金刚石烧结锯片降噪消音研究

刘 锟，刘一波，3，邹新光，罗晓丽,2，崔博超

(1.北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司，北京 102200；2.安泰科技股份有限公司，北京 100081；3.中国钢研科技集团，北京 100081)

0 引言

金刚石锯片在锯切混凝土、石材、陶瓷玻璃等较硬材料时有着广泛的用途，但是锯切噪声对切割者的健康产生了相当大的危害，对周围环境有很大的污染。为了提高锯切效率，切机功率越来越大，随之而来的噪声也越来越大。研究工作证明，人们长期在90 dB以上的噪声中工作，会导致内耳损伤，严重甚至会导致噪声性耳聋。ISO R1999中有详细规定：8 h工作制中连续受到的噪声不得超过90 dB，4 h工作日的允许噪声为95 dB，最大噪声不允许大于110 dB[1]。在切割混凝土或石材时，95 dB以下的噪声在3 m外是可以忍受的，而100 db以上的噪声在3 m外也是很难忍受的，事实上大部分的锯切噪声在85～110 dB范围内，因此只需降噪几个分贝对工人的工作环境影响是很大的。

国外在20世纪60年代就开始研究圆锯片的降噪，国内在80年代开始研究木锯、金属锯的降噪，对金刚石锯片的降噪研究较少。

金刚石锯片切割噪声产生的源头[2]：①空气动力学噪声，由气体振动产生，主要由齿尖噪声、涡流噪声和排气噪声三部分组成；②振动噪声，由固体振动产生，主要由谐振和强迫振动两部分组成；③冲击辐射噪声，是由于金刚石刀头和被切割对象周期性的相互作用形成的；④摩擦噪声，是由于金刚石刀头和被切割对象的摩擦引发的粘划振动产生的；⑤锯机结构噪声，是由于切割设备尤其是防护罩的振动产生的。

锯片的切割噪声受多种因素影响，各种加工参数会影响金刚石圆锯片的切割噪声大小，其中，切割材料硬度、进给速度、切割深度以及设备转速对噪声大小的影响均为正相关，对噪声影响大小的排序为切割材料硬度>进给速度>切割深度>转速[3]。通常切硬的花岗岩噪声>切水泥噪声，干切噪声>湿切噪声。

1 国内外发展现状

目前国内外对锯切噪音的几种处理方法：打孔消音、切缝消音、“三明治”基体消音、双基体消音、阻尼减振合金等。

1.1 打孔消音

最初通过打孔消音[4]，如1997年10月中国专利CN2264055。

1.2 切缝消音

用激光切割机在基体上切割0.1～2 mm的窄缝降噪[5]，如1976年9月公布的美国专利US3981216，公开一种低噪声高速切割锯片，即在单片基体上打孔切缝、并在沟缝里填充焊料或其他消音材料来降噪[6]。目前市场上常见的消音锯片即为此类。

国外发明的常见耳形缝/钢琴缝等，据此制作出的激光焊接锯片，实际干切花岗岩测试仅降噪1～5 dB，并没有达到降噪16 dB。

1.3 “三明治”基体消音

1989年9月美国专利US4867025[7]和2020年4月美国专利US10632552[8]等，都提供一种“三明治”圆锯片，即两个或多个金属片中间夹一层铜片或其他消音层，通过多点点焊等方式固定在一起[9]。如今市场常见的激光焊接或高频焊接的消音锯片，均会采用上述“三明治”基体，降噪效果非常明显，但消音层、打孔、点焊等使得基体成本比普通单片基体高1～3倍。如何提供一种成本低、噪声小的消音锯片，仍然需要大家进一步研究。

1.4 双基体消音

2019年4月中国专利CN109986699A提供了一种双基体圆锯片[10]，即两个金属片中间不夹铜片等消音层，不点焊，而是通过粉末压型在一起。经过试验，有一定消音效果[11]。

1.5 阻尼减振合金

阻尼合金主要有复合型、超塑性型、铁磁性型、位错型、孪晶型、多孔型等。河南工业大学的张伟等[12]研究了用阻尼合金基体减小锯片的振动，试验证明，普通金刚石锯片的噪声为102.6 dB，而Fe-Cr-Si阻尼消音锯片噪声为84.1 dB。

