冶金用硬質合金齒圓鋸片的研制和應用

摘要：隨著我國無縫鋼管和重軌生產規模的不斷擴大，冶金用硬質合金齒圓鋸片的應用越來越多，且主要從德國、奧地利、意大利等國引進，由于其具備了高效、優質、低耗等優點，所以已經逐步替代了傳統的高速鋼鑲片鋸、雙金屬帶鋸條鋸切。為了代替進口鋸片，我院和冶金鋸片進行了一系列的研發工作，為企業提供了高性價比的冶金用硬質合金齒圓鋸片。

關鍵詞：冶金硬質合金齒鋸片研制

1.前言

近年來，我國的國民經濟處于高速發展時期，對于石油、天然氣等主要能源和鐵路運輸需求越來越多，為了鉆探、開采、輸送石油和天然氣，對于各種規格的無縫鋼管、焊管的需求也在快速增長，但我國的鉆井深度、油氣輸送管道長度與國外發達國家相比還有很大差距，因此今后的發展潛力仍然很大。另外，由于鐵路運輸是一種運力大、成本低的經濟型運輸方式，所以國家今后將重點發展鐵路交通，鐵路行業對重軌的需求量在逐年增加。僅以2007年統計，國內鋼管總產量達到了4000萬噸以上，重軌產量達到300萬噸左右。由于無縫鋼管、重軌的鋼級較高，在坯料鋸切、成品精整等工序具有很大的加工難度，傳統的高速鋼鑲片圓鋸、雙金屬帶鋸條難以滿足大批量連續生產的要求，為了提高加工效率、鋸切質量，很多企業多采用了硬質合金鋸機進行加工，國內鋸機使用量已達100多臺。

由于冶金用硬質合金齒圓鋸片技術含量高、制造難度大，其高端產品一直由德國、日本等國家的少數鋸片生產廠家提供，產品價格相當昂貴。唐山冶金鋸片有限公司通過開展一系列的技術改造和技術開發，在關鍵工序引進了德國、日本的先進設備，結合自身多年生產金屬圓鋸片的經驗，開發研制了系列化的冶金用硬質合金齒圓鋸片，以優質的性價比實現了該產品的國產化。經過幾年的不斷改善，產品質量達到國際先進水平，受國家發改委委托完成了該產品的國家行業標準的起草制定工作。

2.國產冶金用硬質合金齒圓鋸片的研制

在冶金用硬質合金齒圓鋸片的研制過程中，我們充分借鑒了冶金鋸片公司各類金屬圓鋸片的生產技術和經驗，利用了進口的高水平關鍵鋸片生產設備，如日本大同工業爐株式會社生產的鋸片全自動熱處理生產線，德國格林公司生產的全自動硬質合金焊接機床，德國Vollmer公司生產的數控硬質合金鋸片刃磨機床等，下面將主要工作介紹如下。

2.1 原材料的選擇

由于冶金用硬質合金齒圓鋸片的工作條件比較苛刻，屬于較大負荷的連續切削狀態，要求鋸片基體部分具有高強度（σb≥1200MPa）、高韌性、高熱穩定性，所以我們選擇了進口的80CrV2鋼板作為鋸片基體材料，國內鋼號為8CrV，其化學成分如下：

該鋼種屬于低合金工具鋼，其中的Cr可提高淬硬性，V可細化金相組織，提高鋼材的剛性和穩定性。

對于鋸齒部分，要求在工作時承受較大的切削負荷和一定的沖擊而不能出現崩裂、破碎等現象，所以在選用硬質合金牌號時首先要選擇具有強韌性、硬度合理匹配的品種，而且應具有超細顆粒組織。經過試驗、優選，我們最終選用了P25—P40超細顆粒硬質合金材料作為鋸齒的毛坯材料。

2.2片體熱處理

原料板材經過毛坯下料以后，使用日本產鋸片連續熱處理生產線完成鋸片的淬火和回火過程，由于淬火設備的自動化程度高，溫度控制準確，淬火油池冷卻均勻，回火是在持續加壓力之下完成，所以可以保證整塊鋸片鋼板具有均勻的硬度分布（同片差≤1HRC）、良好的平面度（≤0.5mm），便于后續加工的進行。具體熱處理工藝如下：

