預防圓鋸片基體裂紋的方法
預防圓鋸片基體裂紋的方法
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(guò)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(kāi)裂現象。通過(guò)對裂紋區域的分析,對圓鋸片基體結構設計過(guò)程中預防裂紋產(chǎn)生因素進(jìn)行了闡述。
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(guò)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(guò)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(chǎn)生基體裂紋的原因進(jìn)行了摸索。在激光割、硬度和熱處理方面,通過(guò)大量的試驗測試工作。發(fā)現此三方面雖然對基體裂紋會(huì )產(chǎn)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(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(diǎn)從出現裂紋基體的區域和結構形式進(jìn)行了研究,分析產(chǎn)生裂紋的原因,并進(jìn)行了相應的測試。
1.基體材料和熱處理因素
現有硬質(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(diǎn),被應用于專(zhuān)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(zhù)硬度的提高,材料塑性降低,而材料開(kāi)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(guò)直徑300MM專(zhuān)用片,我們試制過(guò)HRC46～50的鋸片樣品,產(chǎn)品在使用過(guò)程中沒(méi)有出現裂紋,但在基體制作過(guò)程中,不僅熱處理廢品率高,同時(shí)不易手工機械校平。在市場(chǎng)上出現過(guò)因鋸片基體開(kāi)裂,碎片飛出傷人的事故,故沒(méi)有進(jìn)一步作硬度要求在HRC50以上的試驗?？紤]到現有專(zhuān)業(yè)級產(chǎn)品的大部分基體沒(méi)有基體開(kāi)裂現象,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)品的結構進(jìn)行研究,找出產(chǎn)生裂紋的原因。
2.激光切割原因
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(cháng)切割出直線(xiàn)或圓弧,通過(guò)微觀(guān)觀(guān)察發(fā)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(guān)裂紋,在熱處理和機械校平過(guò)程中,越容易造成應力過(guò)度集中,致使微觀(guān)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(guān)上的裂紋。
3.產(chǎn)品結構伸縮縫的調整
研究過(guò)程中,以直徑305mm、120齒膠合板專(zhuān)用片為例,通過(guò)對基體裂紋產(chǎn)生位置分析,開(kāi)裂的裂紋源是由鋸片伸縮縫的兩個(gè)圓角過(guò)渡處開(kāi)始,向鋸片其它部分延伸,有的1-3MM,甚至達到5MM長(cháng)的裂紋。經(jīng)分析,此類(lèi)鋸片伸縮縫的共同特點(diǎn)是:兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑分別為R1.4及R1.0,正是伸縮縫的兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑太小,使其在激光割、熱處理、和校平機校平的過(guò)程中,導致了過(guò)大的應力集中,從而產(chǎn)成基體的微觀(guān)裂紋,給鋸切過(guò)程基體宏觀(guān)裂紋的產(chǎn)生,埋下了隱患。根據以上分析,確定了從伸縮縫結構上進(jìn)行調整,將此類(lèi)鋸片的伸縮縫兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑最終加大至R1.8,以減小過(guò)渡圓角處應力集中,防止基體開(kāi)裂的技術(shù)方案。調整后,經(jīng)過(guò)批量產(chǎn)品測試,此系列圓鋸片基體沒(méi)有發(fā)現沿伸縮縫兩個(gè)過(guò)渡圓角開(kāi)裂的現象。
4.齒背結構和風(fēng)孔
云南市場(chǎng)多片鋸305-36T產(chǎn)品,使用過(guò)程中出現基體從風(fēng)孔處向中心開(kāi)裂和糊基體變形的現象,導致產(chǎn)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(zhù)4-φ12,共8個(gè)風(fēng)孔;原容屑槽半徑為R5,基體齒背張角為20°。通過(guò)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(guò)程中切屑很容易填滿(mǎn)容屑槽,不能及時(shí)排出,造成排屑不利,切屑堆積在容屑槽;由于基體上有8個(gè)φ12的風(fēng)孔,含膠的切屑會(huì )逐漸的填滿(mǎn)φ12的風(fēng)孔,隨著(zhù)鋸片的高速旋轉,風(fēng)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(shí),會(huì )慢慢成焦糊狀態(tài),導致該區域溫度急劇增高,切屑中的人造膠或天然樹(shù)脂融化粘附在基體上,形成環(huán)狀的粘膠區域,造成糊基體。這樣造成切削阻力過(guò)大,引起基體軸向上的偏擺,當超過(guò)基體材料的強度極限時(shí),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(mǎn)φ12的風(fēng)孔,摩擦生熱引起切削阻力過(guò)大造成基體沿風(fēng)孔處向中心開(kāi)裂,或者糊基體、跑偏。根據這些情況,確定了將此類(lèi)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(shí)去掉φ12風(fēng)孔的技術(shù)方案。經(jīng)過(guò)批量試制樣品并市場(chǎng)切割試驗,沒(méi)有出現基體裂或糊基體的現象,切割質(zhì)量和使用效果用戶(hù)可以接受。到現在市場(chǎng)沒(méi)有類(lèi)似基體開(kāi)裂和糊基體的現象。
5.總結
通過(guò)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(jìn)行分析,對易產(chǎn)生基體裂紋的伸縮縫結構形式和齒背結構進(jìn)行調整,預防了圓鋸片基體裂紋的產(chǎn)生。
