金剛石圓鋸片的張力檢測(cè)與處理技術(shù)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(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004;3.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004)

1 前言

金剛石圓鋸片被廣泛應(yīng)用于石材、建材行業(yè)的切割加工，因被切割的材料硬度相對(duì)較高，所以鋸片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)需要足夠的動(dòng)態(tài)剛度以及穩(wěn)定性來(lái)確保切割的質(zhì)量以及生產(chǎn)的安全。當(dāng)鋸片在鋸切過(guò)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(chǎng)的影響，鋸片邊緣處將產(chǎn)生巨大的切向壓應(yīng)力，而鋸片夾盤(pán)處存在巨大的切向拉應(yīng)力，如果鋸片本身內(nèi)部沒(méi)有適當(dāng)?shù)膹埩Υ嬖冢徠谏鲜龅母咚傩D(zhuǎn)狀態(tài)下會(huì)失去原來(lái)的穩(wěn)定性，鋸片將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，從而影響其切割質(zhì)量以及縮短鋸片的使用壽命，嚴(yán)重情況下還會(huì)危及人身安全。若金剛石圓鋸片本身存在適當(dāng)?shù)膹埩Γ隳芴岣咛幱诟咚傩D(zhuǎn)狀態(tài)下鋸片的剛性，從而部分抵消鋸片在切割過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)；所以金剛石圓鋸片在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋸片基體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力處理，即張力處理，能夠有效地提高鋸片的切割穩(wěn)定性[2]；由于適張均勻性目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，故在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)要求通過(guò)試驗(yàn)自行確定[3]。

2 張力的分析研究

2.1 張力產(chǎn)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(dǎo)致張力的因素。

2.1.1 冶金因素

在鋸片基體進(jìn)行冶煉過(guò)程中，鋼材本身的材料特性因鍛造、軋制等加工工序而產(chǎn)生的應(yīng)力。

2.1.2 機(jī)械加工因素

鋸片基體在進(jìn)行沖壓、激光切割等加工過(guò)程中，由于受到外部沖擊力或熱力等導(dǎo)致基體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。

2.1.3 熱處理因素

鋸片基體的張力主要來(lái)源于回火后所產(chǎn)生的熱應(yīng)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(chǎn)生局部應(yīng)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(guò)程中使鋸片基體內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力。

2.2 張力的分布方向

鋸片張力的分布方向是根據(jù)鋸片在不同區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)、基體擴(kuò)張狀態(tài)所在的位置、在距施力點(diǎn)90°位置處鋸片基體的變形狀態(tài)以及鋸片基體的中性角角度大小來(lái)表示，鋸片張力的分布方向分別為：正向張力、負(fù)向張力以及零張力。

2.2.1 正向張力

鋸片內(nèi)部存在徑向壓應(yīng)力；鋸片中間區(qū)域成碗狀形態(tài)；在鋸片檢測(cè)點(diǎn)的90°位置上的變形方向與施力方向一致；鋸片的中性角測(cè)量值大于90°。

2.2.2 負(fù)向張力

鋸片的外部存在切向壓應(yīng)力；外部區(qū)域呈擴(kuò)張狀態(tài)；在鋸片檢測(cè)點(diǎn)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(qū)域無(wú)擴(kuò)張狀態(tài)；鋸片內(nèi)外部區(qū)域沒(méi)有壓應(yīng)力存在；距檢測(cè)點(diǎn)90°位置處沒(méi)有變形產(chǎn)生；中性角為90°。

因此要想獲得合適的張力，就需要我們對(duì)鋸片進(jìn)行張力的檢測(cè)，了解張力的分布情況，從而對(duì)鋸片本身的張力進(jìn)行正確的調(diào)整。

2.3 張力過(guò)大或過(guò)小對(duì)切割質(zhì)量的影響

2.3.1 張力過(guò)大

鋸片在高速切割過(guò)程中，張力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致鋸片垂直切割方向(切割深度方向)產(chǎn)生歪斜現(xiàn)象，如圖1所示。

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

2.3.2 張力過(guò)小

鋸片在高速切割過(guò)程中，張力過(guò)小會(huì)導(dǎo)致鋸片水平切割方向(切割長(zhǎng)度方向)產(chǎn)生歪斜現(xiàn)象，如圖2所示。

