帶鋸條斷裂的力學(xué)分析

杜世法

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

帶鋸條斷裂的力學(xué)分析

杜世法

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

帶鋸床是目前金屬加工企業(yè)應(yīng)用極為廣泛的一種鋸料設(shè)備，主要用于切割金屬。然而在實際應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)帶鋸條斷裂的狀況，嚴(yán)重影響了帶鋸床的工作效率，還可能引發(fā)一系列的安全事故。通過對帶鋸條斷裂原因進(jìn)行分析，提出減少帶鋸條斷裂的解決方案，以期延長帶鋸條的使用時間，提高作業(yè)的安全性。

帶鋸條；斷裂；解決方案

帶鋸條在切割時，由于多種應(yīng)力共同作用于鋸條，使其處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，對鋸材質(zhì)量有著極高要求。如果鋸條本身受力不合理，則鋸條在生產(chǎn)過程中極易受損，甚至?xí)a(chǎn)生突然斷裂的現(xiàn)象。鋸條斷裂不僅嚴(yán)重影響了帶鋸床的工作效率、增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，還可能會引發(fā)一系列的安全事故。因此，進(jìn)行工作中帶鋸條的力學(xué)分析，對解決帶鋸條斷裂方案的提出具有重大意義。

1 工作現(xiàn)狀分析

渤海船舶職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系實訓(xùn)車間使用的是由浙江得力機(jī)床制造有限公司生產(chǎn)的GD4028型號帶鋸床，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GD4028型號帶鋸床及結(jié)構(gòu)簡圖

在實際鋸切過程中，繞在左右鋸輪上的帶鋸條，每轉(zhuǎn)動一周均交替經(jīng)過兩個直線和曲線區(qū)段。在直線區(qū)段，帶鋸條本身不僅受到切削載荷的作用，而且還受到鋸輪傾斜安裝產(chǎn)生的扭矩、導(dǎo)向輪的輥壓以及張緊力的作用；而在曲線區(qū)段，除了受到鋸輪傾斜安裝產(chǎn)生的扭矩作用以外，還要受到附加彎曲變形產(chǎn)生的彎矩作用。經(jīng)過周而復(fù)始的交變應(yīng)力的作用，加之諸多不確定因素的影響，帶鋸條會發(fā)生突然斷裂，帶鋸條的磨損及斷口如圖2所示。

圖2 帶鋸條的磨損及斷口

2 斷口力學(xué)分析

帶鋸條橫截面為30 mm×1 mm（高度×厚度），相對于帶鋸條的長度而言，可將帶鋸條工作部分視為矩形橫截面薄壁梁。通過對帶鋸條齒形的分析，可以發(fā)現(xiàn)鋸條出現(xiàn)大量的齒形磨損以及蹦齒現(xiàn)象，斷口的齒形已經(jīng)發(fā)生橫向彎曲，鋸條斷口明顯為剪切破壞斷口。端口力學(xué)分析如圖3所示。

圖3 斷口力學(xué)分析

斷口齒尖受力如圖3（a）所示，力F可分解為Fx、Fy、Fz三個方向的分力。在力Fy的作用下矩形截面發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，在力Fx的作用下截面將產(chǎn)生壓縮與彎曲變形，在力Fz的作用下截面將產(chǎn)生剪切破壞（由于該分力與另外兩個分力相比較小，故該破壞效果的影響可忽略）。下面就這幾個力的影響加以定性的分析。

如圖3（b）所示，在力Fy的作用下截面將產(chǎn)生扭矩Mx，矩形截面梁扭轉(zhuǎn)變形可用薄膜比擬法得到剪應(yīng)力的分布規(guī)律，可知截面長邊邊緣中點(diǎn)處剪應(yīng)力最大，其值為，短邊中點(diǎn)處剪應(yīng)力為，式中C1和C1＇為長邊h與短邊b邊長的比值，該值可通過相應(yīng)的設(shè)計手冊查詢得出。在力Fx的作用下截面將產(chǎn)生壓應(yīng)力為σ=Fx/A，應(yīng)力的分布如圖3（c）所示。由于力作用在齒尖處，由于偏心的作用還會產(chǎn)生一個彎矩My的作用（其值My=Fx×0.5h），截面上彎曲正應(yīng)力的分布如圖3（d）所示。該截面上的正應(yīng)力可幾何疊加，故截面上邊緣處正應(yīng)力最大。

應(yīng)用第三強(qiáng)度理論并考慮載荷變化的因素可定性地判斷出在斷口上邊緣處應(yīng)力最大，受力最惡劣，故截面的斷裂應(yīng)該從截面上邊緣處開始，最后體現(xiàn)為剪切斷口的特性。

