CN104275745A - 金刚石复合圆锯片 - Google Patents

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Abstract

一种金刚石复合圆锯片，包括锯片基体和均匀固定在锯片基体圆周外缘上的金刚石刀头，锯片基体为三段式结构，由其中心向外依次包括金属圆盘、胶接体和预埋件刀座；预埋件刀座包括预埋端和刀头连接端，金刚石刀头固定在刀头连接端上；金属圆盘的外周设有连接凸缘；胶接体的内、外两侧圆周上分别嵌设有连接凸缘和预埋端；连接凸缘和预埋端的厚度小于胶接体的厚度；金属圆盘、胶接体和预埋件刀座胶接为一体，三者表面保持平齐。本发明具有质轻、降噪和低能耗的优点，金属圆盘提高了锯片的强度和刚度，既能适应切深小、进给大的切割方式，又能达到锯片线速度大，切削深度大于5mm的切割效果，使切割直线稳定，板材厚薄均匀，石板质量稳定。

Description

金刚石复合圆锯片
技术领域
本发明涉及一种金刚石复合圆锯片，属于金刚石圆锯片制造技术领域。
背景技术
金刚石圆锯片是一种广泛应用在石料加工行业的加工工具。现有金刚石圆锯片主要包括两类：钢基体金刚石圆锯片和聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片。钢基体金刚石圆锯片是市场上的主流产品，制造成本高、制造耗能高；并且重量大，使用过程中耗能大、噪音大，装卸不便。由于钢基体金刚石圆锯片是一个整体，频繁的高频焊接刀头，锯片产生很大变形，导致锯切的石板质量快速降低。目前的金刚石圆锯片锯机结构是上置电动机，且锯片为悬空安置，重量大的钢基体锯片使得组合锯机增加锯片数量的难度很大，致使石材加工效率难以大幅度提高。钢基体金刚石锯片的这些问题已经成为金刚石圆锯片和石材加工行业快速发展的重要制约因素。而聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片是刚刚进入市场的新型锯片，在节能降噪、降低生产成本、降低投资成本方面优势明显，受到广泛关注。聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片的重量轻，锯片的线速度快，可保持在50-90米/秒。按照金刚石圆锯片运行的规律，锯片线速度大，应选取大的切削深度，以提高切削效率。但聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片由于本身的刚性不足，当锯切花岗石的切削深度超过3mm时，锯片容易受损，锯切的石材质量得不到保证。实践中认识到，聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片能够适合切削深度小，进给速度大的切割方式，而对于切削深度大，进给速度小的切割方式是不太适用的。运用有限元理论和分析软件（ANSYS）对现有金刚石圆锯片进行结构应力、变形分析和模态分析，结果表明，锯片的应力主要集中在刀头锯切侧下方和锯片基体圆轴孔的边缘，这是由于锯切作用的直接施压和锯片基体圆轴孔的约束作用产生的。也就是说，聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片在以上两个主要应力集中区，所受的损伤相比钢基体要大得多，其主要原因是聚合物基复合材料基体刚性不足、强度不够。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对聚合物复合材料基体金刚石圆锯片现有技术的不足提供一种金刚石复合圆锯片，解决聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片刚性不足、强度不够的突出问题，既具有质轻、降噪和低能耗的优点，又能适应切深小、进给大的切割方式，还能达到锯片线速度大，切削深度大于5mm切割的效果，使切割直线稳定，板材厚薄均匀，石板质量稳定。