為了消除各種加工應力，保持鋸片片體性能的一致性和穩定性，在粗磨加工以后還要進行一次定型處理。此時，片體不僅硬度均勻，而且平面度達到0.2mm以下。

2.3鋸齒焊接

片體加工完成以后，只是提供了鋸片的主體部分，必須鑲焊硬質合金刀塊才能勝任高鋼級鋼管和重軌的鋸切加工，同時由于焊接是在兩種性能不同的材料之間進行的，保證兩者的結合強度是非常必要的，一般要求焊縫抗剪強度≥180MPa，使用手動或機械檢驗時必須滿足此項要求。

為此在焊接設備方面，我們選用了德國格林公司生產的全自動硬質合金焊接機床，它具有自動定位、自動送料、自動測溫以及自動優化焊接程序等功能，不僅生產效率高、焊接牢固，而且刀塊與片體之間對稱度精度高，有利于保證齒型刃磨的精度。

在焊片的選擇上，采用了德國生產的三明治復合銀焊片，其含銀量高、流動性和濕潤性好，從而保證焊縫均勻而飽滿，更重要的一點是它的三層復合結構可以在焊縫中形成一個緩沖層，減輕兩種不同材質之間的焊接應力，提高鋸齒在加工過程中的耐沖擊性和使用壽命。

2.4鋸齒齒型的磨削

為了適應各種材質、各種規格鋼管和重軌的鋸切要求我們設計了多種鋸齒齒型，比較常用的有以下兩種：一是高低齒齒形，二是平齒齒形。其中，前者用主要于重軌和管坯的鋸切，后者主要用于無縫鋼管的鋸切。

為了滿足鋸片高速鋸切鋼管的要求，鋸齒齒型選定以后，就要求它具有合理的齒型角度和很高的尺寸精度，才能保證鋸片的使用壽命和鋸切質量，主要齒型角度選擇如下所示。

1）齒型后角α：8°—10°；

2）齒型前角γ：15°—20°；

3）刃傾角β：5°—15°；

4）徑向隙角λ：1°—1°20’；

要獲得很高的刃磨精度，機床的因素是至關重要的，為了使鋸片質量達到國際先進水平，我們選擇了德國Vollmer公司生產的合金鋸片數控刃磨機床，它屬于當今世界的頂級磨床，近幾十年來，一直是高檔合金鋸片生產的首選設備，由于采用了Vollmer公司開發的專用加工軟件，鋸片在一次裝卡后可以實現五軸聯動自動磨削、砂輪磨損自動補償，從各方面確保鋸片的鋸齒形狀、角度達到了很高的精度水平。

3.國產冶金用硬質合金齒圓鋸片的應用效果

從2000年以來，國內多條現代化無縫鋼管和ERW焊管生產線陸續試車、投產，多臺進口硬質合金鋸機投入使用，如衡陽鋼管的340機組、攀成鋼的340機組、寶鋼的ERW610機組、華油鋼管ERW508機組等，其中大部分廠家在使用進口鋸片的同時也陸續選用了唐鋸公司生產的合金鋸片，經過在實際生產中使用驗證并與進口鋸片對比分析，證明國產冶金用硬質合金齒圓鋸片的實物水平和鋸切效果已基本達到或接近國外先進制鋸企業產品的水平。下面以某廠340無縫機組中φ1680×160Z鋸片為例把唐鋸產品和德國鋸片做一簡要對比：

通過生產使用對比，國產冶金用硬質合金齒圓鋸片不僅可以滿足各種石油管生產線連續生產的需求，鋸口質量符合標準要求，另外在鋸切效率、鋸切壽命方面都達到了國外先進鋸片的水平，由于國產鋸片銷售價格大大低于進口鋸片，還能保證快速的交貨，所以具有更高的性能價格比，逐漸得到了廣大用戶的認可。

4.小結

（1）冶金用硬質合金齒圓鋸片是一種先進的鋼管及重軌鋸切工具，和相應的鋸機配套使用具有高效、優質、節能等優點，已代替鑲片圓鋸和雙金屬帶鋸條，成為新建和改造各種石油鋼管機組的首選鋸切工具。

（2）由于國產鋸片生產采用國際頂級生產設備，借鑒了自身的制鋸經驗，形成了雄厚的研發能力，從而保證國產鋸片達到或接近國際先進水平，并且具備更優良的性價比、更快捷的交貨期和周到的技術服務，具有更好的競爭力。

參考文獻：

[1]孫永喜．我國油氣輸送用焊管工業發展的前沿問題[J]．焊管，2005，（5）：1—5．