Acciai per lama. Blade steels

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1 La lama che taglia il blocco in lastre è la cosa che più stupisce chi si avvicina al mondo del granito: si tratta di un nastro di acciaio senza denti, con un profilo arrotondato, che nessuno penserebbe mai in grado di tagliare qualcosa. D altra parte sin dall antichità l uomo ha tagliato, forato, levigato pietre molto dure usando utensili più teneri ( legno, metallo, pietra ) che muovevano particelle abrasive sul materiale da lavorare. Sullo stesso principio funzionavano i telai a sabbia silicea, gli antenati dei moderni telai per il taglio del granito, dove un insieme di lame di acciaio trascinava la miscela di sabbia silicea ed acqua sul blocco di marmo. L abrasivo trascinato da ogni lama realizzava solchi paralleli che portavano alla divisione in lastre del blocco. La lama per granito degli attuali telai è appunto questo : una guida per le particelle abrasive metalliche destinate ad asportare materiale lapideo. Per movimentare l abrasivo e lo sfrido di lavorazione, per raffreddare lame e materiale segato si addiziona acqua, e idrossido di calcio in funzione di antiossidante. Si forma così una miscela semiliquida poco omogenea, da cui con facilità può separarsi la pesante graniglia metallica, che è la nota miscela abrasiva usata per il taglio del granito. L utensile di taglio è quindi abbastanza complesso : è costituito da una miscela liquida che sospende abrasivo (se è in movimento), che continuamente entra ed esce dal taglio, guidata dalla lama che la movimenta, lama che non dovrebbe toccare direttamente sul fondo del taglio il materiale da segare. Si è richiamato la grande complessità dell utensile in questione perché è solo tenendo ben presente questo punto che si fissano i requisiti delle lame da granito e si comprendono le principali difficoltà o disfunzioni della segagione. A blade that cuts a block into slabs is probably the most amazing process to somebody who is approaching the world of granite: a simple, round shaped steel strip without any cutting teeth, that nobody would ever believe to be suited to cut anything. But on the other hand, from ancient times man used to cut, drill and grind hard stone material by means of softer material tools (wood, metals, stone), which moved abrasive particles on the stone to be worked. The siliceous sand fed frames were based on the same principle and represent the forerunning versions of modern granite saw frames, whereby a set of steel blades was dragging the siliceous sand and water mixture along and into the marble block. The abrasive mixture carried by each blade shaped parallel grooves thus to divide the block into slabs. The granite cutting blade of today s saw frames reflects exactly the above mentioned principle: a guide conveying abrasive metallic particles (metal shots) in order to remove stone material. Water is supplied together with oxidation inhibiting calcium hydroxide, in order to move and remove abrasive and working waste materials and also to cool down the blades and the material to be cut. The resulting little homogeneous half-liquid mixture, known as abrasive mixture, is used for granite cutting and allows for easy separation of the metal grit. In a certain way, such a cutting device is quite a complex mechanism: it consists of a fluid mixture, which releases the abrasive component (if moved), continuously entering and leaving the cutting groove and being guided by the moving blade that should not directly touch the stone material to be sawn. Only keeping in mind these mechanisms it will be possible to determine the requirements concerning granite saw blades and to fully understand the main difficulties and failures of gang-sawing. Blades Pg.1

2 Acciai per lama Il materiale di partenza principalmente usato per la produzione delle lame è il C60, un acciaio speciale al Carbonio con 0,6% di Carbonio e pochissime inclusioni di scoria. La norma della Comunità Europea fatta propria dall UNI (EURONORM UNI EU 20/74) classifica gli acciai secondo la composizione chimica e requisiti qualitativi. La tabella sottostante riporta le caratteristiche UNI per il C60. Blade steels The base material mainly used for blade manufacturing is C 60, a special Carbon Steel containing 0,6% of Carbon and a slight amount of slag inclusions. The European Community Standard, according to UNI (EURONORM UNI EU 20/74), classifies steels both on the base of their chemical composition and quality criteria. The following table contains the UNI characteristics concerning C60. A% C % Mn % Si % P % S % P+S % HB R Rs Brinell kg/mm 2 kg/mm 2 0,5-0,64 0,60-0,90 0,20-0,30 <0,035% <0,035% < 0,06% Gli acciai C60 selezionati da Marmilame per la produzione delle sue lame contengono apprezzabili quantità di altri elementi (Cromo, Nichel, Molibdeno, etc.) che aumentano durezza e tenacità e contribuiscono ad elevare sensibilmente le caratteristiche dell acciaio. I nostri acciai hanno valori di durezza intorno a Brinell e carichi di rottura che spesso superano i 100 Kg/mm 2 ; ( si riporta l utile relazione che la lega il carico di rottura alla durezza Brinell : R = HB 0,346 ) In ogni caso è noto che, a parità di composizione chimica, le prestazioni di un acciaio dipendono in larga misura dal modo di produrre i laminati, e dai trattamenti a cui sono sottoposti. The C60 steels selected by Marmilame for the production of saw blades contain noticeable quantities of other elements (Chrome, Nickel, Molybdenum, etc.), thus increasing hardness and toughness and contributing to the improvement of the steel features. We are using steels with hardness values around Brinell and an ultimate tensile stress that often is more than 100 Kg/mm 2. ( The useful relation that links the ultimate tensile stress with the Brinell hardness is: R = HB 0,346 ). Nevertheless, it s a matter of fact that besides the chemical composition, the performance of rolled steel widely depends on the rolling-mill process methods and on the treatments the material will undergo. Blades Pg.2

