NO159775B - Baandsag for skjaering av toemmer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et båndsagblad for skjæring av tømmer, og mere spesielt til tannformer for bruk i slike blader. Formålet er å muliggjøre produksjon av båndsagbla-der som har en lengre effektiv skjæretid, forbedret produk-sjonshastighet, lavere kraftforbruk og redusert sagsnitt-tap.

Selv om reduserte tømmerresurser og økende energiomkostning-er har skapt et stort behov for mere effektive tømmerskjære-teknikker, har det vært ofret liten oppmerksomhet på forbedring av tannutformning. Dette fordi tannutformning er et langt utviklet felt med en sund teoretisk og empirisk basis som har bestemt de tannformer som har vært benyttet i store båndsager i mange år. En jevn økning i båndsagytelse er blitt oppnådd i de foregående tredve år ved bruk av forbedrede stållegeringer for bladene, spesielt ved innføring av stål og utstyr som gjør det mulig å skjerpe og lokalherde tennene ved sagbruket. De sterke legeringer som benyttes reduserer tannspissbrudd og er i herdet tilstand motstandsdyktige mot abrasjonsslitasje, noe som er spesielt viktig når man sager sterkt kiselholdig tømmer. Den grunnleggende sagtannform har imidlertid forblitt stort sett uforandret i denne periode.

I en slik velutviklet teknikk og i et slikt økonomisk klima ville det være meget overraskende å finne at produksjonsfor-bedringer på opptil 30% kan oppnås ved bruk av eksisterende sagbladlegeringer og herdeteknikker ved å endre tannprofilen og ved omsorgsfullt å kontrollere spisshardheten, men likevel demonstrerer foreliggende oppfinnelse at slike forbedringer er realistiske. Istedenfor den konvensjonelle trapesoidiske, eller flat-toppede, tannform som benyttes for rette og stukede båndsager, har tennene som foreliggende oppfinnelse går ut fra, en skjærespiss som i frontprofil er trekantet av form, med f.eks. en langstrakt femkantet tannform, med et sentralt topp-punkt og to sidepunkter. Ifølge oppfinnelsen er toppvinkelen (9), dvs. vinkelen for det sentrale punkt, mellom 60 og 140°, mens side- eller basisvinklene (£) av den trekantede spiss er mellom 60° og 20°. Videre er den trekantede skjærespiss på hver tann herdet til et hårdhetsnivå på 900-920 Vickers DPN. Det er også fordelaktig, men ikke nødvendig, at tannkrokvinkelen, i sideprofil, økes betydelig i forhold til det som er vanlig. Således er krokvinkler så store som 35° benyttet ved skjæring av meget tett og kiselholdig tømmer, hvor vanligvis vinkler på opptil 25° tidligere har vært benyttet. Likeledes er skarphetsvinkelen fortrinnsvis redusert for å forbedre penetrasjon; vinkler så små sr 35° kan benyttes for mykt tre, selv om vinkler fra 40° til 45° vil være mere vanlig. Klaringsvinkler fra 15° til 20° blir således over-veiet .

Den spisstoppede tannform gjør det mulig å redusere tannens totale bredde betydelig uten å øke lateral vibrasjon i bruk, slik at verdifull reduksjon i sagsnittap kan oppnås. For optimal ytelse angir krav 1 at tenner utformet i henhold til foreliggende oppfinnelse blir høyfrekvens induksjonsherdet for å gi en spiss-hårdhet på mellom 900 og 920 Vickers DPN. En hensiktsmessig måte ifølge foreliggende oppfinnelse for å oppnå denne hårdhet i sagbruket uten å benytte omstendelige og destruktive hårdhetsmålinger, er å benytte standard herd-bare bladstål og justere den høyfrekvente induktorspole inntil et mørkeblått anløpningsbånd dannes på flaten av tannen slik at toppen ligger mellom 0,5 og 1,3 ganger bladtykkelsen under tanntoppen. Tvungen kjøling ved hjelp av en luftstrøm benyttes fortrinnsvis for å sikre at alle tennene behandles likt.

