一种金属陶瓷冷锯圆锯片制造工艺的制作方法

本发明涉及一种金属陶瓷冷锯圆锯片制造工艺。

背景技术：

传统“热锯”圆锯片切割金属，犹如木工圆锯片加工木材，在锯齿与被切割材料之间摩擦剧烈，切割过程中产生大量的热。与上述热锯不同，冷锯加工因其切削原理不同，形成“冷锯”切割效果。与传统的高速钢和硬质合金为刀具材料的传统热锯锯片铣刀相比，冷锯锯片铣刀锯切断面质量好，定尺精度高。因此，在新的型材生产中已经得到应用，并且将在金属材料加工中得到更为广泛的应用。冷锯机的工作温度一般保持在40～50℃，被加工的工件不会因为摩擦产生的高温而改变材质，也不会因为冷却效果不佳，在外力和热应力的作用下，锯片产生扭曲变性，进而工件断面质量受到影响；由于冷锯机自动化程度高，操作工人的疲劳度低，锯切效率高，在冷锯机锯切过程中产生的噪音较低、没有火花、相比于热锯，冷锯成本较低(冷锯切每吨钢成本约为6.5元，热锯切每吨钢成本约为30元)，且粉尘较小，符合我国节能环保的要求。但冷锯工艺条件要求高，制造成本较高，检验整平工时长，成品率偏低，成为高效高质量金属陶瓷冷锯圆锯片生产瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种金属陶瓷冷锯圆锯片制造工艺，能够提高效率和成品率、缩短检验整平工时、降低制造成本，突破冷锯圆锯片的生产瓶颈。

本发明通过以下技术方案实现：

一种金属陶瓷冷锯圆锯片制造工艺，圆锯片包括圆形片体和设置在片体上的刀片，刀片由金属陶瓷制成，包括如下步骤：

A、将板材进行切割以得到外周设置有多个圆周分布的齿槽的圆形片体，片体上开设有位于中心的定位孔和围绕定位孔圆周分布的多个传动孔；

B、对片体进行喷丸或者喷砂处理后检测片体的应力，并根据检测结果控制喷丸或者喷砂的粒度和速度，以使片体应力满足≤0.2mm的要求；

C、对片体进行全面滚压使片体得到一定程度的平整后检测片体的平面度，并根据检测结果对片体进行顺次分度校平，以使片体平面度满足≤0.03mm的要求；

D、将刀片定位至片体齿槽内并使刀片相对片体的对称度满足≤±0.0025mm的要求后，采用双束激光将刀片焊接在片体上；

E、对片体进行人工整平以减小和消除因焊接造成的内应力和变形；

F、依次对刀片进行粗磨和精磨；

G、在每个刀片前端开设分屑槽，且相邻两刀片上的分屑槽交错对称排列在刀片对称线的两侧。

进一步的，所述步骤B利用第一检测装置检测片体的应力，第一检测装置包括基座、设置在基座上以定位片体的定位装置、可对片体一侧施加一垂直于片体的力的施力装置和设置在片体另一侧靠近片体边缘处以检测片体应力的千分表，所述定位装置包括夹持片体的第一固定夹盘、穿过第一固定夹盘和片体定位孔的第一微锥度芯轴、设置在基座与第一固定夹盘之间的第一精密轴承，定位装置通过定位孔与片体A面作为定位面组合，实现五点定位。

进一步的，所述步骤C中利用整平装置对片体进行全面滚压以及顺次分度校平，整平装置包括机架、可水平转动地设置在机架上的分度转台、设置在分度转台上以放置所述片体的工作台、位于工作台上方且可升降地设置在机架上的轧辊。

进一步的，所述步骤C中利用第二检测装置检测全面滚压后的片体的平面度，第二检测装置包括用于精确测量所述片体平面度的投影检测装置和用于验证投影检测装置检测结果的验证装置，投影检测装置包括间隔设置以夹持所述片体的第二固定夹盘和活动夹盘、穿过第二固定夹盘和片体的第二微锥度芯轴、端部设置在活动夹盘上以推动活动夹盘沿片体轴向移动的推动机构、间隔相对地设置在片体径向两端的光源和投影幕，验证装置包括刃口型直尺和塞尺。

