摘 要

圆锯片是一种高效的切断加工工具，在木材加工、金属切割、工程建筑等许多行业都有较为广泛的应用。但是由于圆锯片的自身特性和特殊的工作环境因素，在生产加工过程中常会出现锯片锯齿磨损较快、工件的断面质量不高、严重的振动以及噪声较大等问题，这些问题会对锯切效果造成破坏，并且会对周围的环境造成污染。针对以上问题，结合圆锯片自身的结构特点，本文通过理论计算和有限元分析，改变锯片的齿型和齿形参数，齿型具体分为等腰三角形齿型和鼠牙齿型，齿形参数具体指锯齿的齿顶角、齿前角、齿根圆、齿数等，分析锯切力和锯切应力的变化情况，对两种常用的齿型和不同的齿形参数进行应力分析，结合实际情况找出较好的满足生产需要的合理齿型，提高锯片的使用寿命和锯切的生产效率，降低生产成本，减少损耗，提高生产效率。并对锯片进行模态计算，得出锯片的固有频率，对计算结果进行比较分析，对降低锯片工作中的振动和噪声提供理论根据。

关键词：锯切;齿形参数；应力分析；模态计算；有限元分析。

Circular saw blades and modal stress analysis calculation

ABSTRACT

Circular saw blades cutting process is an efficient tool, wood processing, metal cutting, construction and many other industries have a wider application. However, due to its special characteristics and work environment factors saw blade, in the production process of the Central Standing Committee appeared serrated blade wear faster, the cross section of the workpiece is not high quality, severe vibration and noisy and other issues, which will sawing effect damage, and will pollute the surrounding environment. To solve these problems, combined with the structural characteristics of the circular saw blade itself, based on theoretical calculations and finite element analysis, parameter change tooth and tooth blade, tooth divided into specific isosceles tooth type and mouse teeth, tooth parameter specifically refers serrated teeth apex, tooth rake angle, tooth root circle, the number of teeth, etc., analyzes changes in cutting force and cutting stress on the tooth and two commonly used parameters of different tooth stress analysis, combined the actual situation better meet the production needs to find a reasonable tooth, improve production efficiency and service life of the saw blade sawing, reduce production costs, reduce losses and improve production efficiency. And saw modal calculated the natural frequency of the blade, the calculation results of the comparative analysis, reducing blade vibration and noise at work provide a theoretical basis.

Key words：Sawing；Toothed parameters；Stress Analysis；Modal Calculation;Finite Element Analysis.

前言

锯片是一种圆形刀具，主要用来切割、加工固体材料等，其广泛应用于冶金、建材、石材以及机械制造等行业。切割不同的材料，选择的锯片类型也就相应不同。锯片为金属材质的薄板，因为面积较大，所以它的直径与厚度的比值也非常大，并且通常情况下锯片都是在高速旋转或者高速给进的外在条件下运转，因此在整个锯切过程中，普遍存在着严重的振动问题。剧烈的振动不仅会大大减少锯片的使用寿命，而且会在较大程度上降低锯切的质量。锯机的锯切工作由锯片和锯齿共同完成。齿型的选择与设计是不是合理，不仅直接影响到锯切的能耗，而且也会直接影响到锯齿的强度、锯片的寿命、在锯切时产生的噪声大小，并且影响锯切的生产效率以及工件的断面质量。由此可见，在选择锯齿的齿形时，应该考虑其能耗大小、制作简易程度、使用寿命长短以及噪音大小等方面，并且为了节约一定的时间与成本，锯片使用过程中会存在修复问题，因此考虑到修复时间和成本，合理的齿型还应该具有易于修复的特点。锯片主要有国产和进口两种。国产锯片主要用来切割石材和含杂质比较多的木材。国产锯片普遍表现为价格便宜、锯片生产工厂很多。但目前尚未能形成一家能够参与国际竞争的锯片企业。在中国的市场也主要在中低端市场。目前中国锯片技术、生产工艺仍需提高，中高档市场仍主要使用进口锯片。江苏丹阳是国产锯片的主要生产集中地。进口锯片则主要来源于欧洲和日本。日本的厂家比较多，但很多生产地也是在中国。在选择进口锯片的时候一定要确保是否原装进口，提供确切的关税证明。另外，锯片的齿数也很有讲究。一般来说锯片的齿数越多，在单位时间内切削的刃口越多，切削性能越好，但切削齿数多需要用硬质合金数量越多，锯片的价格就高，而且锯齿过密，齿间的容屑量变小，容易引起锯片为发热，另外锯齿过多，当进给量配合不当的话，每齿的削量很少，会加剧刃口与木料的摩擦，影响刀刃的使用寿命。通常齿间距在15mm—25mm这一范围内，应根据锯切的木料选择合理的齿数。以木料为例，开薄料用齿数多的，开厚料用齿数少的，开硬木用齿数多的，开软木用齿数少的。