3 帶鋸條斷裂原因分析

在生產(chǎn)作業(yè)的過程中，如果帶鋸條的張力達(dá)不到規(guī)定的要求，對金屬進(jìn)行鋸切時，帶鋸條的中心位置會出現(xiàn)較大的壓應(yīng)力。在壓力的作用下，帶鋸條會出現(xiàn)較大幅度的振動狀況，在長期運(yùn)行過程中會產(chǎn)生損壞現(xiàn)象，最終發(fā)生斷裂。

在進(jìn)行高速切削時，產(chǎn)生的材料切屑，應(yīng)該通過帶鋸條的排屑溝排到材料外部，但是在實際的切削中，會有一些鐵屑附著于鋸齒溝中，切削再次進(jìn)行時，鐵屑會在面積有限的齒溝中積聚，對鋸帶施加橫向壓力同時產(chǎn)生一定的阻力，此時會使鋸齒受力變得更加惡劣，形成彎曲崩齒；隨著工作時間的延長，帶鋸條將產(chǎn)生較大的磨損，使得齒溝容積相應(yīng)減小，排屑不暢所帶來的切屑阻塞也將引起蹦齒；同時在切削時會有大量的切削熱產(chǎn)生，使切屑熔粘、鋸齒軟化并產(chǎn)生積屑瘤，增加摩擦阻力，也會產(chǎn)生蹦齒的現(xiàn)象；當(dāng)導(dǎo)向臂（輪） 間距過寬時，在帶鋸條的彈性作用下，會造成雙導(dǎo)向臂（輪）與材料實際切削面不在同一水平線上，造成鋸帶彎曲、背部裂紋、蹦齒或斷裂。

以上這些現(xiàn)象的存在，均會使帶鋸條受力情況變得更加惡劣，加之其他不確定因素的影響，導(dǎo)致帶鋸條出現(xiàn)顯微裂紋，造成了更大的應(yīng)力集中，同時在交變應(yīng)力的作用下，裂紋不斷延展，當(dāng)裂紋延展到一定程度時，就會發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象。

4 解決方案

在日常工作中要注重對帶鋸條的運(yùn)維管理，定期對帶鋸條進(jìn)行刃磨處理，并進(jìn)行高質(zhì)量的檢修和保養(yǎng)。當(dāng)工作一段時間后，還要針對帶鋸條進(jìn)行全面的檢查和修正，為帶鋸條的正常運(yùn)行提供保障。在實際進(jìn)行維護(hù)的過程中，要結(jié)合帶鋸條生產(chǎn)廠家所提供的維護(hù)方案和使用規(guī)定開展檢修工作，以免維護(hù)操作不正確，損害帶鋸條。

科學(xué)、合理的調(diào)整帶鋸條的張力，選擇合理的張緊力等工藝參數(shù)，避免帶鋸條出現(xiàn)裂縫；根據(jù)需要切削材料的寬度選擇合適導(dǎo)向臂間距；應(yīng)用相應(yīng)的清洗溶劑對帶鋸條的外表污物進(jìn)行清除，擦除沉積的樹脂或其他雜質(zhì)；合理選擇切削液及切削液的濃度，以降低鋸切區(qū)溫度；及時排出切屑以減少齒尖與材料間的磨擦，降低切削力；在帶鋸條的日常維護(hù)和檢修工作中，應(yīng)及時對帶鋸條進(jìn)行矯平和矯直操作。以上方法的采用能夠有效降低帶鋸條斷裂現(xiàn)象的發(fā)生幾率，杜絕事故的出現(xiàn)，進(jìn)一步增強(qiáng)鋸切作業(yè)的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)，并為相關(guān)研究提供參考意見。

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［責(zé)任編輯：劉 月］

Mechanical Analysis of Saw Blade Fracture

DU Shifa
(Bohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,China)

Band sawing machine is a kind of saw equipment widely applied in current metal processing enterprise,which is mainly used for cutting metal.However,in the actual application process,saw blade fracture often appears,seriously affects the band sawing machine's work efficiency,and may lead a series of accidents. Through the reason analysis of saw blade fracture,the researcher puts forwards the solution of reducing saw blade fracture,to prolong saw blade's using time,and to improve its operation safety.

saw blade;fracture;solution

TH17

A

2095-5928（2016）01-44-03

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.01.013

2015-12-11

杜世法（1969-），男，山東青島人，實驗師，學(xué)士，研究方向：機(jī)械設(shè)計。