3 Produzione delle lame Le lame sono costituite da nastri di acciaio laminati a caldo; si parte da prodotti siderurgici chiamati billette ( barre di acciaio dal peso di circa una tonnellata) che vengono riscaldate a circa 1000 C e inviate in un laminatoio costituito da un insieme di grossi cilindri contrapposti, con distanze tra i cilindri sempre minori, in modo che l acciaio allo stato pastoso sia spianato progressivamente sino allo spessore desiderato. L ultima coppia di cilindri ha dei rilievi sulla sua superficie e in tal modo sulla lama viene impressa una scanalatura. Dal laminatoio esce un lungo nastro di spessore desiderato (circa 4 o 5 mm) che verrà raffreddato opportunamente e tagliato a lunghezza utile. L attenzione con cui viene svolta la laminazione, e la bassa produttività oraria dell impianto che lamina un profilo di piccola massa rendono abbastanza costosa la produzione del nastro di acciaio. In seguito nell impianto di produzione MARMILAME, a seconda delle varie misure richieste del cliente, il nastro di acciaio viene tagliato alla misura adatta (pretaglio) e quindi stirato da potenti macchine oleodinamiche che realizzano forze di trazione fino a 80 tonnellate. In pratica le lame pretagliate sono caricate sulla stiratrice che automaticamente prende e serra le lame alle estremità tra potenti ganasce con una forza tale da superare agevolmente il limite di snervamento dell acciaio. La lama viene quindi allungata, e potrebbe anche essere strappata se la macchina non interrompesse la trazione; si ottiene così una lama stirata che conserva una deformazione permanente di allungamento. Nel diagramma sforzo-deformazione sottostante è possibile seguire il risultato della stiratura, che ha portato la lama nelle condizioni del punto A. Non appena si elimina la forza di trazione si verifica un parziale ritorno elastico e la lama conserva residua una deformazione permanente. Blade manufacturing The blades are made of hot-rolled steel strips, based on iron metallurgy products called billets (steel bars weighing roughly one ton each), which are thermally treated at 1000 C and subsequently carried to a rolling mill consisting of a number of opposed huge rolls (cylinders), with a progressive space diminishing between the rolls, in order to flatten the pasty state steel until the required thickness is obtained. The last couple of rolls is characterized by a kind of relief surface, thus to impress a groove on the blade surface. The long metal strip of required thickness (roughly 4 or 5 mm) coming out of the rolling mill is appropriately cooled down and subsequently cut to size. Carefulness in performing rolling proceedings, and the low operating time of the installation that rolls sections of small mass result in quite expensive production costs for steel strips of this type. Afterwards the steel strip is transferred to the facilities of MARMILAME where it is pre-cut to suitable sizes basing on the customer requirements, and subsequently stretched by means of powerful oleo-dynamic machines, which generate traction forces up to 80 tons. More precisely, the pre-cut blades are carried on the stretching device, which automatically clamps and locks the blades ends with strong jaws that easily exceed in terms of force the yield point of steel. This is to elongate the blade, whereby metal tear could occur if the machine wouldn t interrupt the traction operation in time; as a result we obtain a stretched blade that maintains a permanent elongation deformation. The below yield stress deformation diagram highlights the stretching effect that transforms the blade conditions into those of point A. As soon as traction forces cease, a partial flexible return occurs and the blade will maintain a permanent residual deformation. Blades Pg.3

4 ACCIAIO C60 C60 STEEL ACCIAIO C60 STIRATO STRETCHED C60 STEEL AZIONE DI STIRATURA STRETCHING ACTION Blades Pg.4

5 La linea verde mostra quale sarebbe il risultato della prova di trazione a cui si sottoponesse un campione della lama appena stirata: vedremmo che limite della deformazione lineare passa dal valore iniziale di circa 50 al valore finale di circa 90 Kg/mm 2. Questo è il positivo risultato ottenuto dalla stiratura, e non sussiste il pericolo che l acciaio, deformato con lo snervamento, sia più debole e si spezzi più facilmente perché il carico di rottura dell acciaio snervato è identico a quello del materiale non stirato. In pratica con la stiratura si è aumentato il limite elastico di deformazione lineare della lama e ciò sarà molto utile durante l utilizzo, nella segagione, dove le sollecitazioni meccaniche non potranno provocare facili allungamenti della lama. In passato Marmilame produceva lame con un altro processo produttivo : le lame erano snervate a freddo mediante il passaggio in calandre che obbligavano il materiale a successive e brusche piegature. Il prodotto era molto valido ma da un accurato confronto con lame stirate è risultato che queste ultime hanno prestazioni migliori e quindi si è modificato il ciclo produttivo introducendo moderne macchine stiratrici. Dopo la fase di stiratura le lame sono tagliate alla esatta misura e forate per punzonatura (diametro del foro 20,25 mm) in modo che il chiodo usato in segheria (diametro mm) consenta un corretto fissaggio ai tiranti. The green line shows what would be the result of the tensile test carried out on a sample of an only just stretched blade: the linear strain limit passes from an initial value of approximately 50 Kg/mm 2 to a final value of approximately 90 Kg/mm 2. This reflects the positive result obtained through stretching, and there is no risk that the steel stretched at yield strength might be weaker and exposed to breaking, because the breaking load of yielded steel is identical to that of un-stretched materials. Actually, stretching treatment increases the elastic limit of linear deformation of the blade; this is particularly useful with respect to sawing operation, where mechanical stress conditions will not be able to easily generate blade elongations. In the past, Marmilame produced blades using a different type of manufacturing process: blades underwent cold yield strength stretching by forcing them across a number of rolls, which repeatedly bend brusquely the material. The product features were of good quality, however a thorough comparison with stretched blades revealed that the latter had a better performance and therefore, the manufacturing cycle had to be modified by introducing modern stretching machinery. After the stretching process is completed, blades are cut to proper size and provided with holes by means of a punching press (hole diameter mm) thus to enable the fixing bolt used in the block sawing plant (diameter mm) to properly tighten the blades to the tensioning device. Blades Pg.5

