一种球面弧形金刚石锯片加工及切割方法与流程

本发明涉及一种球面弧形金刚石锯片加工及切割方法，应用于道路交通工程领域，具体是一种混凝土、沥青等或其混合材料的切割工具的加工方法及其应用方案。

背景技术

市政设施建设中，道路窨井(检查井、雨水井)周围路面沉降、裂缝和破损等问题一直是道路存在的顽症，也是市政长期以来存在的一项通病，其不仅严重影响交通行驶安全，也极大地影响城市环境质量。但其修补面临着耐用性差，维护周期短的问题。

窨井周围路面修补方式为：将破损路面切割破除，填装修补材料。现有切割方式是用划圆工具以井中心为圆心，将窨井边产生沉陷或裂缝范围用粉笔划线。要求最小距离井盖边为30cm-50cm，用切缝机多次交叉切割，最后用风镐将窨井周边道路结构破除，破拆过程中容易对井圈产生冲击，对周边路面结构产生破坏。且切割槽壁呈竖直结构，修补后修补材料只是提供竖直的摩擦力。但车辆行驶过程主要对其进行水平方向冲击，经过一段时间后，竖直结构出现破裂。因此这种切割方式面临修补后路面耐用性差，修补间隔周期短的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种弧形金刚石锯片的加工方法及其应用方案，配用圆周切割机，可以实现围绕着井盖360°旋转切成圆弧形的表面，配合使用提升机进行切割区域剥离，不再需要使用破拆工具，填充修补材料后获得较合理的受力状况，从而提高对窨井周边区域的维护和修理质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种球面弧形金刚石锯片加工方法，主要由基体、刀头制作和基体与刀头焊接过程组成，其加工步骤包括：

a、基体制作，基体结构呈球面弧形结构，其尺寸根据使用需求设计，基体球面中间部位为平面结构，用于与切割机装配；所述平面结构的中央为装配孔，用于与切割机装配；所述装配孔旁边为辅助装配孔，根据切割功率、装配因素设置其尺寸、位置或不设置；所述基体球面边缘为水口结构，在基体球面弧形边缘圆周上均布分布，其尺寸、数量外形根据需求改变；基体制作过程为圆形带孔钢片冲压，然后用热处理工艺去除冲压内应力，热处理后经机加工进行尺寸修正，基体机加工后经周向激光切割形成水口结构。

b、刀头制作，刀头为含有金刚石成分的刀头，刀头厚度比基体厚度大，其尺寸根据使用要求设计；刀头为弧形结构，刀头内端半径与基体外端半径相匹配，保证正确焊接；所述刀头外端面设置有涡轮结构，在刀头外端面弧形边缘圆周均布分布，其目的是减少摩擦，增加切割速度，其外形、数量、分布方式根据使用要求设计。

c、基体与刀头焊接，刀头与基体为圆弧面接触焊接，呈周向均匀分布，刀头厚度比基体厚度大，所述刀头厚度大于基体厚度0.001-2mm。刀头与基体两侧有侧隙，其侧隙内侧稍大于外侧；激光头按规定角度、功率、位置对准刀头与基体结合处附近焊接，重复操作直至正面焊接完毕，以类似方法进行反面焊接，直至反面焊接完毕。

d、焊接后刀头开刃，焊接后刀头顶刃及侧刃需开刃，以保证切割性能。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述球面弧形金刚石锯片基体制作中的圆形带孔钢片冲压采用冲压模具，冲压模具包括模具上冲头和下冲头，所述模具上冲头为圆柱结构，内有与目标冲压件匹配的型腔，其中心区域是平面结构，正中心有与模具下冲头导杆匹配的导杆孔，所述模具下冲头有与上冲头相匹配的外形，中心有导杆。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述球面弧形金刚石锯片基体与刀头焊接采用焊接工装，焊接工装为组合式结构，包括磁铁和工装模块，所述磁铁为具有一定直径和厚度的柱状结构，嵌入到工装模块中，在工作状态时不发生相对滑动，磁体磁力满足一定吸附要求；所述工装模块具有一定刚度和外形，整体呈方形，工装与焊接基体的接触面为弧形面，其弧度与焊接基体弧度相匹配，工装模块的一侧为磁铁圆块放置槽，具有一定深度，另一侧为刀头放置槽，具有一定深度和宽度，其深度由刀头与基体焊接的侧隙高度要求相同，宽度与刀头高度相同，长度与刀头长度相同，所述刀头放置槽的外侧为具有一定高度的台阶平面，其作用是辅助固定、定位刀头。

