CN114799342B - 一种可快速切断钢铁的冷锯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可快速切断钢铁的冷锯及其制备方法，包括冷锯基体和分布在冷锯基体周缘上的刀头，刀头朝向旋转方向的一侧设有负角面，刀头上还设有开口方向与旋转方向相同的排屑槽，排屑槽的槽壁包括向远离负角面方向依次连接的第一排屑面、第二排屑面和第三排屑面，第一排屑面和第三排屑面均为平面，第二排屑面为向刀头内凹的圆弧面。本发明铁屑卷曲得较为松散，降低了黏着在刀头上概率，避免了崩齿、拉齿的问题；铁屑卷曲后宽度不易增加，降低了摩擦导致的发热问题，保证锯切质量；通过加长第一排屑面，进一步保证排屑顺畅；静压点腰工艺锁住冷锯内部应力，保证冷锯强度；冷锯本体精度超精密，焊接强度强，本体强度高且稳定。
Description
技术领域
本发明涉及锯片技术领域，尤其涉及一种可快速切断钢铁的冷锯及其制备方法。
背景技术
高速切割高硬度钢铁时，对冷锯本体的强度要求极高，一旦强度不足会出现冷锯本体断裂报废的问题。且高速切割时铁屑抱紧成团呈实心卷曲状，容易黏着在刀头排屑槽区域，引起拉齿、崩齿等不良情况，使用寿命短，且容易在产品表面的划伤划痕的问题。同时，高速切割钢铁时，特细实心卷曲状的铁屑一直出现在整个切割过程，切割的铁屑只有随对应刀头完成单次旋转离开被切割材料时才会离开材料，整个过程都在容屑槽处，与被切割材料的两个切断面进行摩擦。另一方面，因为铁屑卷曲过程会有偏差，卷曲后的宽度沿冷锯轴向比冷锯的宽度略宽，且较为坚硬，在切割过程与被切割材料发生有一定压力的摩擦，导致被切割材料的切割端面发热，热传导给冷锯导致冷锯切割不久后受热不规则变形，影响后续的切割质量及发热，形成恶性循环。
例如，在中国专利文献上公开的“耐冲击型金属冷锯”，其申请号为CN201620622726.3，包括带有安装孔的锯片基体和锯齿刀头，锯片基体的外缘周向设有锯齿，相邻锯齿之间设有齿底容屑槽，锯齿刀头包括前刀面、后刀面、第一焊接面、第二焊接面和刀头侧面，锯齿刀头通过第一焊接面、第二焊接面安装在锯齿的迎向切削的方向的齿座上，前刀面从上到下依次分为切削面、排屑面、断屑面以及导向支撑面，切削面与锯齿刀头后刀面的迎向切削方向边缘重合，断屑面上端与设置在与切削刃口处的排屑面通过圆弧面相连，断屑面下方与导向支撑面相连，导向支撑面与第一焊接面平行。其不足之处是，排屑面、断屑面之间夹角过小且无弧面过渡，导致在高速锯切下铁屑会抱紧成团，呈实心卷曲状，易黏着在刀头排屑槽上，引起拉齿、崩齿或导致产品划伤；另一方面铁屑宽度较宽，导致冷锯发热，影响切割质量。
发明内容
本发明是为了克服现有冷锯在高速切削时强度低，使用寿命短，废屑易粘刀，锯切质量差的问题，提供一种可快速切断钢铁的冷锯及其制备方法，冷锯强度高，高速切削时废屑不易粘刀，使用寿命长，切面质量稳定。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可快速切断钢铁的冷锯，包括冷锯基体和分布在冷锯基体周缘上的刀头，刀头朝向旋转方向的一侧设有负角面，刀头上还设有开口方向与旋转方向相同的排屑槽，排屑槽的槽壁包括向远离负角面方向依次连接的第一排屑面、第二排屑面和第三排屑面，第一排屑面和第三排屑面均为平面，第二排屑面为向刀头内凹的圆弧面。
本发明的特点在于对排屑槽的结构进行了改进，排屑槽上设有朝向冷锯中心依次设置的第一排屑面、第二排屑面和第三排屑面。锯切时，铁屑先沿第一排屑面进入第二排屑面的凹面中，此时铁屑在排屑面的作用下卷曲，然后沿第三排屑面离开刀头，由于第一排屑面和第三排屑面均为平面，使得排屑较为顺畅，且铁屑卷曲后宽度不易增加，降低了铁屑与被切割材料之间的摩擦，从而降低发热问题，保证锯切质量；排屑面设置成上述结构使得铁屑卷曲得较为松散，降低了黏着在刀头上概率，避免了崩齿、拉齿的问题。
作为优选，第一排屑面与第三排屑面之间的夹角为140~144°。
在上述优选范围下，尤其是在高速切割状态下，铁屑呈“6”字形，杜绝了铁屑因抱紧而黏着在排屑面上，同时由于铁屑较为松散，避免对产品产生划伤。
作为优选，刀头背离旋转方向的一侧设有第一焊接面，第二排屑面距离第一焊接面的最近点与负角面顶边之间的距离为1.05~1.25mm。