进一步的，所述步骤D中利用对称定位装置将刀片定位至片体齿槽并使刀片相对片体的对称度满足要求，对称定位装置包括间隔对称设置且可转动的两压板、可同步转动地设置在两压板上部外侧的两凸轮和分别设置在两压板下部外侧的两复位弹簧，所述刀片置于齿槽内，两凸轮相对转动以使两压板相对转动并压住刀片，当刀片两侧向力不平衡时，凸轮动作推挤刀片向左或向右移动，复位弹簧用于使两压板处于张开位置。

进一步的，所述步骤F包括如下步骤：

F1、通过所述定位孔与片体A面作为定位面组合将片体定位；

F2、随机试磨三个刀片的刀齿，当试磨的刀齿的端面圆跳动公差满足：Δend≤0.005+0.0.+1/2Δt后，即可以相同的粗磨规格对所有刀片的刀齿进行粗磨，其中Δt为刀片宽度公差；

F3、利用全自动数控磨齿机对粗磨后的刀片进行半精磨和精磨。

进一步的，所述步骤G中利用分屑槽装置在每个刀片前端开设分屑槽，分屑槽装置包括步进电机、由步进电机驱动的分屑槽砂轮、设置在步进电机与分屑槽砂轮之间的丝杆螺母副，丝杆螺母副包括大直径螺杆和小导程螺母，其中，螺杆外径d3与螺母导程L的比值k＝d3/L≥20。

进一步的，所述刀头由Ti(C,N)添加WC，Mo2C，NbC，TaC，Co和Ni的金属陶瓷制成，所述板材包括8CrV或者8CrNi2。

进一步的，所述步骤E中通过局部锤击的方式进行人工整平。

进一步的，在步骤C之前，以定位孔与片体A面作为定位面组合将片体定位，通过铰刀精铰所述定位孔和传动孔。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明根据应力检测结果控制喷丸或者喷砂的粒度和速度、对片体进行全面滚压后检测片体的平面度，并根据检测结果对片体进行顺次分度校平，从而保证片体的平面度和刚度，将刀片定位至片体齿槽内并使刀片相对片体的对称度满足要求后，采用双束激光将刀片焊接在片体上，提高焊接质量和效率，相邻两刀片前端的分屑槽交错对称排列在刀片对称线的两侧，使圆锯片具有更好更快的切削能力，因此本发明能够提高生产效率以及成品率、缩短检验整平工时、降低制造成本，突破冷锯圆锯片的生产瓶颈。

2、本发明的定位装置第一固定夹盘和第一微锥度芯轴为定位元件，以定位孔和片体A面为定位面组合，实现五点定位，操作方便且定位精度高，在整个工艺过程中，均以统一的定位面组合定位，从而保证圆锯片尺寸和形位的高精度，第一精密轴承使千分表能够测量片体不同测点的应力，使应力检测准确度更高。

3、本发明的对称装置的两压板、两凸轮和两复位弹簧均对称设置，在将刀片定位至片体齿槽时，能够方便快速地使刀片置于相对片体的对称位置，并保证刀片的对称度，以方便激光的焊接和对刀片的粗磨，进而提高整个工艺生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1为金属陶瓷冷锯圆锯片的结构示意图。

图2为本发明的流程图。

图3为第一检测装置的结构示意图。

图4为定位装置的结构示意图。

图5整平装置的结构示意图。

图6为第二检测装置的结构示意图。

图7为片体的投影示意图。

图8为对称定位装置的结构示意图。

图9为分屑槽装置的结构示意图。

图10为相邻两个刀齿分别在工件上形成的截面示意图。

具体实施方式

如图1至图10所示，金属陶瓷冷锯圆锯片包括圆形片体1和设置在片体1上的刀片2，刀片2由Ti(C,N)添加WC，Mo2C，NbC，TaC，Co和Ni的金属陶瓷制成，片体1由8CrV或者8CrNi2板材制成，在板材的选料过程中，采用磁力探伤检验，保证板材优质无瑕疵，且要对片体1进行硬度检验。

金属陶瓷冷锯圆锯片制造工艺包括如下步骤：

A、采用高精度数控激光切割机将板材进行切割以得到外周设置有多个圆周分布的齿槽11的圆形片体1，片体1上开设有位于中心的定位孔12和围绕定位孔12圆周分布的四个传动孔13，刀片2顶端至片体1圆心的距离定义为片体1的外圆直径Φ外圆，齿槽11底端至片体1圆心的距离定义齿槽底圆直径Φ底圆，片体1外圆直径为Φ外圆＝(460±0.8)mm、齿槽底圆直径为Φ底圆＝(460-z±0.8)mm，其中，z为刀片2的长度，齿槽11分度位置精度≤15′；

B、对切割好的片体1进行喷丸或者喷砂处理后利用第一检测装置3检测片体1的应力，并根据检测结果控制喷丸或者喷砂的粒度和速度，以使片体应力满足要求，具体为应力≤0.2mm；

第一检测装置3包括基座31、设置在基座31上以定位片体1的定位装置32、可对片体1左侧施加一垂直于片体1的力的施力装置33和设置在片体1右侧靠近片体1边缘处以检测片体1应力的千分表34，施力装置33可采用微型液压千斤顶，定位装置32包括夹持片体1的第一固定夹盘35、穿过第一固定夹盘35和片体1定位孔12的第一微锥度芯轴36、设置在基座31与第一固定夹盘35之间的第一精密轴承37，定位装置32通过定位孔12与片体1的A面(图3中所示为第一固定夹盘35的A面，即为片体1的A面)作为定位面组合，实现五点定位；

千分表34与片体1接触的点为测点，转动片体1以使千分表34能够测量不同测点，在本实施例中，测点应不少于10个；

为保证定位的准确性，第一固定夹盘35和第一微锥度芯轴36的形位误差均高于现有技术，具体为：第一固定夹盘35的平面度为0.001、第一微锥度芯轴36的垂直度为0.002；

C、以定位孔12与片体1的A面作为定位面组合将片体1定位，通过铰刀精铰定位孔12和传动孔13；

D、利用整平装置4对片体1进行全面滚压使片体1得到一定程度的平整后，利用第二检测装置检测片体1的平面度，并根据检测结果利用整平装置4对片体1进行顺次分度校平，以使片体1平面度满足要求，具体要求为使片体1两面的平面度≤0.03mm；

整平装置4包括机架、可水平转动地设置在机架上的分度转台42、设置在分度转台42上以放置片体1的工作台43、驱动工作台43转动的第二步进电机44、位于工作台43上方且通过升降机构可升降地设置在机架上的轧辊45、驱动轧辊45转动的第三步进电机46，机架包括间隔设置的两立柱411和设置在两立柱411顶端之间的横梁412，升降机构包括门型压架471、设置在压架471两侧与两立柱411之间的直线导轨副472、设置在横梁412上方的液压缸473、设置在液压缸473和压架471之间的液压杆474，轧辊45通过轴承475可转动可设置在压架471上；

第二检测装置包括用于精确测量片体1平面度的投影检测装置51和用于验证投影检测装置51检测结果的验证装置，投影检测装置51包括间隔设置以夹持片体1的第二固定夹盘52和活动夹盘53、穿过第二固定夹盘52和片体1的第二微锥度芯轴54、端部设置在活动夹盘53上以推动活动夹盘53沿片体1轴向移动的推动机构、间隔相对地设置在片体1径向两端的光源55和投影幕56，验证装置包括刃口型直尺和塞尺；推动机构包括液压系统541、设置在液压系统541上的油缸542、设置在油缸542输出端的推头543，活动夹盘53设置在推头543上；

第一阶段，工作台43持续转动，轧辊45连续运动，液压缸473施力使轧辊45相对于片体1实现全面滚压，使片体1得到一定程度的整平，其表面层均匀的获得一定量的表面压应力；

利用投影检测装置51检测此时片体1的平面度，按照定位孔12和片体A面组合定位方法将片体1定位，实现五个自由度限位，取不少于三个不同方位的投影面，如图7所示，投影轮廓相对于理想平面0不规则性的最大值Δ即为测得的平面度，再利用刃口型直尺和塞尺验证检测片体1的平面度，检测方法为：在片体1两个平面上分别用刃口型直尺在三个以上过中心的分布测量上，塞尺厚度的最大值即为平面度，当验证检测的平面度与投影检测装置51检测的平面度之间的误差在允许范围内时，确定投影检测装置51检测的平面度即为片体1的平面度，否则，需再次投影测量；

第二阶段，以检测的平面度为基本依据，按标记顺次对分布在120度角上的的位置进行校平：液压缸473的液压杆474在工作油的作用下，沿直线导轨副472下移，带动第二步进电机44、轧辊45对片体1施压并保持一段时间，然后使轧辊45与片体1分离至一定安全高度，分度转台42转动以使工作台旋转120度，轧辊45再次下压实现片体1在另一120度方向上的校平，重复上述过程，得到另一120度方位上的整平；

在上述工作过程中，轧辊45在第三步进电机46的驱动下持续低速回转，保证片体1受到轧辊45表面的均匀作用；

E、利用对称定位装置6将刀片2定位至片体1齿槽11内并使刀片2相对片体1的对称度满足要求后，采用双束激光将刀片2焊接在片体1上，其中对称度≤±0.0025mm；

对称定位装置6包括间隔对称设置且可转动的两压板61、可同步转动地设置在两压板61上部外侧的两凸轮62和分别设置在两压板61下部外侧的两复位弹簧63，定位时，复位弹簧63使两压板61处于张开位置，刀片2置于齿槽11内，两凸轮62相对转动以使两压板61相对转动并压住刀片2两侧面，当刀片2两侧向力不平衡时，凸轮62动作以推挤刀片2向左或向右移动，直至刀片2两侧向力平衡，即使刀片2置于相对片体1的对称位置；

然后采用双束激光焊接，一束激光用于对刀片2和片体1局部的预热，另一束激光用于焊接，采用这种焊接方法可以实现各种几何体的连接，并且不会降低原材料的强度和高温性能，而焊接时间仅需数秒钟，此种焊接方式充分利用激光束能量密度大的特点，有效防止焊接过程中热影响区裂纹的产生，实现大熔深、小熔宽、小焊接热影响区、小残余应力和变形，高连接强度的精确控制焊接；

F、对片体1通过局部锤击的方式进行人工整平以减小和消除因焊接造成的内应力和变形，整平效果可利用投影检测装置51检测片体1的平面度；

G、依次对刀片2进行粗磨和精磨，具体包括如下步骤：

G1、通过所述定位孔12与片体1的A面作为定位面组合将片体1定位；

G2、由于片体1的校平误差在平面度≤0.03mm，且在焊接时，刀片2相对片体1的对称度误差极小(≤±0.0025mm)，因此在粗磨时可随机调整试磨三个刀片2的刀齿，当试磨的刀齿的端面圆跳动公差满足：Δend≤0.005+0.0.+1/2Δt后，即可以相同的粗磨规格对所有刀片2的刀齿进行粗磨，其中Δt为刀片宽度公差；

G3、利用全自动数控磨齿机对粗磨后的刀片2进行半精磨和精磨，同时磨刀片2的侧面，再磨后面和前面；

H、利用分屑槽装置7在每个刀片2前端精确的位置开设分屑槽，具体位置为保证相邻两刀片2上的分屑槽交错对称排列在刀片2对称线的两侧，微小的分屑槽使得圆锯片的每个刀齿都会在被加工的工件9表面对应的部位留下一个小凸起8，工件9加工过程中形成的切屑被小凸起8一分为二，下一个刀齿则会把上一个刀齿留住工件9表面上的小凸起8铣掉，并在工件9沿刀齿中心线的另一侧加工表面上形成一个新的小凸起8，切屑则再一次被小凸起8一分为二，如此循环往复，从而有助于分屑，利于卷屑和排屑，从而形成短而窄的切屑，使切削更为轻快，相邻两个刀齿分别在工件9上形成的截面示意图如图10所示；

分屑槽装置7包括步进电机71、由步进电机71驱动的分屑槽砂轮72、设置在步进电机71与分屑槽砂轮72之间的丝杆螺母副，丝杆螺母副包括大直径螺杆73和小导程螺母74，在步进电机71与丝杆螺母副之间设置有联轴器75，其中，螺杆外径d3与螺母导程L的比值k＝d3/L≥20，能使分屑槽砂轮72相对于刀片2的对称面(即是片体1的对称面)获得精确位置。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。