6 Considerazioni sul meccanismo della segagione Per affrontare meglio la successiva discussione sulle dimensioni e impiego delle lame, si aggiorna brevemente quanto detto in precedenti pubblicazioni sul moto della miscela nei tagli. Confortato da evidenze sperimentali emerse in un lavoro che sarà pubblicato tra breve, il meccanismo ipotizzato per l azione dell abrasivo sulla lama e sul granito è il seguente : la miscela che cade sul blocco forma dentro ogni taglio un profilo convesso (a lente) tanto più alto quanto maggiore è la viscosità della torbida la miscela dentro ai tagli si ricambia con una certa lentezza e quella che cade dalle piogge in larga misura esce dalla parte bassa dei tagli stessi, scorrendo principalmente sul profilo convesso ( a lente, o lenticolare) formato dalla miscela nei tagli la graniglia presente nella torbida (caduta dalle piogge nei tagli) in parte scende per decantazione nella massa di miscela con profilo convesso e alimenta d'abrasivo la miscela più vicina alle lame. La graniglia nel fondo dei tagli, a contatto con lame e granito, è quindi più abbondante di quanto si possa prevedere, se si considera omogenea la composizione della miscela. Le lame si muovono immerse in una gran quantità di graniglia ( verosimilmente la parte bassa del taglio è occupata da alcuni centimetri di graniglia mescolata alla parte liquida della miscela) ed esercitano l effetto disgregante sul granito dovuto ad abrasione ed urti. Considerations concerning sawing mechanisms To a better understanding of the following considerations concerning dimensions and the proper use of blades, a brief updating summary of previous issues about abrasive mixture circulation in the cutting grooves may be useful. The supposed, yet experimentally supported and shortly published mechanisms regarding abrasive action on blades and granites are as follows: Abrasive mixture falling on the block forms in each cutting groove a (lens-like) convex section, increasing in height that depends on the augmentation ratio of pulp viscosity. Abrasive mixture inside the cutting grooves regenerates slowly, and the mixture dripping out of the abrasive sprinkling device is drained from the lower part of the cuts and the most part of it moves along the (lens-like or lenticular) convex profile constituted by the mixture in the cutting grooves. The amount of grit included in the pulp (falling from the abrasive mixture sprinklers into the cutting grooves) partially sinks into the lens-like shaped mixture mass by settling, and supplies abrasive material to the mixture being closer to the blades. The amount of grit accumulating at the bottom of the cutting grooves and being in contact with both blade and granite is therefore more abundant as expected if we consider the mixture compound to be homogenous. The moving blades are immersed in high quantities of grit (i.e. the lower part of the cut is filled up with a grit layer of several centimetres mixed with the liquid part of the mixture) and provide to break up the granite by abrasion and impact. Blades Pg.6

7 La situazione descritta può essere rappresentata dal disegno successivo. The above described conditions can be represented by following figure. Considerazioni sull altezza delle lame Considerations concerning blade height L esperienza pratica di segheria dice che per avere una buona qualità del prodotto segato sarebbe opportuno usare lame basse; infatti quando si deve segare un blocco importante e si vuole ridurre al minimo il rischio di insuccesso, si montano lame usate che abbiano già fatto un taglio. I problemi che possono derivare dall uso di lame alte (120 e 130 mm specialmente) sono molteplici : a) aumenta la difficoltà nell armatura e piombatura delle lame. b) aumenta la probabilità di deviazione laterale delle lame. c) aumenta il pericolo di avere lastre con spessore disomogeneo e sottomisura. According to sawing plant site practices, a good slab quality should require small blade heights considering them more suitable; therefore, when a big dimensioned block has to be cut, it seems more appropriate to mount already used blades in order to avoid most risks of unsatisfying results. There are various problems resulting from the use of high blades (particularly heights of 120 and 130 mm): a) increasing difficulties in fitting and aligning of blades; b) increasing lateral deviation risks of blades; c) increasing risks of undersized slabs with uneven thickness. Blades Pg.7

8 D altra parte la scelta dell altezza della lama deve rispondere anche a criteri di ordine pratico ed economico : blocchi alti e di materiali molto abrasivi richiedono lame di altezza tale da portare a termine la telaiata, oppure montare lame più alte consente di fare più telaiate senza cambiare l armatura e quindi risparmiare sui costi di manodopera e sui tempi morti della macchina, o ridurre la massa delle parti di lama da rottamare. Può essere utile valutare preventivamente il peso delle lame residue da rottamare, peso che dipende da molti fattori ( tipo di telaio, misure dei blocchi, movimento del quadro). Il peso del residuo di una lama può essere calcolato con la formula seguente, avvertendo però che il valore trovato sarà approssimato perché la formula si adatta alle diverse tipologie di telai. On the other hand, the choice of the blade height should also meet the economical and practical requirements: high blocks and extremely abrasive stone materials require blade heights that will allow for entire sawing cycle performance and besides, higher blades allow for several sawing cycles, without replacing the blade set, thus reducing the costs of labour and the standstill of machinery and also the amount of blade parts to be scrapped. It may be useful to evaluate in advance the weight of the worn blades intended to be scrapped; this weight depends on various factors (the type of frame, the dimension of blocks, the movement of frame set). Residual blade weight may be calculated using the following formula, even though the resulting value will be approximated because this formula applies to various frame types. Peso residuo lama (kg ) = S 7, [ H (Ll Lb 240) + h (Lb + 240)] Residual blade weight dove : where: S = spessore lama H = altezza lama nuova Ll = lunghezza lama h = altezza centrale della lama usata Lb = lunghezza blocco blade thickness height of the new blade blade length central height of worn blade block length Tutte le misure sono in mm, i valori numerici che compaiono sono costanti fisse. All dimensions in mm, the numerical values represent fixed constants. Blades Pg.8