本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种金刚石复合圆锯片，包括锯片基体和金刚石刀头，金刚石刀头均匀固定在锯片基体的圆周外缘上，所述锯片基体由其中心向外依次包括金属圆盘、胶接体和预埋件刀座；所述预埋件刀座包括靠近中心的预埋端和远离中心的刀头连接端，所述金刚石刀头固定在刀头连接端上；所述金属圆盘的外周设有连接凸缘；所述胶接体的内、外两侧圆周上分别嵌设有所述金属圆盘的连接凸缘和预埋件刀座的预埋端；所述金属圆盘的连接凸缘和预埋件刀座的预埋端的厚度小于所述胶接体的厚度；所述金属圆盘、胶接体和预埋件刀座胶接在一体后，三者表面保持平齐。
所述预埋件刀座由多个刀座元件连接而成，每个刀座元件上设有三个或三个以上远离锯片基体中心的刀头连接端。所述预埋件刀座由12-64个刀座元件连接而成。
所述预埋件刀座的预埋端径向宽度和刀头连接端径向宽度的比例为1:1。所述金属圆盘半径与连接凸缘径向宽度比例为1:0.1-1：0.5。
根据需要，所述金属圆盘的连接凸缘和刀座预埋端嵌入胶接体内部的总深度为1-300毫米，连接凸缘和预埋端径向宽度比为1:0.3-1：2。
为了便于胶接后的表面平整，所述金属圆盘的连接凸缘和预埋件刀座的预埋端的厚度比所述胶接体的厚度小0.5-6毫米。
所述金属圆盘的离心端与预埋件刀座的向心端之间的距离为10毫米至1000毫米。
所述锯片基体的金属圆盘半径、胶接体径向宽度和预埋件刀座径向宽度三者的比例为：1:0.571:0.095至1:3:1。
综上所述，本发明提供一种金刚石复合圆锯片，对比钢基体金刚石圆锯片来说，具有质轻、降噪和低能耗的优点；对比聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片来说，采用金属圆盘后，锯片的强度和刚度都得到明显提高，既能适应切深小、进给大的切割方式，又能达到锯片线速度大，切削深度大于5mm的切割效果，使切割直线稳定，板材厚薄均匀，石板质量稳定。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明金刚石复合圆锯片的整体结构示意图；
图2为本发明金刚石复合圆锯片局部剖视图；
图3为本发明金刚石复合圆锯片的断面结构示意图；
图4为本发明金属圆盘的整体结构示意图；
图5为本发明金属圆盘的局部剖视图；
图6为本发明实施例一的局部断面结构示意图；
图7为本发明实施例二的局部断面结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明金刚石复合圆锯片的整体结构示意图；图2为本发明金刚石复合圆锯片局部剖视图；图3为本发明金刚石复合圆锯片的断面结构示意图。如图1并结合图2、图3所示，本发明提供一种金刚石复合圆锯片100，包括锯片基体200和金刚石刀头300，金刚石刀头300均匀固定在锯片基体200的圆周外缘上。所述锯片基体200由其中心向外依次包括金属圆盘201、胶接体202和预埋件刀座203。所述预埋件刀座203包括靠近中心的预埋端2031和远离中心的刀头连接端2032，所述金刚石刀头300固定在刀头连接端2032上。所述金属圆盘201的外周设有连接凸缘2011，所述胶接体202的内、外两侧圆周上分别嵌设有所述金属圆盘201的连接凸缘2011和预埋件刀座203的预埋端。所述金属圆盘201的连接凸缘2011和预埋件刀座203的预埋端2031的厚度小于所述胶接体202的厚度。所述金属圆盘201、胶接体202和预埋件刀座203胶接在一体后，三者表面保持平齐。
为了使锯片在工作过程中具有一定的抗热变形能力，同时保证锯片的强度，所述预埋件刀座203可以由多个刀座元件连接而成，圆周上的相邻两个刀座元件之间先通过凹凸结构拼接，再通过粘接的方式连接在一起。比如可以将图1所示的完整的预埋件刀座203分成两半，即：由两个刀座元件连接而成；当然元件的数量还可以分成更多。刀座元件的数量越多，锯片抗热变形的能力就越强，强度也越高，但加工工艺相应也更复杂；而刀座元件的数量越少，锯片的抗热变形能力就越差，尤其如图1所示的结构中，完整的预埋件刀座203很容易在工作中产生热变形，但完整的预埋件刀座可以直接冲压而成，不需要拼接、粘接等工艺过程，加工工艺相对简单。因此，综合考虑锯片的抗热变形能力、强度和加工工艺，使三者在一定程度上达到平衡，刀座元件的设置数量可以根据锯片的直径大小不同进行选择，优选12-64个。另外，每个刀座元件上可以设置三个或三个以上刀头连接端2032，比如：设置四个或六个刀头连接端2032，甚至更多。