根据所述加工的球面弧形金刚石锯片，一种球面弧形金刚石锯片切割方法是利用圆周切割机进行如下的切割操作：

a、圆周切割机装配弧形锯片，并定位固定。

b、圆周切割机有水平周向旋转及锯片旋转轴自旋转两个独立旋转做功方向。圆周切割机以井盖圆周中心为旋转中心，且具有固定结构使其在旋转时不发生水平、竖直移动。

c、锯片旋转轴以水平为基准，上偏45°，下偏5°，即以-5°～50°为摆动角度，在竖直方向摆动，同时按额定功率轴向旋转；

d、锯片轴旋转后锯片开始切割路面，锯片旋转轴向下摆动至规定行程停止竖直摆，水平周向旋转开始进行圆周切割；

e、切割后的路面由提升机进行切割区域剥离。

优选的，所述步骤c中锯片旋转轴摆动时以水平为基准，以0°～45°为摆动角度。

优选的，所述步骤c中锯片旋转轴摆动时以水平为基准，以0°～30°为摆动角度。

本发明技术方案的进一步改进在于：锯片旋转轴摆动时以水平为基准，

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果为：

一种球面弧形金刚石锯片加工方法及其应用方案，配用圆周切割机，可以实现围绕着井盖360°旋转切成的圆弧形的表面，配合使用提升机进行切割区域剥离，不再需要使用破拆工具,填充修补材料后获得较合理的受力状况，从而提高对窨井周边区域的维护和修理质量。

提出了一种用于斜面/弧形面激光焊接刀头的方法，这种焊接方法对不规则表面焊接对象的焊接方式有参考价值。

提出了一种新式用于维护井盖周边路面的切割方法，这种方法切割效率高，不需要使用其它破拆工具，切割过程中减少了对井圈产生冲击及周边路面结构产生破坏。同时切割表面为弧形，修补后呈现更加合理的受力状况，修补材料能有更高使用寿命，使车辆施加的压力尽量小的破坏修补材料，因此延长了修补后路面耐用性，进而延长修补周期。

附图说明

图1是成品球面弧形金刚石锯片示意图；

图2是球面弧形金刚石锯片基体；

图3是球面弧形金刚石锯片刀头

图4是冲压过程前冲压模具结构示意图；

图5是冲压过程后冲压结果示意图；

图6是基体与刀头焊接工装结构示意图；

图7是基体与刀头正面焊接示意图；

图8是基体与刀头反面焊接示意图；

图9是球面弧形金刚石锯片切割方案示意图；

图10是球面弧形金刚石锯片切割与传统平面锯片切割效果对比示意图。

其中，1、基体，2、刀头，3、成品球面弧形金刚石锯片，4、冲压模具，6、圆周切割机，7、破损路面切割块，12、刀头焊接结构，13、基体水口结构，14、基体平面结构，141、辅助装配孔，142、转子装配孔，15、基体球面弧形；21、刀头外端面涡轮结构，22、刀头焊接面弧形；41、上冲头，42、下冲头，51、磁铁，52、工装模块，521、磁铁圆块放置槽，522、刀头放置槽，523、弧形结构，524、台阶平面，61、圆周切割机水平轴，71、切割缝，8、井盖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明公开了一种球面弧形金刚石锯片加工及切割方法，应用于道路交通工程领域，具体是一种混凝土、沥青等或其混合材料的切割工具的加工方法及其应用方案。下面是具体的实施例：

本发明所述的一种球面弧形金刚石锯片加工方法，主要是由基体制作、刀头制作和基体与刀头焊接等过程组成。如图1所示，成品弧形金刚石锯片3由基体1及刀头2经过激光焊接方式焊接而成。

第一步：基体制作，制作过程主要包括圆形带孔钢片冲压、热处理、机加工、激光切割四个主要工序。

对于基体1，如图2所示，其结构呈球面弧形15，其尺寸根据使用需求设计，可用冲压、机加工等方式加工，并用热处理等后处理工艺保证其性能；基体1有基体平面结构14，用于与切割机装配；进一步的基体平面结构14上有转子装配孔142，用于与切割机装配；进一步的基体平面结构14上有辅助装配孔141，可根据切割功率、装配等因素设置其尺寸、位置等或不设置；基体1上设置有基体水口结构13，在基体1圆周均布分布，其尺寸、数量外形可根据需求改变。

基体的主要加工过程如下：

冲压过程：由上冲头41、下冲头42及中心带孔圆钢片基体1参与。其中基体1中心孔放入下冲头42的定位杆。上冲头41以一定压力下压，至基体完全贴合冲头型腔为止，冲压结束后取出。基体1经冲压后周向为带弧形结构基体，形成基体球面弧形15的初步结构。

冲压模具如图4、5所示：上冲头41为圆柱结构，内有与目标冲压件匹配的型腔，其中心区域是平面结构，正中心有与下冲头42导杆匹配的导杆孔；下冲头42有与上冲头相匹配的外形，中心有导杆。