9 Il grafico sottostante ci fornisce invece il peso della lama che si consuma e finisce nella miscela per ogni metro quadro di lastra prodotta. Sull asse orizzontale si individua il consumo di altezza di lama per ogni metro di cala nel granito; in corrispondenza del segmento relativo a lame da 4 o 5 mm si legge sull asse verticale il consumo di lama (espresso in kg per ogni metro quadro di lastra prodotta). The following graph contains information concerning blade weight loss due to abrasive wearing, calculated per square meters of produced slabs. The horizontal axis shows blade height consumption per each meter of down-feed inside the granite; in correspondence of the segment referring to 4 or 5 mm blades, the vertical axis shows the blade wearing (calculated in kg per square meter of produced slabs). Consumo Lama - Blade wear Consumo lame - Blades wear (Kg/m2) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 5 mm 4 mm Consumo lame - Blades wear (cm/m) Blades Pg.9

10 Nella scelta delle lame occorrerà quindi valutare con attenzione vantaggi e svantaggi e adottare caso per caso la soluzione migliore. L altezza delle lame ha valori standard di 100, 120 e 130 mm, ed il cliente chiede l altezze che più si adatti al tipo di blocchi lavorato. Il fine da raggiungere è quello di realizzare il n di telaiate preventivato (generalmente 2 o 3), consumando la lama sino al limite massimo per poter rottamare i residui senza spreco inutile. Su materiali medio - teneri si consumano in genere mm di lama per ogni metro di blocco segato, per cui calcolando una altezza media dei blocchi di 1,70 metri si consumeranno circa 3 centimetri di lama a telaiata. Con una lama da 100 mm di altezza si fanno quindi sicuramente 2 telaiate, con un residuo di lama di circa 4 cm che molte segherie avviano alla rottamazione perché considerato non più utile. Di solito se l altezza residua è di poco superiore a 4 centimetri le lame sono conservate per poterle rimontare quando capita di segare un blocco basso o di facile segabilità. Therefore, the selection of blades should be made very carefully, evaluating any advantages or disadvantages and adopting for each single case the most suitable solution. Blade heights are available in standardized sizes of 100, 120 and 130 mm, and the customer may demand for dimensions that suit best the type of blocks to be machined. The scope is to obtain the number of rated sawing cycles (normally 2 or 3) by wearing up the blade to the maximum limit in order to scrap the worn out components without any avoidable material waste. With respect to medium soft materials, the blade wear is generally about mm per sawn block, so if we presume an average block height of 1,70 meters, the blade wearing per sawing cycle will approximately be 3 centimetres. Using a 100 mm blade allows for at least 2 full sawing cycles, with a blade height of nearly 4 cm left, which is considered being worthless by many sawing plants and therefore removed for scrapping. Generally, if the residual height of blades is slightly over 4 centimetres, the blades will be stored in order to be reinstalled again when flat blocks occur that are easily to cut. Esempio di selezione lame - Example of blades selection Altezza blocco - Block height (cm) Duri - Hard Medi - Medium Teneri - Soft Altezza utile lama - Available blade height (cm) Blades Pg.10

11 In altre segherie con le stesse lame da 100 mm su materiali non troppo duri si fanno 3 telaiate, terminando talvolta con un residuo di lama di 2 o addirittura meno di 1 centimetro. Quando le lame arrivano a tali consumi occorre ovviamente ridurre in modo continuo e regolato sia la cala del telaio che la pressione dell olio ai tenditori per evitare che la lama si strappi. La misura che va per la maggiore è il 100 5, ma spesso sono richieste lame da 120 o 130 mm, per effettuare con sicurezza 3 tagli anche su materiali medio - duri. Su materiali molto duri (Marinace, Iron Red, etc.) è invece d obbligo l uso di buone lame alte 130 mm per arrivare in fondo al blocco con una sola armatura. Per quanto riguarda l inconveniente derivante dall uso di lame alte, citato al punto c, ovvero l ottenimento di lastre con spessore disomogeneo, si fa notare che con il meccanismo di azione ipotizzato inizialmente, la lama nel taglio è circondata da miscela molto ricca di graniglia; in alcuni tagli maggiormente irrorati, o per abbassamenti improvvisi di viscosità, la graniglia può riempire gli spazi laterali alla lama. Questa avanzerà nel granito asportando il materiale sotto di essa, ma lavorerà anche lateralmente sul granito. Se la lama è alta e la cala bassa, l azione abrasiva laterale della lama rimane attiva sullo stesso punto per molte ore, realizzando un taglio più largo e lastre sottomisura. Other sawing plants use 100 mm blades on materials that are not excessively hard, performing even 3 complete sawing cycles that end up with residual blade heights of hardly less than 1 or 2 centimetres. Obviously, such a blade reduction requires a regular and continuous reduction through proper frame down-feed rate and hydraulic oil pressure to the tensioning devices, in order to avoid tearing of blades. The preferred size is 100 5, but also blade sizes of 120 or 130 mm are often required for performing up to 3 sawing cycles even on medium hardness stone materials. Extremely hard stone materials (Marinace, Iron Red, etc.) necessarily require high quality blades of 130 mm, in order to finish the block with only a single set of blades. As for the disadvantages resulting from the use of high blades (referring to point c), that is the risk of obtaining slabs with heterogeneous/uneven thickness, please note that with the initially jeopardized mechanism of actions, the blade will be embedded in a mixture with a high percentage of abrasive grit; due to some cuts containing higher amounts of abrasive mixture or due to accidental reduction of viscosity the abrasive grit may fill the lateral clearances around the blade. The latter will continue to remove granite material from underneath but also laterally. If the blade is high and down-feed is low, the lateral abrasive action of the blade will continue at the same point for several hours causing a wider cut and under-dimensioned slabs. Blades Pg.11

