История ленточного пиления металлов: во имя прогресса и экономической эффективности

Технология ленточного пиления начала зарождаться где-то в середине XVIII века. В 1830-е годы были изготовлены первые станки и первые пилы для обработки древесины, в том числе для распиловки леса-кругляка на доски. Затем последовал длительный период развития технологии ленточного пиления древесины, а в первой половине ХХ века, в годы индустриализации (20-30-е годы), были сделаны первые ленточные пилы для обработки металла. В западной промышленности за почти век своего существования технологии ленточного пиления металла прочно заняли достойное место в ряду технологий для заготовительного производства. Иное дело страны бывшего СССР: здесь в силу ряда причин до сих пор наблюдается значительное отставание.

О причинах такой ситуации, о прошлом и будущем ленточнопильных технологий на пост-советском пространстве рассказывает Юрий Русланович Маркевич - директор белорусско-российской компании ВИ-МЕНС – пионера в области ленточного пиления металлов.

История развития ленточнопильной технологии и альтернативные решения

Как известно, заготовки получают несколькими способами. Первый из них – это рубка, т.е. метал нагревается и прессом рубится. Рубка используется в том числе для резанья проката круглого сечения, с помощью рубки можно получить самые различные заготовки. Это быстро, производительно, но имеет ряд недостатков.

Следующий вид обработки - это абразивная резка, которая также имеет свои достоинства и недостатки. Еще один популярный способ – это резка металла круглыми пилами (циркулярными пилами, пилами Геллера).

Появившаяся в середине ХХ века технология ленточного пиления металла – достойный конкурент вышеперечисленным технологиям, ее основные преимущества – малая ресурсоемкость (узкий пропил), энергосбережение и сравнительно высокая эффективность. Впрочем, почему сравнительно – если брать современные твердосплавные пилы, которые, обладая чрезвычайно узким пропилом, еще и очень быстро работают, эффективность можно охарактеризовать как весьма высокую!

На раннем этапе развития технологии ленточные пилы изготавливались из углеродистых сталей, которая имеет определенные пределы по скорости обработки и твердости (износостойкости). Такими пилами можно было обрабатывать небольшую гамму материалов. По мере развития промышленности, где-то в 40-е годы ХХ века, потребовалось изобрести какой-то новый инструмент, который бы сочетал все достоинства узкого пропила, характерные для ленточного пиления, но позволял бы с большей эффективностью использовать этот инструмент.

И где-то в конце 60-х – начале 70-х годов появились биметаллические пилы. Вкратце это означает, что пила состоит из двух металлов: первый металл – это само полотно, основа, к которой определенным методом ( электронно-лучевой сваркой) приваривается второй металл - быстрорежущая проволока, на которой потом нарезается режущая кромка.

Быстрорежущие материалы (в разговорной речи – быстрорезы) обычно содержат углерод а также вольфрам и другие карбидообразующие элементы, что позволяет добиться достаточной твердости для обработки большинства материалов, применяемых в современном машиностроении. Другой принципиально важный показатель быстрорежущих сталей – износостойкость. Если, к примеру, одна углеродистая пила могла отрезать за некий промежуток времени 40 заготовок толщиной 30 или 40 мм, то такая же биметаллическая пила с режущей кромкой из быстрорежущей стали могла отрезать порядка 800-1000 заготовок, то есть более чем в 10 раз. И это при том, что стоимость биметаллического инструмента по сравнению с углеродистым выше далеко не на порядок, а максимум раза в три.

В 40-50 годах с появлением соответствующих технологических возможностей инженеры начали экспериментировать с напайкой режущих кромок из твердых сплавов. Но на тот момент промышленность не могла предложить оборудования для использования таких пил - они были очень твердые и очень хрупкие. В промышленности эффективно применяться ленточные пилы с напайками из твердого сплава стали приблизительно в 80-е годы ХХ века. Следует отметить, что и сегодня твердый сплав дает 30 и более процентов прироста производительности по сравнению с биметаллическими пилами.

