一种箭形刀齿及箭齿锯 |
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| 申请号 | CN202410222889.1 | 申请日 | 2024-02-28 | 公开(公告)号 | CN117921089A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 马鸿疆; 孙雅凡; | 发明人 | 马鸿疆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种箭形刀齿及箭齿锯，包括：箭齿单元，所述箭齿单元包括箭齿、箭齿 角 、箭齿尖、箭齿边、箭齿头以及箭齿尾；由于箭齿锐利的箭齿角及很长的箭齿边，使箭齿的剪切阻 力 减少为仅是同宽一字齿（本发明把锯切市场上用的有齿锯的锯齿统称为一字齿）锯阻力的十几分之一至几十分之一，而箭齿边刀的实际厚度远比一字齿锯切磨修规定的相应磨钝值薄一个数量级还多，这样可保证箭齿边刀锋的真实厚度始终处于一字齿作业时的最优刀峰区间（锯切磨修规定中显示，当箭齿边厚度小于磨钝值一半时即可实现优质作业），达到了一字齿优质作业要求的必备条件，创新了无需磨修而能连续锯切的箭齿，其锯切 质量 也一定比一字齿的锯切质量还好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种箭形刀齿及箭齿锯，其特征在于，包括：箭齿单元，所述箭齿单元包括箭齿（1）、箭齿角（2）、箭齿尖（3）、箭齿边（4）、箭齿头（5）以及箭齿尾（7）； |
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| 说明书全文 | 一种箭形刀齿及箭齿锯技术领域[0001] 本发明属于剪切技术领域，具体涉及一种箭齿锯及相关剪切工具。 背景技术[0002] 人类对刀锋锋利的特性很早就有认识，并已把它广泛应用到生产及日常生活的各个方面：例如斧子、菜刀、木工刨刃及一字齿锯等等，其弊病都是刀锋必须经过不断磨修才能继续作业。 [0003] 对于头部具有类似箭的外形特征的物体，运行中必产生尖利而又显著省力、节能的原理也很早就有充分认知，并在各个时期也都有应用，更是普及到现代科技及日常生活中：如古代射箭的箭头、农民耕田用的木犁、铁犁；近代的子弹弹头，现代的导弹头，火箭头、直升飞机、机车头部等部位都有应用。 [0004] 随着人们对生活水平要求的不断提高和科技的发展，锯切行业的应用越来越广泛，无论何种企业，在产品的生产中往往都离不开锯切作业，尤其在设备的维修中都离不开锯切工具；在日常生活中，每个家庭也都离不开对一些物件的简单切割。 [0005] 目前锯切行业普遍应用的一字齿锯齿都是完全依赖其锋利的刀锋来作业，随着刀锋的磨耗变钝就会降低锯切效率，使锯切越来越困难且耗能越来越大、锯切质量变差并显著增加作业成本。此时需要磨修刀锋达到锋利后方可恢复锯切。而磨修不仅费时、费力，也增加了产品的加工成本。 [0006] 一字齿锯对工件作业是把刀锋（俗称楔子）从被锯切工件表面水平倾斜切入，实现剥离加工，楔子立即承受齿宽范围内的全部剪切应力，剪切阻力大；而切屑只能从楔子的正前方出屑，出屑空间单一，出屑变形角度大、出屑剧烈及出屑能耗大、温升高，抬升锯齿作业时的一字齿温度，这会加快磨耗甚至会减少其寿命；还易产生振动、崩齿及刺耳噪音。 [0007] 但自有锯这种锯切工具以来，一直都在使用这种一字齿锯。很多人根据不同场合的各种需求，对刀锋外形进行了各种各样的改造，但都没有跳出一字齿的范围。 