12 Trazione delle lame e rischi di rottura La trazione delle lame viene eseguita quasi esclusivamente con tenditori idraulici ed è praticamente scomparsa la vecchia usanza di tirare le lame piantando a martellate cunei di acciaio nelle asole dei tiranti. I tenditori idraulici sono costituiti da un gran numero di cilindri ricavati in due blocchi metallici applicati sul doppio piastrone del quadro, in modo che ogni estremità a T dei tiranti possa appoggiare su una coppia di pistoni che fuoriescono dai cilindri. Tutte le lame in questo modo sono tirate con la stessa forza, regolabile per mezzo della pressione con la quale viene inviato l olio nei cilindri. Per calcolare la forza esercitata dai pistoni sui tenditori, e quindi la forza di trazione a cui sono sottoposte le lame, si moltiplica il valore della pressione dell olio per la superficie della testa del cilindro. La pressione massima a cui la centralina comprime l olio è circa 300 Kgf/cm 2, ed un pistone ha mediamente un diametro intorno a 3,6 cm. In queste condizioni una coppia di pistoni esercita sulle lame una forza di trazione F pari a : F = 300 π D2 4 Blade traction and risks of blade rupture Nowadays the traction of blades is mainly performed by means of hydraulic tensioning devices, and the old method of blade tensioning by the use of steel wedges hammered into the eyelets of the eyebolts (tension rods) has practically become out of use. The hydraulic tensioning devices are composed of numerous cylinders that are obtained by hollowing out two metallic blocks, fixed on the double plate of the frame set, so that each T end of the tensioning devices will rest on a couple of pistons protruding from the cylinders. Thus, all blades are tensioned with the same force that is governed by the hydraulic oil feeding pressure of the cylinders. In order to calculate the piston forces acting on the tensioning devices, that is the traction forces acting on the blades, the oil pressure value is multiplied by the surface of the cylinder head. The maximum oil compression pressure of the pressure governor unit is approximately 300 Kgf/cm 2 and the average piston diameter is about 3.6 cm. Under such conditions, a couple of pistons acts on the blades with a traction force F corresponding to: Kgf Una lama nuova 100 x 4,2 mm può essere tranquillamente tesa con tale forza perché il carico unitario di trazione risulta essere 14 Kg/mm 2. Quando però tale lama è ridotta a 20 mm di altezza il carico unitario applicato diventa 70 Kg/mm 2, carico che sommato a quelli che agiscono per altri motivi sulla lama porta facilmente quest ultima a superare il limite di rottura. A new 100 x 4.2 mm blade may be tensioned without problems on applying such a force, for resulting unit load of traction is 14 Kg/mm 2. However, if the blade height gets reduced to 20 mm, the applied unit load rises to 70 Kg/mm 2 ; this load, added to those acting on the blade for other reasons, causes the blade to easily exceed the fracture stress limit (failure limit). Blades Pg.12

13 Quindi è d obbligo ridurre la pressione dell olio ai tenditori (per esempio ad 1/3 della pressione iniziale) per evitare rottura delle lame: E curioso il fatto che in alcune segherie si lavori con lame consumate sino a 1-2 cm, senza che si sia ridotta la pressione ai tenditori e senza che si registrino rotture. In quelle situazioni fortunate si verifica che i pistoni del tenditore sono arrivati a fine corsa e la lama si è allungata senza arrivare al limite di rottura. Capita talvolta anche il contrario, e cioè che lame nuove o al secondo taglio si spezzino in modo sorprendente, pur avendo una altezza tale che il carico unitario risulta essere molto basso. Si riportano due immagini relative a eventi del genere. Nel primo caso la lama da 130 ( e 50 mm nella parte centrale ) si è strappata nel punto più alto e ancora prima di cominciare a lavorare : era stata armata per la terza volta per tagliare un blocco tenero; poiché il blocco era molto lungo è stato necessario togliere il dente alla lama ma ciò è stato fatto usando la fiamma ossiacetilenica. Il forte surriscaldamento locale, seguito da veloce raffreddamento, ha temprato localmente l acciaio e creato una cricca di infragilimento che ha portato la lama alla rottura fragile non appena tensionata. Therefore the hydraulic oil pressure to the tensioning system should be necessarily reduced (to 1/3 of initial pressure, for example) in order to avoid blade tearing/rupture: to the contrary of these considerations, several saw plants work with blades worn down to hardly 1-2 cm without reducing the oil pressure to the tensioning devices and in spite of that no blade tearing does occur. In lucky situations of that kind we might find out that the tensioning pistons had completed their full stoke, elongating the blade without reaching the fracture stress limit (failure limit). On the other hand, sometimes even new blades, or blades used for the second time at most, will surprisingly break though their height being of such dimensions to keep the unit load extremely low. The above said conditions are illustrated by the following two figures. In the first case, a blade of 130 mm (and 50 mm in the middle part) has torn at the top point and before starting to work: the blade had been fitted for the third time in order to cut a soft stone; but since the block was very long, they had to remove the lug (tooth) on the blade, doing it by means of oxyacetylene flame. Excessive overheating of that area followed by quick down-cooling had locally hardened the blade and thus created an embrittlement crack that caused the hardly tensioned blade s brittle fracture as soon as having been tensioned. Blades Pg.13