本发明所提供的这种金刚石复合圆锯片为系列产品，其尺寸大小具有一定的要求。根据锯片直径大小的不同，由中心向外依次构成所述锯片基体200的金属圆盘201、胶接体202和预埋件刀座203三者之间也存在一定的比例关系。
以下通过表格对本发明所提供的金刚石复合圆锯片中各个部分的尺寸比例进行说明，其中的金属圆盘半径、胶接体径向宽度和预埋件刀座径向宽度的比例指的是该金刚石复合圆锯片外形尺寸的比例，不包括用于连接的连接凸缘和预埋端的尺寸。
综合上表的内容可知，所述锯片基体200的金属圆盘半径201、胶接体202径向宽度和预埋件刀座203径向宽度三者的比例为：1:0.571:0.095至1:3:1。需要说明的是，为了将锯片与动力装置相连，在金属圆盘的中心位置开设有中心孔与动力装置的驱动轴相连，上表中所列的金属圆盘的半径尺寸是从中心起算的，没有将中心孔的半径扣除。另外，为了保证连接牢固，所述预埋件刀座的预埋端径向宽度和刀头连接端径向宽度的比例为1:1。所述金属圆盘半径与连接凸缘径向宽度比例为1:0.1-0.5。所述金属圆盘201的连接凸缘2011和刀座预埋端2031嵌入胶接体202内部的总深度为1-300毫米，连接凸缘2011和预埋端2031径向宽度比为1:0.3-1：2；优选的，所述金属圆盘201的连接凸缘2011和刀座预埋端2031嵌入胶接体202内部的总深度为30-200毫米，连接凸缘2011和预埋端2031的径向宽度比为1：0.5-1：1。为了便于胶接后的表面平整，所述金属圆盘201的连接凸缘2011和预埋件刀座的预埋端2031的厚度比所述胶接体202的厚度小0.5-6毫米，优选厚度小0.6-4毫米。另外，所述金属圆盘201的离心端与预埋件刀座203的向心端之间的距离为10毫米至1000毫米；优选的，金属圆盘201的离心端与预埋件刀座203的向心端之间的距离为30-200毫米。所述锯片基体200的金属圆盘半径201、胶接体202径向宽度和预埋件刀座203径向宽度三者的比例为：1:0.571:0.095至1:3:1。
为了增强预埋端、金属圆盘与胶接体的连接和固定作用，所述预埋件刀座预埋端2031上设有4-2000个直径大小不等的连接通孔。图4为本发明金属圆盘的整体结构示意图；图5为本发明金属圆盘的局部剖视图。如图4并结合图5所示，所述金属圆盘201的连接凸缘2011上设有4-300个连接通孔2012。
所述预埋件刀座203的材质为锰合金钢或碳结构钢或两者混合。所述胶接体202的材质为热固性树脂或热固性树脂胶粘剂。为了加固连接和增加整体强度，所述胶接体202中还含有纤维、毡或织物，该纤维、毡或织物的材质为碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维其中之一，或者上述两种、两种以上纤维的混合。所述金属圆盘201的材质为铝合金、锰合金钢或碳结构钢。
所述金属圆盘201、胶接体202和预埋件刀座203是通过共胶接的方法一次成型的，所述共胶接的方法包括：热压模塑成型或树脂传递模塑成型。
以上对本发明的技术方案做了整体的描述，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案举例进行说明。
实施例一