保证了第一排屑面长度足够，确保排屑顺畅。
作为优选，第一排屑面与冷锯旋转方向的切线夹角为95~98°。
该优选角度下，保证铁屑的松散度。
一种根据权利要求1所述的可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，包括如下步骤：
S1.切割得到冷锯基体廓形后，对冷锯基体进行淬火后回火；
S2.加工中心孔后，对冷锯基体的表面进行应力点腰处理，形成沿冷锯基体周向环绕的环形压痕，环形压痕包括沿周向交替设置的径向压痕和周向压痕，径向压痕沿冷锯基体径向延伸，周向压痕延伸方向与径向压痕垂直；
S3.对冷锯基体进行磨削加工后，加工用于焊接刀头的齿座；
S4.将刀头焊接至冷锯基体上后，对刀头的侧面、顶面和负角面进行刃口磨削处理。
步骤S1中对基体采用合金钢切割基体廓形，然后进行热处理，高温淬火使合金钢的金相组织珠光体加热后奥氏体化，通过急速盐浴冷却转变到马氏体不稳定的组织，此时的合金钢为马氏体组织，不稳定，锯片反应出来热处理硬度高，耐磨性好，容易裂，比较脆的外在特点；中温回火，锯片的显微组织从马氏体组织逐步变成回火屈氏体，此时的组织反应出来韧性强，硬度高，耐磨性好，组织稳定性强，平面度好等外在特点；步骤S2采用模具对锯片两个表面均匀冲压，施加外在应力形成环形压痕，保证锯片的应力稳定性，其中径向压痕和周向压痕同时保证了锯片在径向和与径向垂直方向上的强度，将冷锯锯片内部应力锁紧，避免高速切割下冷锯锯片的断裂。
作为优选，步骤S2中环形压痕至少设置两圈，环形压痕沿径向交替设置径向压痕和周向压痕。
保证在同一径向上既有径向压痕，又有周向压痕，确保应力分布均匀稳定，锯片强度得到保障。
作为优选，环形压痕的中心距离冷锯中心的距离为冷锯半径的2/3。
冷锯锯片距离中心孔1/3的位置通过法兰压住，环形压痕径向的中心位于外部露出部分的中心位置，保证露出部分的强度。
作为优选，径向压痕和周向压痕为弧形，弧形宽度为两端窄中间宽，弧形两端之间的间距为9~11mm，弧形宽度方向的最远距离为5~7mm，弧形中间宽度为3mm。
径向压痕和周向压痕呈弯月形状，在锯片上形成不规则的凹凸结构，促进局部应力的锁紧，且静压模具为相应的弯月形状，形状较为简单，维护简单，保证模具寿命。
作为优选，步骤S1中淬火包括在820~850℃下恒温加热，然后在250~300℃下盐浴淬火，回火温度在350~400℃，得到硬度为HRC45-52的冷锯基体。
高温淬火主要包括720℃预热3分钟，820~850℃温度区间恒温加热17~22分钟，无氧环境下进入250~300℃的盐浴进行淬火，保持20~30秒；中温回火包括在350℃~400℃的恒温环境回火6小时，最终得到硬度韧性合适的冷锯基体。
作为优选，冷锯基体的材质为合金工具钢80CrV2。
含Cr、V元素的冷锯基体锯切效果最佳。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）铁屑卷曲得较为松散，降低了黏着在刀头上概率，避免了崩齿、拉齿的问题；（2）铁屑卷曲后宽度不易增加，降低了铁屑与被切割材料之间的摩擦，从而降低发热问题，保证锯切质量；（3）通过加长第一排屑面，进一步保证排屑顺畅；（4）静压点腰工艺锁住冷锯内部应力，保证冷锯强度；（5）冷锯本体精度超精密，焊接强度强，本体强度强，稳定，切面质量稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种结构示意图。
图2是本发明实施例2的一种结构示意图。
图3是本发明刀头的尺寸示意图。
图4是本发明刀头的立体图。