14 Nel secondo caso si possono notare sulla lama delle cricche verticali, lunghe circa un centimetro e a breve distanza l una dall altra. Il bordo inferiore della lama appare molto liscio e lucido. In questo caso è diminuita l alimentazione di miscela al taglio, o è mancata l aggiunta di graniglia fresca, per cui la lama non ha potuto calare come dovuto e nella parte centrale del taglio si è accentuata la cosiddetta schiena d asino. Ad ogni battuta del telaio la lama subisce un raddrizzamento (quando il quadro sale ) ed una piegatura sulla schiena formata quando il quadro scende. Il lavoro di ripetute trazioni e compressioni del bordo inferiore della lama provoca quei tagli verticali visibili nella foto, da uno dei quali è partita l inevitabile rottura della lama. In the second case, there can be observed some vertical brittles, each of them roughly one centimetre long and very close to each other. The lower edge of the blade looks very smooth and polished. In this case, the abrasive mixture supply to the cut has been partially diminished or there had been a lack of fresh grit and therefore the blade couldn t down-feed in a proper way, thus emphasizing a so called humpback in the middle part of the cutting groove. At each frame stop, the blade is subjected to straightening (when the frame set is going up) and to a bending of its back face (when the frame set goes down). Continuous traction and compression forces acting on the lower edge of the blade cause the vertical brittles (shown on the figure), one of these turning out to the origin of the inevitable blade rupture. Blades Pg.14

15 Considerazioni sullo spessore delle lame Agli albori del taglio del granito le lame usate erano praticamente quelle che tagliavano il marmo con sabbia silicea, e avevano uno spessore intorno ai 4 mm. Poi, come narrato dalla storia della segagione, occorsero molti anni e molto lavoro prima che venissero messi ben a punto i telai, progettate le pompe, i sistemi di spurgo e gli automatismi vari. Attorno agli anni 80 si verificò da parte dei costruttori di telai un netto avanzamento tecnico che consentì di realizzare macchine più potenti ed affidabili che potevano calare in modo maggiore (30-40 mm/h) contro i mm/h delle vecchie macchine. Nei nuovi telai occorrevano però lame di maggior spessore per resistere alle più elevate sollecitazioni, e dietro raccomandazione dei costruttori di telai vennero sempre più usate lame di spessore intorno ai 5 mm che consentivano segagioni più veloci e sicure. Gli spessori maggiori erano necessari non tanto per evitare il rischio di strappare le lame, quanto per quello di farle deviare a causa delle elevate sollecitazioni di torsione. Ovvero le lame, che sono costrette a trascinare la miscela abrasiva al fondo dei tagli, subiscono una forza di reazione dal basso verso l alto che le fa torcere dal piano verticale nel quale dovrebbero correttamente oscillare. Questa torsione della lama può essere accentuata accidentalmente sia da tagli poco alimentati dalla miscela, o dall impatto con un nodulo nel granito particolarmente duro, incontrato dalla lama nella sua discesa. Se la lama lavora svergolata per un certo tempo ha un consumo asimmetrico e il suo profilo non è più rotondo ma assume una forma a tagliente asimmetrico (come quello dei coltelli da cucina affilati da una parte sola), e a quel punto il danno è grave perché una lama col taglio asimmetrico con grande probabilità comincia a deviare Considerations concerning thickness of blades In the beginning, the blades used to cut granite were the same as the ones employed for marble, together with siliceous sand, and their thickness was about 4 mm. Many years had to pass by, until appropriate technologies concerning the sawing of granite had been well developed, including frame design, pumps, purging systems and automations. In the Eighties, a considerable progress in gang saw technologies was achieved allowing for more powerful and reliable machinery, with nearly three times the downfeed rate (30-40 mm/h) compared to the old machines (10-20 mm/h). Yet the newly developed gang saw frames required major blade thickness in order to resist to the increasing material stress conditions; according to frame manufacturer recommendations of that time the thickness of blades had to meet roughly 5 mm in order to allow for faster and safer sawing cycles. Major thickness was needed not only to avoid the risks of blade rupture, but also because the increased torsional strain involved other risks like blade deviation. In other words, the blades are forced to carry the abrasive mixture down to the bottom of the cutting groove and by this exposed to a responding force that acts from the bottom to the top thus twisting the blades in respect to their vertical axis and impeding proper blade oscillation. Such blade torsion may be accidentally amplified either because of cutting groves insufficiently fed with abrasive mixture or by impact with a particularly hard granite nodule during down-feed of the blade. If a buckled/warped blade is operating for a certain lapse of time it will become asymmetrically worn and its shape will no longer be rounded but will change into a cook s knife-like shape with only one side sharpened; at this point we have a severe blade damage as an unsymmetrical sawing blade is most likely to deviate. Blades Pg.15

16 P = forza che agisce sulla lama R = forza di reazione sul granito m = momento di deviazione force acting on the blade responding force of granite deviation moment La deviazione sarà tanto maggiore quanto più grande è il momento torcente, ovvero la distanza tra i piani su cui agiscono la forza P e la forza R di reazione alla segagione. Quando la lama, nella sua discesa sul granito, incontra per vari motivi molta resistenza all avanzamento, può piegarsi lateralmente, accartocciarsi; quando il quadro portalame risale la lama in genere si raddrizza e recupera la sua linearità, ma possono rimanere deformazioni permanenti che innescano il meccanismo del taglio deviato sino all estrema conseguenza dello sbuzzamento delle lastre. The greater is the torque moment the greater will be the deviation, that is the distance between the levels which are affected by force P and force R responding to the sawing dynamics. When a blade descending on the granite block, is for several reasons impeded in its advancement, it could laterally bend or crumple up; normally, a blade becomes straight and linear again when the blade holder set comes up again, although there is a risk of permanent deformation causing blade deviation and a possible thinning of the slabs. Blades Pg.16

