硬質合金圓鋸片切削性能分析

孫世濱

（哈爾濱二工具科技有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

1 前言

硬質合金圓鋸片切削鋼材比高速鋼鑲片鋸片的切削性能高，其原因是硬質合金材料的硬度、耐磨性比高速鋼好。為合理選擇硬質合金圓鋸片刃部的幾何形狀、鋸片尺寸和切削參數，對硬質合金圓鋸片和高速鋼鑲片鋸片的性能進行了對比試驗，敘述如下。

2 圓鋸片的切割過程

高速鋼鑲片鋸片切割鋼材時，按照被切材料的不同性能，切削速度范圍選為0.08～0.6m/s，而硬質合金圓鋸片的切削速度范圍可以為1～3.3m/s。由于硬質合金圓鋸片切削寬度和每齒進刀量近乎于一致，故切削速度與切削效率成比例的提高，單位時間里所切割的面積增加5～8倍。隨著切削速度的提高，鋸齒的切入頻率也按比例地增加。此外，刀齒的形狀對鋸片的運轉狀態有較大的影響，硬質合金圓鋸片刃部表面質量磨削得越好，鋸片的運轉就越平穩，耐用度、壽命和經濟效益也就越高。

圖1 具有粗切齒和精切齒的硬質合金圓鋸片的刀刃形狀和齒形

3 硬質合金圓鋸片結構

3.1 鋸片盤體

采用工具鋼制成，其抗拉強度為1300 N/mm2～1500N/mm2，考慮到齒面重磨的可能性和防止盤體卡入工件中，選擇小于切削齒寬度（an）的盤體厚度（ast）（見圖1）。

實踐證明，表1 所標出的齒數組是可靠的。當鋸片直徑確定后，以齒數決定齒距和容屑槽。當確定切削橫截面時，鋸片的齒數和齒距要認真選擇，要有足夠大的容屑槽，以獲得最佳的切削效果。

表1 與齒數、鋸片公稱直徑相關的齒距/mm

3.2 硬質合金刀片

3.2.1 硬質合金要求

鋸切時，由于進行斷續切削承受大的負荷，因此要求其具備足夠的韌性，以不使刀刃和刃角發生崩裂為宜，選用高耐磨性和韌性理想的硬質合金,主要使用的硬質合金為YG8、PS30等。

3.2.2 刀片規格

硬質合金刀片的長、寬和厚度取決于鋸片的直徑和齒距（見表1）。

雖然刀片厚度可以提高鋸齒的抗彎強度，但是，為了增加容屑槽空間和滿足齒背強度的要求，刀片厚度不允許超出所規定的極限值，齒高h和容屑槽半徑r將取決于齒距t和刀片長度lp。必須根據規定的切削用量，確定這硬質合金刀片的齒形和高度、長度、寬度數值。根據硬質合金鋸片所需要加工的直徑，在保證鋸片加工的強度的基礎上，先確定刀齒的寬度an和盤體的厚度ast，根據刀齒的厚度為齒寬的3/5，齒高為齒寬的2倍左右為宜（見圖1）。

3.2.3 刀刃的幾何形狀

硬質合金圓鋸片的主刃和副刃是由砂輪刃磨而成，切削齒的前面和后面也是由許多單一面所組成（見圖1）。除了由主刃和副刃構成的切削刃角外，在一條主刃和一條副刃的多邊形中還存在著其他的切削刃角，一個單一面所測得的角取符號為α、β和γ，其角度總和必須為90°，α+β+γ=90° 。切割鋼材的硬質合金圓鋸片的切削刃角大部分都是負角，按照切削鋼材的硬度和強度的不同，切削角在-8°～-12°之間，相應的后角范圍為5°～10°，后角大適宜于強度大的軟性鋼材，同樣，刃傾角和主偏角將按工件強度及選擇的切削寬度的分布面有所修正（見圖1）。

3.2.4 圓鋸片的重磨

與高速鋼鑲片鋸片相比，硬質合金圓鋸片的徑向和端面圓跳動要求明顯的小，與鋸片直徑大小相關的硬質合金圓鋸片徑向圓跳動在20μm～50μm，端面圓跳動不超過鋸片端面跳動的50%。必須仔細地磨削每個前刃面、后面和副后面，接合面應盡可能對稱地按鋸片中心排列。

4 圓鋸片的切削參數

4.1 切削速度

由于摩擦系數與切屑和前刃面之間的速度有關系，隨著切削速度v的變化，切削力Fc和進給力Ff也起變化，切削速度的提高使切屑在切削面上的滑動速度成比例的提高，切屑面上的摩擦系數也將減小。此外，鋸片切削時，提高切削速度會相應地降低耐用度。

為了利用硬質合金圓鋸片切削鋼材的經濟性，必須按照切削加工任務選擇速度，這中間不僅要考慮盡可能地提高切削效率，又要考慮到耐用度的高低。

4.2 鋸齒進給量

鋸齒進給量（SZN）可由進給速度v、轉速n和齒數z，即由齒對數zN或者由切削速度v、進給速度v及齒距t中求得。

按照切削寬度的不同分配，必須將相適應的齒數z填入公式中，硬質合金圓鋸片具有粗切齒和精切齒時，zN=Z/2，也就是說，每一個粗切齒和每一個精切齒構成了總的切削寬度。每個齒就是這個總的切削寬度，即zN=z，但是，這一事實還不能確定，帶分屑槽的鋸片能夠達到雙倍的進給速度和耐用度。實踐證明：鋸切整塊材料時雖然獲得較高的切削效率，但是耐用度沒有相應的延長。在每齒進給和相關的切削力平均值之間存在一個函數關系，鋸齒進給量的減小，按照雙曲函數切削力的平均值會很快地增加，造成相同的切削效率情況下傳動功率的急劇上升，相關切削力的平均值的確定：

圖2 每齒進給量S ZN

切削速度的平均值hm和鋸齒配對ZeN的嚙合數可以借助旋轉角γ1和γ2、嚙合角γe和嚙合量e1和e2以及齒的對數zN來求得：

帶分屑槽鋸片的公式：

各種不同的切削條件所產生的影響，根據試驗而定，d為鋸片的直徑。

4.3 切削效率

鋸切時的切削效率可由下列關系式求得：

圖2 展示了硬質合金圓鋸片和高速鋼鑲片鋸片在不同切削速度下，切削功率和鋸齒進給量之間的相互關系，從圖2 中也可以得出切削效率Q2（單位時間內切除量），即每一單位時間里鋸切面Ae和齒進給量SZN之間的關系。

5 結束語

通過以上分析可知，使用硬質合金圓鋸片切削鋼材要比高速鋼鋸片提高切削能力和單位時間內切除量5～8倍，這就是采用硬質合金材料的結果。