帶鋸條斷裂的力學分析

杜世法

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

帶鋸條斷裂的力學分析

杜世法

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

帶鋸床是目前金屬加工企業應用極為廣泛的一種鋸料設備，主要用于切割金屬。然而在實際應用過程中經常會出現帶鋸條斷裂的狀況，嚴重影響了帶鋸床的工作效率，還可能引發一系列的安全事故。通過對帶鋸條斷裂原因進行分析，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，由于多種應力共同作用于鋸條，使其處于復雜應力狀態，對鋸材質量有著極高要求。如果鋸條本身受力不合理，則鋸條在生產過程中極易受損，甚至會產生突然斷裂的現象。鋸條斷裂不僅嚴重影響了帶鋸床的工作效率、增加了企業的生產成本，還可能會引發一系列的安全事故。因此，進行工作中帶鋸條的力學分析，對解決帶鋸條斷裂方案的提出具有重大意義。

1 工作現狀分析

渤海船舶職業學院機電工程系實訓車間使用的是由浙江得力機床制造有限公司生產的GD4028型號帶鋸床，設備結構如圖1所示。

圖1 GD4028型號帶鋸床及結構簡圖

在實際鋸切過程中，繞在左右鋸輪上的帶鋸條，每轉動一周均交替經過兩個直線和曲線區段。在直線區段，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生的扭矩、導向輪的輥壓以及張緊力的作用；而在曲線區段，除了受到鋸輪傾斜安裝產生的扭矩作用以外，還要受到附加彎曲變形產生的彎矩作用。經過周而復始的交變應力的作用，加之諸多不確定因素的影響，帶鋸條會發生突然斷裂，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，可以發現鋸條出現大量的齒形磨損以及蹦齒現象，斷口的齒形已經發生橫向彎曲，鋸條斷口明顯為剪切破壞斷口。端口力學分析如圖3所示。

圖3 斷口力學分析

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

應用第三強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力最大，受力最惡劣，故截面的斷裂應該從截面上邊緣處開始，最后體現為剪切斷口的特性。

3 帶鋸條斷裂原因分析

在生產作業的過程中，如果帶鋸條的張力達不到規定的要求，對金屬進行鋸切時，帶鋸條的中心位置會出現較大的壓應力。在壓力的作用下，帶鋸條會出現較大幅度的振動狀況，在長期運行過程中會產生損壞現象，最終發生斷裂。

在進行高速切削時，產生的材料切屑，應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，帶鋸條將產生較大的磨損，使得齒溝容積相應減小，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生，使切屑熔粘、鋸齒軟化并產生積屑瘤，增加摩擦阻力，也會產生蹦齒的現象；當導向臂（輪） 間距過寬時，在帶鋸條的彈性作用下，會造成雙導向臂（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，導致帶鋸條出現顯微裂紋，造成了更大的應力集中，同時在交變應力的作用下，裂紋不斷延展，當裂紋延展到一定程度時，就會發生突然斷裂的現象。

4 解決方案

在日常工作中要注重對帶鋸條的運維管理，定期對帶鋸條進行刃磨處理，并進行高質量的檢修和保養。當工作一段時間后，還要針對帶鋸條進行全面的檢查和修正，為帶鋸條的正常運行提供保障。在實際進行維護的過程中，要結合帶鋸條生產廠家所提供的維護方案和使用規定開展檢修工作，以免維護操作不正確，損害帶鋸條。

科學、合理的調整帶鋸條的張力，選擇合理的張緊力等工藝參數，避免帶鋸條出現裂縫；根據需要切削材料的寬度選擇合適導向臂間距；應用相應的清洗溶劑對帶鋸條的外表污物進行清除，擦除沉積的樹脂或其他雜質；合理選擇切削液及切削液的濃度，以降低鋸切區溫度；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和檢修工作中，應及時對帶鋸條進行矯平和矯直操作。以上方法的采用能夠有效降低帶鋸條斷裂現象的發生幾率，杜絕事故的出現，進一步增強鋸切作業的質量和效率，實現安全穩定的生產，并為相關研究提供參考意見。

[1]范欽珊.工程力學教程1[M].北京:清華大學出版社,1998.

[2]程廉貴,率云泉,代文科,等.帶鋸條使用壽命的因素分析[J].設備管理與維修,2005(4):13-15.

[3]李海麗,賈春德,莫春立.深冷處理對雙金屬帶鋸條切削性能的影響[J].沈陽工業學院學報,2003(3):13-16.

[4]曲榮.提高鋁扁錠鋸切機組帶鋸條使用壽命的途徑[J].鑄造技術,2010(10):1380-1382.

[5]鄭希增.型鋼鋸切中如何提高鋸條的使用壽命[J].安裝, 2015(6):62-64.

［責任編輯：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，學士，研究方向：機械設計。