шлифовать следует в направлении «вдоль волокна». Наилучшие результаты получаются при шлифовании несколькими абразивами, причём зерно каждого последующего должно оставлять царапину, по меньшей мере, в 2 раза более мелкую, чем зерно предыдущего (рис. 2).


Рис. 2. Схема образования шероховатости поверхности при шлифовании

В качестве основы шлифовальных абразивных материалов (рис. 3) чаще всего используется бумага, ткань (хлопок и полиэстер) и различные их комбинации.


Рис. 3. Строение абразивной ленты

Абразивные зерна, используемые в шлифовальных лентах, изготавливаются из искусственно получаемого оксида алюминия или карбида кремния. Для особо качественных лент применяется оксид циркония. Абразив выравнивается по материалу основы и закрепляется при помощи клея или полимерного покрытия. Размер зерен и степень засыпки определяет область применения ленты.
Шкала зернистости представлена в табл.1.

Выбор той или иной разновидности технологии шлифования (и соответственно – конкретного вида станка) зависит от конкретной производственной задачи. Для машинной обработки на деревообрабатывающем предприятии или столярной мастерской можно выделить несколько принципиально разных способов шлифовки: - длинной, идущей поперек направлению реза, бесконечной лентой, - широкой, идущей по направлению реза, бесконечной лентой, - барабаном с абразивной лентой или с абразивными лепестками.

Некоторые из существующих сегодня конструкций шлифовальной техники предполагают, что древесные волокна детали расположены параллельно направлению движения инструмента, а направление среза ориентировано поперек волокон. При этом длина ленты 6000...8000 мм существенно больше, чем ширина - 150...300 мм. Поэтому и говорят о шлифовке длинной лентой. Также укоренилось понятие «шлифовки с широкой лентой». Обычная ширина лент - 600...1500 мм, в некоторых случаях - 300...3000 мм. Чаще всего применяются ленты с рабочей шириной 1100 или 1350 мм. При этом методе направление среза и направление движения инструмента параллельны друг другу. По этой причине говорят о шлифовке с продольно движущейся лентой.

Если рассматривать задачу получения качественной поверхности при помощи станков с абразивной лентой в качестве инструмента, то эту задачу можно разделить на следующие основные операции:

черновое шлифование (калибрование)

предварительное (промежуточное) шлифование

чистовое шлифование

Отдельно следует выделить такие технологически сложные операции, как шлифование лакированных поверхностей и финиширование, которые используются для «облагораживания» покрытий при отделке изделий из древесины.
Все вышеперечисленные процессы связаны между собой, так как большинство задач, с которыми сталкиваются на производстве, требуют комбинированного решения, например, совмещение операций калибрования и шлифования (чистового шлифования) на одном станке (что наиболее типично для небольших и средних предприятий с постоянно изменяющейся номенклатурой изделий). Черновое шлифование применяют для обработки в размер и выравнивания поверхности до плоского состояния (обработка «под плоскость») мебельных щитов, ДСП, столярно-строительных щитов и рамок. Калибрование - процесс, где одновременно с выравниванием поверхности точно формируется размер детали по толщине. Для данной операции используют абразивные ленты с крупной зернистостью, точность обработки составляет не более + 0,1 мм.
При этом абразивную ленту в зоне контакта с изделием устанавливают на рабочий орган станка, имеющий труднодеформируемую или жесткую поверхность. Зернистость абразивных лент должна быть крупной. Чистовое шлифование необходимо по той причине, что предшествующая обработка (фрезерование или черновое шлифование) не позволяет получить гладкую поверхность, требуемую для последующих технологических операций облицовывания и отделки. При чистовом шлифовании с целью достижения высокой гладкости поверхности, ленту устанавливают на рабочем органе станка, оснащенном мягким прижимом из войлока, фетра или пневматической подушки. При этом используют абразивные ленты с меньшей зернистостью в зависимости от требуемой степени качества поверхности «на выходе».
Шлифование лакированных и окрашенных поверхностей используется в технологиях окончательной отделки поверхности предназначено для выравнивания слоев ЛКМ или грунта (промежуточное шлифование) перед окончательным покрытием, зависит от типа лакокрасочного материала (ЛКМ) и способа его нанесения.

Для правильного подбора шлифовального станка необходимо обратить внимание на следующие параметры, знание которых в значительной степени предопределяет правильный выбор и работу оборудования.

Параметры обрабатываемого материала.

Тип материала и его свойства. Обрабатываемость материала определяется совокупностью его физико-механических свойств. Решающими, как правило, являются твёрдость, влажность, содержание смол. При шлифовке древесины с высоким содержанием смол (сосна), наиболее значимым фактором, влияющим на производительность резания и на качество поверхности, будет являться степень износа шлифовальной ленты (или её загрязнение).

Геометрические параметры заготовки (толщина, ширина, длина, рельеф и т.д.). Возможности обработки станка должны соответствовать максимальным размерам заготовок.

Качество поверхности перед обработкой (зависит от того, какое оборудование стоит в технологической линии, какое качество заготовки после обработки). Например, погонажные заготовки после четырехстороннего станка, или склеенный щит, после пресса, на котором имеются выступания клея или перепады по высоте.