17 Per una quantificazione della deviazione delle lame dalla mezzeria del taglio, citiamo un lavoro dove, partendo da un modello di lama incastrata ai due estremi, si ricava una formula semplificata per il calcolo della deviazione. (da La segagione del granito Prof. G.Citran) In order to quantify the deviation of the blades from the centre point of the cut, we refers to a certain work where, starting from an end fixed blade model, derives a simplified formula for the deviation calculation. (from The sawing of granite Prof. G.Citran) 3 L d = K 3 S dove d = spostamento della lama (in mm ) where blade deviation (in mm ) K = costante di proporzionalità che dipende anche dall altezza della lama. proportionality constant, depending also on blade height L = lunghezza della lama (mm ) blade length (mm ) S = spessore della lama (mm ) blade thickness (mm ) La formula ci dice che la tendenza della lama ad allontanarsi dalla mezzeria del taglio ( d, espressa in mm) è direttamente proporzionale alla terza potenza della lunghezza della lama e inversamente proporzionale alla terza potenza dello spessore. La tabella sottostante riporta i valori delle tendenze alla deviazione ricavati dalla formula sopra, per vari spessori di lama (tenendo costanti L= 4000 mm e con altezza di lama 100 mm). The formula indicates that the blade s tendency to deviate from the centre line of the cut (d, expressed in mm) is directly proportional to third power of the blade length and inversely proportional to third power of thickness. The following table contains the values of the tendencies with respect to the deviation obtained from the above formula, for several blade thicknesses (keeping constant L= 4000 mm and with a blade height of 100 mm). spessore lama (S, mm ) blade thickness (s, mm) deviazione (d, mm) deviation (d, mm) 3,5 4,0 4,2 4,5 4,8 5,0 5,2 5,5 22,4 15,0 13,0 10,5 8,7 7,7 6,8 5,8 Blades Pg.17

18 Dalla tabella si capisce il motivo per cui telai che tagliano velocemente e con sicurezza richiedono lame con spessori maggiori. Però, come da considerazioni che svilupperemo nel successivo paragrafo, maggiore è lo spessore della lama maggiore è la larghezza del taglio e minore è il numero di lastre ottenibili da un blocco. Per questo motivo da qualche tempo sono state eseguite sperimentazioni con lame di spessore 3,5 mm, usate per diminuire lo sfrido e aumentare il numero di lastre ricavabili. In effetti se su un blocco di media larghezza si ottenessero 50 lastre usando lame da 5 mm, si può facilmente calcolare un risparmio nello spessore utilizzabile di circa 75 mm, usando lame da 3,5 mm, e quindi il possibile ottenimento di 2 lastre in più. Il risultato sembra molto interessante, specialmente se il blocco è di materiale pregiato, ma vediamo quali potrebbero essere gli inconvenienti di una simile scelta. a) Come si può notare dalla tabella sopra una lama da 3,5 mm ha una tendenza a deviare che è il triplo rispetto ad una lama da 5 mm della stessa lunghezza b) Se poi immaginiamo che, a causa della disomogeneità dei materiali segati, la lama incontri nella sua discesa un nodulo di materiale più duro, la lama sottile tenderà con maggior facilità a deviare, cercando di evitare il nodulo e passarci attorno. c) il taglio eseguito dalla lama da 3,5 mm è più stretto rispetto a quello fatto da una lama di 5 mm di circa il 30%; la miscela abrasiva che scende dall alto del blocco, con alta viscosità, trova maggior resistenza ad arrivare in fondo al taglio, e aumenterà la tendenza alla formazione di ponti e ostruzioni che non consentiranno l irrorazione regolare di tutto il taglio. The table reveals the reason why fast and save sawing frames require blades of major thickness. Basing on the considerations detailed in the next paragraph, we can anticipate the following: the bigger is the thickness of the blade, the bigger is the width of the cut and the smaller is the number of slabs obtainable from a block. For this reason there have been performed various experiments with blades of 3,5 mm used to reduce the waste and to increase the number of producible slabs. Indeed, if a block of average width produced 50 slabs using 5 mm blades, it would be quite easy to calculate a still usable block thickness left of approximately 75 mm or 2 more slabs, if 3,5 mm blades were used. The result seems to be quite interesting, especially if the block consists of precious material, but first let us see what could be the disadvantageous aspects of such a choice. a) As we can see in the above table, a 3,5 mm blade has three times the tendency to deviate, compared with a 5 mm blade of the same height. b) Now, supposing that the descending blade meets a nodule of harder consistence, due to the heterogeneity of the materials to be cut, a thinner blade would be more easily exposed to deviate trying to avoid such nodule and bypassing it. c) The cut performed by the 3,5 mm blade is 30% straighter than the one performed by a blade of 5 mm; the highly viscous abrasive mixture, when descending from the top of the block, has to overcome much more resistance on its way down to the bottom of the cut, and therefore there will be an increasing of occlusions and obstructions that obstacle an even and proper abrasive distribution along the whole cutting depth. Blades Pg.18