图6为本发明实施例一的局部断面结构示意图。如图6所示，本实施例提供一种金刚石复合圆锯片100’，包括锯片基体200’和金刚石刀头300，金刚石刀头300均匀固定在锯片基体200’的圆周外缘上。在本实施例中，需要制作直径为1600毫米，厚度为7毫米的金刚石复合圆锯片。选用7毫米厚的冷处理锻压铝合金板作为金属圆盘201’，金属圆盘201’的直径为1000毫米，连接凸缘2011’的径向宽度为50毫米，厚度为4毫米，其上开设120个连接通孔。选用7毫米厚的45#碳结构钢板作为预埋件刀座203’。对照图1所示，本实施例中的预埋件刀座203’不是由整体圆盘组成，而是由36个刀座元件连接而成。每个刀座元件的径向总宽度为100毫米，其中，刀头连接端2032’的径向宽度为50毫米；刀座预埋端2031’的径向宽度为50毫米，厚度为4毫米；每个刀座元件的圆周长大约为139.6毫米，是按照金刚石复合圆锯片1600毫米的直径计算出来的，具体算式为：1600×3.1415÷36。按照国家标准《GB/T16457.1-2009》中的要求，每个刀座元件上设有个3个径向宽度为24毫米的刀头连接端2032’，36个刀座元件一共可以安装108个金刚石刀头300。相邻的两个刀座元件之间设有间隔为22毫米的冷却水槽2033’。每个刀座元件上设有24个连接通孔。金属圆盘201’的离心端与预埋件刀座203’的向心端之间的距离为200毫米，胶接体202’的径向宽度即为：200毫米，再加上预埋在胶接体中的金属圆盘连接凸缘的径向宽度为50毫米和刀座预埋端的径向宽度为50毫米，径向总宽度共计为300毫米。如图3并参照图2所示，上述金属圆盘201’的离心端是指连接凸缘2011伸入胶接体202’部分的末端，而预埋件刀座203’的向心端是指预埋端2031伸入胶接体202’部分的末端。金属圆盘201’的连接凸缘和预埋件刀座203’的预埋端的厚度比胶接体202’的厚度小3毫米。组成锯片基体200的金属圆盘的半径、胶接体径向宽度、预埋件刀座径向宽度三者的比例为：1：0.667：0.111。选用环氧树脂作为胶黏剂，并选用短切碳纤维和玻璃纤维毡作为增强体。
采用热压模塑成型方法制作金刚石复合圆锯片，具体制造过程包括：
（1）模具涂脱模剂；
（2）对连接凸缘和预埋端进行表面处理；
（3）预埋件刀座装模组成圆环、金属圆盘装模；
（4）制备混合碳纤维的胶黏剂，裁剪玻璃纤维毡；
（5）铺设一层玻璃纤维毡，涂覆一层混合碳纤维的胶黏剂，以两者相间的形式进行增强材料的铺层；注入未含碳纤维的胶黏剂，进行合模、固化、脱模和修整；经检验合格即为金刚石复合圆锯片成品。
实施例二
图7为本发明实施例二的局部断面结构示意图。如图7所示，本实施例提供一种金刚石复合圆锯片100”，包括锯片基体200”和金刚石刀头300，金刚石刀头300均匀固定在锯片基体200”的圆周外缘上。在本实施例中，需要制作直径为2000毫米、厚度为8毫米的金刚石复合圆锯片。选用8毫米厚的45#碳结构钢板作为金属圆盘201”，直径为1000毫米，连接凸缘2011”的径向宽度为60毫米，厚度为5毫米，其上带有180个连接通孔。选用8毫米厚的65Mn钢作为预埋件刀座203”，径向宽度为120毫米，其中，刀头连接端2032”的径向宽度为60毫米，预埋端2031”的径向宽度为60毫米，预埋端2031”的厚度为5毫米。对照图1所示，本实施例中的预埋件刀座203”也不是由整体圆盘组成的，而是由32个刀座元件连接而成，每个刀座元件的圆周长度为196.343毫米，同样是按照金刚石复合圆锯片2000毫米的直径计算出来的，具体算式为：2000×3.1415÷32。每个刀座元件上设有4个径向宽度为24毫米的刀头连接端2032”，相邻的两个刀座元件之间设有间隔为24毫米的水槽2033”，每个刀座元件上设有32个连接通孔。32个刀座元件组成预埋件刀座203”的整体圆环，一共有128个刀头连接端2032”，可以安装128个金刚石刀头300。金属圆盘201”的离心端与预埋件刀座203”的向心端之间的距离为380毫米，胶接体202”的径向宽度即为：380毫米，再加上预埋在胶接体中的金属圆盘连接凸缘的径向宽度为60毫米和刀座预埋端的径向宽度为60毫米，胶接体径向总宽度为500毫米。金属圆盘201”的连接凸缘和预埋件刀座203”的预埋端2031”的厚度比胶接体202”的厚度小3毫米。组成锯片基体200的金属圆盘的半径、胶接体径向宽度、预埋件刀座径向宽度三者的比例为：1：1.136：0.136。
选用环氧树脂作为胶黏剂，并选用短切碳纤维和玻璃纤维布作为增强体。
采用热压模塑成型方法制作金刚石复合圆锯片，具体制造过程包括：
