硬質(zhì)合金圓鋸片切削性能分析

孫世濱

（哈爾濱二工具科技有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

1 前言

硬質(zhì)合金圓鋸片切削鋼材比高速鋼鑲片鋸片的切削性能高，其原因是硬質(zhì)合金材料的硬度、耐磨性比高速鋼好。為合理選擇硬質(zhì)合金圓鋸片刃部的幾何形狀、鋸片尺寸和切削參數(shù)，對硬質(zhì)合金圓鋸片和高速鋼鑲片鋸片的性能進行了對比試驗，敘述如下。

2 圓鋸片的切割過程

高速鋼鑲片鋸片切割鋼材時，按照被切材料的不同性能，切削速度范圍選為0.08～0.6m/s，而硬質(zhì)合金圓鋸片的切削速度范圍可以為1～3.3m/s。由于硬質(zhì)合金圓鋸片切削寬度和每齒進刀量近乎于一致，故切削速度與切削效率成比例的提高，單位時間里所切割的面積增加5～8倍。隨著切削速度的提高，鋸齒的切入頻率也按比例地增加。此外，刀齒的形狀對鋸片的運轉(zhuǎn)狀態(tài)有較大的影響，硬質(zhì)合金圓鋸片刃部表面質(zhì)量磨削得越好，鋸片的運轉(zhuǎn)就越平穩(wěn)，耐用度、壽命和經(jīng)濟效益也就越高。

圖1 具有粗切齒和精切齒的硬質(zhì)合金圓鋸片的刀刃形狀和齒形

3 硬質(zhì)合金圓鋸片結(jié)構(gòu)

3.1 鋸片盤體

采用工具鋼制成，其抗拉強度為1300 N/mm2～1500N/mm2，考慮到齒面重磨的可能性和防止盤體卡入工件中，選擇小于切削齒寬度（an）的盤體厚度（ast）（見圖1）。

實踐證明，表1 所標出的齒數(shù)組是可靠的。當鋸片直徑確定后，以齒數(shù)決定齒距和容屑槽。當確定切削橫截面時，鋸片的齒數(shù)和齒距要認真選擇，要有足夠大的容屑槽，以獲得最佳的切削效果。

表1 與齒數(shù)、鋸片公稱直徑相關的齒距/mm

3.2 硬質(zhì)合金刀片

3.2.1 硬質(zhì)合金要求

鋸切時，由于進行斷續(xù)切削承受大的負荷，因此要求其具備足夠的韌性，以不使刀刃和刃角發(fā)生崩裂為宜，選用高耐磨性和韌性理想的硬質(zhì)合金,主要使用的硬質(zhì)合金為YG8、PS30等。

3.2.2 刀片規(guī)格

硬質(zhì)合金刀片的長、寬和厚度取決于鋸片的直徑和齒距（見表1）。

雖然刀片厚度可以提高鋸齒的抗彎強度，但是，為了增加容屑槽空間和滿足齒背強度的要求，刀片厚度不允許超出所規(guī)定的極限值，齒高h和容屑槽半徑r將取決于齒距t和刀片長度lp。必須根據(jù)規(guī)定的切削用量，確定這硬質(zhì)合金刀片的齒形和高度、長度、寬度數(shù)值。根據(jù)硬質(zhì)合金鋸片所需要加工的直徑，在保證鋸片加工的強度的基礎上，先確定刀齒的寬度an和盤體的厚度ast，根據(jù)刀齒的厚度為齒寬的3/5，齒高為齒寬的2倍左右為宜（見圖1）。

3.2.3 刀刃的幾何形狀

硬質(zhì)合金圓鋸片的主刃和副刃是由砂輪刃磨而成，切削齒的前面和后面也是由許多單一面所組成（見圖1）。除了由主刃和副刃構(gòu)成的切削刃角外，在一條主刃和一條副刃的多邊形中還存在著其他的切削刃角，一個單一面所測得的角取符號為α、β和γ，其角度總和必須為90°，α+β+γ=90° 。切割鋼材的硬質(zhì)合金圓鋸片的切削刃角大部分都是負角，按照切削鋼材的硬度和強度的不同，切削角在-8°～-12°之間，相應的后角范圍為5°～10°，后角大適宜于強度大的軟性鋼材，同樣，刃傾角和主偏角將按工件強度及選擇的切削寬度的分布面有所修正（見圖1）。

3.2.4 圓鋸片的重磨

與高速鋼鑲片鋸片相比，硬質(zhì)合金圓鋸片的徑向和端面圓跳動要求明顯的小，與鋸片直徑大小相關的硬質(zhì)合金圓鋸片徑向圓跳動在20μm～50μm，端面圓跳動不超過鋸片端面跳動的50%。必須仔細地磨削每個前刃面、后面和副后面，接合面應盡可能對稱地按鋸片中心排列。

4 圓鋸片的切削參數(shù)

4.1 切削速度

由于摩擦系數(shù)與切屑和前刃面之間的速度有關系，隨著切削速度v的變化，切削力Fc和進給力Ff也起變化，切削速度的提高使切屑在切削面上的滑動速度成比例的提高，切屑面上的摩擦系數(shù)也將減小。此外，鋸片切削時，提高切削速度會相應地降低耐用度。

為了利用硬質(zhì)合金圓鋸片切削鋼材的經(jīng)濟性，必須按照切削加工任務選擇速度，這中間不僅要考慮盡可能地提高切削效率，又要考慮到耐用度的高低。

4.2 鋸齒進給量

鋸齒進給量（SZN）可由進給速度v、轉(zhuǎn)速n和齒數(shù)z，即由齒對數(shù)zN或者由切削速度v、進給速度v及齒距t中求得。

按照切削寬度的不同分配，必須將相適應的齒數(shù)z填入公式中，硬質(zhì)合金圓鋸片具有粗切齒和精切齒時，zN=Z/2，也就是說，每一個粗切齒和每一個精切齒構(gòu)成了總的切削寬度。每個齒就是這個總的切削寬度，即zN=z，但是，這一事實還不能確定，帶分屑槽的鋸片能夠達到雙倍的進給速度和耐用度。實踐證明：鋸切整塊材料時雖然獲得較高的切削效率，但是耐用度沒有相應的延長。在每齒進給和相關的切削力平均值之間存在一個函數(shù)關系，鋸齒進給量的減小，按照雙曲函數(shù)切削力的平均值會很快地增加，造成相同的切削效率情況下傳動功率的急劇上升，相關切削力的平均值的確定：

圖2 每齒進給量S ZN

切削速度的平均值hm和鋸齒配對ZeN的嚙合數(shù)可以借助旋轉(zhuǎn)角γ1和γ2、嚙合角γe和嚙合量e1和e2以及齒的對數(shù)zN來求得：

帶分屑槽鋸片的公式：

各種不同的切削條件所產(chǎn)生的影響，根據(jù)試驗而定，d為鋸片的直徑。

4.3 切削效率

鋸切時的切削效率可由下列關系式求得：

圖2 展示了硬質(zhì)合金圓鋸片和高速鋼鑲片鋸片在不同切削速度下，切削功率和鋸齒進給量之間的相互關系，從圖2 中也可以得出切削效率Q2（單位時間內(nèi)切除量），即每一單位時間里鋸切面Ae和齒進給量SZN之間的關系。

5 結(jié)束語

通過以上分析可知，使用硬質(zhì)合金圓鋸片切削鋼材要比高速鋼鋸片提高切削能力和單位時間內(nèi)切除量5～8倍，這就是采用硬質(zhì)合金材料的結(jié)果。