Jak wiadomo, do większości wypadków, w tym ciężkich i śmiertelnych, dochodzi przy obsłudze obrabiarek do drewna, najczęściej wskutek uderzenia operatora fragmentem pracującego narzędzia lub obrabianym detalem. Do odrzutu dochodzi zwłaszcza przy cięciu wzdłużnym na pilarkach tarczowych oraz przy struganiu i frezowaniu drewna.

Jest to problem znany od lat i nadal poważny. Międzynarodowa Organizacja Pracy w swoich wytycznych apeluje m.in.: „Jeżeli prawdopodobne jest, że przy użytkowaniu maszyny będzie istniało ryzyko wyrzucania obrabianych przedmiotów lub ich części, powinna być ona skonstruowana i wyposażona w sposób zapobiegający takiemu wyrzucaniu lub – jeżeli jest to niemożliwe – w taki sposób, aby wyrzut nie stanowił niebezpieczeństwa dla pracowników”.

Z dotychczasowych badań dotyczących wpływu prędkości frezowania na zagrożenie odrzutem wynika, że zagrożenie to wzrasta nie wraz ze wzrostem obrotów, lecz przeciwnie - poniżej pewnej granicznej wartości tej prędkości. Zwraca na to uwagę np. norma EN 848-1:2012 Bezpieczeństwo obrabiarek do drewna, dotycząca frezarek pionowych dolnowrzecionowych do drewna, w której określono optymalne zakresy prędkości skrawania dla narzędzi stosowanych we frezarkach.

Celem rozprawy doktorskiej dr inż. Mariusza Dąbrowskiego, obronionej w 2015 r. w Pracowni Zagrożeń Mechanicznych Zakładu Techniki Bezpieczeństwa, było określenie wpływu wybranych warunków skrawania na zagrożenia związane ze zjawiskiem odrzutu podczas frezowania materiałów drzewnych. Jako miarę tych zagrożeń przyjęto właśnie prędkość odrzutu. W tym celu zaprojektowano i zbudowano stanowisko badawcze z użyciem ultraszybkiej kamery filmowej oraz programu komputerowego zawierającego autorską metodę pomiaru prędkości odrzutu do analizy rejestrowanych obrazów.

Wszystkie badania i pomiary przeprowadzano podczas frezowania zamkniętego na konwencjonalnej frezarce dolnowrzecionowej z posuwem ręcznym. Podczas badań mierzona była w szczególności prędkość odrzutu przedmiotu obrabianego w różnych warunkach skrawania, obejmujących kontrolowane zmiany czynników podstawowych, takich jak: typ narzędzia tnącego, obrabiany materiał, liczba noży tnących, wysunięcie noży poza korpus głowicy frezowej, stan zużycia ostrzy, kąt przyłożenia.

Wyniki poszczególnych eksperymentów poddano wieloczynnikowej analizie wariancji, dzięki której określano statystyczną istotność wpływu poszczególnych czynników oraz ich interakcji. Określano także siłę ich realnego wpływu, czyli wielkość tzw. efektu eksperymentalnego. Do porównywania par średnich prędkości odrzutu obserwowanych przy różnych poziomach określonego czynnika stosowano procedurę post-hoc HSD Tukeya. Wnioskowanie statystyczne wsparto badaniem i analizą śladów ostrzy narzędzi tnących pozostawionych na próbkach z materiałów drzewnych.

Kompleksowe podejście umożliwiło pełniejsze przedstawienie istoty zjawiska odrzutu. Przyczyniło się również do określenia występujących podczas odrzutu prawidłowości o charakterze ilościowym, a także sformułowania pewnych wniosków dotyczących praktycznej poprawy bezpieczeństwa pracy podczas frezowania materiałów drzewnych.

Odrzut przedmiotu (lub materiału obrabianego) jest, obok bezpośredniego kontaktu części ciała operatora z pracującym narzędziem skrawającym, najczęstszą przyczyną wypadków ciężkich i śmiertelnych przy obsłudze frezarek do drewna. Sposobem zmniejszenia ryzyka odrzutu może być m.in. stosowanie odpowiednich narzędzi i dobór parametrów technologicznych, przy których odrzut występuje rzadziej lub jego energia jest mniejsza.

Głównym zamierzeniem tego zadania było określenie zakresów lub wartości wybranych parametrów frezowania, przy których zagrożenie jest najmniejsze, w celu opracowania wytycznych doboru tych parametrów. Z tych względów zaplanowano przeprowadzenie badań wpływu prędkości i głębokości frezowania, przy uwzględnieniu stępienia krawędzi tnących narzędzia na odrzut. W tym celu opracowano metodykę i szczegółowy plan badania odrzutu wraz z wytypowaniem narzędzi do przeprowadzania prób - dwóch jednakowych głowic frezowych czteronożowych, o nożach prostych, średnicy skrawania 125 mm i szerokości skrawania 50 mm, produkcji krajowej. Głowice zostały odpowiednio przygotowane, dokładnie ustawione, a jedna z nich stępiona w sposób naturalny.

Przeprowadzono ponad 250 prób frezowania na zbudowanym w CIOP stanowisku badawczym, przy różnych prędkościach i głębokościach frezowania, z użyciem głowicy ostrej i stępionej. Podczas prób mierzony był czas pokonywania odcinka pomiarowego przez odrzucany w trakcie frezowania przedmiot.

Następnie opracowano i przeanalizowano uzyskane wyniki badań pod względem wpływu wymienionych parametrów frezowania na odrzut oraz przeprowadzono analizę niepewności uzyskanych wyników. Stwierdzono, że ryzyko związane z odrzutem maleje ze wzrostem prędkości skrawania, niezależnie od stanu krawędzi tnących narzędzia. Stwierdzono również, że liczba odrzutów przy frezowaniu ostrym narzędziem rośnie wraz ze wzrostem głębokości frezowania, natomiast przy frezowaniu narzędziem tępym takiego wpływu nie zaobserwowano. Stwierdzono także, że średnia prędkość odrzutu jest mniejsza w przypadku stosowania głowicy stępionej, niezależnie od jej prędkości skrawania.

Edward Kołodziejczyk