（1）模具涂脱模剂；
（2）对连接凸缘和预埋端进行表面处理；
（3）预埋件刀座装模组成圆环，金属圆盘装模；
（4）制备胶黏剂，裁剪玻璃纤维布；
（5）以一层玻璃纤维布和一层碳纤维相间的形式铺放增强材料；合模，注入胶黏剂，经过固化、脱模和修整等步骤完成制造；经检验合格即为金刚石复合圆锯片成品。
综上所述，本发明提供一种金刚石复合圆锯片，包括锯片基体和均匀固定在锯片基体圆周外缘上的金刚石刀头，所述锯片基体为三段式结构体，由其中心向外依次包括金属圆盘、胶接体和预埋件刀座，对比钢基体金刚石圆锯片来说，具有质轻、降噪和低能耗的优点；对比聚合物基复合材料基体金刚石圆锯片来说，采用金属圆盘后，锯片的强度和刚度都得到明显提高，既能适应切深小、进给大的切割方式，又能达到锯片线速度大，切削深度大于5mm的切割效果，使切割直线稳定，板材厚薄均匀，石板质量稳定。

Claims (18)

1.一种金刚石复合圆锯片，包括锯片基体（200）和金刚石刀头（300），金刚石刀头均匀固定在锯片基体的圆周外缘上，其特征在于，
所述锯片基体（200）由其中心向外依次包括金属圆盘（201）、胶接体（202）和预埋件刀座（203）；
所述预埋件刀座（203）包括靠近中心的预埋端（2031）和远离中心的刀头连接端（2032），所述金刚石刀头（300）固定在刀头连接端（2032）上；
所述金属圆盘（201）的外周设有连接凸缘（2011）；
胶接体（202）的内、外两侧圆周上分别嵌设有所述金属圆盘的连接凸缘（2011）和预埋件刀座的预埋端（2031）；
所述金属圆盘的连接凸缘（2011）和预埋件刀座的预埋端（2031）的厚度小于所述胶接体（202）的厚度；
所述金属圆盘（201）、胶接体（202）和预埋件刀座（203）胶接在一体后，三者表面保持平齐。
2.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述预埋件刀座（203）由多个刀座元件连接而成，每个刀座元件上设有三个或三个以上远离锯片基体中心的刀头连接端（2032）。
3.如权利要求2所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述预埋件刀座（203）由12-64个刀座元件连接而成。
4.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述预埋件刀座的预埋端（2031）和刀头连接端（2032）的径向宽度比为1:1。
5.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘（201）的半径与连接凸缘（2011）的径向宽度比为1:0.1-1：0.5。
6.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘的连接凸缘（2011）和预埋件刀座的预埋端（2031）嵌入胶接体（202）内部的总深度为1-300毫米，所述连接凸缘（2011）和预埋端（2031）的径向宽度比为1:0.3-1：2。
7.如权利要求6所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘的连接凸缘（2011）和预埋件刀座的预埋端（2031）的厚度比所述胶接体（202）的厚度小0.5-6毫米。
8.如权利要求6所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘（201）的离心端与预埋件刀座（203）的向心端之间的距离为10毫米至1000毫米。
9.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，组成所述锯片基体（200）的金属圆盘（201）的半径、胶接体（202）径向宽度和预埋件刀座（203）径向宽度三者的比例为：1:0.571:0.095至1:3:1。
10.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述预埋件刀座（203）的材质为锰合金钢或碳结构钢或两者混合。