图中：1、冷锯基体，11、齿座，12、周向压痕，13、径向压痕，14、中心孔，15、定位孔，2、刀头，21、负前面，22、第一排屑面，23、第二排屑面，24、第三排屑面，25、前面，26、顶面，261、断屑槽，27、第一焊接面，28、第二焊接面，29、侧面。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示的实施例1中，一种可快速切断钢铁的冷锯，包括圆形片状的冷锯基体1和均布在冷锯基体1周缘上的刀头2，冷锯基体1中心设有中心孔14，中心孔14周围设有偶数个定位孔15。冷锯基体的两侧表面上沿中心孔周向环绕内外两圈环形压痕，环形压痕包括沿周向交替设置的径向压痕13和周向压痕12，径向压痕13为沿冷锯基体径向延伸的矩形，周向压痕12为延伸方向与径向压痕13垂直的矩形，两圈环形压痕的径向中心位置至圆心的距离为半径的2/3，同一环形压痕相邻的径向压痕13和周向压痕12的距离为5~9mm，相邻的环形压痕上同一径向上径向压痕13和周向压痕12交替设置。冷锯基体1呈刀头2靠近旋转方向的一侧从上到下依次设有负角面21、第一排屑面22、第二排屑面23、第三排屑面24和前面25，刀头2顶部设有顶面26，刀头远离旋转方向的一侧以及底部分别设有第一焊接面27和第二焊接面28，其中第一焊接面27与前面25平行设置，第一焊接面27与第二焊接面28垂直设置，第一焊接面27与第二焊接面28之间设有45°的倒角，第二焊接面28与前面25之间设有45°的倒角。冷锯基体1上设有U形槽结构的齿座11，齿座11槽壁与第一焊接面27、第二焊接面28及两个倒角贴合设置，齿座11与刀头焊接。刀头能够陷入齿座内，增加焊接的结合强度，降低连续高负载切割过程因强度问题掉刀头导致寿命短的发生率。
如图3、图4所示，第一排屑面22和第三排屑面24均为平面，第二排屑面23为向刀头2内凹的圆弧面，其曲率半径为0.8~1.2mm。第一排屑面22与第三排屑面24的夹角γ为140~144°，夹角在不同刀头厚度上均匀，偏差＜1°。第一排屑面22需要足够长，确保排屑顺畅，其长度通过测量负角面21顶边与第二排屑面23最靠近第一焊接面27处的点D的距离h来衡量，h控制在1.05~1.25mm。第一排屑面22与冷锯旋转方向的切线夹角α，即第一排屑面前角呈95~98°。负角面21与冷锯旋转方向的切线夹角β呈25~29°。负角面21宽度d为0.22~0.28mm。顶面26上设有沿旋转方向延伸并贯通负角面21的断屑槽261，断屑槽261深度在0.2~0.3mm，如图3所示，相邻刀头2上的断屑槽261沿冷锯轴向错位设置，相邻两个刀头上的断屑槽的槽中心距为0.7~0.9mm。
快速切断过程的齿切量约0.10mm/齿，本发明的排屑面结构能够解决0.10mm/齿的切削量的铁屑抱团问题。刀头与被切割钢材接触时通过负角面对被切割材料挤压出铁屑，随着挤压的深入铁屑的长度会逐步变长，同时，铁屑被断屑槽261分割成两段。之所以能被分割是由于切削量0.10mm小于断屑槽的深度。铁屑挤压变长后形成沿锯片厚度方向即锯片轴向左右两段分开的铁屑，铁屑沿着排屑面移动，铁屑开始卷曲成“6”字形铁屑。此时的铁屑卷曲会随着α以及γ的变化而变化。同时，尤其是在切割速度非常快速时，γ对铁屑的卷曲大小有非常明显的决定作用。且第一排屑面与第三排屑面平面的设置保证铁屑的排屑顺畅。
实施例2
如图1所示的实施例1中，一种可快速切断钢铁的冷锯，其与实施例1的区别之处在于，径向压痕13和周向压痕12均为两端窄，中间宽的弯月形，其中，弯月形两端之间的长度a为10mm，所覆盖的最大宽度b为6mm，中部宽度c为3mm，模具四周圆弧倒角为R0.2。径向压痕和周向压痕呈弯月形状，在锯片上形成不规则的凹凸结构，促进局部应力的锁紧，且静压模具为相应的弯月形状，形状较为简单，维护简单，保证模具寿命。
实施例3
一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，包括如下步骤：
1）采用合金钢80CrV2切割形成冷锯基体廓形，高温淬火（720℃预热3分钟，820~850℃温度区间恒温加热17~22分钟，无氧环境下进入250~300℃的盐浴进行淬火，保持20~30秒）使合金钢的金相组织珠光体加热后奥氏体化，通过急速盐浴冷却转变到马氏体不稳定的组织，此时的合金钢为马氏体组织，不稳定，圆锯片反应出来热处理硬度高，耐磨性好，容易裂，比较脆的外在特点，中温回火（350℃~400℃的恒温环境回火6小时），圆锯片的显微组织从马氏体组织逐步变成回火屈氏体。此时的组织反应出来韧性强，硬度高，耐磨性好，组织稳定性强，平面度好等外在特点。最终基体硬度HRC45-52；
2）加工中心孔，控制冷锯齿部偏心量≤0.20mm；
3）采用内外两圈凸起模具上下均匀冲压锯片，施加外在应力，形成环形压痕，保证锯片的应力稳定性；