19 d) Una lastra di granito da 20 mm di spessore, che abbia sulle due facce opposte livelli diversi di miscela abrasiva, è sottoposta ad una forza risultante di pressione che può deviarla dalla verticale, facendola inarcare verso la lastra attigua; potremmo avere facilmente assottigliamento parziale di un taglio, mentre il canale attiguo sarà più aperto e riceverà più miscela e più graniglia aumentando così la tendenza alla divaricazione. Con lame da 3,5 mm che realizzano tagli più stretti aumenta il fenomeno descritto. e) L elevato consumo costringe ad utilizzare lame alte, con relativo aumento dei problemi di taglio. Queste osservazioni consigliano di stare attenti a realizzare tagli più stretti, specialmente con materiali difficili e costosi perché il tentativo di ottenere più lastre potrebbe portare al suo esatto contrario. d) A granite slab of 20 mm thickness having covered both (opposite) surfaces with different levels of abrasive mixture, will be exposed to pressure generated forces, which could take the slab out of its vertical axis thus inclining it towards the adjacent slab. In this case we would be likely to have a partial narrowing of a single cutting groove, while the adjacent cut channel would result more open and therefore receive more abrasive mixture and grit thus increasing the tendency to open. Normally, these conditions grow worse if 3,5 mm blades are used to produce closer cuts. e) The high consumption involves often the use of high blades, increasing cuts problems. In respect to the above considerations it is recommended to be very careful on attempting narrower cuts, especially on expensive materials that are difficult to cut, because any attempt to obtain a higher number of slabs may cause exactly the opposite result. Blades Pg.19

20 Considerazioni sullo spessore delle lastre in funzione dello spessore delle lame Nel precedente paragrafo sono state fatte considerazioni sulla opportunità di usare lame di spessore più o meno elevato. Diciamo subito che lo spessore delle lastre di granito che si ottengono non ha alcuna relazione con lo spessore della lama impiegata. Questa è una questione spesso dibattuta con gli addetti alla segagione, molti dei quali pensano che all aumentare dello spessore della lama aumenti lo sfrido e ciò avvenga a discapito dello spessore della lastra di granito che ne risulta segata. La cosa non è vera ma è talmente radicata nelle menti che le spiegazioni che noi diamo ci sembrano risultare poco convincenti. Allora per togliere ogni dubbio ricorriamo al disegno sottostante, realizzato su un reticolo millimetrato per leggere direttamente le misure, dove si riporta la situazione di lastre tagliate con lame di diverso spessore ( per rendere più evidente l esempio lo spessore della lama centrale è il doppio rispetto a quello delle altre lame ). Considerations concerning the thickness of slabs with respect to the thickness of blades The previous paragraph stated considerations about the opportunity of using proper blade thickness type. First of all, there is no relationship at all existing between the obtained granite slab thickness and the selected blade thickness. This is a lively discussed matter among operating personnel on site and many of them are convinced that an augmentation of blade thickness automatically will lead to a higher waste amount along with reduction of granite slab thickness. This is a completely untenable argument yet deeply anchored in men s mind, so that our explanations seem not to be that persuasive after all. For this reason we would like to eliminate any doubt concerning this matter by the following schematic drawing, made on millimetre graph paper, where the situation of cut slabs with blades of different thickness is shown (in order to point out the example, the thickness of the central slab is two times the thickness of the other blades). a - Lama Blade b - Distanziatore Spacer c - Lastra Slab Blades Pg.20

21 Come appare evidente dalla figura le lastre risultanti hanno tutte identico spessore, nonostante che la lama centrale abbia spessore doppio rispetto alle altre. Si è quindi reso evidente che lo spessore delle lastre è determinato solamente dalla larghezza dei distanziatori e dalla granulometria della graniglia. Il maggior sfrido che si ha usando lame più spesse non produrrà quindi lastre più sottili ma andrà a discapito del minor numero di lastre ottenute ( mediamente 1 o 2 lastre in meno per blocco ). La perdita di 1 o 2 lastre può sembrare grave, e rimediabile con l uso di lame più sottili, ma abbiamo però visto nel precedente paragrafo i rischi che si possono correre, e il tecnico della segagione deve valutare quando è il caso di attenersi ad un principio di maggior cautela. D altra parte questo stesso criterio di scelta è comunemente applicato in segheria quando si deve decidere lo spessore delle croste laterali. Nel tentativo di avere una o due lastre in più si potrebbe ridurre un poco lo spessore delle due croste. Così facendo però queste si assottiglierebbero ed indebolirebbero progressivamente. Ma le croste indebolite, ed in presenza di facce laterali irregolari, con molte rientranze e possibili fratture superficiali, potrebbero rompersi durante la segagione, con tutti i gravissimi danni che comporta la caduta delle croste per la sicurezza del personale, delle macchine e del lastrame. Per questo motivo chi arma il telaio ha l importante compito di ottimizzare la produzione di lastre, facendo salva la sicurezza e la qualità del prodotto; la scelta dello spessore della lama e della larghezza delle croste sono alcune delle leve su cui può agire. As shown in the figure, the resulting slabs are all of the same thickness, even if the central blade is twice the thickness of the other blades. The conclusion is that the thickness of the slabs is only determined by the width of spacers and by granulometry of the abrasive grit. The higher waste amount resulting from the utilization of thicker blades will in no case lead to thinner slabs but will result in minor slab quantities per block (averagely 1 or 2 slabs less per block). The loss of 1 or 2 slabs may seem a serious problem, though avoidable by the use of thinner blades, but as we saw in the previous paragraph, there are many possible occurring risks and the gang saw operator will have to evaluate when to proceed with caution or not. On the other hand, this criterion is commonly applied at the sawing plant when there is the necessity to decide the thickness of the lateral crusts. Trying to obtain one or two slabs more, it would be possible to slightly reduce the thickness of the two crusts. But by doing so, the crusts would become thinner and less solid. But the weakened crusts could break off during sawing operation, especially if the lateral block surfaces are uneven and full of indentations and possible superficial fractures, causing severe injuries and damage to the operating personnel, to the machinery and also to the slabs. For this reason, the operator who will fit the frame blades has the important task to optimise the production of blades, and at the same time he has to provide for safety matters and product quality; the choice of blade thickness and lateral crust width are some of the possibilities to solve the problem. Blades Pg.21