冲压形成球面弧形的初步结构后，进一步的热处理过程：基体1需经热处理以去除冲压内应力；进一步的机加工过程：基体1热处理后经机加工进行尺寸修正；进一步的激光切割过程：基体1机加工后经周向激光切割形成基体水口结构13。

第二步：刀头制作，对于刀头2，为含有金刚石成分的刀头，刀头厚度比基体厚度大，其尺寸可根据使用要求设计；刀头2为焊接面弧形结构22，刀头2内端半径与基体1外端半径相匹配，保证正确焊接；刀头2外端面设置有涡轮结构21，在刀头外端面弧形边缘圆周均布分布，其目的是减少摩擦，增加切割速度，其外形、数量、分布方式等可根据使用要求设计为其他形式。

第三步：基体与刀头焊接，基体1与刀头2使用激光焊、氧炔铜焊、高频焊等焊接方式焊接为一体，其中以激光焊综合性能最高，配合工装使用激光焊可以达到更高的加工精度，针对球形基体与金刚石的激光焊接为优先焊接方式，焊接结果如图1所示为周向均匀分布。焊接工装采用组合式结构部件，如图6所示，具体是由磁铁51、工装模块52两部分构成。磁铁51是具有一定直径和厚度的柱状结构，嵌入到工装模块52中，磁铁51与工装模块52在工作状态时不发生相对滑动，磁体磁力满足一定吸附要求；工装模块52具有一定刚度和外形，整体呈方形；工装模块具有弧形结构523，侧视角度来看，焊接工装与焊接基体的接触面为弧形面，其弧度与焊接基体弧度相匹配；工装模块52的一侧上设置有磁铁圆块放置槽521，具有一定深度；工装模块52另一侧上还设置有刀头放置槽522，有一定深度和宽度，其深度由刀头与基体侧隙高度决定，其宽度由刀头高度决定，其长度由刀头长度决定；刀头放置槽522的外侧为具有一定高度的台阶平面524，其作用是辅助固定、定位刀头。

焊接过程描述：如图7所示，刀头放置槽522中放入刀头，将本工装吸附到基体外侧，调整到合适位置，激光头按规定角度、功率、位置等对准刀头与基体结合处附近焊接，重复操作直至正面焊接完毕；以完全类似的方法进行反面焊接，直至完全焊接完毕，如图8所示。

焊接结果如图1、7、8所示，呈周向均匀分布特征；进一步的刀头2与基体1是圆弧面接触焊接，刀头厚度比基体厚度大，刀头与基体两侧有侧隙，其侧隙呈内侧稍大于外侧的特征，如图1所示；进一步的焊接后刀头2顶刃及侧刃需开刃，以保证切割性能。

上述球面弧形金刚石锯片的切割应用方案，图9所示为球面弧形金刚石锯片切割方案示意图：

1、圆周切割机6装配弧形锯片3，并定位固定；

2、圆周切割机有水平周向旋转及锯片旋转轴自旋转两个独立旋转做功方向。圆周切割机以井盖圆周中心为旋转中心，且具有固定结构使其在旋转时不发生水平、竖直移动；

3、锯片旋转轴以一定角度，可以以水平为基准上偏50°，下偏5°，即-5°～50°，摆动时以0°～45°为优选摆动角度，最佳在0°～30°，在竖直方向摆动，同时按额定功率轴向旋转；同时按额定功率轴向旋转；

4、锯片轴旋转后锯片开始切割路面，锯片旋转轴向下摆动至规定行程停止竖直摆，水平周向旋转开始进行圆周切割；

5、切割后的破损路面切割块7由提升机进行切割区域剥离。

球面弧形金刚石锯片3进入稳定切割阶段后，其切割效果如图9、10所示(纵剖)，切割缝71是与金刚石锯片3弧形面相同的弧形，从俯视角度来看，切割缝71为圆形。

应用球面弧形金刚石锯片切割方案修补的目的在于修补材料能有更高使用寿命，使车辆施加的压力尽量小的破坏修补材料。

图10中，f1为车辆施加压力，f2为相对摩擦压力，f3为相互摩擦压力。

图10所示为与传统平面锯片切割效果对比图，左侧所示为切割后破除区域填充修补材料后受力示意图。车辆施加的压力为竖直压力，修补区域仅与周围路面有竖直方向的相对摩擦力，这种摩擦力较小，这种情况下，修补区域材料与原区域材料结合较弱，容易受压变形下沉；图示右侧为球面弧形切割片切割修补后的受力示意图，车辆对修补材料施加的竖直压力在弧形切割面被分解为竖直、水平两个方向，使得其相对摩擦力方向与弧形外圆相切，这种受力条件下，修补区域材料与原路面区域材料结合更紧密，减小了车辆压力对修补路面的损坏，因此寿命得到延长，提高了修补质量。