发明内容[0008] 本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种不需要磨修而能连续锯切的超省力、超长寿，且高质量锯切的全新节能箭形刀齿及箭齿锯，包括：箭齿单元，所述箭齿单元包括箭齿、箭齿角、箭齿尖、箭齿边、箭齿高、箭齿头以及箭齿尾；所述箭齿的俯视图结构满足以下条件：在箭齿中心线两侧各设一个矩形元素C，矩形元素C的长为箭齿边原始厚度a（参照锯切规定中相应磨修磨钝值），垂直于中心线的两个矩形高构成箭齿宽，沿着中心线方向在保持矩形元素C的高不变的情况下，拉伸矩形变成平行四边形，直至其斜边与中心线夹角为箭齿角一半的角度，此时两个平行四边形围成的实体图形构成箭齿；或者，箭齿角沿中心线水平平移一个箭齿边原始厚度的距离，平移过程中产生的所有锐角及其边的集合构成箭齿。 [0009] 所述箭齿角呈锐角；所述箭齿在箭齿高上是由箭齿的底部俯视图向上沿着圆锯片半径增大方向拉伸构成；所述箭齿尾的宽度自高而低呈逐渐收缩，最大值为箭齿上宽，最小值为底部宽；箭齿其他处宽度是：在一个平面内，自箭齿尖开始至箭齿尾成直线而形成的两线之间垂直于中心线或平行于底面并逐渐扩大的无数个对应连线构成；箭齿的有效长度是每个箭齿的底面高；箭齿的箭齿边受到的垂直剪切阻力随着箭齿角的缩小而减少。 [0010] 进一步地，还包括箭齿锯单元，所述箭齿锯单元包括锯片基体；在箭齿的底面设箭齿盘；箭齿尾的宽度最小值要比箭齿盘的宽度大；箭齿盘的宽度大于或等于锯片基体的宽度。 [0011] 进一步地，在箭齿盘下面设前、后两处箭齿根，或在前、中、后设三处箭齿根；箭齿根的末端放大成圆柱或方柱；并在箭齿根一侧的周边设有导楞；在锯片基体上设箭齿根孔，箭齿根孔的一侧周边设有导槽。 [0012] 进一步地，箭齿、箭齿盘、箭齿根各自加工完成后，分别两两牢固焊接成一体；之后把所有箭齿的箭齿根全部整体与锯片基体的所有箭齿根孔一次压注安装；或把箭齿盘直接与锯片最外圆弧或锯片外边缘焊接。 [0013] 进一步地，箭齿的作业运行方向只能从箭齿头到箭齿尾；在锯片基体上设标识，使锯片不能反向安装而出现反转运行作业的情况。 [0014] 把一字齿锯的刀锋（即楔子）由在一个方向水平倾斜作业，改为在两个方向（水平及垂直方向）的立式作业的箭齿，完全改变了一字齿的作业功能，不仅显示出刀锋锋利的特点，更凸显出其作业时的巨大省力、节能及高质量的新特征。箭齿边对工件的剪切可近似地认为符合两物体内力巨大情况下的非完全弹性碰撞，即近似符合动量∙冲量守恒定律（ 能量不守恒 ）。当动量转化为冲量时，冲力与作用时间成反比：即作用时间短，所受冲力大；作用时间长，所受冲力小。箭齿作业就是利用加长的箭齿总长度来加长作业时间，从而大力减少剪切的阻力。从几何学角度看：把一字齿变为箭齿，锐角箭齿边大力分解了一字齿的剪切阻力，使箭齿受力大为减少。以上两种认知从不同角度都得到：箭齿作业时，箭齿边垂直面上的剪切阻力仅是一字齿正面剪切阻力的十几分之一至几十分之一的巨大省力、节能结果。因箭齿边是由两个平行四边形构成，其实际厚度比一字齿磨钝值即箭齿边的原始厚度要薄一个数量级以上，这不仅满足了一字齿作业时刀锋磨钝值要小于锯切规定中的相应磨钝值的要求，而且使其始终处于保证高质量锯切的刀锋区范围，这样可依靠箭齿大大减少的剪切阻力及箭齿边的超高标准且恒定不变的刀锋厚度，轻易实现了连续高质量剪切，不需像一字齿那样完全依赖刀锋锋利且需不断磨修才能得以实现的连续锯切。因箭齿在高度上其上、下构造一致，箭齿锯切磨耗使其在高度上的降低，对剪切效果没有丝毫影响。当箭齿在高度上磨耗尽后，箭齿也就完成了使命，中间不需因磨修而出现的打磨浪费，实现了物尽其用。 [0015] 因加高的箭齿体积是一字齿一个磨修周期中磨耗体积（不含磨修浪费的体积）的十几倍以上；且箭齿剪切阻力比一字齿阻力小一个数量级还多，极大地降低了磨耗速率（比成比例降低还要低得多）。箭齿出屑由一字齿的一个空间变为两个，且是向较长的两侧翼出屑，每侧出屑体积少、出屑变形角度小、时间长、屑的变形缓慢，产生的热量少而传给屑的时间长，使作业时箭齿的温升低，可提高箭齿作业的耐磨性并加长其寿命。 [0016] 以上三个原因使箭齿的寿命得以极大提高，为一字齿一个磨修周期的上百倍甚至几百倍。