Необходимая степень качества получаемой поверхности (шероховатость, глянец, матовость и т.д.) во многом определяет конкурентоспособность выпускаемой продукции. Хорошая поверхность обеспечивается правильным подбором режимов резания и инструмента, размерная точность зависит от станка – типа конструкции, жесткости, комбинации узлов, качества компонентов и т.д.

Параметры шлифовального оборудования

Количество и мощности приводов - параметры в целом определяющие суммарную мощность станка и соответственно энергопотребление. Мощность привода также в значительной степени влияет на производительность, чем больше мощность, тем больше можно задать съем материала. В настоящее время в виду экономии некоторые производители упрощают конструкцию и устанавливают по одному приводу на несколько рабочих узлов, что в значительной степени ухудшает технологические возможности станка.

Скорость резания, определяемая частотой вращения приводных рабочих узлов. Обычно для шлифовальной ленты эта скорость является стандартной и составляет 18-18,5 м/с. Дополнительно, для плавной регулировки скорости, на привод можно устанавливать инвертор частоты, такая опция необходима в случае обработки не древесных материалов (пластики, искусственный камень и лакокрасочные материалы).

Скорость подачи, определяемая скоростью подающего конвейера. Обычно этот параметр регулируется 2-ступенчато, его величина составляет 4,5 и 9 м/мин. Зачастую дополнительно делается плавная регулировка изменения скорости до 12 м/мин, что позволяет несколько расширить технологические возможности станка.

Съем материала определяется высотой, которую шлифовальная лента снимает за один проход станка. Данное значение зависит от зернистости шлифовальной ленты, типа станка и опыта оператора.

Шлифовальные ленты. Зернистость определяется требованиями к поверхности, материалами и операцией; чаще всего используются ленты со следующей зернистостью: 40, 60, 80, 100, 120, 150, 180, 240, 320. Состояние ленты – зависит от обрабатываемого материала, качества ленты, настроек станка и в некоторой степени от опыта оператора, в связи с этим необходимо постоянно следить за состоянием ленты и в случае полного износа менять.

Производительность определяется величиной основного и вспомогательного времени. Основное время определяется производительностью резания, которое зависит от вышеперечисленных параметров станка и заготовок, и приравнивается к объёму обработанного материала за единицу времени. Производительность резания оказывает непосредственное влияние на исходную силу резания, которая нагружает приводные электродвигатели. Можно условно сказать, что произведение параметров режима резания образует некоторую константу.
Это означает, что если мы увеличиваем один из параметров, то значения оставшихся параметров должны снижаться с целью сохранения оптимального режима обработки. Для контроля производительности резания обычно служит установленный амперметр, измеряющий значения тока приводного электродвигателя. Превышение допустимой производительности резания сказывается на качестве поверхности заготовки. Вспомогательное время (настройки станка, установка шлифовальных лент (инструмента) подача, прием заготовок и т.д.) – иногда занимает гораздо больше времени, чем процесс шлифования. По этой причине на станках устанавливают по несколько рабочих узлов. Повысить производительность можно также за счет механизации некоторых операций, например транспортировки или подачи заготовок.

Габаритные размеры станка (длина, ширина, высота). Необходимо планировать место для установки станка, при этом нужно учитывать размеры прилегающих зон для складирования заготовок (учитывать максимальные размеры заготовок) а также зоны для возможности обслуживания станка. В помещении, где станок должен быть установлен, должно быть достаточно места для установки станка.

Масса станка – определяется конструкцией, в целом влияет на точность станка и его надежность. И важно чтобы пол, на котором устанавливается оборудование, был достаточно надежным, чтобы выдержать массу станка.

Хорошие условия труда – это не выдумка, а необходимые предпосылки для нормальной производительной работы. Шлифовальные станки имеют две основные «вредности» - это пылящий, шумящий и потенциально опасный шлифовальный узел (один или несколько) и необходимость работать с тяжестями. В первом случае рабочий узел должен быть надежно закрыт для предотвращения случайного доступа во время работы и оснащен подводами для системы аспирации. Очень важно чтобы система аспирации имела достаточную производительность вытяжки, так как пыль, образованная при шлифовании является очень вредной и опасной, для ее отвода может использоваться как стационарная общезаводская система, так и индивидуальные аспирационные установки. Во втором случае – при обработке больших заготовок, масса которых может быть свыше 25- 30 кг, один оператор может просто не справляться с такой задачей, при этом есть вероятность некачественной обработки изделия либо повреждения оборудования. В таком случае либо станок должен быть дооснащен вспомогательными устройствами (удлинители столов, направляющие линейки и т.д.) либо дополнительно устанавливаются рольганги, подающие, приемные столы и т.д.

Комплектность. Для нормальной работы станок следует оснастить запасом лент различной зернистости. Также важно чтобы станок был оснащен соответствующей документацией – руководством по эксплуатации, схемами и т.д.

Надежность и ремонтопригодность. Серийный станок имеет отработанную конструкцию и почти всегда качественнее и надежнее. Нужно обратить внимание на наличие гарантии, сервисной базы, наличия запасных частей, так как зачастую импортное оборудование не имеет сервисной базы и в случае возникновения каких либо проблем, срок поставки запасных частей может затянуться на несколько недель и больше.