[发明专利]一种圆锯片激光冲击适张装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆锯片适张装置及方法，特别涉及一种超薄圆锯片适张装置及方法。

背景技术

木材作为一种绿色、可再生、可循环的重要材料，在国民经济建设和人民日常生活中起到了非常重要的作用。然而，随着我国天然林保护范围的进一步扩大，木材资源在未来数十年仍然是我国经济领域的一大稀缺资源。因此，木材工业领域提出了木材绿色制造和节能减排的要求，木材的高效加工与综合利用技术获得了高度重视，提高木材加工利用率、减少木材资源浪费已成为我国的基本国策。

圆锯片是木材加工的基本工具，具有效率高、使用简单、维修方便、移动便利等优点，在所有木材生产设备中占到30％～40％的比例。国内外学者都非常重视圆锯片的研究，降低其厚度、增加其稳定性被国内外公认是提高木材利用率最有效的方法。因此，超薄圆锯片越来越受到市场的青睐，被广泛地应用于木材加工领域。

影响圆锯片工作性能的主要因素包括它在高速回转下产生的离心应力以及切削过程产生的热应力，随着圆锯片外缘与夹盘附近温度差的进一步增大，热应力在圆锯片外缘产生的切向压应力会继续增大，逐渐超过离心应力在锯片外缘产生的切向拉应力，使得圆锯片外缘总的切向应力呈现压应力的状态。这会导致锯片外缘在很小的横向力作用下就会产生压曲变形而失稳，引发锯切精度和加工表面质量降低、锯路损失增大、切削发热进一步加剧、锯片寿命缩短等现象。为此普遍采用的办法是对圆锯片进行适张处理，即通过机械或物理的手段，使锯片局部区域产生一定程度的塑性变形，进而在锯片内部引入数值大小适当、分布合理的预应力场，以补偿圆锯片在切削过程中产生的不利的切削热应力，从而达到提高锯片稳定性和锯切质量的目的。

适张是圆锯片生产制造过程中的重要工艺环节，直接决定了圆锯片的性能质量。目前国内外针对圆锯片的适张方法主要包括锤击、辊压、喷丸、在线加热、多点加压等。锤击适张时，锤击力、锤击点难以精确控制，自动化程度低、重复性和可控性差、生产效率低、锯片质量不稳定，现在已经很少采用了；辊压适张时，圆锯片的预应力场并不理想，并且反复辊压同一辊压带，会使锯片的强度和刚度大大降低；喷丸适张尚处于研究阶段，并且喷丸工艺自身具有生产环境差等缺点，影响操作人员的身体健康并且产生环境污染，不符合绿色发展的趋势；在线加热适张所需设备复杂，成本高，自动化程度低，国内外的应用较少；多点加压适张是通过液压装置对圆锯片逐点加压，适张效率与精度较低，国内外的应用较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对圆锯片、特别是超薄圆锯片的激光冲击适张装置和方法，以解决现有适张工艺效率低、精度差、自动化程度低、适张效果不理想等问题。

本发明的原理是利用高功率密度(例如，10⁹w/cm²)、短脉冲(一般为ns级)激光束对具有约束层和吸收保护层的圆锯片多个局部区域进行双面辐照，使吸收保护层吸收激光能量后发生爆炸蒸发汽化，所产生的高压等离子体冲击波对圆锯片局部区域进行高压冲击。当冲击波的峰值压力超过圆锯片材料的动态屈服强度时，圆锯片多个局部区域就产生塑性变形，进而使得超薄圆锯片内部形成预应力场，产生适张效果。其中，吸收保护层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，适用的吸收保护层材料有黑漆和铝箔等。约束层除了能约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外，还能通过对冲击波的反射延长其作用时间，适用的约束层材料有流水、K9玻璃等。

本发明的圆锯片激光冲击适张装置包括夹具、可旋转夹持装置、驱动装置、激光器和激光器移位装置。所述夹具包括对称的两部分，每一部分都包括夹盘和从夹盘向外延伸的中心轴，所述两部分用于从圆锯片的两侧端面夹持圆锯片。所述可旋转夹持装置包括两个，设置于夹具两端，用于夹紧所述夹具中心轴的自由端。所述驱动装置与至少一个可旋转夹持装置连接，用于驱动可旋转夹持装置旋转。所述激光器包括两个，相对于被夹持的圆锯片对称设置。所述激光器移位装置用于上下移动激光器的位置。

圆锯片激光冲击适张装置还可以包括约束层装置，所述约束层装置包括两个，相对于被夹持的圆锯片对称设置，且能够随所述激光器一起移动，用于向圆锯片的两侧端面喷洒约束层材料。所述约束层装置可以是送水装置。

所述可旋转夹持装置可以是可旋转三爪卡盘。

所述激光器移位装置优选为工业机械手。

所述驱动装置优选包括伺服电机。

本发明一种圆锯片激光冲击适张方法的步骤如下：

步骤1，在圆锯片两侧端面施加吸收保护层材料，在圆锯片两侧端面形成吸收保护层；