结合以上内容，本文对锯片进行应力分析与模态计算，并结合有限元分析对锯齿齿型参数进行优化，对其振动特性进行研究。

目 录

1绪论………………………………………………………………………………………………1

1.1研究背景……………………………………………………………………………………1

1.2 研究现状……………………………………………………………………………………2

1.3 研究意义……………………………………………………………………………………3

2模型创建…………………………………………………………………………………………5

2.1模型建立初期…………………… ………………………………………………………5

2.2 模型建立后期……………………………………………………………………………6

3应力来源与加载………………………………………………………………………………10

3.1锯片锯切过程……………………………………………………………………………10

3.2锯切力的计算……………………………………………………………………………10

3.3添加约束与载荷…………………………………………………………………………10

4锯片的齿形参数优化…………………………………………………………………………13

4.1齿型的比较………………………………………………………………………………13

4.2锯齿前角的影响…………………………………………………………………………18

4.3齿顶角的影响……………………………………………………………………………21

4.4锯齿齿距对锯切力的影响………………………………………………………………23

4.5锯齿齿根圆的优化………………………………………………………………………24

5 圆锯片模态分析………………………………………………………………………………27

5.1圆锯片振动学方程………………………………………………………………………27

5.2锯片静态特性的有限元计算…………………………………………………………28

6 结论……………………………………………………………………………………………30

致谢……………………………………………………………………………………………31

参考文献…………………………………………………………………………………………32

1绪论

1.1研究背景

随着社会的逐步发展与人们物质水平的大幅上升，人们对建筑、工艺品、机械制造等行业的要求也在不断提高。另一方面自改革开放以来，国家也积极推广工业生产，因此加工业得到了飞速发展。圆锯片由于拥有良好的切削加工性能，已经得到普遍的认可，在未来的应用将比现在更加广泛。

据如今市场调研分析，在各个使用金刚石圆锯片的工程领域中，普通基体金刚石圆锯片在这之中脱颖而出，应用最为普及。由此可见普通基体金刚石圆锯片已经能够满足大部分人对切割的需求，因此才会有大面积的使用和普及。尽管如此，圆锯片仍然存在着许多问题，这些问题一直影响着锯片成本和断面切割质量。

锯片具体可分为以下三类：一是用于石材切割的金刚石锯片；二是用于金属材料切割的高速钢锯片（不镶嵌硬质合金刀头的）；最后是用于实木、家具、人造板、铝合金、铝型材、散热器、塑料、塑钢等切割的硬质合金锯片。针对目前圆锯片存在的诸多问题，有的人对刀头胎体成分、钴含量、金刚石、不同碳化钨粉料以及烧结工艺对锯片锋利性和寿命等方面的影响进行了研究，研制出了一种既锋利又耐用的混凝土专用圆锯片。还有人通过分析金刚石圆锯片的节块工作面上的金刚石的分布状态和锯片工作时的运动特点，求出了锯片节块工作面上出刃金刚石之间的距离和金刚石的运动轨迹，据此推导出单颗金刚石切削厚度的计算公式，并确立了切削厚度与锯切参数和节块结构之间的关系。还有一些人综合介绍了国内外优化金刚石圆锯片基体及锯齿结构的有关成果，分析了各种防侧面磨损防应力变形、改善冷却性能的锯片基体及锯齿结构的特点、生产价值及存在问题。

锯齿齿形的选择也相当重要，对于不同的切割物品应选择不同的齿形，这样才能事半功倍，达到最好的效果。常用的齿形有左右齿（交替齿）、平齿、梯平齿（高低齿）、倒梯形齿（倒锥形齿）、燕尾齿（驼峰齿）、以及并不多见的工业级的三左一右、左右左右平齿等。左右齿是其中应用最多的，它的切断速度非常快，修磨过程相对于其他齿形比较简单。适用于开料和横锯各种软、硬实木型材和密度板、多层板、刨花板等。平齿锯口比较粗糙，切削速度也比其他慢，但是修磨方式确是所有齿形中最简单的。因此主要用于一些普通木材的锯切，这样可以降低成本，多用于直径较小的铝用锯片，来保持切削时减少粘连，或用于开槽锯片以保持槽底平整。梯平齿是梯形齿和平齿的组合，修磨方式是比较复杂的，其锯切时可减少贴面崩裂现象，适用于各种单双贴面人造板、防火板的锯切。铝用锯片为了防止粘连也多用梯平齿的齿数较多的锯片。倒梯齿常用于裁板锯底槽锯片中，在锯切双贴面的人造板时，槽锯调整厚度完成底面的开槽加工，再由主锯完成板材的锯切加工，以防止锯口出现崩边现象。