Logo CIOP CIOPMapa serwisu English version
CIOPWsteczPoziom wyżejCIOP
.. | Frezarki pionowe dolnowrzecionowe | Ograniczanie zagrożenia odrzutem przy frezowaniu drewna

Ograniczanie zagrożenia odrzutem przy frezowaniu drewna



mgr inż. Mariusz Dąbrowski
CENTRALNY INSTYTUT OCHRONY PRACY


TECHNICZNE METODY OGRANICZANIA ZAGROŻENIA ODRZUTEM PODCZAS FREZOWANIA DREWNA

Praca wykonana w ramach Programu Wieloletniego
pn.: „Bezpieczeństwo i ochrona zdrowia człowieka w środowisku pracy”
dofinansowanego przez Komitet Badań Naukowych w latach 1999-2000


Podczas mechanicznej obróbki drewna przy użyciu pilarek tarczowych, strugarek oraz frezarek dolnowrzecionowych występuje bardzo niebezpieczne, mało dotychczas poznane, zjawisko odrzutu materiału obrabianego.

Odrzut jest niekontrolowanym, gwałtownym ruchem obrabianego przedmiotu lub jego fragmentu w kierunku przeciwnym do kierunku działania sił skrawających. Najczęściej odrzut jest jednocześnie skierowany przeciwnie do kierunku posuwu powodując bezpośrednie zagrożenie, głównie dla operatora.

Następstwem uderzenia człowieka odrzuconym z dużą prędkością przedmiotem jest często jego trwałe kalectwo lub śmierć. Z tych względów między innymi obrabiarki do drewna zaliczono do maszyn niebezpiecznych, a w załączniku I, p.2.3 Dyrektywy 98/37/EC [1] stwierdzono, że „jeżeli maszyna może być użytkowana w warunkach, w których może występować zagrożenie spowodowane odrzucaniem kawałków drewna, to powinna być ona zaprojektowana, wykonana lub wyposażona tak, aby takie odrzuty były wyeliminowane lub, jeżeli to niemożliwe, aby te odrzuty nie stwarzały zagrożenia dla operatora i(lub) innych osób;”.

Dotychczas nie udało się wyeliminować zjawiska odrzutu, chociaż były podejmowane takie próby – np. we francuskim INRS opracowano i przebadano model piły tarczowej, przy użyciu której nie występuje zjawisko odrzutu. Okazało się jednak, że ze względów technologicznych piła ta nie może być zastosowana, gdyż jakość powierzchni przeciętego nią materiału jest nie do przyjęcia. Prowadzone obecnie prace nad zmniejszaniem zagrożenia odrzutem skupiają się głównie na technicznych metodach ograniczania ryzyka poprzez:
  • doskonalenie urządzeń ochrony zbiorowej;

  • zmiany w konstrukcji narzędzi skrawających;

  • stosowanie parametrów technologicznych, przy których zagrożenie jest mniejsze


URZĄDZENIA OCHRONNE

W maszynach, w których poziom ryzyka związanego ze zjawiskiem odrzutu jest najwyższy, takich jak: pilarki tarczowe wielopiłowe, obrzynarki dwustronne, pilarki tarczowe stołowe i formatowe, a także strugarki grubiarki, stosowane są od dawna odpowiednio, kliny rozszczepiające, zapadki przeciwodrzutowe oraz inne urządzenia ochronne, mające na celu nie dopuścić do powstania odrzutu, lub zatrzymać wyrzucony z dużą energią element, zanim uderzy on w ciało człowieka.

W przypadku frezarek dolnowrzecionowych, gdzie, zwłaszcza przy frezowaniu profilowym, występuje również bardzo dużo wypadków ciężkich i śmiertelnych spowodowanych odrzutem, w bardzo niewielkim stopniu korzysta się z urządzeń technicznych ograniczania tego zagrożenia.

Najprostszymi urządzeniami przeciwodrzutowymi stosowanymi we frezarkach są grzebienie dociskowe, w których wprowadzany przedmiot obróbki powoduje ugięcie sprężynujących elementów dociskających przedmiot do prowadnic frezarki. Przy próbie gwałtownego cofnięcia sprężynujące elementy grzebienia odginają się w drugą stronę, powodując zwiększenie sił docisku i w konsekwencji zakleszczają się na dociskanej przez nie powierzchni przedmiotu.

