CN110039116A - 一种优化双金属带锯条焊缝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种优化双金属带锯条焊缝的方法。所述优化双金属带锯条焊缝的方法包括:（1）将工具钢钢丝与合金结构钢钢带对接成复合钢带；（2）工具钢和合金结构钢通过对接位置加热熔化形成熔池，该熔池为焊缝区域；（3）该焊缝区域工具钢所占比例H按照公式
Description
技术领域
本发明涉及双金属带锯条设计与制造技术领域，尤其涉及一种优化双金属带锯条焊缝的方法。
背景技术
双金属带锯条是一种材料切割的常用工具，其锯齿是工具钢，通常为高速工具钢，带体是合金结构钢，通常为弹簧钢。其加工工艺路线通常为：将工具钢钢丝和合金结构钢钢带通过激光焊或电子束焊结合在一起后，通过退火、冷加工、锯齿成形、分齿、淬火和回火、喷砂等一系列工序加工而成。
双金属带锯条失效方式包括带体断裂、锯齿磨损和焊缝失效，其中焊缝失效通常为瞬间发生的崩断，是一种异常失效，其主要原因是焊缝刚性不够，导致受锯切过程中冲击、振动的影响而开裂。尤其在锯切空心材料时，如圆管、方管、槽钢、角钢、工字钢等材料时最常发生。一方面是因为锯切这一类材料时振动会大于锯切实心材料，另一方面在锯切空心材料的锯齿会与工件产生多次冲击。
如现有专利：US6601495B2——Structural saw blade（结构锯片），其中有介绍前刀面、后刀面突出一部分的设计，但该突出是自锯齿向外设有凸点后再与齿沟连接，该结构使得加工的铣刀结构复杂，加工工序繁多。
美国专利US2013/0149059A1——Saw blade with tooth form projection（带突出部分齿形的锯片），中国专利201030124581.2——带锯齿，有介绍前刀面的设计，但其主要目的是断屑，而不是针对焊缝。
因此需要提供一种优化双金属带锯条焊缝的方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锯切空心材料、能提高焊缝的刚性和质量、减少焊缝失效、从而提高双金属带锯条寿命的方法。
本发明的技术方案是：一种优化双金属带锯条焊缝的方法包括：
将工具钢钢丝与合金结构钢钢带对接成复合钢带；
（2）在工具钢钢丝与合金结构钢钢带的对接位置将工具钢和合金结构钢通过加热熔化形成熔池，该熔池为焊缝区域；
（3）该焊缝区域中，工具钢熔化区域的面积与焊缝区域的面积之比值H按照如下公式计算：
（1）
其中，a为焊缝宽度，L为中心距，W为工具钢钢丝宽度；
（4）在复合钢带位于工具钢的一侧加工成锯齿形状。
上述步骤采用激光焊或电子束焊对焊缝区域进行焊接。
上述方法通过设计双金属带锯条的焊缝宽度a，减少焊接时位置的波动对焊缝成分的影响，从而提高焊缝质量稳定性。
优选的，控制焊缝宽度a＞0.4mm。
优选的，工具钢所占比例H为0.4~0.6。
优选的，将复合钢带加工成锯齿形状后，所述焊缝区域在锯齿的长度通过自锯齿向齿沟倾斜的斜面拉长。
优选的，所述锯齿在前刀面上包括齿面和自所述齿面与齿沟连接的斜面，所述齿面与后刀面之间的夹角为55~70°，所述齿面与竖直方向之间的夹角为3~10°，斜面与水平方向之间的夹角γ为锐角。
优选的，所述齿面与斜面之间有一交点c，该交点c的位置高于焊缝区域f的位置。
为保证锯齿的宽度和又具有足够的齿沟宽度，所述焊缝水平中心线在锯齿b上的长度和齿沟g上长度之比为1.1：1~1：1.1为最合适。
如图1所示，双金属带锯条包括锯齿、焊缝、带体三个部分，焊缝尺寸包括长度、宽度和厚度，其中，焊缝的厚度由双金属带锯条厚度决定，与双金属带锯条厚度一致，长度由齿形决定，宽度则由激光焊或电子束焊工艺决定。由于锯切过程中锯齿承受的切削力与焊缝长度和厚度方向所确定的平面平行，而厚度与双金属带锯条厚度一致，因此通过齿形设计来增加焊缝长度是提高焊缝尺寸、从而提高焊缝刚性的重要方法。
