預(yù)防圓鋸片基體裂紋的方法
預(yù)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(duì)裂紋區(qū)域的分析,對(duì)圓鋸片基體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中預(yù)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(qiáng)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(jì)方面,對(duì)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,通過大量的試驗(yàn)測(cè)試工作。發(fā)現(xiàn)此三方面雖然對(duì)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(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(diǎn)從出現(xiàn)裂紋基體的區(qū)域和結(jié)構(gòu)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(yīng)的測(cè)試。
1.基體材料和熱處理因素
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(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于專業(yè)級(jí)產(chǎn)品基體。65Mn,含碳在0.62～0.7%,理論淬火硬度能達(dá)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?cè)囍七^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(shí)不易手工機(jī)械校平。在市場(chǎng)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(jìn)一步作硬度要求在HRC50以上的試驗(yàn)。考慮到現(xiàn)有專業(yè)級(jí)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(duì)產(chǎn)生基體裂紋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(shè)定的步長(zhǎng)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(dāng)圓弧越小,激光割形成的微觀裂紋,在熱處理和機(jī)械校平過程中,越容易造成應(yīng)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(fù)雜的切割工況下形成宏觀上的裂紋。
3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)伸縮縫的調(diào)整
研究過程中,以直徑305mm、120齒膠合板專用片為例,通過對(duì)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(gè)圓角過渡處開始,向鋸片其它部分延伸,有的1-3MM,甚至達(dá)到5MM長(zhǎng)的裂紋。經(jīng)分析,此類鋸片伸縮縫的共同特點(diǎn)是:兩個(gè)過渡圓角半徑分別為R1.4及R1.0,正是伸縮縫的兩個(gè)過渡圓角半徑太小,使其在激光割、熱處理、和校平機(jī)校平的過程中,導(dǎo)致了過大的應(yīng)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(jìn)行調(diào)整,將此類鋸片的伸縮縫兩個(gè)過渡圓角半徑最終加大至R1.8,以減小過渡圓角處應(yīng)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(cè)試,此系列圓鋸片基體沒有發(fā)現(xiàn)沿伸縮縫兩個(gè)過渡圓角開裂的現(xiàn)象。
4.齒背結(jié)構(gòu)和風(fēng)孔
云南市場(chǎng)多片鋸305-36T產(chǎn)品,使用過程中出現(xiàn)基體從風(fēng)孔處向中心開裂和糊基體變形的現(xiàn)象,導(dǎo)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(gè)風(fēng)孔;原容屑槽半徑為R5,基體齒背張角為20°。通過分析認(rèn)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(dǎo)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(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φ12的風(fēng)孔,隨著鋸片的高速旋轉(zhuǎn),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(dāng)熱量達(dá)到或接近切屑的自燃溫度時(shí),會(huì)慢慢成焦糊狀態(tài),導(dǎo)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(dāng)超過基體材料的強(qiáng)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(rèn)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(fēng)孔,摩擦生熱引起切削阻力過大造成基體沿風(fēng)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(shí)去掉φ12風(fēng)孔的技術(shù)方案。經(jīng)過批量試制樣品并市場(chǎng)切割試驗(yàn),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(chǎng)沒有類似基體開裂和糊基體的現(xiàn)象。
5.總結(jié)
通過對(duì)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(jì)方面進(jìn)行分析,對(duì)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(jìn)行調(diào)整,預(yù)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(duì)裂紋區(qū)域的分析,對(duì)圓鋸片基體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中預(yù)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(qiáng)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(jì)方面,對(duì)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,通過大量的試驗(yàn)測(cè)試工作。發(fā)現(xiàn)此三方面雖然對(duì)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(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(diǎn)從出現(xiàn)裂紋基體的區(qū)域和結(jié)構(gòu)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(yīng)的測(cè)試。
1.基體材料和熱處理因素
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(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于專業(yè)級(jí)產(chǎn)品基體。65Mn,含碳在0.62～0.7%,理論淬火硬度能達(dá)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?cè)囍七^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(shí)不易手工機(jī)械校平。在市場(chǎng)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(jìn)一步作硬度要求在HRC50以上的試驗(yàn)。考慮到現(xiàn)有專業(yè)級(jí)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(duì)產(chǎn)生基體裂紋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(shè)定的步長(zhǎng)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(dāng)圓弧越小,激光割形成的微觀裂紋,在熱處理和機(jī)械校平過程中,越容易造成應(yīng)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(fù)雜的切割工況下形成宏觀上的裂紋。
3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)伸縮縫的調(diào)整
研究過程中,以直徑305mm、120齒膠合板專用片為例,通過對(duì)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(gè)圓角過渡處開始,向鋸片其它部分延伸,有的1-3MM,甚至達(dá)到5MM長(zhǎng)的裂紋。經(jīng)分析,此類鋸片伸縮縫的共同特點(diǎn)是:兩個(gè)過渡圓角半徑分別為R1.4及R1.0,正是伸縮縫的兩個(gè)過渡圓角半徑太小,使其在激光割、熱處理、和校平機(jī)校平的過程中,導(dǎo)致了過大的應(yīng)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(jìn)行調(diào)整,將此類鋸片的伸縮縫兩個(gè)過渡圓角半徑最終加大至R1.8,以減小過渡圓角處應(yīng)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(cè)試,此系列圓鋸片基體沒有發(fā)現(xiàn)沿伸縮縫兩個(gè)過渡圓角開裂的現(xiàn)象。
4.齒背結(jié)構(gòu)和風(fēng)孔
云南市場(chǎng)多片鋸305-36T產(chǎn)品,使用過程中出現(xiàn)基體從風(fēng)孔處向中心開裂和糊基體變形的現(xiàn)象,導(dǎo)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(gè)風(fēng)孔;原容屑槽半徑為R5,基體齒背張角為20°。通過分析認(rèn)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(dǎo)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(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φ12的風(fēng)孔,隨著鋸片的高速旋轉(zhuǎn),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(dāng)熱量達(dá)到或接近切屑的自燃溫度時(shí),會(huì)慢慢成焦糊狀態(tài),導(dǎo)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(dāng)超過基體材料的強(qiáng)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(rèn)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(fēng)孔,摩擦生熱引起切削阻力過大造成基體沿風(fēng)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(shí)去掉φ12風(fēng)孔的技術(shù)方案。經(jīng)過批量試制樣品并市場(chǎng)切割試驗(yàn),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(chǎng)沒有類似基體開裂和糊基體的現(xiàn)象。
5.總結(jié)
通過對(duì)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(jì)方面進(jìn)行分析,對(duì)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(jìn)行調(diào)整,預(yù)防了圓鋸片基體裂紋的產(chǎn)生。
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