從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面預防圓鋸片基體裂紋

羅保群+高曉哲+楊杰+白松+李云飛

摘 要：圓鋸片的徑厚比一般都在120以上，屬于典型的超薄零件。在鋸切過程中鋸片承受的離心力、鋸切力、鋸切熱等交變載荷作用下，圓鋸片容易在刀齒齒背根部或伸縮縫區(qū)域出現(xiàn)明顯的裂紋及開裂現(xiàn)象。通過對裂紋區(qū)域的分析，對圓鋸片基體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中預防裂紋產(chǎn)生因素進行了闡述。

關(guān)鍵詞：圓鋸片基體；裂紋；伸縮縫；齒背；風孔

中圖分類號：TG717 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0070-01

硬質(zhì)合金圓鋸片作為超硬材料的重要產(chǎn)品，是新材料領(lǐng)域中強有力的新興產(chǎn)業(yè)，是木材、人造板材等材料加工的一種優(yōu)質(zhì)高效工具。在鋸切過程中鋸片承受離心力、鋸切力、鋸切熱等交變載荷作用。在研究過程中，我們從基體材料、激光割、熱處理和基體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，對產(chǎn)生基體裂紋的原因進行了摸索。在激光割、硬度和熱處理方面，通過大量的試驗測試工作。發(fā)現(xiàn)此三方面雖然對基體裂紋會產(chǎn)生一定程度的影響，但控制在一定的范圍之內(nèi)后，影響并不大。而從出現(xiàn)裂紋的基體分析，小半徑伸縮縫產(chǎn)生裂紋的基體所占比例最大，刀齒齒背根部次之。因此，我們重點從出現(xiàn)裂紋基體的區(qū)域和結(jié)構(gòu)形式進行了研究，分析產(chǎn)生裂紋的原因，并進行了相應的測試。

1 從基體材料、熱處理因素對導致基體裂紋的研究

現(xiàn)有硬質(zhì)合金圓鋸片基體材料普遍是彈簧鋼65Mn，因具有淬透性好和強度高的優(yōu)點，被應用于專業(yè)級產(chǎn)品基體。65Mn，含碳在0.62～0.7%，理論淬火硬度能達到HRC58～60。由于含Mn量在0.90～1.2%之間，隨著硬度的提高，材料塑性降低，而材料開裂傾向增大。故硬質(zhì)合金圓鋸片的基體硬度，要求控制在HRC42～48之間。通過直徑300MM專用片，我們試制過HRC46～50的鋸片樣品，產(chǎn)品在使用過程中沒有出現(xiàn)裂紋，但在基體制作過程中，不僅熱處理廢品率高，同時不易手工機械校平。在市場上出現(xiàn)過因鋸片基體開裂，碎片飛出傷人的事故，故沒有進一步作硬度要求在HRC50以上的試驗?？紤]到現(xiàn)有專業(yè)級產(chǎn)品的大部分基體沒有基體開裂現(xiàn)象，不能輕易否決而替換65Mn材質(zhì)，只能對產(chǎn)生基體裂紋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行研究，找出產(chǎn)生裂紋的原因。

2 激光割造成的微觀裂紋

激光割的原理是高溫的激光束融化基體材料，用高壓氣流吹掉剩余的渣物。激光束按照程序設(shè)定的步長切割出直線或圓弧，通過微觀觀察發(fā)現(xiàn)，被切削材料斷面呈溝壑狀。當圓弧越小，激光割形成的微觀裂紋，在熱處理和機械校平過程中，越容易造成應力過度集中，致使微觀裂紋向縱深發(fā)展的可能性加大，最終在復雜的切割工況下形成宏觀上的裂紋。

3 對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（伸縮縫形式）的調(diào)整，預防微觀裂紋的產(chǎn)生

研究過程中，以直徑305mm、120齒膠合板專用片為例，通過對基體裂紋產(chǎn)生位置分析，開裂的裂紋源是由鋸片伸縮縫的兩個圓角過渡處開始，向鋸片其它部分延伸，有的1-3MM，甚至達到5MM長的裂紋。經(jīng)分析，此類鋸片伸縮縫的共同特點是：兩個過渡圓角半徑分別為R1.4及R1.0，正是伸縮縫的兩個過渡圓角半徑太小，使其在激光割、熱處理、和校平機校平的過程中，導致了過大的應力集中，從而產(chǎn)成基體的微觀裂紋，給鋸切過程基體宏觀裂紋的產(chǎn)生，埋下了隱患。根據(jù)以上分析，確定了從伸縮縫結(jié)構(gòu)上進行調(diào)整，將此類鋸片的伸縮縫兩個過渡圓角半徑最終加大至R1.8，以減小過渡圓角處應力集中，防止基體開裂的技術(shù)方案。調(diào)整后，經(jīng)過批量產(chǎn)品測試，此系列圓鋸片基體沒有發(fā)現(xiàn)沿伸縮縫兩個過渡圓角開裂的現(xiàn)象。

4 刀齒齒背結(jié)構(gòu)和風孔的再設(shè)計

云南市場多片鋸305-36T產(chǎn)品，使用過程中出現(xiàn)基體從風孔處向中心開裂和糊基體變形的現(xiàn)象，導致產(chǎn)品不能繼續(xù)使用。此原基體在直徑φ210和φ230的直徑上分別均布著4-φ12，共8個風孔；原容屑槽半徑為R5，基體齒背張角為20°。通過分析認為由于基體齒背張角為20°，容屑槽半徑為R5，由于容屑槽小和齒背張角小，導致鋸片的容屑體積不足，在切割過程中切屑很容易填滿容屑槽，不能及時排出，造成排屑不利，切屑堆積在容屑槽；由于基體上有8個φ12的風孔，含膠的切屑會逐漸的填滿φ12的風孔，隨著鋸片的高速旋轉(zhuǎn)，風孔中的切屑由于和板材、基體之間的摩擦生熱，熱量不易散發(fā)，當熱量達到或接近切屑的自燃溫度時，會慢慢成焦糊狀態(tài)，導致該區(qū)域溫度急劇增高，切屑中的人造膠或天然樹脂融化粘附在基體上，形成環(huán)狀的粘膠區(qū)域，造成糊基體。這樣造成切削阻力過大，引起基體軸向上的偏擺，當超過基體材料的強度極限時，引起基體斷裂，致使產(chǎn)品不能正常使用。

我們分析認為，正是由于基體齒背張角為20°，R5的容屑槽半徑偏小，因排屑不利造成切屑填滿φ12的風孔，摩擦生熱引起切削阻力過大造成基體沿風孔處向中心開裂，或者糊基體、跑偏。根據(jù)這些情況，確定了將此類鋸片的容屑槽半徑增大為R5.5，基體齒背張角增大為30°，同時去掉φ12風孔的技術(shù)方案。經(jīng)過批量試制樣品并市場切割試驗，沒有出現(xiàn)基體裂或糊基體的現(xiàn)象，切割質(zhì)量和使用效果用戶可以接受。到現(xiàn)在市場沒有類似基體開裂和糊基體的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

通過對圓鋸片基體的材料、熱處理、激光切割成形和基體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行分析，對易產(chǎn)生基體裂紋的伸縮縫結(jié)構(gòu)形式和齒背結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，預防了圓鋸片基體裂紋的產(chǎn)生。