For ytterligere å illustrere foreliggende oppfinnelses natur skal en detaljert sammenligning mellom ytelsen av en båndsag med konvensjonell tannform og én med en tannform ifølge foreliggende oppfinnelse beskrives under henvisning til vedføyede tegninger. Først skal det imidlertid gis en kort oversikt over de teoretiske betraktninger som ligger til grunn for den radikalt nye tannform, også under henvisning til vedføyede tegninger. Fig. 1 illustrerer profilen av en konvensjonell båndsagtann for bruk ved skjæring av tømmer, idet bildet A er frontpro-filen og bildet B er sideprofilen. Fig. 2 er en illustrasjon i likhet med fig. 1, men viser tannprofilene utformet ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 gir to forskjellige perspektiviske bilder, A og B, av en ny tann utformet i henhold til foreliggende oppfinnelse, mens bilde C er en sammenlignende frontprofil. Fig. 4 er en grafisk sammenligning av ytelsen av tre sagblad-typer; den øvre del viser prosentandelen av optimalt dimen-sjonerte spon produsert som funksjon av tid, mens den nedre del viser sag-stokk-matning som funksjon av tid.

Svært mange faktorer må tas i betraktning dersom man skal gi noen som helst teoretisk analyse av skjærevirkningen av en sagtann som tar hensyn til de krefter som virker på tannen når den drives gjennom en ikke-homogen substans såsom tre, såvel som mekanismene for sponproduksjon og tannslitasje. Forskjellige faglige autoriteter har foreslått over tyve fun-damentale og stort sett uavhengige ligninger for å utføre forskjellige elementer av denne analyse. En meget god oversikt over teknikkens stand kan finnes i teksten "Wood Machining Processes" av P. Koch, Ronald Press, NY (1964). Uheldigvis kan lite av analysen brukes direkte til å foreskri-ve tannform, idet dette overlates til empiriske kriterier hentet fra erfaring; og dette gjelder spesielt med hensyn til effektiv tannlevetid eller midlere tid mellom kvessinger.

En "helt skarp" tann er av liten verdi dersom den slites fort. Det er således karakteristisk for industrien at de fleste sagbruk benytter sin egen "sagdoktor" som har sin egen oppskrift for tannprofilering ved kvessing.

Sagbrukere forstår at progressiv sløving av tannens skjære-punkt eller -kant påvirker spondannelse på uheldig måte. Teoretiske studier bekrefter dette ved å peke på den måte hvorved verktøykrefter bevirker økende sammentrykning og skjærsvikt i treet foran tannkanten etter hvert som tannen blir mere av-rundet. De peker på eksistensen av en kritisk skarphetsvinkel, som dersom den overskrides på grunn av tannkantslitasje eller brudd, vil ha en uheldig innvirkning på sponegenskapene. Opp-finneren har demonstrert eksistensen av en optimal spon for en gitt tømmermatehastighet og bladtype og har vist at når en høy andel av de dannede spon er av optimal størrelse, skjærer bladet effektivt. Etter hvert som tennene slites, minsker prosentandelen av disse velformede optimale spon, og prosentandelen av sammentrykkede og fragmenterte spon av mindre stør-relse øker. Disse studier ble rapport- t i en artikkel kalt "Dimerisional Saw-Chip Formation; Non-Destructive Indication of Blade Behaviour" publisert i Holz als Rohund Werkstoff, 35 (1977) sidene 307-310. Det ble også vist at metalltapet fra en sag under en skjæreoperasjon hadde nøye sammenheng med bladets tilstand indikert ved andelen av optimale spon i sag-flisen produsert på ethvert gitt tidspunkt. Dette arbeid ble publisert i ovennevnte tidsskrift i 1979 (nr. 37, sidene 353-358) i en artikkel kalt "Non-Destructive Method for Continuous Sawtooth Wear Assessment". Den sistnevnte artikkel viste også at det foreligger to dis-tinkte faser av tannmetalltap! i den første, som foregår i de første 15 minutter av skjæringen, tapes metall raskt ved sprø-brudd når de skarpe skjærekanter kommer i kontakt med harde og abrasive partier av tømmeret; i den andre, en påfølgende og mye lengre periode, skyldes metalltapet tretthet og skjer med minkende hastighet etter hvert som skjærekanten blir av-rundet. Fysisk undersøkelse av en sag bekrefter disse funn på en kvalitativ måte og indikerer at mye av metalltapet i den første fase skyldes at sidehjørnene av tannen brekker løs. Disse studier ble utført på sager som benyttes i vanlig prak-sis med konvensjonelt utformede tenner, ble gjort for hårdved og hadde følgende karakteristika:

Fig. 1 viser tannformen på et slikt blad og identifiserer de forskjellige vinkler og dimensjoner med de bokstaver som er ( angitt i parenteser ovenfor. Bilde A på fig. 1 viser front-profilen av en tann, mens bilde B viser sideprofilen. Som det klart fremgår av bilde A, har det stukede parti av den konvensjonelle tann en trapesoidal form i frontprofil, idet trapeset begrenses av de to skjærespisser 10 og 12 og de to stukeskuldre 14 og 16. Tannens skjærekant 18 er linjen som forbinder hjørnene 10 og 12.

Av den ovenfor angitte analyse kan det konkluderes at hjørnene (henvisningene 10, 12, Fig. IA) av den konvensjonelle tann er for utsatt for overbelastning og sprøbrudd, men den eneste måte å redusere dette på i en slik tannform er å øke skarphetsvinkelen (/S) , dvs. gjøre tannen buttere. I realiteten ut-gjør den standard tannform som er angitt på fig. 1 en optimal balanse mellom spissbrudd og skarphetsvinkel som man har funnet frem til etter mange års erfaring i sagbruk verden over.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det imidlertid mulig å tilveiebringe bedre understøttelse for tannsidens hjør-ner 10, 12 og samtidig redusere skarphetsvinkelen (jB) . Dette oppnås ved å utforme et tredje, sentralt eller toppet tannpunkt (henvisning 30 på fig. 2A), slik at tannspissen 9 har trekantet form, for derved å tillate betydelig større side-hjørnevinkler og derfor bedre understøttelse av hjørnene (henvisning 32, fig. 2), som er mindre utsatt for overbelastning og sprøbrudd. På grunn av at skjærekraften nå spres på tre skjærepunkter istedenfor to og på grunn av at skjærekanten er blitt betydelig øket i lengde, vil påkjenningen den utsettes for være sterkt redusert, noe som tillater at tannkrokvinkelen kan økes i betydelig grad og skarphetsvinkelen reduseres til-svarende, slik at tømmerpenetrasjonen blir sterkt forbedret. Kort sagt skjærer sagen mye bedre.

Fig. 2 viser en sammenligning mellom tannformen ifølge oppfinnelsen (vist med heltrukne linjer) og den konvensjonelle (vist med brutte linjer). Det vil ses at det stukede parti 4 av tannen 2 har en langstrakt pentagon .1 form 8 (begrenset av punktene 30, 34, 14, 16 og 32) istedenfor den konvensjonelle trapesoidiske form. De to nye sideskjærekanter 36 og 38 som danner det apikale tannpunkt 30, må hver ha en egnet påfølg-ende skråklaring for å sikre riktig skjæring. Dette er vist ved de perspektiviske bilder A og B av den nye tannform illu-strert på fig. 3, idet de skrå eller avfasede klaringsflater er angitt med hhv. 40 og 42. Som vist på fig. 2A, er vinkelen ved sidehjørnene 32 og 34 målt som basisvinkelen for den like-benede trekant 30, 32, 34 og er angitt med vinkelen (<$) .

