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金刚石圆锯片的结构性能分析
发布日期：2009-11-09
锯片基体及锯齿结构的特性分析
　　1 防侧面磨损的基体及锯齿结构 在锯切过程中，锯片高速运转，锯片基体与岩屑流产生摩擦磨损。由于节块的径向磨损与侧向磨损不一致，当节块工作层将消耗完时，锯片基体与岩屑的摩擦加大，造成“夹锯”，这将引起锯片基体的磨损和变形，降低基体可重复使用的次数。为此，可采取以下保护基体的措施。 1） 采用电焊方法在锯片基体上按圆周方向均匀分布及径向方向交错分布方式焊接硬质颗粒。该方法可减少岩屑流对基体侧面的磨损，但将增加基体的制造成本及基体变形校正的难度。
　　采用低温熔射法在锯片基体侧面喷涂一层以WC-Co 为主要成分的熔射层。该方法既可防止侧面磨损，又可提高锯片刚性。如用外径?323mm金刚石圆锯片锯切混凝土路面（锯片转速2400r /min，切深60mm，进给速度3m/min），喷涂熔射层后锯片使用寿命可由2899m 提高到4500m。选用的熔射层喷涂工艺、层厚、喷涂面积等是应用该技术的关键。 5） 节块采用交错分布水槽，水槽深度为节块厚度的2/3，径向深度达到焊接层。锯切加工时接触面为连续分割图形。该技术有利于冷却润滑，可提高排屑能力，减少节块对基体的摩擦和扭曲变形。
　　2 改善应力状态、摩擦冷却条件的基体和锯齿结构 通过分析锯片的应力状态和摩擦冷却条件，合理改进基体及锯齿结构，可有效改善基体的受力变形和锯齿的摩擦冷却条件，延缓基体失效期限，提高锯片的耐磨性和锋利性，节省刀具材料，降低加工成本。
　　1） H. D. Jerro采用有限元法对普通节块的单齿锯切、一齿锯切下一齿刚进入锯切、二齿同时锯切三种状态进行了应力分析。当锯片直径为?200mm、切深2mm、锯片厚度1.8mm、槽宽7mm、水槽底孔到锯片外圆周距离Sh=8.5mm 时，设计了如图6 所示具有较佳综合加工效果的水槽结构。水槽结构参数为：γ=10°，r=3.5mm，ψ=5°，?=5°。该文揭示了应用有限元法分析锯片受力状态的可行性，但受力分析的广度和深度还有待进一步提高。
　　2） 为改善锯切过程中锯片的热应力状态，可在基体上按均匀间隔增加径向延伸槽，以满足基体的热胀冷缩需要，减少基体因热应力引起的变形。
　　3） 为改善锯齿齿顶和齿侧的摩擦条件和受力状况，可在齿顶面形成有中凹磨损的“回”形齿、“H”形齿、“凹”形齿及类似的两端形状各异的节块匀质夹层”齿以及目前应用广泛的三明治齿等。
　　齿顶面形成中凹磨损的“回”形、“H”形及“凹”形齿由于减少了齿顶与加工材料的接触面积，改善了齿侧压力状态，可使摩擦及发热现象明显减少，刀头锋利性增加。同时由于节块中凹部分所对应的岩石往往薄而脆，岩石在周围冲击能量的作用下易自然破碎，从而可节省节块工作层材料。
　　非匀质夹层齿示意图可减小齿侧摩擦接触面积的齿型还有“L”型齿、阶梯型齿、侧面开槽齿等美国NED公司、日本大阪金刚石公司、德国WihelmLeiritz公司等已将这些齿形运用于?1000～5000 mm的大直径锯片上。对于小直径锯片，则可采用图12所示的螺旋齿型，该类齿型有利于冷却介质的导入，节块切入切出长度的渐变可减缓其所受冲击力。该方法成功应用的技术关键是合理选用螺旋角、齿形以及冷压成型工艺的控制。
 　　4） 为增加冷却槽的密度，而又不至于因钢基体水槽过多而造成锯片刚性不足，可采用多重细齿节块。该节块外缘层齿槽比内层齿槽略低，当外层齿磨耗完后，内层齿又可如新齿一样进行切削。由于齿长度缩短及分层，可达到改善摩擦冷却条件、避免锯齿打滑、增加锯片锋利性和切割平稳性、充分利用刀具材料的效果，该效果与国内学者研究的“节块长度越小，则锯片切削时的功率总消耗量越小”的结论一致。但此类节块需采用冷压成型制作，会增加模具制作成本和焊接难度。
 

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