11.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述预埋件刀座预埋端（2031）上设有4-2000个直径大小不等的连接通孔。
12.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘的连接凸缘（2011）上设有4-300个连接通孔（2012）。
13.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述胶接体（202）的材质为热固性树脂或热固性树脂胶粘剂。
14.如权利要求13所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述胶接体（202）中还含有纤维、毡或织物。
15.如权利要求14所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述纤维、毡或织物的材质为碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维其中之一，或者上述两种、两种以上纤维的混合。
16.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，所述金属圆盘（201）的材质为铝合金、锰合金钢或碳结构钢。
17.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，
所述锯片基体（200’）的直径为1600毫米；
所述金属圆盘（201’）为7毫米厚的冷处理锻压铝合金板，直径为1000毫米，所述连接凸缘（2011’）的径向宽度为50毫米，厚度为4毫米，该连接凸缘上开设120个连接通孔；
所述预埋件刀座（203’）为7毫米厚的45#碳结构钢板，径向宽度为100毫米，所述刀头连接端（2032’）的径向宽度为50毫米，预埋端（2031’）的径向宽度为50毫米，厚度为4毫米；
该预埋件刀座由36个刀座元件连接而成，每个刀座元件的圆周长为139.6毫米，刀座每个刀座元件上设有个3个径向宽度为24毫米的刀头连接端，36个刀座元件组成预埋件刀座（203’）的整体圆环，一共安装108个金刚石刀头（300）；相邻的两个刀座元件之间设有间隔为22毫米的冷却水槽（2033’），每个刀座元件上设有24个连接通孔；
所述金属圆盘（201’）的离心端与预埋件刀座（203’）的向心端之间的距离为200毫米；
胶接体（202’）的径向总宽度为300毫米；
金属圆盘（201’）的连接凸缘和预埋件刀座（203’）的预埋端的厚度比胶接体（202’）的厚度小3毫米。
18.如权利要求1所述的金刚石复合圆锯片，其特征在于，
所述锯片基体（200”）的直径为2000毫米；
所述金属圆盘（201”）为8毫米厚的45#碳结构钢板，直径为1000毫米，所述连接凸缘（2011”）的径向宽度为60毫米，厚度为5毫米，该连接凸缘上带有180个连接通孔；
所述预埋件刀座（203”）为8毫米厚的65Mn钢板，径向宽度为120毫米，所述刀头连接端（2032”）的径向宽度为60毫米，预埋端（2031”）的径向宽度为60毫米，厚度为5毫米；
所述预埋件刀座（203”）由32个刀座元件连接而成，每个刀座元件的圆周长度为196.343毫米；每个刀座元件上设有4个径向宽度为24毫米的刀头连接端（2032”），32个刀座元件组成预埋件刀座（203”）的整体圆环，一共安装128个金刚石刀头（300）；相邻的两个刀座元件之间设有间隔为24毫米的水槽（2033”），每个刀座元件上设有32个连接通孔；
金属圆盘（201”）的离心端与预埋件刀座（203”）的向心端之间的距离为380毫米；
所述胶接体（202”）的径向总宽度为500毫米；
所述金属圆盘（201”）的连接凸缘和预埋件刀座（203”）的预埋端（2031”）的厚度比胶接体（202”）的厚度小3毫米。
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