以上三个原因可使箭齿的制作材料在硬度或强度上降等，更能显著降低锯切成本。 [0017] 箭齿的制作工艺及安装都不复杂，甚至比大多数形状复杂的一字齿还简单。 [0018] 一字齿作业时，因剪切阻力大而产生较大振动、崩齿、刺耳的噪声、锯齿温升高等弊端，箭齿剪切时因受力大大减少及磨耗大为减轻，以上附带的弊病会消失或大有好转。 [0019] 因一字齿存在诸多弊病，锯齿的制造者为了满足各种不同的锯切要求，对一字齿的刀锋形状有很多各种各样的改进和创新，这些创新使一字齿的形状及制造工艺愈加复杂。但这些创新所带来的益处，在箭齿巨大省力、节能及高质量的优势面前显得有些微不足道，所以箭齿实际上是对目前各种不同创新的一字齿的一种简化、统一和提升，必将会在以后的大部分锯切作业中逐步取代它们。 [0020] 本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种箭形刀齿及箭齿锯，由于箭齿锐利的箭齿角及很长的箭齿边，使箭齿的剪切阻力减少为仅是同宽一字齿锯阻力的十几分之一至几十分之一，而箭齿刀的实际厚度远比一字齿锯切磨修规定的相应磨钝值薄一个数量级还多，这样可保证箭齿边刀锋的真实厚度始终处于一字齿作业时的优质刀峰区间，达到了一字齿优质作业要求的必备条件，创新了无需磨修而能连续锯切的箭齿，其锯切质量也一定比一字齿的锯切质量还好。 [0021] 在高度上构造完全一致的箭齿，其作业磨耗使箭齿在高度上的降低，对其连续锯切质量没有丝毫影响。 [0022] 因箭齿整体的体积是一字齿一个磨修周期内纯磨耗体积的十几倍以上；又因作业阻力大幅减少后，其磨耗的速率会随阻力的大幅降低而极大降低；再加上箭齿作业能耗低，箭齿的温升低，不会因温度升高而加速磨耗。这三者都使箭齿的寿命更加延长，其总效果可达一字齿一个磨修周期的上百至几百倍，从而实现了箭齿相对于一字齿一个磨修周期的超长寿。 [0023] 箭齿锯切时完全不需磨修仍能获得连续强大的锯切效果，不仅实现了保质、省力、高效、节能锯切，当锯切同一工件时，箭齿与一字齿相比，还可降低制造箭齿材料的硬度或强度等级，会更加节省锯切成本。 [0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1是10度箭齿角箭齿圆锯安装俯视图；图2是10度箭齿角箭齿与圆锯片安装立面剖视图； 图3的（a）和（b）分别是10度箭齿角箭齿圆锯安装高处及低部俯视图； 图4是10度箭齿角箭齿与圆锯片组装详图； 图5是10度箭齿角箭齿与圆锯片组装总图； 图6是10度箭齿角箭齿圆锯片加工图； 图7 是10度箭齿角箭齿与带锯片安装详图。 具体实施方式[0027] 请参阅图1至图7，本发明提供一种箭形刀齿及箭齿锯，包括：箭齿单元和箭齿锯单元，箭齿单元包括箭齿1、箭齿角2、箭齿尖 3、箭齿边4、箭齿头5以及箭齿尾7；箭齿1的俯视图结构满足以下条件：在箭齿1中心线两侧各设一个矩形元素C，矩形元素C的长为箭齿边原始厚度a，垂直于中心线的两个矩形高构成箭齿宽，沿着中心线方向在保持矩形元素C的高不变的情况下，拉伸矩形变成平行四边形，直至其斜边与中心线夹角为箭齿角2一半的角度，此时两个平行四边形围成的实体图形构成箭齿1；或者，箭齿角2沿中心线水平平移一个箭齿边原始厚度a的距离，平移过程中产生的所有锐角及其边的集合构成箭齿1。 [0028] 箭齿角2呈锐角，两箭齿边4之间的空间呈空芯；箭齿边4的实际厚度k比箭齿边4的原始厚度a至少薄一个数量级。 [0029] 箭齿1在箭齿高h上是由箭齿1的底部俯视图向上沿着圆锯片半径增大方向拉伸构成；箭齿尾7的宽度自高而低呈逐渐收缩，最大值为箭齿上宽m，最小值为底部宽n；箭齿1其他处宽度是：在一个平面内，自箭齿尖3开始至箭齿尾7成直线而形成的两线之间垂直于中心线或平行于底面并逐渐扩大的无数个对应连线构成；箭齿1的有效长度b是每个箭齿1的底面高；箭齿1的箭齿边4受到的垂直剪切阻力随着箭齿角2的缩小而减少，其值仅是同宽度一字齿所受垂直剪切阻力的十几分之一至几十分之一。 [0030] 由于箭齿在高度上的加高，其整体体积是一字齿一次磨修周期中纯磨耗体积（不含磨修时打磨浪费的体积）的十几倍以上；更因作业阻力减少一个数量级以上，其磨耗速率得以极大降低（比成比例降低要低得多）；再加上箭齿作业能耗低，温升低，箭齿不会因温度升高而加速磨耗，这三者都使箭齿的寿命更加延长，实现了其寿命相对于一字齿一个磨修周期的上百倍甚至几百倍的增长。 [0031] 箭齿锯单元包括锯片基体21；在箭齿1的底面设箭齿盘6；箭齿尾7的宽度最小值要比箭齿盘6的宽度大；箭齿盘6的宽度大于或等于锯片基体21的宽度。在箭齿盘6下面设前、后两处箭齿根8，或在前、中、后设三处箭齿根8；箭齿根8的末端放大成圆柱或方柱；并在箭齿根8一侧的周边设有导楞；在锯片基体21上设箭齿根孔28，箭齿根孔28的一侧周边设有导槽。箭齿1、箭齿盘6、箭齿根8各自加工完成后，分别两两牢固焊接成一体；之后把所有箭齿1的箭齿根8全部整体与锯片基体21的所有箭齿根孔28一次压注安装；或把箭齿盘6直接与锯片最外圆弧或锯片外边缘24焊接，此时取消箭齿根8与箭齿根孔28的制作与加工。箭齿1的作业运行方向只能从箭齿头5到箭齿尾7，不得反向安装及运行作业；在锯片基体21上设标识，使锯片不能反向安装而出现反转运行作业的情况。为使箭齿1在剪切工件时满足高质量的剪切要求，首先要对箭齿1进行结构受力计算(平行四边形截面抵抗系数与矩形相同，计算时可用矩形替代平行四边形)。在满足安全运行前提条件下，需在箭齿角2的大小、箭齿宽m、箭齿高度h、箭齿边原始厚度a、箭齿有效长度b、箭齿的间距、箭齿的材质（含硬度或强度）、箭齿圆锯的直径、锯片基体21的材质等多项变量中经技术、经济比较，选出最佳配合参数。实施例一 [0032] 如图1至图6所示：选择箭齿角2为10度的72个箭齿1构成的直径为360mm的圆锯，其磨钝值即箭齿边原始厚度a选1.0mm，箭齿边的实际厚度k为0.087mm，箭齿上宽为2.0mm、箭齿底宽n为1.7mm，箭齿高h为4.5mm，箭齿头5、箭齿尾7长为1.0mm，箭齿有效长度b为12.69mm，箭齿盘宽1.65mm，圆锯基体厚1.6mm。 [0033] 箭齿1对工件的作业可以看作是把一字齿的刀锋‑楔子垂直立起来压入加工件表层，逐渐豁开其表层并在运行中对工件加工成不同深度的切口，以实现各种锯切作业。 [0034] 另从几何学角度分析：10度箭齿角2属于小锐角，其两个与中心线倾斜角为5度的箭齿边4强力分解了同宽度一字齿刀锋受到的剪切阻力，仅是其值的8.7%；箭齿在接触工件的一瞬间，刀尖3正面承受工件100%的剪切阻力，此时刀尖面积视为零，接着由箭齿边4继续剪切。此时箭齿边4即刀锋的实际厚度为0.087mm，比其磨钝值1.0mm小一个数量级还多，虽不及一字齿全新刀锋时那样锋利，但确是始终处于最优刀锋峰值区内，仍能高质量地进行剪切。实际上一字齿在纯刀锋时的作业时间很短，其刀锋很快磨钝成一个小圆弧，其高质量剪切的大部分时间是在刀锋的峰值区间内完成。 [0035] 箭齿边的实际厚度k在高度上完全一致，使箭齿无论在哪个高度上都可以不再需磨修即可高质量地进行连续剪切。因箭齿尾在高度上是逐渐收缩的，当箭齿因磨耗其高度变低时，箭齿角趋向于用更小一点的角度作业，会使剪切变得更好而不是更差一些。 [0036] 箭齿1因依靠其阻力的大力减少来实现剪切，其磨耗的速率更随阻力的大力减少而极大地降低。 [0037] 当箭齿角2选择为12度时，箭齿的最大阻力减少为原来一字齿的10.453%；当箭齿角为10度时，箭齿的最大阻力减少为原来一字齿的8.7%；当箭齿角为8度时，箭齿的最大阻力减少为原来一字齿的6.98%；当箭齿角为6度时，减少为原来一字齿的5.23%；当箭齿角为4度时，减少为仅是原来一字齿的3.5%。实施例二 |
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