Studium av fig. 2A viser en annen betydelig fordel ved den nye tannform; nemlig det reduserte sagsnitt (K), som skyldes avfasningen av tanntoppen slik at sidehjørnene er plassert lavere på det avsmalnende stukede parti av tannen. Reduksjon av den effektive tannbredde resulterer i mindre sagsnittap, men en større besparelse er mulig i denne henseende enn det som er angitt ved den enkle geometri av den trekantede tann-spiss. Dette skyldes for det første at tannen er gjort stiv-ere ved effektivt å senke skjærekanten uten å øke tannluke-dybden (hfc), og for det andre at de hellende sider 36, 38 av den trekantede spiss har en tendens til å stabilisere tannen mot sideveis vibrasjon under skjæring. Begge disse faktorer tillater ytterligere reduksjon av tykkelsen av stukingen for å gi samme effektive tannstivhet og styrke som i et konvensjonelt blad. En total reduksjon i total tanntykkelse på opptil 15% i- forhold til konvensjonelle blader er mulig, og ut-gjør en meget betydelig - tømmerbesparelse.

Omfanget av geometriske former man kan tenke seg for foreliggende oppfinnelse er allerede'indikert ovenfor, men ett spesielt eksempel skal nå beskrives slik at sammenlignbare ytel-sesdata kan gis. Tre båndsagbladtyper er involvert i denne

sammenligning:

(i) Et uherdet konvensjonelt blad (C) som har den ovenfor angitte tannform og en bladhårdhet på 860-880 Vickers DPN; (ii) Et blad (M) som har den nye pentagonale tannform, men som for øvrig ikke er optimalisert;

og

(iii) Et blad (E) som har den pentagonale form og den optimaliserte tannform som angitt ovenfor.

Disse blader ble benyttet i samme sagbruk for et lager av hardvedstokker (tristania conferta) som ble utplukket for å være så jevne som mulig. Det totale resultat av disse prøver er angitt i tabell 2 nedenfor og bekrefter klart den nye tannforms overlegenhet. Imidlertid, som omtalt i den første av de to foran nevnte artikler, er det en tydeligere måte å angi bladytelse under bruk på å benytte en grafisk fremstilling som viser optimal sponstørrelse som funksjon av skjæring-ens varighet (eller stokkmatning), idet det er vist at bladet bør tas av for kvessing når andelen av optimal sponstørrelse faller til under 50%. Fig. 4 gir et slikt diagram for gjen-nomsnittene for de tre bladtyper og de beskrevne sammenlig-ningsprøver. Fra dette vil det ses at varigheten av fase 1 (eller optimal skjæring) for blader utformet ifølge foreliggende oppfinnelse ikke bare er mye lenger enn for et sammen-lignbart blad (M), men forringelseshastigheten av bladet under skjærefase II er betydelig mindre. Fase II ender ved omtrent 50% optimalt sponnivå og fører til fase III, hvor skadelig og motproduktiv skjæring skjer. Den gjennomsnittlige skjæretid pr. blad angitt i tabell 2 er skjæretiden før kvessing. Selv om denne omtrent tilsvarer enden av skjærefase II, ble den i realiteten bestemt av sagbruksoperatørens be-slutning om å fjerne bladet for kvessing. Den overraskende grad av forbedring fremgår klart av tabell 2, den grafiske fremstilling på fig. 4 og stokkinnmatningsdiagrammet som ut-gjør en del av fig. 4.

