金刚石锯片的张力处理.ppt

金刚石锯片的张力处理 FACT江信有限公司 台湾 陈伟恩FACT江信超硬材料有限公司 北京 向震泽 一 锯片的应力状态1 1 应力的定义 N m 当谈到材料强度的时候 必须先了解钢板表面上的任何一个点 在受到外来的合成力作用下对钢板所造成的影响符号 应力 单位 kgf m 或N m 拉张应力例如 圆棒 图1 压缩应力例如 圆柱 图2 弯曲应力例如 内建梁 图3 钢铁的抗拉试验 图4 拉张曲线图 图5 各阶段的相对应力极限如下 当时物件所承受之应力 E 物件于弹性变形极限时承受之应力 R 物件于塑性变形极限时承受之应力 弹性变形阶段 R物件的 E值与 R值为定植 以一般的金刚石锯片而言 其硬度及特性值大约如下 弹性极限 E 90kgf m 断裂极限 R 130kgf m HRC42 洛氏硬度 1 2锯片本身具有应力的因素 冶金因素 钢材本身因材料特性 对于成形 加工 切割及热处理过程的影响而具有记忆性 加热因素 局部加热 强烈日照 焊接 因不均匀膨胀和局部体积改变所造成内应力 机械因素 敲击 锤平等必要性措施 将造成塑性变形使钢板产生局部应力 其他因素 出厂后加工 修改 撞击等造成局部变形与应力 1 3回转速度而产生的应力 在半径方向上 从内缘一点A到外缘B 其力量的作用有二型 切线方向应力 T半径方向应力 R 锯片径向与切线方向应力解析图 图6 由离心力所产生的切线和径向上的张应力有助于锯片的刚性 除非已达锯片的临界速度 kgf m 0 41 7 85 10 6 Vm s 106 9 81 103 kgf m 0 328Vm s 10 3V 周速 rpm 3 14 直径 60米 秒假设直径为1 2米 转速rpm为1000转 分钟则线速度V 1000 3 14 1 2 60 62 8m s总应力 kgf m 0 41 7 85 线速度 62 8 9 81 1000 1 29kgf m 总应力 1 29kgf m 远小于锯片产生变形的弹性极限 E 90kgf m 断裂极限 R 130kgf m 因此离心力不足以产生变形或断裂 钢板的速度效应 图7 1 4周围热能所产生的应力 锯片的外环受热时应该却无法膨胀 对钢板内部产生了压应力 T造成无法直线纵向切割 切木材时 锯片圆周外缘的热效应是必须让锯片预先处理成 强张力 的最主要因素 但切割石材时 因为使用大量冷却水 这种热效应的影响通常不大 外部热能变化图 图8 1 5内部热能所产生的应力 通常摩擦力产生的原因有 1 切割通路受限制2 排屑困难3 切割时石块晃动摩擦力产生的热量大多集中在锯片表面或法兰附近 并将产生危险的内部应力造成 张力扩增 现象 尤其在多刀式机械核心部份冷却不足时最易发生 内部让能变化图 图9 1 6切削力量所产生的应力 这是影响最大的一种应力 远超过上述的所有应力 切削变数包括 1 推送速率2 切削深度3 回转数4 齿段特性 锋利 耐磨耗 5 石材的自然特性6 机台稳定性7 操控情形在转速不变的条件下 1 推送速率增大而切深不变时 切线方向受力增加2 切削深度增大而推送度不变时 径向受力增加因切削深度不同 造成钢板在径向与切线方向受力的变化 切削应力图 图10 二 预设张力 2 1环状张力处理所产生的应力 在锯片半径的一半的位置上 利用滚压机 即油压张力机 或锤击锯片两侧的固定直径部位以造成张力环 如此一来可借膨胀或不对称所造成预置的应力 内部区域具有压缩应力 外环区域则具切线方向上的张应力 这样的处理对锯片的稳定性有很帮助 可以抵消外环热能及切削力量所造成的负面效应 张力处理图 图11 张应力图 图12 外环张应力内环张应力 2 2圆锯片的振动通常锯片的稳定性会随速度而提高 但在超过临界速度时 锯片将因不稳定而产生不正常的切割 适当的张力处理 将提高锯片的刚性 使其自然频率升高 发生振动的临界速度亦提高 以超过一般使用时的切削速度 锯片抖动的几种形式 图13 张力效应 图14 2 3金刚石锯片的张力处理目的借助 预置应力 的运用来增加锯片的稳定性 锯片使用期限 切割品质及效率 主要的好处有 1 确保稳定 尤其降低外环热能所导致的伤害 2 提高自然频率及临界速度来消除振动的现象 这就是说在锯片内环区施以压应力 可以有效地消除因为高切割力量所造成的变形 三 锯片张力状态的检查3 1由变形量观察应力状态当一锯片平摆而静置时 所有的内部应力虽存在但并不能产生任何变形 但若是将锯片施加外力以造成弯曲变形 则内存的应力将会助长变形量更加明显 观察这些变形量便可了解锯片内部所存留的应力状态 3 2用刀口尺检查 锯片水平放置 适用在锯片直径小于1 2米时 观察当锯片变形时与刀口尺间的间隙 可预示张力在径向上所造成的压缩应力 弯曲的间隙是外环不均匀膨胀的重要依据 这些观察与判断皆需要经验的积累 钢板具有正向张力 图15 钢板具有负向张力 图16 3 3用刀口尺检查 锯片垂直放置 用刀口量测张力 图17 正向张力 负向张力 锯片直径超过1 2米时 其他的方法及诊断皆相同 3 4利用张力测试机检查 用上述的两种方法检查 当施一力于外环上以产生变形时 观察距施力点90度位置的变形方向和施力方向 1 可能是同一方向 表示正向张力 2 可能是相反方向 表示负向张力 3 或根本没有变形 表示零张力0 用张力测试机可读出偏移量的测定值 这些测定值用来显示锯片各部位的张力程度 测试机测量张力 图18 正向张力 负向张力 施加力量的大小影响测定的值 所以施力大小须以扭力计加以确定 paffenhoff 机器所采用施力标准值的基础 是测量标准偏移值3 5mm时的施力值 在FEPA标准厚度时 其直径在700到2000mm范围内 荷重约20kg 但在意大利使用较小荷重 约4到6公斤 施力 变形量计算图 图19 施力 变形量的标准有如下两种方法 1 使钢板产生一标准偏移值d为3 5mm时测量所施加的外力F值 2 选择一标准值F 对照其偏移值d 3 5测量 中性点 的夹角 中性角 所谓 中性点 是在锯片施力变形时 在施力点的位置产生一正向 与施力方向相同 偏移 而在施力点相反的位置有一负向 与施力方向相反 偏移 故在钢板的外环必有某一点的偏移值为0 这一点即称为 中性点 而中性点与施力点的夹角即称为 中性角 锯片在距施力点90度的位置具有正向变形则中性角将大雨90度 检测中性角的好处是它不受施力大小的影响 目前这种检查锯片的方法用的很广 特别是到客户机台上直接检测时很实用的 对大口径锯片的制造而言 这是一套实际而且可行的方法 中性点角度测量 图20 四 锯片张力的各种不同状态 为了用语及词汇的统一起见 将张力的各种状态详细列出 每种张力的描述方式为 A 锯片在不同区域内 内区 中间 外环 的应力特征 B 扩张状态所在的区域 C 在距施力点90度位置的变形状态 D 中性角的角度 4 1正向张力 A 内部区域具径向压应力 B 中间区域扩张 成锅碗形 C 在90度位置上有正向变形 与施力同方向 D 中性角大于90度 4 2零张力 A 无张力 B 无延伸膨胀 C 90度位置上无变形 D 中性角为90度 4 3负向张力 A 外部区域具切线方向压应力B 外部区域太过扩张 荷叶形 C 负向变形 和施力方向相反 D 中性角小于90度4 4过大张力A 内部区域具强大压力B 内部区域过度扩张 凸出平面成锅碗形 C 强烈正向变形D 中性角远超过90度 五 张力问题实际作业 5 1工具的选择 1 英式榔头 锤击法 用来修正局部区域 较薄钢板以及生产用 钢板相对的两面必须依序锤击 该型榔头须纵向使用 用较长一面的方向 2 张力滚压机 张力环 使用油压张力机 其两侧具对称性压力并可显示负荷 且与厚度公差无关 滚压机滚轮半径必须大于60 以避免造成过深的压槽 V型槽 3 其他方法 其他如热应力法 喷珠法 皆是可行且应加以发展的方法 但钨钢榔头则不宜使用 5 2张力矫正方法的运用 视状况不同来决定1 张力不足时 将负向或零张力锯片调整成正向张力1 张力环距中间约1 3处2 确定位置须依前述 90度张力值 来评估 3 滚压压力必须够大2 张力过大时 将过强的张力调整降低或去除1 张力环距外部1 3处2 滚压压力须减小3 形成均匀的张力 张力在每个方向上必须一致 但要得到均匀的张力必须依靠资深技术的专家 同时可依据显示张力状态的环状图判断 重要的是要测量距施力点90度位置的偏摆量 及该区域内的应力状态 张力不足 图21 张力过大 图22 六 焊接对张力的影响6 1焊接前后的张力检查操作者必须注意钢板在焊接过程中的张力变化 张力变化视焊接机器 过期 冷却效率 或锯片性质 厚度 成分 而有所不同 张力变化应该要数据化及表格化 以便提供给钢板供应厂商配合改善 6 2焊接前后张力的变化 1 焊接加工时前面1 4节时曾对锯片周围受热的现象有所叙述 锯片周旁因热膨胀而过度扩张 尤其冷却不足时更加明显 当锯片仍处于高温时 没有方法控制张力变化 尤其应避免急速冷却 2 焊接加工后当外环恢复原始大小时 在加热及冷却过程中对锯片内部产生的张应力以远超过其弹性极限 使钢板造成塑性 永久 膨胀变形了 总结而言 锯片是否出现严重的张力增加 完全视其加工过程及方式而定 七 多刀式锯片使用时的特殊问题 平行式多刀锯机的发展愈来愈大型化 也愈趋复杂 这些必须一致的刀具组经历了远比单刀式锯机更精密的发展过程 7 1变形的结果震动变形在单刀式的情形下是比较可以被接受的 但是在多刀式中变形偏差则非常危险 因为每片刀的间隔空隙通常只有13或15 宽 7 2冷却问题 多刀式锯机多具有极大的马力 如32片PEDRINI多刀式锯机就必须有160Kw的驱动马力 在台湾更有3组90片多刀式组合在一起 800 1200 1600 的锯机 而这些紧密的锯片组通常不易以冷却系统驱散由摩擦而产生的巨大热能 由热能所产生的应力问题如前面1 5所述 32片多刀式组锯 1米锯片 图23 7 3当机的经济成本 在32片多刀式机器上 只要有一片锯片不稳 则临近的锯片就有相当大的危险 必须将整套机器停止下来并进行极麻烦的拆卸及重新安装的工作 也就是说任何小事件的效应是要乘32倍的 所以在准备锯片组时 检查的必要性及小心的程度是极为重要的 7 4厚度公差 当多刀式锯机只装上一种规格的锯片时 应不致于发生厚度公差的问题 但在 多段锯机具有2到3种直径 就必须要非常严紧的公差 因为锯片厚度与锯片间隔的公差 其影响将从小锯片延伸到大口径锯片 公差要求在 0 03 或 0 02 以内 多段式锯机 图24 7 5其他预防措施 将14或32片 常见1 2m 锯片放在同一轴上 不论该轴有多坚固 运转时常仍会有许多震动的问题发生 但在多刀锯片中则不容许有这种不平衡的现象 经过我们分析 不平衡的一个重大因素是锯片改孔径 这只有资深且经验丰富的师傅 以及使用专业化的设备才能进行 尤其必须注意 改孔特别容易使锯片产生张力不平衡问题 刀组的一致性是多刀的关键在于 1 相同的钢材 2 相同的热处理 3 相同且连续的焊接方式 4 相同的张力检验发与张力图 5 相同的方式进行检测 6 相同的处理过程 八 多刀式锯片组检查 8 1张力测试机进行钢板检测时 宜使用测试机进行平整测试与压力调控 以取得精确一直的标准 操作时应注意下列事项 1 压力的运用须籍助有经验的师傅 2 利用偏心凸轮或气压推挤方式对锯片外缘产生偏移 3 5 读取90度位置的偏摆量以测量张力 并据此求出的张力图 3 平整测试时法兰的平面必须平整 偏差小于0 02 4 在轴方向上施力时 20kgf 固定法兰不得有任何移动 8 2张力检验方式 锯片在经过整平检验后 张力检验必须检查4个点 并用百分表读取90度偏移值 每一点具有两项要素 1 偏移值是正向或逆向2 偏移值的大小所得到的值需和标准值作比较当所有的锯片 这种正规严格的检查是有其必要性的 如此可确保该锯片组具有正确的张力 8 3偏摆 张力图 长条及圆形图 这些图形资料对调整张力的一致性非常重要 施力 法兰直径 锯片性能 是自动化测量节点情况的几个重要变量因素 锯片偏摆与张力线性图 图25 锯片偏摆与张力圆周图 图26 张力曲线 偏摆曲线 中心线 发兰平面 公差范围1mm 1mm 偏摆曲线 张力曲线 8 4偏摆与张力电脑自动检测软件 使用电容式变位转换器及角位移控制器读取每一测量点的资料 传送到电脑中予以计算处理 并将这些数据以圆形的偏摆张力图显示在电脑荧幕上 该软件由法国夏龙 Chaland 公司设计 适用于锯片的制造及维修检查 电脑自动检视软件具有下列多项功能 1 可选择显示资料的尺寸大小 2 偏摆和张力曲线的线图显示于预设的参考平面上 3 可预先设定公差表并容许修改 4 数据资料可储存与记忆资料库内以供随时调阅 5 自动存储测量变数及锯片资料 6 检查结果全部打印成文件或储存在磁盘上 提供给客户 夏龙 CHALANI 电脑检测偏摆 张力曲线图 图27 偏摆 张力 九 大口径锯片的特殊张力问题使用大口径锯片时 2 5到4米 需要借助于 锯片医生 来处理一些焊接后的再调整及失误后所必须的修复 9 1初始的张力处理 焊接前预先调整的张力值为一般切割花岗岩所使用的张力值 周速度小于30m s 在高速切割时 周速度大于60m s 则将该值乘以2 9 2焊接后的张力控制 焊接时的方法及过程决定其影响的程度 张力在自然冷却后 第一小时内不得用水冷却 仍可控制的相当均匀 9 3失败后的诊断 要完成良好的切割首先就必须配合好的机器 适当的齿段 调整合宜的切割情况 尤其使用金刚石锯片时 在这些因素中 锯片的张力程度往往并不是错误发生的决定性主因 但常具有重要的影响 并可作为诊断问题时的依据 依机械条件而言 最常见的原因为 1 冷却不足 2 岩石碎裂 3 机械运转控制不良 4 使用的切割参数过大 9 4张力对切割品质的影响 张力过强造成深度方向上的切割歪斜 张力不足时则在锯片移动方向出现切割歪斜 张力过强时 图28 张力不足时 图29 9 5失败或机件意外后的张力处理 只从4点测量90度偏差值对大锯片而言是不够的 必须测量锯片在应力下的偏移形状 有个简单的方法 即将锯片横摆在地上 而从自边缘一点施力举起 测量90度位置的变形状况 这种内部和边缘的偏移检查必须从许多不同方向进行 若是一部分过度的变形 则由专名技师家修复 但当许多问题同时发生时 就必须回厂 这多数都是轻微受损锯片仍继续强行使用的结果 B A 张力检查示意图 图30 大口径锯片检验 水平放置刀口检查 A 外环区域B 内部中间区域 拉力方向 直径法兰偏摆值施力大小单刀式锯片张力值多刀式锯片张力值 daN最小值最大值最小值最大值251 300750 10301 3501000 103514001000 12401 4501250 15451 5001250 15501 6201500 18200 050 200 000 10621 7201750 21200 050 200 000 10721 8202000 24200 050 200 000 10821 10002500 30200 050 200 050 151001 12002500 35200 050 200 050 151201 14003000 40200 100 300 050 201401 16003000 50200 100 300 050 201601 18003000 60200 100 300 050 201801 20004000 60200 150 402001 22504000 70150 150 402251 25004000 80150 150 402501 27504000 90100 150 402751 30004001 00100 200 453001 40005001 20100 200 50 十 张力值的规格表 焊接前的张力调整值 测量方式 测量距施力点90度位置的偏移方向及偏移量 正向偏移 张力测量图 图31 张力测量图 图31 张力测量图 图31 张力测量图 图31