Urządzeniami, które z powodzeniem można stosować we frezarkach i które nie tylko chronią przed odrzutem, ale również przed bezpośrednim kontaktem ręki operatora z obracającym się frezem, a także, co warto podkreślić, polepszają jakość wykonywanych elementów, są dostawne zmechanizowane urządzenia posuwowe. Zapewniają one stałą prędkość posuwu i stały, duży docisk przedmiotu obróbki do stołu albo prowadnicy, a prócz tego umożliwiają operatorowi odsunięcie się od strefy zagrożenia.

Przy obróbce krótkich przedmiotów możliwe jest zastosowanie mechanicznych ograniczników, montowanych na krańcach stołu lub na przedłużeniach stołu. Niektóre firmy proponują również montowane do stołu frezarki przyrządy technologiczne, w których przedmiot jest mocowany i obrabiany.

NARZĘDZIA SKRAWAJĄCE

Narzędzia skrawające stanowią główne źródło zagrożeń występujących przy maszynowej obróbce drewna. Związane są z nimi przede wszystkim, najczęściej występujące podczas obróbki drewna zagrożenia mechaniczne, takie jak zagrożenie skaleczeniem o nieruchome, nieosłonięte ostrze narzędzia, obcięciem palców rąk przez pracujące (najczęściej obracające się) narzędzie, odrzutem przedmiotu obróbki w stronę operatora wskutek nagłego wzrostu sił skrawania lub zakleszczenia się narzędzia (piły tarczowej) w materiale, porwaniem i przerzuceniem przez obracające się narzędzie odciętych fragmentów materiału oraz wiórów w stronę operatora, uderzeniem oderwanych części narzędzia wskutek jego rozpadu lub odłamania się fragmentów, np. noży tnących.

Również zagrożenia niemechaniczne, takie jak zagrożenie poparzeniem, pożarem, hałasem czy drganiami mają ścisły związek z używanymi do obróbki mechanicznej drewna narzędziami. Z tych względów niezmiernie ważne jest stosowanie w budowie narzędzi rozwiązań wpływających na zmniejszenie tych zagrożeń, a tym samym prowadzących do zredukowania poziomu ryzyka oraz zmniejszenia liczby wypadków, zwłaszcza tych najcięższych.

W 1997 roku ustanowiona została norma europejska EN 847-11) [2], zawierająca podstawowe wymagania bezpieczeństwa dotyczące pił tarczowych, frezów, głowic nożowych i frezowych oraz wałów nożowych. Wymagania tej normy stanowią podstawę badania wału nożowego, podczas oceny typu strugarki dokonywanej przez jednostkę notyfikowaną w Unii Europejskiej. W przypadku innych narzędzi do maszynowej obróbki drewna kraje członkowskie UE stosują własne rozwiązania prawne2).
Zgodnie z wymaganiami tej normy, dla narzędzi o średnicy powyżej 70 mm, przeprowadzany jest test polegający na wykonaniu określonej liczby prób odrzutu na specjalnym stanowisku do badania odrzutu (rys.1), zbudowanym na bazie frezarki dolnowrzecionowej, w którym możliwa jest płynna regulacja i pomiar prędkości obrotowej wrzeciona oraz pomiar czasu przelotu listwy testowej na odcinku pomiędzy dwoma fotooptycznymi bramkami pomiarowymi. Stanowisko badawcze umożliwia również symulację czynności, zwykle wykonywanych przez operatora. Za pomocą zespołu zdalnie sterowanych siłowników, realizowany jest automatycznie, uprzednio zaprogramowany cykl roboczy, polegający na przytrzymaniu, dosunięciu i dociśnięciu listwy testowej do stołu i prowadnicy, a następnie stopniowym jej przesuwaniu wzdłuż prowadnicy. Określone są ściśle warunki, jakie powinno spełniać stanowisko i listwy testowe.



Rys.1   Stanowisko do przeprowadzania prób odrzutu w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy

Jako kryterium oceny narzędzi w normie EN 847-1 przyjęto tzw. współczynnik odrzutu, będący stosunkiem prędkości odrzutu VR (obliczonej na podstawie czasu przelotu listwy) do prędkości skrawania VC (będącej funkcją średnicy skrawania badanego narzędzia i jego prędkości obrotowej), przy stałej wartości VC wynoszącej 45 m/s. Dla narzędzi stosowanych w obrabiarkach z ręcznym posuwem współczynnik ten nie powinien przekraczać 0,25.

