哈工大热处理原理与工艺大作业讲解

木工圆锯片的热处理工艺

摘要：本文从木工圆锯片的服役条件、失效形式、性能要求、材料选择、整体加工工序、质量检测、缺陷分析与对策几个方面进行了详细的介绍与分析。设计出了等温淬火的热处理工艺，与传统淬火获得马氏体和残余奥氏体相比，它获得的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性、良好的弹性与塑形的配合及抗回火稳定性，从而提高了圆锯片的使用性能和使用寿命。

关键性：圆锯片；热处理工艺；等温淬火；下贝氏体

Abstract: The service conditions, patterns of losing effect, performance requirement, materials-choosing, whole processing craft, possible defect and remedies and quality inspection of circular saw web has been introduced and analyzed. The heat treatment has been designed to not only make the work piece have more toughness, but also improve the performance and operation life.

Key words: circular saw web; heat treatment; isothermal quenching; low bainite

1.概述

1.1圆锯片的定义

圆锯片是用于切割固体材料的薄片圆形刀具的统称，由基体和刀头两部分组成，被广泛应用于石材，木材，金属材料及其合金的切割。圆锯片的实物图和零件图如图1和图2所示。

图1 圆锯片实物图图2 圆锯片零件图

1.2圆锯片的分类

①按材质不同可以分为：用于石材切割的金刚石锯片；用于金属材料切割的

高速钢锯片（即HSS锯片，不镶嵌硬质合金刀头）；用于实木、家具、人造板、铝合金、铝型材、散热器、塑料、塑钢等切割的硬质合金锯片；钨钢锯片；镶齿合金锯片等。

②按应用场合分为：铣刀锯片、机用锯片、手动锯片、金属专用锯片（铝业锯片，切铜锯片，不锈钢锯片等）、切管圆锯片、木用锯片、石材锯片、切亚克力锯片等。

③按表面涂层分为：白钢锯片（本色）、氮化锯片（黑色）、镀钛锯片（金色）、氮化铬（彩色）等。

④按齿形分为左右齿(交替齿)、平齿、梯平齿(高低齿)、倒梯形齿(倒锥形齿)、燕尾齿(驼峰齿)、以及并不多见的工业级的三左一右、左右左右平齿等。各种齿形示意图如图3所示。

左右齿运用最为广泛，切削速度快，修磨相对简单。适用于开料和横锯各种软、硬实木型材和密度板、多层板、刨花板等。装有防反弹力保护齿的左右齿即为燕尾齿，适用于纵向切割各种有树节的板材；带有负前角的左右齿锯片由于锯齿锋利、锯切质量好，通常用于贴面板的锯切。

图3各种齿形示意图

平齿锯口较粗糙，切削速度较慢，修磨最为简单。主要用于普通木材的锯切，成本较低，多用于直径较小的铝用锯片，以保持切削时减少粘连，或用于开槽锯片以保持槽底平整。

梯平齿是梯形齿和平齿的组合，修磨比较复杂，锯切时可减少贴面崩裂现象，适用于各种单双贴面人造板、防火板的锯切。铝用锯片为了防止粘连也多用梯平齿的齿数较多的锯片。

倒梯齿常用于裁板锯底槽锯片中，在锯切双贴面的人造板时，槽锯调整厚度完成底面的开槽加工，再由主锯完成板材的锯切加工，以防止锯口出现崩边现象。

综上所述，锯切实木、刨花板、中密板应选左右齿，能锐利地将木纤维组织切断，切口平滑；为了保持槽底平整的开槽，则用平齿齿形或者用左右平组合齿；锯切贴面板、防火板一般选择梯平齿，电脑开料锯由于锯切切率大，用的合金锯片直径和厚度都比较大，直径在350-450mm左右，厚度在4.0-4.8mm之间，多数采用梯平齿，以减少崩边、锯痕。

2.服役条件、失效形式和性能要求

2.1.服役条件

圆锯片的运动形式比较单调，但由于长时间高速旋转并受到振动和冲击作用，其服役条件一般比较苛刻[1]。我们将从受力特点和振动特性两个方面进行分析。

2.1.1受力特点：

圆锯片在工作时，主要受到转动产生的离心应力、周期性工作和材料不均匀导致的冲击力、切削时受到的切削力、摩擦力及热应力的影响。

①离心力：圆锯片转动时，受到的离心力分布为：切向应力在中心孔边缘最大，锯片外缘

最小，且皆为拉应力；径向应力在中心孔边缘和锯片外缘为零，最大值大约在半径的1／3处，为拉应力。

②冲击力：由于圆锯片是一种多刃刀具，在切削过程中刃部的线速度很高，而刃部的受力是不连续的。刃部周期性受力，由零瞬间变化至最大，受到较大的冲击载荷并发生振动。圆锯片刃部的前刃面上的应力分布如图4所示。

图4 圆锯片刃部的前刃面上的应力分布图5 锯切状态下温度场分布

除此之外，如果被锯切材料不均匀，硬度存在差异时，会导致圆锯片两侧受到大小不一的轴向冲击载荷。

③摩擦力：圆锯片工作时刃部与表面均会同被锯切材料产生强烈摩擦作用。

④热应力：圆锯片在工作时，切削刃与被锯切材料之间、锯片与被锯切材料锯路表面之间均会产生剧烈摩擦而产生热．温度最高的区域在锯片的外边缘。木工圆锯片工作时与木材摩擦发热一般不超过250℃。图5为锯切状态下温度场分布。

⑤切削力：在锯片的高速切削过程当中，锯齿会受到锯切力的作用，这个力的大小往往与锯齿的结构参数、锯片的转速和被锯切材料等有关[2]。

不考虑冲击载荷时，圆锯片在高速回转切削时受离心力和切削力及不均匀温度场的综合因素影响,会在内部产生较大的应力。应力分布特点是：锯片外边缘处切向压应力最大,中心孔附近切向拉应力最大；径向应力皆为拉应力,在约半径二分之一处出现最大值；中心孔附近与锯片外边缘径向应力值降为零。同时,沿径向温度梯度太高时,外边缘切向压应力值过大,将引起锯片失稳,产生边缘压曲现象,从而导致锯切精度和加工表面质量降低,锯路损失增大,出材率降低,锯片磨损加剧,使用寿命缩短等一系列后果[3]。

2.1.2振动特性：

圆锯片工作时会有连续不断的振动，当圆锯片的转动速度接近或达到临界速度时，它就变得不稳定并呈蛇状运行，这是一种共振现象。共振现象能使一个较小的力引起较大的振动，导致锯片失稳变形。

由于圆锯片工作时受力条件复杂、圆锯片本身直径与厚度比较大及紧固不劳等原因，会产生比较复杂的振动特性：通常认为主要包括三种振动形式，分别为：扭转振动、径向振动和横向振动。

①圆锯片以其中心线为轴心所做的往复扭转位移运动即为圆锯片的扭转振动，周期性的切向反力是造成圆锯片扭转振动的主要原因；

②圆锯片沿其直径方向所做的伸缩振动即为圆锯片的径向振动形式，锯齿冲击摩擦工件时所受到的径向反力是产生径向振动的主要原因；

③圆锯片基体沿转轴轴向所做往复位移振动即为其横向振动；对于大面积的薄板来说扭转刚度和径向刚度比其弯曲刚度要高，故横向振动对圆锯片的动态稳