预防圆锯片基体裂纹的方法

- 2019-06-13-

  圆锯片的径厚比一般都在120以上,属于典型的超薄零件。在锯切过程中锯片承受的离心力、锯切力、锯切热等交变载荷作用下,圆锯片容易在刀齿齿背根部或伸缩缝区域出现明显的裂纹及开裂现象。通过对裂纹区域的分析,对圆锯片基体结构设计过程中预防裂纹产生因素进行了阐述。
  硬质合金圆锯片作为超硬材料的重要产品,是新材料领域中强有力的新兴产业,是木材、人造板材等材料加工的一种优质高效工具。在锯切过程中锯片承受离心力、锯切力、锯切热等交变载荷作用。在研究过程中,我们从基体材料、激光割、热处理和基体结构设计方面,对产生基体裂纹的原因进行了摸索。在激光割、硬度和热处理方面,通过大量的试验测试工作。发现此三方面虽然对基体裂纹会产生一定程度的影响,但控制在一定的范围之内后,影响并不大。而从出现裂纹的基体分析,小半径伸缩缝产生裂纹的基体所占比例较大,刀齿齿背根部次之。因此,我们重点从出现裂纹基体的区域和结构形式进行了研究,分析产生裂纹的原因,并进行了相应的测试。
  1.基体材料和热处理因素
  现有硬质合金圆锯片基体材料普遍是弹簧钢65Mn,因具有淬透性好和强度高的优点,被应用于专业级产品基体。65Mn,含碳在0.620.7%,理论淬火硬度能达到HRC5860。由于含Mn量在0.901.2%之间,随着硬度的提高,材料塑性降低,而材料开裂倾向增大。故硬质合金圆锯片的基体硬度,要求控制在HRC4248之间。通过直径300MM专用片,我们试制过HRC4650的锯片样品,产品在使用过程中没有出现裂纹,但在基体制作过程中,不仅热处理废品率高,同时不易手工机械校平。在市场上出现过因锯片基体开裂,碎片飞出伤人的事故,故没有进一步作硬度要求在HRC50以上的试验。考虑到现有专业级产品的大部分基体没有基体开裂现象,不能轻易否决而替换65Mn材质,只能对产生基体裂纹产品的结构进行研究,找出产生裂纹的原因。
  2.激光切割原因
  激光割的原理是高温的激光束融化基体材料,用高压气流吹掉剩余的渣物。激光束按照程序设定的步长切割出直线或圆弧,通过微观观察发现,被切削材料断面呈沟壑状。当圆弧越小,激光割形成的微观裂纹,在热处理和机械校平过程中,越容易造成应力过度集中,致使微观裂纹向纵深发展的可能性加大,导致在复杂的切割工况下形成宏观上的裂纹。
  3.产品结构伸缩缝的调整
  研究过程中,以直径305mm120齿胶合板专用片为例,通过对基体裂纹产生位置分析,开裂的裂纹源是由锯片伸缩缝的两个圆角过渡处开始,向锯片其它部分延伸,有的1-3MM,甚至达到5MM长的裂纹。经分析,此类锯片伸缩缝的共同特点是:两个过渡圆角半径分别为R1.4R1.0,正是伸缩缝的两个过渡圆角半径太小,使其在激光割、热处理、和校平机校平的过程中,导致了过大的应力集中,从而产成基体的微观裂纹,给锯切过程基体宏观裂纹的产生,埋下了隐患。根据以上分析,确定了从伸缩缝结构上进行调整,将此类锯片的伸缩缝两个过渡圆角半径导致加大至R1.8,以减小过渡圆角处应力集中,防止基体开裂的技术方案。调整后,经过批量产品测试,此系列圆锯片基体没有发现沿伸缩缝两个过渡圆角开裂的现象。
  4.齿背结构和风孔
  云南市场多片锯305-36T产品,使用过程中出现基体从风孔处向中心开裂和糊基体变形的现象,导致产品不能继续使用。此原基体在直径φ210φ230的直径上分别均布着4-φ12,8个风孔;原容屑槽半径为R5,基体齿背张角为20°。通过分析认为由于基体齿背张角为20°,容屑槽半径为R5,由于容屑槽小和齿背张角小,导致锯片的容屑体积不足,在切割过程中切屑很容易填满容屑槽,不能及时排出,造成排屑不利,切屑堆积在容屑槽;由于基体上有8φ12的风孔,含胶的切屑会逐渐的填满φ12的风孔,随着锯片的高速旋转,风孔中的切屑由于和板材、基体之间的摩擦生热,热量不易散发,当热量达到或接近切屑的自燃温度时,会慢慢成焦糊状态,导致该区域温度急剧增高,切屑中的人造胶或天然树脂融化粘附在基体上,形成环状的粘胶区域,造成糊基体。这样造成切削阻力过大,引起基体轴向上的偏摆,当超过基体材料的强度极限时,引起基体断裂,致使产品不能正常使用。
  我们分析认为,正是由于基体齿背张角为20°,R5的容屑槽半径偏小,因排屑不利造成切屑填满φ12的风孔,摩擦生热引起切削阻力过大造成基体沿风孔处向中心开裂,或者糊基体、跑偏。根据这些情况,确定了将此类锯片的容屑槽半径增大为R5.5,基体齿背张角增大为30°,同时去掉φ12风孔的技术方案。经过批量试制样品并市场切割试验,没有出现基体裂或糊基体的现象,切割质量和使用效果用户可以接受。到现在市场没有类似基体开裂和糊基体的现象。
  5.总结
  通过对圆锯片基体的材料、热处理、激光切割成形和基体结构设计方面进行分析,对易产生基体裂纹的伸缩缝结构形式和齿背结构进行调整,预防了圆锯片基体裂纹的产生。