機夾式硬質合金齒圓鋸片的片體修復方法

郭繼富，張艷龍，韓會杰

（唐山冶金鋸片有限公司，河北 063020）

0 引言

硬質合金齒圓鋸片是冶金行業、機械行業的重要切斷工具，尤其是在鋼管、鋼坯、鋼軌、型鋼等產品的在線及離線鋸切中廣范應用，主要用于軋鋼廠、鍛造廠、機械加工廠等，其特點是具有很好的切割質量、快捷的加工效率。傳統的硬質合金齒圓鋸片采用合金鋼板制作基體、硬質合金刀塊制作鋸齒，兩者通過釬焊工藝進行連接，鋸齒經過精密刃磨得到不同的齒型角度，以適應不同工件的加工[1]。由于鋸片在使用過程中總會產生一些異常損壞[2]，因此鋸片修復是一項重要工作。焊接式硬質合金齒圓鋸片的修復需要多種輔助設備和較多的操作人員，修復成本較高。為了方便現場鋸片替換使用、提升鋸片性能，近年來開發出一種鋸齒機夾式的硬質合金齒圓鋸片，用螺絲以機械夾持鋸齒的方式代替鋸齒焊接、刃磨，可省去修復設備、減少換片時間。另外，因為機夾式鋸齒采用高精度設備磨削、刃口經過PVD涂層處理,鋸切性能大幅提升。

由于機夾式硬質合金齒圓鋸片采用機械夾緊的方式把鋸齒固定在片體的齒座上[3]，鋸齒定位的系統必須保證足夠的精度，需要使用數控加工中心加工，造成鋸片片體的制造成本比較高。在鋸片使用中，鋸齒使用一次就全部更換，不需要修復；片體出現輕微的損傷可以通過焊補、修整的方式給予修復；當出現個別鋸齒整體損壞、螺絲孔被打掉，鋸片只能報廢，這是一個很大的損失。本文針對片體鋸齒部分嚴重損傷問題，給出一種鑲塊替換的修復方法，可以低成本修復片體、恢復片體使用功能。

1 機夾式硬質合金齒圓鋸片的工作情況

1.1 鋸切設備

機夾式硬質合金齒圓鋸片配套的圓鋸機（見圖1）與常規鋸片的配套設備一樣，因此兩者是可以通用的。圓鋸機的主要結構包括：底座、機體、主軸箱、鋸片夾持裝置、鋸片進給裝置、工件夾緊裝置、液壓系統、電控系統、鋸片冷卻和潤滑系統。圓鋸機工作時，工件被夾緊裝置固定，防止其在鋸切過程中出現串動，保護鋸齒不被損壞；圓鋸片安裝在兩個夾盤之間，通過夾盤端跳、主軸徑跳的高精度控制，保證工作中的圓鋸片具有良好的端面圓跳動和齒尖的徑向圓跳動精度，并且牢固的鎖緊在夾盤內，工作時不松動；旋轉的圓鋸片通過主軸箱驅動，實現進給和退鋸，完成鋸切循環，進給導軌的配合精度要求保證鋸片平面始終垂直于工件母線。

圖1 圓鋸機

因為機夾式硬質合金齒圓鋸片采用了PVD 涂層鋸齒，增強了鋸齒刃口的表面硬度、耐熱性，降低了摩擦系數和發熱量，因此可以使用較高的鋸切參數進行鋸切，可以大幅提升鋸切效率，并延長鋸切壽命。

1.2 鋸片情況

機夾式硬質合金齒圓鋸片與常規鋸片的主要區別在鋸齒部分，從片體的角度看，專門設置了鋸齒定位、緊固的齒座結構和螺絲孔，可以實現鋸齒與片體之間準確定位、快速更換；從鋸齒的角度來看，鋸齒是預先加工并且給予PVD涂層的標準化刀片，不僅具備了前角、后角、刃傾角、斷屑槽等功能要素，而且加工精度高、一致性好，在刀片中間帶有一個螺絲孔，用來將其壓緊于片體上，可直接使用、更換，無需再加工，節省了傳統圓鋸片維修所需的修復設備、維修人員，簡化現場管理

