金剛石圓鋸片的張力檢測與處理技術的研究

蔣鵬飛

(1.桂林特邦新材料有限公司 ,廣西 桂林 541004;2.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司 廣西超硬材料重點實驗室，廣西 桂林 541004;3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司 國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西 桂林 541004)

1 前言

金剛石圓鋸片被廣泛應用于石材、建材行業的切割加工，因被切割的材料硬度相對較高，所以鋸片在高速旋轉時需要足夠的動態剛度以及穩定性來確保切割的質量以及生產的安全。當鋸片在鋸切過程中，鋸片承受離心力、鋸切熱以及鋸切力等交變載荷作用下[1]，由于鋸片本身存在離心力以及不均勻的溫度場的影響，鋸片邊緣處將產生巨大的切向壓應力，而鋸片夾盤處存在巨大的切向拉應力，如果鋸片本身內部沒有適當的張力存在，鋸片在上述的高速旋轉狀態下會失去原來的穩定性，鋸片將會產生彎曲變形，從而影響其切割質量以及縮短鋸片的使用壽命，嚴重情況下還會危及人身安全。若金剛石圓鋸片本身存在適當的張力，便能提高處于高速旋轉狀態下鋸片的剛性，從而部分抵消鋸片在切割過程中產生的負面效應；所以金剛石圓鋸片在生產過程中對鋸片基體進行預應力處理，即張力處理，能夠有效地提高鋸片的切割穩定性[2]；由于適張均勻性目前還沒有標準，故在實際應用時可根據要求通過試驗自行確定[3]。

2 張力的分析研究

2.1 張力產生的因素

鋸片本身存在張力的因素有很多，以下列舉幾種導致張力的因素。

2.1.1 冶金因素

在鋸片基體進行冶煉過程中，鋼材本身的材料特性因鍛造、軋制等加工工序而產生的應力。

2.1.2 機械加工因素

鋸片基體在進行沖壓、激光切割等加工過程中，由于受到外部沖擊力或熱力等導致基體內部產生應力。

2.1.3 熱處理因素

鋸片基體的張力主要來源于回火后所產生的熱應力[4]。

2.1.4 其他因素

鋸片基體在承受敲擊、捶打、撞擊等造成局部塑性變形使基體產生局部應力。

2.1.5 刀頭焊接因素

鋸片基體因局部快速加熱以及冷卻過程中使鋸片基體內部產生局部應力。

2.2 張力的分布方向

鋸片張力的分布方向是根據鋸片在不同區域內的應力狀態、基體擴張狀態所在的位置、在距施力點90°位置處鋸片基體的變形狀態以及鋸片基體的中性角角度大小來表示，鋸片張力的分布方向分別為：正向張力、負向張力以及零張力。

2.2.1 正向張力

鋸片內部存在徑向壓應力；鋸片中間區域成碗狀形態；在鋸片檢測點的90°位置上的變形方向與施力方向一致；鋸片的中性角測量值大于90°。

2.2.2 負向張力

鋸片的外部存在切向壓應力；外部區域呈擴張狀態；在鋸片檢測點的90°位置上的變形方向與施力方向相反；鋸片的中性角小于90°。

2.2.3 零張力

鋸片任何區域無擴張狀態；鋸片內外部區域沒有壓應力存在；距檢測點90°位置處沒有變形產生；中性角為90°。

因此要想獲得合適的張力，就需要我們對鋸片進行張力的檢測，了解張力的分布情況，從而對鋸片本身的張力進行正確的調整。

2.3 張力過大或過小對切割質量的影響

2.3.1 張力過大

鋸片在高速切割過程中，張力過大會導致鋸片垂直切割方向(切割深度方向)產生歪斜現象，如圖1所示。

圖1 張力過大切割示意圖Fig.1 Diagram of cutting under excessive tension

2.3.2 張力過小

鋸片在高速切割過程中，張力過小會導致鋸片水平切割方向(切割長度方向)產生歪斜現象，如圖2所示。

圖2 張力過小切割示意圖Fig.2 Diagram of cutting under small tension

3 張力的檢測處理技術分析與研究

3.1 張力處理技術的分析與研究

目前國內外張力處理技術有很多種，例如：手動錘擊法、輥壓法、噴丸法、局部加熱法、定向冷卻回火熱處理方法以及激光處理法等等。其中手動錘擊法和輥壓法是目前各大鋸片生產商最多采用的處理方法。

其中手動錘擊法是人工使用錘子對鋸片的特定區域進行錘擊敲打，從而使鋸片的內部張力進行重新分布均勻，此方法對工具以及操作環境和場地的要求最為簡單，但生產效率相對較低并且比較依賴于操作員工的經驗，不適用于大規模采用。而輥壓法是采用碾壓機在鋸片的某一區域進行環形碾壓，使所碾壓的區域產生塑性變形，從而使鋸片內部張力重新分布均勻。此方法雖受限于場地的要求，但對張力的處理效率高、有利于大批量生產。目前，輥壓法被公認為是一種有效可行的適張度處理方法，具有操作簡便，效率高、可靠性高和一致性好等特點[5]。

3.2 張力檢測技術的分析與研究

目前張力檢測的方法有很多，分別包括：人工檢測和設備檢測。

3.2.1 人工檢測

人工檢測是將鋸片水平放置在檢測臺上，使用刀口尺貼緊鋸片基體，觀察當鋸片變形時與刀口尺之間是存在間隙以及間隙的方向來判定鋸片存在的張力為正向張力或負向張力。因為鋸片基體存在的彎曲間隙就是鋸片張力分布不均勻膨脹的重要依據(如圖3、4所示)，人工檢測較為方便簡單，對工具以及檢測場地的要求不高，但為了檢測出鋸片的實際張力分布情況，往往耗時較長才能得出結果，檢測效率很低，而且需要操作員工擁有豐富的校片經驗。

圖3 刀口尺檢查鋸片基體的正向張力分布圖Fig.3 The positive tension distribution of saw blade matrix checked with knife edge ruler

圖4 刀口尺檢查鋸片基體的負向張力分布圖Fig.4 The negative tension distribution of saw blade matrix checked with knife edge ruler

3.2.2 設備檢測

設備檢測是利用設備對鋸片外環加載一個固定的力值，當鋸片受力產生變形時，通過觀察鋸片距施力點90°位置處的變形方向和施力方向的關系來判定鋸片存在的張力狀態。若鋸片變形方向與施力方向一致，則表示鋸片處于正向張力；若鋸片變形方向與施力方向相反，則表示鋸片處于負向張力；當鋸片沒有發生變形時，則表示鋸片處于零張力狀態。

張力檢測機通過為圓鋸片在工業現場條件下的適張狀態無損量化檢測，提供了一種先進的方法和設備[6]，這樣員工就可以快速準確的對鋸片進行張力處理，處理時間短，效率高，有利于大批量的生產。

4 結束語

(1)過大或過小的張力都會影響到切割質量，為確保金剛石圓鋸片在切割過程中的穩定性以及切割質量，因此合適的張力分布是必不可少的。

(2)通過各種張力處理技術在經濟性與效率性的對比，目前認為采用輥壓法對金剛石圓鋸片的張力進行處理是性價比最高的方案。

(3)通過人工檢測與設備檢測張力分布情況的對比，目前認為采用設備檢測-電腦張力檢測機是效率最快的檢測技術手段。