從結構設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域出現明顯的裂紋及開裂現象。通過對裂紋區域的分析，對圓鋸片基體結構設計過程中預防裂紋產生因素進行了闡述。

關鍵詞：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

硬質合金圓鋸片作為超硬材料的重要產品，是新材料領域中強有力的新興產業，是木材、人造板材等材料加工的一種優質高效工具。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、熱處理和基體結構設計方面，對產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。發現此三方面雖然對基體裂紋會產生一定程度的影響，但控制在一定的范圍之內后，影響并不大。而從出現裂紋的基體分析，小半徑伸縮縫產生裂紋的基體所占比例最大，刀齒齒背根部次之。因此，我們重點從出現裂紋基體的區域和結構形式進行了研究，分析產生裂紋的原因，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

現有硬質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點，被應用于專業級產品基體。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，產品在使用過程中沒有出現裂紋，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。考慮到現有專業級產品的大部分基體沒有基體開裂現象，不能輕易否決而替換65Mn材質，只能對產生基體裂紋產品的結構進行研究，找出產生裂紋的原因。

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。激光束按照程序設定的步長切割出直線或圓弧，通過微觀觀察發現，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 對產品結構（伸縮縫形式）的調整，預防微觀裂紋的產生

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，從而產成基體的微觀裂紋，給鋸切過程基體宏觀裂紋的產生，埋下了隱患。根據以上分析，確定了從伸縮縫結構上進行調整，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方案。調整后，經過批量產品測試，此系列圓鋸片基體沒有發現沿伸縮縫兩個過渡圓角開裂的現象。

4 刀齒齒背結構和風孔的再設計

云南市場多片鋸305-36T產品，使用過程中出現基體從風孔處向中心開裂和糊基體變形的現象，導致產品不能繼續使用。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，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，當熱量達到或接近切屑的自燃溫度時，會慢慢成焦糊狀態，導致該區域溫度急劇增高，切屑中的人造膠或天然樹脂融化粘附在基體上，形成環狀的粘膠區域，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風孔的技術方案。經過批量試制樣品并市場切割試驗，沒有出現基體裂或糊基體的現象，切割質量和使用效果用戶可以接受。到現在市場沒有類似基體開裂和糊基體的現象。

5 結語

通過對圓鋸片基體的材料、熱處理、激光切割成形和基體結構設計方面進行分析，對易產生基體裂紋的伸縮縫結構形式和齒背結構進行調整，預防了圓鋸片基體裂紋的產生。