1.2.1 成品鋸片情況

圖2 是機夾刀片組裝到片體上齒座的情形，可以用于工件的鋸切。在刀片組裝時，刀片需要完好無破損，刀塊上的斷屑槽應該一左一右交叉分布；刀片上的定位臺一定要與齒座的定位槽緊密配合，刀片在徑向、軸向、切向三個方向都要與齒座貼合嚴密，不能偏斜；緊固螺絲需要使用4～6N.m 的扭矩加以鎖緊，防止在鋸切時產生松動。刀片組裝后的主要的檢測項目包括：每個鋸齒與片體側面的對稱度應小于0.1 毫米，全部鋸齒齒尖徑向圓跳動值應小于0.1毫米。

圖2 機夾鋸片成品的狀態

1.2.2 片體齒座部分的情況

齒座主要由后支撐面、定位槽、螺絲孔等組成，其中后支撐面、定位槽底面、定位槽兩側邊內測是刀塊的定位要素，每個鋸齒的定位槽部位需要很高加工精度和一致性，以此保證鋸齒的位置精度和一致性。這是鋸片切削效果的重要保障因素和技術關鍵之一。鋸片齒座結構如圖3所示。

圖3 齒座結構

1.2.3 鋸齒

機夾刀片由P 系列的超細晶粒硬質合金材料制作，主要經過混料、壓接、燒結、檢驗等工序制成毛坯；再經過表面磨削、周邊磨削等工序，獲得應有的齒形角度和良好精度；最后使用物理氣相沉積涂層設備對刀片進行表面涂層，滿足鋸切時用要求。刀片的內在性能、幾何精度、涂層性能是機夾式鋸片的另外一個關鍵因素，直接決定了鋸片的鋸切壽命和質量。機夾式鋸齒刀片結構如圖4所示。

圖4 機夾式鋸齒刀片

2 機夾式硬質合金齒圓鋸片的損壞形式

2.1 齒尖破損

鋸切時，因為刀片出現損壞，片體上齒尖部的后支撐面部分失去保護，進而被磨損，出現齒尖不完整的形態，同時也讓鋸片失去鋸切能力。修復時，可以將齒尖部破損部分焊補修復并加工出原有形狀，即可恢復使用功能。片體齒尖破損狀況如圖5所示。

圖5 片體齒尖破損狀況

2.2 粘屑

在鋸切時，鋸齒可能受到損壞，鋸屑失去了正常形狀，形成加厚切屑，堆積在齒槽內不能正常排出，還可能粘結、堆積在鋸齒齒座上，形成粘屑的情況，影響了鋸齒的鋸切能力。修復時，需要采用手工剔除的方法，將粘屑清理干凈、將破損刀片拆掉，清理齒座更換新刀塊。鋸齒齒槽粘屑的狀況如圖6所示。

圖6 鋸齒齒槽粘屑的狀況

2.3 螺絲折斷

當刀片被打碎時，鋸齒的碎塊會裹挾著螺絲一起脫落，片體的螺絲孔內經常遺留下來部分螺絲，影響刀片的更換。這時，需要清除干凈剩余刀塊，露出螺絲斷頭，如果斷頭能夠使用鉗子擰出來，是比較省事的處理方法；如果螺絲極少露頭，只能采用電火花機器將其打碎，再用手工給與剔出，在操作時，需要注意選擇直徑小于螺絲底徑的銅管做電極，對準螺絲中心進行清理，不能傷到螺紋。鋸齒螺絲折斷的狀況如圖7所示。

圖7 鋸齒螺絲折斷的狀況

2.4 鋸齒折斷

如果在鋸切時，鋸齒受到了非常大的負荷和阻力，導致一個或者若干個鋸齒打掉尖部、螺絲孔損壞。這時，采用上述簡單的修復方法就不能解決問題，而之前的處理方法就是報廢鋸片，產生較大損失。