Inne wymagania mówią o kształcie korpusu, kątach przyłożenia i wystawaniu krawędzi tnącej noża poza obrys korpusu narzędzia oraz o maksymalnej dopuszczalnej szerokości rowka wiórowego w zależności od średnicy narzędzia.  Znaczne wystawanie krawędzi tnących noży, a także szerokie i głębokie rowki wiórowe oraz brak ograniczników grubości wióra w narzędziach pokazanych na rys.2 a, b i c nie tylko jest powodem ciężkich urazów przy kontakcie ręki operatora z wirującym narzędziem, ale wpływa także na zagrożenie odrzutem, co można łatwo sprawdzić za pomocą testu odrzutu.



Rys.2 Przykłady frezów i głowic frezowych stwarzające zagrożenie, przy bezpośrednim kontakcie z nimi podczas ich pracy:
a, b, c - duże zagrożenie odrzutem, a także ciężkie urazy
d, e, f - mniejsze zagrożenia mechaniczne  

PARAMETRY TECHNOLOGICZNE

Niebagatelny wpływ na odrzut mogą mieć parametry frezowania takie, jak: prędkości skrawania i posuwu oraz szerokość i głębokość skrawania. W normie EN 848-1: 19983) [3] znalazło się zalecenie takiego doboru prędkości obrotowej narzędzia, aby uzyskana prędkość skrawania mieściła się w przedziale między 40 a 70 m/s. Stwierdzono ponadto, że przy prędkościach mniejszych, niż 40 m/s zagrożenie odrzutem wzrasta, natomiast stosowanie prędkości przekraczających 70 m/s zwiększa ryzyko rozerwania lub oderwania  się fragmentów narzędzia. W normie znalazło się również wymaganie oznakowania frezarki diagramem (rys.3) doboru optymalnej prędkości obrotowej w zależności od średnicy skrawania freza.















prędkość obrotowa n [obr/min]
 
80

100

120

140

160

180

200

240

280

12000

50

63
 

10000

42

52

63

zagrożenie

9000
 
47

57

66

rozerwaniem

8000
 
42

50

59

67
 

7000
 
44

51

59

66
 

6000
 
44

50

53

63
 

5000

zagrożenie

42

47

52

63
 

4000

odrzutem

42

50

59

3000
 

44
 
80

100

120

140

160

180

200

240

280
 
średnica skrawania  D [mm]

Rys.3 Przykładowy diagram doboru prędkości obrotowych wrzeciona frezarki (w zielonym polu podano wartości prędkości skrawania w m/s).

Wyniki badań prowadzonych między innymi w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy stanowią potwierdzenie zależności zagrożenia odrzutem od prędkości i głębokości skrawania oraz od stanu naostrzenia narzędzia. Zagrożenie to można zmniejszyć stosując dobrze naostrzone narzędzia, przy możliwie dużych prędkościach i małych głębokościach skrawania. Prędkości skrawania nie można oczywiście zwiększać dowolnie, gdyż rosną wówczas znacznie siły odśrodkowe działające na narzędzie i wzrasta zagrożenie jego rozerwaniem.

LITERATURA

[1] Dyrektywa 98/37/UE w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw członkowskich dotyczących maszyn (tekst jednolity Dyrektywy 89/392/EWG, tzw. „maszynowej”, oraz  zmieniających ją dyrektyw 91/368/EWG, 93/44/EWG i 93/68/EWG).
[2] EN 847-1 Tools for woodworking – Safety requirements – Part 1: Milling tools and circular saw blades
[3] EN 848-1 Safety of woodworking machines – One side moulding machines with rotating tool – Part 1: Single spindle vertical moulding machines
[4] PN-EN 847-1 Narzędzia do drewna – Wymagania bezpieczeństwa – Frezy i piły tarczowe.
[5] PN-EN 848-1 Bezpieczeństwo obrabiarek do drewna. Frezarki jednostronne. Frezarki dolnowrzecionowe jednowrzecionowe pionowe.
[6] M. Dąbrowski „Ochrona przed odrzutem w obrabiarkach do drewna”, „Bezpieczeństwo Pracy” nr 5/1998
[7] M. Dąbrowski, A. Derugo "Opracowanie stanowisk do badania czynników zagrożeń mechanicznych w obrabiarkach do drewna", prace CIOP, 1995 - 1999

Na górę strony

Siedziba instytutu
Strona głównaIndeks słówStrona BIPCIOP
Linia

Copyright © Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
Wszelkie prawa do udostępnianych materiałów informacyjnych są zastrzeżone.
Kopiowanie w celu rozpowszechniania fragmentów lub całości materiałów jest zabronione. Udostępnione materiały można kopiować zarówno we fragmentach,
jak i w całości wyłącznie na użytek własny.

ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa, tel. (+48 22) 623 36 98, fax (+48 22) 623 36 93