4）采用静压平面磨床加工，通过静压平面磨床上的砂轮磨头对冷锯进行磨削加工，控制锯片厚度均匀性（单枚锯片钢板厚度偏差≤0.004mm）及磨后的平整度（端面跳动≤0.05mm）；
5）齿部采用铣削方式加工，确保均一性；齿座采用“U”型陷入式设计，开齿需确保“U”型尺寸，确保焊接强度的安全性，铣削完成后，齿座底部的径向圆跳动≤0.03mm，单枚锯片整体铣削轮廓一致；
6）采用全自动高频焊接，焊接温度670~700℃；锯片外周齿座部分涂抹助焊剂，助于焊接升温；单刃刀头焊接完成后马上进行设备回火，回火温度600℃，0.5S，确保焊接的质量。
7）焊后的锯片等完全冷却后进行清洗，焊后处理；
8）专用工具矫平基体平整度，基体端面跳动≤0.025mm；
9）使用金属陶瓷砂轮进行刃口磨削处理，刃磨的面包括侧面29、顶面26和负角面21；
10）对刃磨完成后的锯片进行钝化处理刃口。
Claims (10)
1.一种可快速切断钢铁的冷锯，包括冷锯基体和分布在冷锯基体周缘上的刀头，刀头朝向旋转方向的一侧设有负角面，其特征是，刀头上还设有开口方向与旋转方向相同的排屑槽，排屑槽的槽壁包括向远离负角面方向依次连接的第一排屑面、第二排屑面和第三排屑面，第一排屑面和第三排屑面均为平面，第二排屑面为向刀头内凹的圆弧面，冷锯基体中心设有中心孔，中心孔周围设有偶数个定位孔，冷锯基体的两侧表面上沿中心孔周向环绕有环形压痕，环形压痕包括沿周向交替设置的径向压痕和周向压痕，径向压痕沿冷锯基体径向延伸，周向压痕延伸方向与径向压痕垂直；相邻的环形压痕上同一径向上径向压痕和周向压痕交替设置。
2.根据权利要求1所述的一种可快速切断钢铁的冷锯，其特征是，第一排屑面与第三排屑面之间的夹角为140～144°。
3.根据权利要求1所述的一种可快速切断钢铁的冷锯，其特征是，刀头背离旋转方向的一侧设有第一焊接面，第二排屑面距离第一焊接面的最近点与负角面顶边之间的距离为1.05～1.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种可快速切断钢铁的冷锯，其特征是，第一排屑面与冷锯旋转方向的切线夹角为95～98°。
5.一种根据权利要求1所述的可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1.切割得到冷锯基体廓形后，对冷锯基体进行淬火后回火；
S2.加工中心孔后，对冷锯基体的表面进行应力点腰处理，形成沿冷锯基体周向环绕的环形压痕，环形压痕包括沿周向交替设置的径向压痕和周向压痕，径向压痕沿冷锯基体径向延伸，周向压痕延伸方向与径向压痕垂直；
S3.对冷锯基体进行磨削加工后，加工用于焊接刀头的齿座；
S4.将刀头焊接至冷锯基体上后，对刀头的侧面、顶面和负角面进行刃口磨削处理。
6.根据权利要求5所述的一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，步骤S2中环形压痕至少设置两圈，环形压痕沿径向交替设置径向压痕和周向压痕。
7.根据权利要求5所述的一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，环形压痕的中心距离冷锯中心的距离为冷锯半径的2/3。
8.根据权利要求5所述的一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，径向压痕和周向压痕为弧形，弧形宽度为两端窄中间宽，弧形两端之间的间距为9～11mm，弧形宽度方向的最远距离为5～7mm，弧形中间宽度为3mm。
9.根据权利要求5所述的一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，步骤S1中淬火包括在820～850℃下恒温加热，然后在250～300℃下盐浴淬火，回火温度在350～400℃，得到硬度为HRC45-52的冷锯基体。
10.根据权利要求5所述的一种可快速切断钢铁的冷锯的制备方法，其特征是，冷锯基体的材质为合金工具钢80CrV2。
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