双金属带锯条靠锯齿一侧是由锯齿和齿沟两部分组成，齿沟主要用于容纳锯屑，通常齿沟越大，容屑空间越大，但会造成锯齿的尺寸减小，从而降低锯齿的刚性。
在锯切实心材料时，往往锯屑较大，因此需要保留较大的齿沟空间以容纳锯切时的切屑。如锯切100mm×100mm的实心方料、单个锯齿锯切深度为0.005mm时，锯屑尺寸约100mm×0.005mm。但锯切100mm×100mm、壁厚为10mm的方管、单个锯齿锯切深度为0.005mm时，锯屑尺寸仅10mm×0.005mm。因此，与锯切实心材料相比，锯切空心材料时锯屑尺寸小很多，这样不需要很大的齿沟空间来容纳锯屑，因此可以将齿沟的一部分空间给锯齿，或者说减小齿沟尺寸、增大锯齿的尺寸，这样在锯切空心材料时并不会影响齿沟容纳锯屑，同时又可以增大锯齿的尺寸，从而提高锯齿的刚性。
上述方案中，一方面增大锯齿的楔角，在现在双金属带锯条市场，常规锯齿的楔角往往在47°~52°不等。如果将锯齿的楔角增大，锯齿将会变得更宽，从而可以提高锯齿的刚性。但是如果锯齿的楔角太大，在锯齿经过一定程度的磨损后，磨损平面将会更宽，这样会增加锯切时的进给力，造成锯切效率降低。因此较理想的锯齿楔角为55°~70°。
另一方面，在锯齿的前刀面与齿沟之间增加一个斜面，以此来延长焊缝的长度增加锯齿的宽度。
优选的，所述锯齿成形采用铣削成形、磨削成形、激光切割、水切割和线切割中的一种或组合。
优选的，所述双金属带锯条表面处理为表面辊压、喷砂中的一种或组合。
优选的，所述双金属带锯条的锯齿硬度为65-70HRc，带体硬度为45-55HRc。
与相关技术相比，本发明的有益效果为：通过上述制造方法生产的双金属带锯条，焊缝刚性得到明显改善，同时焊缝质量稳定性得到提高，从而减少双金属带锯条在锯切空心材料过程中的焊缝失效，能有效延长双金属带锯条寿命。
附图说明
图1为现有的双金属带锯条锯齿的结构示意图；
图2为本发明提供的优化双金属带锯条焊缝的方法的复合钢带焊缝区域示意图；
图3为本发明提供的优化双金属带锯条焊缝的方法中的双金属带锯条的锯齿结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图2所示，本发明提供的一种优化双金属带锯条焊缝的方法包括：
采用激光焊或电子束焊将工具钢钢丝与合金结构钢钢带对接成复合钢带，在该对接位置e将高速钢和合金结构钢通过加热熔化形成熔池，该熔池为焊缝区域f；
焊缝强度与焊缝区域的成分有很大关系。焊缝可以看成工具钢和合金结构钢的化学混合物，其成分与两者的比例有关。由于工具钢和合金结构钢本身的成分和特性有很大差别，工具钢的碳含量高、合金元素含量高，其硬度高，但脆性大。合金结构钢碳含量和合金元素含量均相对较低，其韧性好，但强度不高。焊缝中如果工具钢所占比例过高，将会造成焊缝的脆性过大，容易崩断，而如果合金结构钢所占过高，将会造成焊缝强度不够。根据生产经验，两者比例为1：1时能够获得较好的综合性能。
焊缝区域工具钢和合金结构钢的比例与焊缝位置有关，这可以在激光焊/电子束焊工序通过夹具进行控制。
（2）如图2所示，该焊缝区域f中，工具钢熔化区域t的面积与焊缝区域f的面积之比值H按照如下公式计算：
（1）
其中a为焊缝区域和工具钢连接线与焊缝区域和合金结构钢连接线之间的距离，即焊缝宽度，L为焊缝区域中心线与工具钢外侧之间的距离，即中心距，W为工具钢钢丝宽度。。通常生产控制为W=L，使H=0.5。从上式可见，H与a有很大关系。在此我们假设生产中出现了波动，导致W-L=0.05mm。如果a=0.5mm，则H=0.6，与0.5的标准值偏离0.1。而如果a=0.25mm，则H=0.7，与0.5的标准值偏离0.2。由上述可见，同样的生产波动，当焊缝较窄时，H偏离标准值（0.5）的偏差更大。也就是说，如果焊缝较窄，焊缝的稳定性将会更差。