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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(guò)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(kāi)裂現象。通過(guò)對裂紋區域的分析,對圓鋸片基體結構設計過(guò)程中預防裂紋產(chǎn)生因素進(jìn)行了闡述。
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(guò)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(guò)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(chǎn)生基體裂紋的原因進(jìn)行了摸索。在激光割、硬度和熱處理方面,通過(guò)大量的試驗測試工作。發(fā)現此三方面雖然對基體裂紋會(huì )產(chǎn)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(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(diǎn)從出現裂紋基體的區域和結構形式進(jìn)行了研究,分析產(chǎn)生裂紋的原因,并進(jìn)行了相應的測試。
1.基體材料和熱處理因素
現有硬質(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(diǎn),被應用于專(zhuān)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(zhù)硬度的提高,材料塑性降低,而材料開(kāi)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(guò)直徑300MM專(zhuān)用片,我們試制過(guò)HRC46～50的鋸片樣品,產(chǎn)品在使用過(guò)程中沒(méi)有出現裂紋,但在基體制作過(guò)程中,不僅熱處理廢品率高,同時(shí)不易手工機械校平。在市場(chǎng)上出現過(guò)因鋸片基體開(kāi)裂,碎片飛出傷人的事故,故沒(méi)有進(jìn)一步作硬度要求在HRC50以上的試驗?？紤]到現有專(zhuān)業(yè)級產(chǎn)品的大部分基體沒(méi)有基體開(kāi)裂現象,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)品的結構進(jìn)行研究,找出產(chǎn)生裂紋的原因。
2.激光切割原因
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(cháng)切割出直線(xiàn)或圓弧,通過(guò)微觀(guān)觀(guān)察發(fā)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(guān)裂紋,在熱處理和機械校平過(guò)程中,越容易造成應力過(guò)度集中,致使微觀(guān)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(guān)上的裂紋。
3.產(chǎn)品結構伸縮縫的調整
研究過(guò)程中,以直徑305mm、120齒膠合板專(zhuān)用片為例,通過(guò)對基體裂紋產(chǎn)生位置分析,開(kāi)裂的裂紋源是由鋸片伸縮縫的兩個(gè)圓角過(guò)渡處開(kāi)始,向鋸片其它部分延伸,有的1-3MM,甚至達到5MM長(cháng)的裂紋。經(jīng)分析,此類(lèi)鋸片伸縮縫的共同特點(diǎn)是:兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑分別為R1.4及R1.0,正是伸縮縫的兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑太小,使其在激光割、熱處理、和校平機校平的過(guò)程中,導致了過(guò)大的應力集中,從而產(chǎn)成基體的微觀(guān)裂紋,給鋸切過(guò)程基體宏觀(guān)裂紋的產(chǎn)生,埋下了隱患。根據以上分析,確定了從伸縮縫結構上進(jìn)行調整,將此類(lèi)鋸片的伸縮縫兩個(gè)過(guò)渡圓角半徑最終加大至R1.8,以減小過(guò)渡圓角處應力集中,防止基體開(kāi)裂的技術(shù)方案。調整后,經(jīng)過(guò)批量產(chǎn)品測試,此系列圓鋸片基體沒(méi)有發(fā)現沿伸縮縫兩個(gè)過(guò)渡圓角開(kāi)裂的現象。
4.齒背結構和風(fēng)孔
云南市場(chǎng)多片鋸305-36T產(chǎn)品,使用過(guò)程中出現基體從風(fēng)孔處向中心開(kāi)裂和糊基體變形的現象,導致產(chǎn)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(zhù)4-φ12,共8個(gè)風(fēng)孔;原容屑槽半徑為R5,基體齒背張角為20°。通過(guò)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(guò)程中切屑很容易填滿(mǎn)容屑槽,不能及時(shí)排出,造成排屑不利,切屑堆積在容屑槽;由于基體上有8個(gè)φ12的風(fēng)孔,含膠的切屑會(huì )逐漸的填滿(mǎn)φ12的風(fēng)孔,隨著(zhù)鋸片的高速旋轉,風(fēng)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(shí),會(huì )慢慢成焦糊狀態(tài),導致該區域溫度急劇增高,切屑中的人造膠或天然樹(shù)脂融化粘附在基體上,形成環(huán)狀的粘膠區域,造成糊基體。這樣造成切削阻力過(guò)大,引起基體軸向上的偏擺,當超過(guò)基體材料的強度極限時(shí),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(mǎn)φ12的風(fēng)孔,摩擦生熱引起切削阻力過(guò)大造成基體沿風(fēng)孔處向中心開(kāi)裂,或者糊基體、跑偏。根據這些情況,確定了將此類(lèi)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(shí)去掉φ12風(fēng)孔的技術(shù)方案。經(jīng)過(guò)批量試制樣品并市場(chǎng)切割試驗,沒(méi)有出現基體裂或糊基體的現象,切割質(zhì)量和使用效果用戶(hù)可以接受。到現在市場(chǎng)沒(méi)有類(lèi)似基體開(kāi)裂和糊基體的現象。
5.總結
通過(guò)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(jìn)行分析,對易產(chǎn)生基體裂紋的伸縮縫結構形式和齒背結構進(jìn)行調整,預防了圓鋸片基體裂紋的產(chǎn)生。
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