Экономическая эффективность – то, ради чего все это изобреталось

Самое важное в любом производстве - это экономическая составляющая. Рассмотрим на банальном примере: есть некий рабочий, который эксплуатирует станок. У него есть определенная зарплата и определенное количество продукции, которое он может выпустить. В себестоимость включаются также затраты завода на инструмент, на обслуживание станка, на оплату электроэнергии и т.д. В итоге получается, что в настоящий момент чем больше работник выпустит продукции в единицу времени, тем эффективнее производство. Поэтому скорость обработки мы рассматриваем как очень важную составляющую эффективности: нам нужно резать быстрее, чтобы получить максимальное количество продукции в единицу времени. Тогда стоимость получения заготовки будет малая, а, соответственно, количество работы, произведенной рабочим, будет расти.

Разумеется, эффективные решения требуют определенных капиталовложений.

В нашем случе, в ситуации стран бывшего СССР, важной задачей является поиск равновесной точки между эффективностью и производственными затратами.

Что же мы имеем на практике?

В первые годы своего существования мы сталкивались с некоторыми технологическими особенностями, характерными для пост-советской промышленности. Предприятия занижали режимы резания для того, чтобы искусственно продлить срок службы инструмента и нарезать им как можно больше заготовок. Т.е. как ни крути, но существует четкая зависимость между тем, сколько в единицу времени производится заготовок и сроком службы инструмента, и зависимость эта, к сожалению, обратно пропорциональная: быстрее режешь – быстрее тупится инструмент. С другой стороны, возвращаясь к примеру с рабочим и станком, есть и другая зависимость: медленнее режешь – рабочий обходится производству дороже.

Так как до определенного момента, точнее, до 90-х годов, этот инструмент в Союзе не выпускался, все щадили инструмент, ценилась в первую очередь его стойкость. В последнее время все четче вырисовывается тенденция поиска равновесной точки между стойкостью инструмента и его производительностью.

Тот самый случай, когда хорошее дешевым быть не может

Итак, мы перечислили три этапа развития инструмента - углеродистые пилы, биметаллические пилы и твердосплавные пилы. В настоящий момент самыми производительными являются твердосплавные пилы, которые, однако, еще не получили должного распространения в силу свей высокой стоимости. Что же, помимо научно-технических разработок, заложено в этой стоимости? Ответ очевиден, это – вольфрам.

Вольфрам – дорогой материал, который производится несколькими странами (и в первую очередь это Китай), то есть производство вольфрама практически монополизировано. А, в отличие от лампы накаливания, вольфрама в пилах достаточно много. Отсюда и неизбежное зло – достаточно высокая цена инструмента.

Поэтому и в Советском Союзе, и теперь в России твердосплавные пилы используются только для обработки материалов, которые биметаллическая пила в силу своих особенностей и ограничений резать не может. Это, в первую очередь, сплавы на основе никеля и другие материалы, находящие применение в космической отрасли, а также в энергетике, в том числе и атомной. В настоящий момент для таких материалов альтернативы ленточному пилению твердосплавными пилами, пожалуй, все таки нет.

Надо сказать, что в области самого инструмента мы подошли к технологическому пределу, когда возможности твердого сплава уже используются по максимуму. Единственный на сегодня возможный путь развития технологии – улучшение самого оборудования, ленточнопильных станков. В ленточном пилении важно обеспечить максимально плавное поступательное движение пилы на определенной стабильной скорости. Другая технологическая задача – приложить к этому относительно хрупкому, тонколезвийному инструменту максимально возможную электрическую мощность. Большинство компаний, выпускающих дешевые станки, не может разрешить подобные технологические задачи. Иначе говоря, хороший станок – станок, который может использовать твердосплавные пилы – дорогой уже в силу своих конструктивных особенностей.

Сегодня пиление твердосплавными пилами достаточно активно внедряется на производстве. Если еще 10 лет назад потребление твердосплавных пил было 10% от общего количества пил для обработки металла, то сейчас эта цифра приближается к 30%. И нетрудно догадаться, что связан этот рост не с увеличением количества производств, на которых существует потребность в пилении труднообрабатываемых материалов – титана, сплавов на основе никеля. Полагаю, что рост связан с общим стремлением производств к увеличению производительности. Воистину, самое ценное, что есть в человеческой жизни - это время. И именно эффективность организации рабочего времени, получение в единицу времени максимума продукции, наверное, и есть основная составляющая любого развития, движения вперед.

Беседовала Ольга КИРЮШКИНА.