Som angitt i begynnelsen, er optimal herding av tennene utformet ifølge foreliggende oppfinnelse av største betydning, slik det også ville være for enhver tannform som må herdes. Man har funnet at legerte stål som vanligvis benyttes i produksjon av store båndsagblad for sagbruk er av tilstrekkelig jevn karakter til at man kan stole på tannflatens farve etter disses herding som en nøyaktig indikator på optimal herding. Nærmere bestemt skal flaten av en tann utformet ifølge foreliggende oppfinnelse etter høyfrekvensherding ha et mørke-blått oppadkrummet synlig anløpningsbånd hvis øverste sentrale kant befinner seg mellom 0,6 og 1,2 ganger bladtykkelsen fra den apikale spiss, og fortrinnsvis mellom 0,2 og 1,2 ganger bladtykkelsen under de vikkede sidespisser av tannen. Posisjonen av det mørkeblå anløpningsbånd er angitt på fig.

3C ved henvisningstall 50. Den presise plassering av dette bånd på (E) profilsager fremstilt av Uddeholm stål, som ble benyttet under prøvene angitt i tabell 2, er 1,0 ganger bladtykkelsen fra avstanden A-D (fig. 3C), og 0,9 ganger bladtykkelsen under de stukede sidespisser av tannen. Det skal også bemerkes at i sammenligningsprøvene beskrevet ovenfor ble bladene (M) og (E) begge høyfrekvensherdet ved bruk av samme induksjonsherdemaskin.

Selv om det er blitt beskrevet en sammenlignende prøve på hardved ved bruk av en spesiell tannprofil utformet ifølge foreliggende oppfinnelse, vil fagmannen forstå at noen juster-inger i tannprofilen alltid vil være nødvendig for tilpasning til den spesielle tømmerart som skal skjæres. Derfor kan enhver trekantet tannform innenfor et ganske bredt område benyttes uten å avvike fra foreliggende oppfinnelses ramme. For eksempel ved skjæring av P. radiata som er mykt og har lite av kiselinneslutninger, kan mer tilspissede tenner benyttes. En apikal vinkel så liten som 80° kan være egnet (hvilket gir basisvinkler på 50°) og en krokvinkel på så mye som 35° kan benyttes i forbindelse med en skarphetsvinkel på så lite som 35° og en klaringsvinkel på 20°. Imidlertid treng-er tenner av slik ekstrem form omsorgsfull herding som beskrevet ovenfor, selv når de benyttes på myke tresorter, hvor man kan vente matningshastigheter som er mye større enn dem som er mulige med konvensjonelle blader. Ved den andre ende av spekteret kan det være ønskelig å benytte apikale vinkler på så mye som 103° (hvilket gir basisvinkler på så lite som 30°) og en krokvinkel så liten som 26° og en skarphetsvinkel på så mye som 45° hvor ekstremt vanskelige hardvedarter eller andre abrasive materialer skal behandles. Vanligere vil det til-felle være hvor et område av middels tette hardvedslag skal skjæres, og hvor herding kan utføres som angitt. I slike til-feller vil tannformer som angitt i det spesielle eksempel gi en meget god form som kan benyttes som utgangspunkt.

Det skal også bemerkes at i fremtiden kan anvendelsen av den nye sagtannprofil bli utvidet til behandling av andre typer materialer enn tømmer, inklusive metall og plast.

Claims (2)

1- Båndsagblad for bruk ved skjæring av tømmer og som har etter hverandre innrettede, stukede tenner (2), hvor det stukede parti (4) av hver tann er utformet som en langstrakt femkant (14-16-32-30-34) som går jevnt over i de tilstøtende ustukede partier (6) av tannen, har en front-flate (8) som er hovedsakelig plan og har en skjærespiss (9) som i frontprofil har trekantet fasong, karakterisert ved at den trekantede skjærespiss (9) har en sentral toppvinkel (8) som ligger i området 60° til 140°, at basisvinklene (8) ligger i området 20° til 60°, og at den trekantede skjærespiss (9) på hver tann er herdet til et hårdhetsnivå som ligger i området 900 - 920 Vickers DEN..

2. Båndsagblad ifølge krav 1, karakterisert ved at hver tann har en krokvinkel I<p>C) på 25° til 35°, en skarphetsvinkel ($) på 40° til 45° og en klaringsvinkel (Y) på 15° til 20°.