通过设计双金属带锯条的焊缝宽度，减少焊接时位置的波动对焊缝成分的影响，从而减少对焊缝强度的影响。控制焊缝最大宽度a＞0.4mm；工具钢在焊缝中所占比例（即在钢带横截面中工具钢部分的面积所占焊缝区域面积的比例）为0.4~0.6。
（3）将上述复合钢带通过铣削成形、磨削成形、激光切割、水切割和线切割中的一种或组合将复合钢带工具钢一侧加工成锯齿形状。
如图1所示，为一种锯齿的常规设计，采用楔角50°、前角10°。对于齿距为6.4mm（每英寸4个锯齿）的设计，其焊缝中心线在锯齿部分的长度为2.02mm，焊缝中心线在齿沟部分的长度为4.38mm，两者比例约为0.46：1。
如图3所示，为一种锯齿的改进型设计，所述焊缝区域通过在前刀面自锯齿1向齿沟倾斜的斜面拉长其长度。所述锯齿在前刀面上包括齿面11和自所述齿面11与齿沟3连接的斜面12，以及齿面11与斜面12的交点c，所述齿面11与后刀面21之间的楔角α为58°，所述齿面11与竖直方向之间的夹角β为7°。并在前刀面向齿沟倾斜一个斜面12以增加锯齿部分的焊缝尺寸，所述斜面12与水平方向呈一锐角γ，该角度保证焊缝中心线d在锯齿1部分的长度b与在齿沟3部分的长度g为1：1。然后通过淬火和回火将双金属带锯条锯齿硬度提高至65-70HRc，带体硬度提高至45-55HRc。
所述锯齿成形采用铣削成形、磨削成形、激光切割、水切割和线切割中的一种或组合。所述双金属带锯条表面处理为表面辊压、喷砂中的一种或组合。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，包括：
（1）将工具钢钢丝与合金结构钢钢带对接成复合钢带；
（2）在工具钢钢丝与合金结构钢钢带的对接位置将工具钢和合金结构钢通过加热熔化形成熔池，该熔池为焊缝区域；
（3）该焊缝区域中，工具钢熔化区域的面积与焊缝区域的面积之比值H按照如下公式计算：
（1）
其中，a为焊缝宽度，L为中心距，W为工具钢钢丝宽度；
（4）在复合钢带位于工具钢的一侧加工成锯齿形状。
2.根据权利要求1所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，控制焊缝宽度a＞0.4mm。
3.根据权利要求1所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，工具钢所占比例H为0.4~0.6。
4.根据权利要求1所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，将复合钢带加工成锯齿形状后，所述焊缝区域在锯齿的长度通过自锯齿向齿沟倾斜的斜面拉长。
5.根据权利要求4所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，所述锯齿在前刀面上包括齿面和自所述齿面与齿沟连接的斜面，所述齿面与后刀面之间的楔角为55~70°，所述齿面与竖直方向之间的夹角为3~10°，斜面与水平方向的夹角为锐角。
6.根据权利要求5所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，所述锯齿在前刀面上的吃面与自所述吃面和齿沟连接的斜面有一交点，该交点的位置高于焊缝区域的位置。
7.根据权利要求4所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，所述焊缝水平中心线在锯齿上的长度和齿沟上长度之比为1.1：1~1：1.1。
8.根据权利要求1所述的优化双金属带锯条焊缝的方法，其特征在于，所述双金属带锯条的锯齿硬度为65-70HRc，带体硬度为45-55HRc。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190723 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |