鹰勾齿形双金属带锯条参形数模拟优化

吴永儒 王宏鹏 李文月 李贵茂 柳艳

摘   要：文章以鹰勾齿形参数为对象进行研究，重新设计该齿形参数、建立三维模型和模拟了锯切过程，发现鹰勾齿形锯切不同材料的锯切效率、切面质量、锯条使用寿命、锯切应力、分齿回弹、锯切温度、锯切时间和锯屑形貌等的变化规律。通过对模拟结果和实际切削结果数据对比分析，确定了最优的齿形参数，并自主设计了新型鹰勾齿形双金属带锯条。

关键词：双金属带锯条;齿形参数;仿真模拟;锯切效率

1    齿形参数

双金属带锯条齿形参数主要有：前角γ、后角α、齿尖圆弧r、分齿齿高h及分齿组合，如图1所示。

現有鹰勾齿形参数前角为13.3°，后角为25.0°，46.0°，分齿量为0.4 mm，厚度为0.9 mm，分齿高度为2.0 mm。鹰勾齿形为不同齿距和不同齿深的变齿型1.4/1.9 T双金属带锯条，其最大齿距17.7 mm，最小齿距15.0 mm，锯齿组合为中间导向齿、左分齿、右分齿、左分齿、右分齿、中间导向齿的5个齿为一组，下一组循环排列。

带锯条刀具图主要可以体现出锯条的尺寸，图2是带锯条刀具和工件相对位置三维示意，带锯条锯切工件，Y轴正向为进给方向，X轴正向为切削方向。

2    模拟结果与分析

2.1  原齿形锯切模拟

锯切304不锈钢模拟结果如图3所示。

从模拟数据分析发现，锯切40 Cr合金钢的X轴切削应力为1 000 N左右，最高切削温度1 903 ℃;切304不锈钢X轴的切削应力为1 100 N，最高切削温度1 219 ℃;切GCr15轴承钢X轴的切削应力为500 N，最高温度为1 012 ℃，锯切H13模具钢X轴的切削应力为18 000 N，高温度1 162 ℃，锯切H13时分齿的压应力比较大，分齿容易回弹而导致夹锯。

根据以上4组模拟结果对比，得出该鹰勾齿带锯条在锯切工件为304不锈钢材料时，综合锯切性能较好。

2.2  新齿形锯切模拟

将齿形参数前角改为11°，分齿量为0.42 mm，其余参数不变。通过新型齿形对40 Cr，304不锈钢、H13，GCr15等材料的模拟，同样发现新型齿形切割304不锈钢综合性能最好，同时比原有齿形的切削温度更低，排屑效果更好，综合性能大幅提高。

3    结语

将鹰勾齿的前角角度降低后，降低了切削应力，提高了切削效率，切削温度也明显降低，不但有利于保持齿尖强度，延长切削使用寿命，还能够提高切面质量，增加分齿量，断屑能力增强，有利于排屑降温。