La fisica della sega a nastro
Occasionalmente ricevo email di gente che ha problemi ad affettare legna con la sega a nastro.Il problema principale in cui si incappa è che la lama tende a deviare lateralmente.
Allora ho pensato che sarebbe stato utile scrivere un breve articolo sulla fisica della sega a nastro e su come prevenire gli spostamenti della lama.
Per illustrare alcuni concetti ho creato un semplice modello in legno di una lama da sega a nastro. Ho usato della segatura per simulare la tavola da tagliare. Ogni dente, mentre attraversa la tavola, asporta dei trucioli e li rimuove dal taglio.
Ma se tagliamo un pezzo molto più spesso quel che funzionava per una tavola normale non funziona più. Con un taglio molto profondo semplicemente non c'è abbastanza spazio tra i denti per estrarre tutta la segatura prodotta da ogni dente. Una volta che lo spazio tra i denti è pieno parte della segatura resta schiacciata tra lama e legno e causa un aumento dell'attrito. La segatura può finire più da un lato che dall'altro, causando lo spostamento della lama.
Tagliare più lentamente potrebbe sembrare la soluzione. Ma appena la lama perde leggermente l'affilatura, ogni dente si arrotonda un po' invece di essere un punto perfetto. Quando il dente non viene spinto con abbastanza forza nel legno l'arrotondamento fa sì che il dente sfreghi sul bordo del taglio invece di mordere il legno. Quindi avanzamenti molto lenti vanno bene solo se la lama è molto affilata.
Una soluzione a questo problema è usare una lama con meno denti. Ciò lascia più spazio tra i denti per la segatura. Ma significa anche che è necessaria meno potenza e meno pressione del legno contro la lama per ottenere lo stessa asportazione per ogni dente.
Ma per tagli molto profondi, come quando si affetta legno alto 30 cm, anche con lame da 2 TPI (denti per pollice) ci sono 24 denti nel legno allo stesso istante.
Questi 24 denti necessitano di un bel po' di potenza e di pressione di alimentazione.
La pressione di alimentazione agisce direttamente sul fronte della lama.
In questo modello la striscia di cartone è la lama e la sto spingendo con una riga di acciaio. Sotto pressione la strisica di cartone tende a cedere. Il cedimento inizia con il cartone che si sposta lateralmente.
Lo scivolamento laterale puà essere contrastato tirando entrambe le estremità della striscia di cartone in modo che sia molto tesa, essenzialmente aggiungendo tensione alla lama. Ma anche con la lama in tensione quando la pressione oltrepassa un certo valore (definito come "freccia" della lama), la striscia tenderà lo stesso a deviare.
Pensate alla lama come a una trave diritta supportata dalle guide superiore e inferiore e al legno che gli spinge contro. La pressione sulla trave ne causa un momento flettente che causa una compressione sul lato su cui è applicata pressione e una tensione sul lato opposto. Se la trave è in realtà solo una sottile striscia di metallo, come una lama di una sega a nastro, la compressione fa sì che quel lato devii. Ciò che tiene la lama diritta è la tensione, ma una volta che la tensione è annullata dalla compressione dovuta alla pressione non c'è nulla che tenga la lama dritta. Quando il fronte anteriore è sotto pressione inizierà a torcere.
Probabilmente l'avrete già visto con un seghetto. Quando si inizia un taglio la lama ha la tendenza a torcersi lateralmente.
Applicando più forza alla sega il fenomeno peggiora. Ma aggiungere tensione fa sì che succeda molto meno.
Lame più larghe aiutano in questo caso. A parità di tensione una lama larga il doppio avrà una freccia doppia. Ma allo stesso tempo lame larghe sopportano più tensione. A sinistra si vedono una lama da 1/4 di pollice con 10 TPI, una da 1/2 pollice con 4 TPI e una da 3/4 di pollice (19 mm) con 2 TPI.
Qualcuno preferisce lame molto larghe per affettare, ma per le mie necessità una da 3/4 di pollice è sempre stata larga abbastanza. Anche lame da 1/2 pollice hanno sufficiente resistenza alla freccia per affettare se abbastanza tensionate. La lama da 3/4 di pollice sulla destra è quella che ho usato per tagliare un tronco. Anche se in precedenza avevo tagliato un tronchetto con una lama da solo 1/2 pollice con 3 TPI. Con un motore da solo 1 HP sulla sega, ma con un meccanismo di tensionamento molto robusto, l'assenza di potenza era una limitazione maggiore rispetto alla resistenza della lama.
Se vi accorgete che la lama è troppo poco affilata per affettare non significa che sia troppo poco affilata per altri lavori. Quando è troppo poco affilata per affettare 30 cm andrà ancora bene per tagliare 15 cm. Vi renderete la vita più facile se porterete a spessore prima di affettare.
Affaticamento del metallo
Potreste preoccuparvi di danneggiare la lama applicando troppa tensione, ma con la maggior parte delle seghe a nastro è semplicemente impossibile tensionare troppo una lama da 1/2 pollice. Rovinereste la sega prima di rovinare la lama. Ma troppo poca tensione può portare alla rottura della lama perché la lama potrebbe essere forzata in curve troppo strette vicino alle guide. Curve strette causano stress e affaticamento sul metallo, portando a crepe tra i denti e rottura della lama. Se vedete crepe in più zone delle vostre lame, sono causate dall'affaticamento del metallo.Una lama troppo grande su volani troppo piccoli portano la lama a cedere prematuramente per affaticamento del metallo. Se montate una lama da segheria per seghe portatili con volani da 35 cm o meno non aspettatevi che duri molto a lungo. Io sono al limite con la mia sega a nastro da 14" (35 cm), ma io non uso seghe da segheria.
Al riguardo è interessante questo video su YouTube. Usa una lama da segheria su un volano da 14 pollici. Prima o poi cede di sicuro. Anche un riparo per la lama non farebbe male!
Lame a "bassa tensione"
Ci sono produttori che vendono le cosidette lame a bassa tensione. Non capisco quale dovrebbe essere la magia dietro a queste lame. Ogni metallo che sia per lo più ferro avrà più o meno lo stesso modulo di Young (resistenza di elasticità longitudinale) e si applica la stessa fisica. Sono piuttosto sicuro che tutta questa cosa sulla bassa tensione sia per lo più marketing senza senso. Detto questo, non c'è nulla di male a comprare lame a bassa tensione, siate solo sicuri di tensionarle abbastanza. Ricordate, tranne le lame più strette, le lame possono sopportare più tensione di quanto la vostra sega possa applicare!
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