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

3 張力的檢測(cè)處理技術(shù)分析與研究

3.1 張力處理技術(shù)的分析與研究

目前國(guó)內(nèi)外張力處理技術(shù)有很多種，例如：手動(dòng)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(dòng)錘擊法和輥壓法是目前各大鋸片生產(chǎn)商最多采用的處理方法。

其中手動(dòng)錘擊法是人工使用錘子對(duì)鋸片的特定區(qū)域進(jìn)行錘擊敲打，從而使鋸片的內(nèi)部張力進(jìn)行重新分布均勻，此方法對(duì)工具以及操作環(huán)境和場(chǎng)地的要求最為簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)效率相對(duì)較低并且比較依賴于操作員工的經(jīng)驗(yàn)，不適用于大規(guī)模采用。而輥壓法是采用碾壓機(jī)在鋸片的某一區(qū)域進(jìn)行環(huán)形碾壓，使所碾壓的區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，從而使鋸片內(nèi)部張力重新分布均勻。此方法雖受限于場(chǎng)地的要求，但對(duì)張力的處理效率高、有利于大批量生產(chǎn)。目前，輥壓法被公認(rèn)為是一種有效可行的適張度處理方法，具有操作簡(jiǎn)便，效率高、可靠性高和一致性好等特點(diǎn)[5]。

3.2 張力檢測(cè)技術(shù)的分析與研究

目前張力檢測(cè)的方法有很多，分別包括：人工檢測(cè)和設(shè)備檢測(cè)。

3.2.1 人工檢測(cè)

人工檢測(cè)是將鋸片水平放置在檢測(cè)臺(tái)上，使用刀口尺貼緊鋸片基體，觀察當(dāng)鋸片變形時(shí)與刀口尺之間是存在間隙以及間隙的方向來(lái)判定鋸片存在的張力為正向張力或負(fù)向張力。因?yàn)殇徠w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(jù)(如圖3、4所示)，人工檢測(cè)較為方便簡(jiǎn)單，對(duì)工具以及檢測(cè)場(chǎng)地的要求不高，但為了檢測(cè)出鋸片的實(shí)際張力分布情況，往往耗時(shí)較長(zhǎng)才能得出結(jié)果，檢測(cè)效率很低，而且需要操作員工擁有豐富的校片經(jīng)驗(yàn)。

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(fù)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(shè)備檢測(cè)

設(shè)備檢測(cè)是利用設(shè)備對(duì)鋸片外環(huán)加載一個(gè)固定的力值，當(dāng)鋸片受力產(chǎn)生變形時(shí)，通過(guò)觀察鋸片距施力點(diǎn)90°位置處的變形方向和施力方向的關(guān)系來(lái)判定鋸片存在的張力狀態(tài)。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(fù)向張力；當(dāng)鋸片沒(méi)有發(fā)生變形時(shí)，則表示鋸片處于零張力狀態(tài)。

張力檢測(cè)機(jī)通過(guò)為圓鋸片在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下的適張狀態(tài)無(wú)損量化檢測(cè)，提供了一種先進(jìn)的方法和設(shè)備[6]，這樣員工就可以快速準(zhǔn)確的對(duì)鋸片進(jìn)行張力處理，處理時(shí)間短，效率高，有利于大批量的生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)過(guò)大或過(guò)小的張力都會(huì)影響到切割質(zhì)量，為確保金剛石圓鋸片在切割過(guò)程中的穩(wěn)定性以及切割質(zhì)量，因此合適的張力分布是必不可少的。

(2)通過(guò)各種張力處理技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性與效率性的對(duì)比，目前認(rèn)為采用輥壓法對(duì)金剛石圓鋸片的張力進(jìn)行處理是性價(jià)比最高的方案。

(3)通過(guò)人工檢測(cè)與設(shè)備檢測(cè)張力分布情況的對(duì)比，目前認(rèn)為采用設(shè)備檢測(cè)-電腦張力檢測(cè)機(jī)是效率最快的檢測(cè)技術(shù)手段。