現在，我們給出的鑲塊替換修復方法，借鑒了傳統的鑲片圓鋸的制作原理[4]，可以采用低成本的處理方法恢復片體功能，節省鋸片成本。本文著重介紹第4 種鋸齒折斷損壞形式的修復方法，前3 種簡單修復方式不再詳述。

圖8 鋸齒折斷

3 機夾片片體鋸齒折斷問題的修復方法

為了減少鋸片損失，就要對于鋸齒產生嚴重損傷片體進行合理修復，以下按照修復工藝的不同步驟進行介紹。

3.1 折斷鋸齒的切除

針對片體上出現的個別斷齒，沿著鋸齒輪廓進行切除（如圖9 所示），切割方法可以是激光切割或者水刀切割。切割部分的起點和終點都要位于鋸齒圓弧的最低點，以便使鑲塊形狀成為一個完整的鋸齒，提高其結合強度。

圖9 折斷鋸齒切割示意圖

3.2 片體缺口部分的加工

為了鑲嵌新的鋸齒，需要加工片體上的連接部分，包括定位凸肩、鉚釘孔、結合孔，這些要素參考了鑲片圓鋸的刀片組裝結構。加工的凸肩是用來定位新的鑲塊鋸齒，其上的鉚釘孔對鑲塊加以緊固；結合孔用來固定片體和鑲塊，使其成為一體。圖10為片體缺口部分的加工示意圖

圖10 片體缺口加工示意圖

3.3 鑲塊的制作

圖11 為鑲塊加工示意圖。鑲塊選用和片體相同的材料加工，厚度略大于片體，按照圖11 的要求，采用線切割的方法切出毛坯，再用銑削的方法加工鉗口槽，鉆出鉚釘孔并倒出沉孔。

圖11 鑲塊加工示意圖

3.4 鑲塊與片體的組裝

磨削鑲塊的兩個斜面，使其與片體缺口的三個結合面實現緊配合，然后將鉚釘鉚入鉚釘孔，將結合孔倒出沉孔，也將鉚釘鉚入。打磨鉚釘頭部，使之與片體平齊，然后再整體磨削片體，使鑲塊與片體厚度相同。鑲塊和片體組裝結構如圖12所示。

圖12 鑲塊和片體組裝結構

3.5 鋸齒齒座的加工

以相鄰的完好鋸齒為參照，同時按照齒座圖紙要求，使用臥式加工中心加工出新的齒座后支撐面、定位槽、螺絲孔等，如圖13 所示。新加工的鋸齒齒座精度要求與原有鋸齒的精度相同，這樣，片體使用功能得以恢復。

圖13 齒座定位槽、螺絲孔加工圖

一般來說，為了不影響鋸片性能，連續1～2 個鋸齒可以同時替換，每個鋸片可以更換5 個及以下的鋸齒。

4 結語

本文介紹了機夾式硬質合金齒圓鋸片的材質、結構和特點，對其在使用過程中的損壞原因和形式進行了分析，重點對片體鋸齒部分嚴重損傷問題給出了修復建議。

（1）機夾式硬質合金齒圓鋸片采用了涂層鋸齒，提升了鋸切性能；通過機械裝夾鋸齒的方式代替鋸齒毛坯焊接、刃磨的工藝，實現了鋸齒的現場快速更換，節省修復設備和人員，具有良好的技術先進性和操作便捷性。

（2）由于機夾鋸片的片體加工精度要求高、制作成本高，如果出現損壞，損失也比較大，為了保證該產品的順利推廣，需要有一套完善的片體修復方法給予支撐。簡單的損壞形式，可采用焊補、修磨、清理、電火花加工等常規方法進行修理。

（3）針對斷齒、螺絲孔損壞等問題，我們借鑒鑲片圓鋸的制作原理，設計了一套鑲塊替換式修復方法，可以低成本修復報廢片體，節省鋸片成本，具有很好的應用價值。