2 金刚石锯片降噪对比测试

2.1 锯片

5个规格的金刚石圆锯片的具体参数见表1。

表1 5种规格金刚石圆锯片参数Table 1 Parameters of diamond circular saw blades of five specifications

2.2 切缝材料

各类切割材料的具体参数见表2。

表2 3种切割材料参数Table 2 Parameters of three cutting materials

2.3 设备

自动热注胶机。

125干切手持锯型号：Dewalt Angle grinder，1.4 kW，10000 r/min。

230干切手持锯型号：Makita Angle grinder，2 kW，6600 r/min。

350干切手持锯型号：STIHL TS800，7.5 kW，4700 r/min。

350湿切推台锯，7.5 kw，5500 r/min。

噪声测量仪。

2.4 试验过程及数据结果分析

本文主要在常规锯片的研究基础上，进行6项降噪改进，分别切割试验并记录切割噪音分贝数值。6项改进包括打孔、切0.5 mm窄缝、切0.5 mm窄缝并注胶、切1.5 mm宽缝、切1.5 mm宽缝并注胶、改用双基体。切割设备：Ф115用125手持锯，Ф180/Ф230用230手持锯，Ф350干切用350手持锯，Ф356湿切用350推台锯；噪声测量仪放在操作者右侧3 m处。环境噪声：70 dB。进给速度30 mm/s，读数位置：当每刀切到材料宽度的1/2时，即150 mm读取噪声示值。由于“三明治”基体成本较高，而烧结锯片售价不高，所以未进行“三明治”基体试验。

2.4.1 7片Ф230锯片切割噪音对比及数据结果分析

7片Ф230金刚石圆锯片的外观如图1，均采用相同金刚石粉类配方，在同等条件下切割对比，分别记录噪音示值见表3。

表3 Ф230常规锯片与6项改进后的降噪效果对比Table 3 Comparison of noise reduction effect between Ф230 conventional saw blade and 6 improvement items

从表3中实验结果可看出：

(1)此外观Ф230锯片，由于花岗岩比混凝土硬度高，所以干切花岗岩的噪声都比混凝土大。

(2)此外观Ф230锯片，无论打孔、切缝/注胶还是双基体，干切花岗岩的降噪效果比混凝土好。

(3)此外观Ф230锯片，干切上述两种材料时，图示打孔可降3～4 dB，图示切缝(此处统计包括宽/窄缝/注胶)可降5～7.5 dB，双基体可降6.5～8 dB，即降噪效果：双基体>切缝>打孔。

(4)此外观Ф230锯片，图示宽缝比窄缝的降噪效果好。

(5)此外观Ф230锯片，在缝内注胶比不注胶的降噪效果好。

2.4.2 7片Ф180锯片切割噪音对比及数据结果分析

7片Ф180金刚石圆锯片的外观如图2，均采用相同金刚石粉类配方，在同等条件下切割对比，分别记录噪音示值见表4。

表4 Ф180常规锯片与6项改进后的降噪效果对比Table 4 Comparison of noise reduction effect between Ф180 conventional saw blade and 6 improvement items

从表4中实验结果可看出：

(1)此外观Ф180锯片，由于花岗岩比混凝土硬度高，所以干切花岗岩的噪声都比混凝土大。

(2)此外观Ф180锯片，无论打孔、切缝/注胶还是双基体，干切花岗岩的降噪效果比混凝土好。

(3)此外观Ф180锯片，干切上述两种材料时，图示打孔可降1～2 dB，图示切缝(此处统计包括宽/窄缝/注胶)可降3～7.5 dB，双基体可降4～9 dB，即降噪效果：双基体>切缝>打孔。

(4)此外观Ф180锯片，图示宽缝比窄缝的降噪效果好。

(5)此外观Ф180锯片，在缝内注胶比不注胶的降噪效果好。

2.4.3 7片Ф115锯片切割噪音对比及数据结果分析

7片Ф115金刚石圆锯片的外观如图3，均采用相同金刚石粉类配方，在同等条件下切割对比，分别记录噪音示值见表5。

表5 Ф115常规锯片与6项改进后的降噪效果对比Table 5 Comparison of noise reduction effect between Ф115 conventional saw blade and 6 improvement items

从表5中实验结果可看出：

(1)此外观Ф115锯片，由于花岗岩比混凝土硬度高，所以干切花岗岩的噪声都比混凝土大。

(2)此外观Ф115锯片，无论打孔、切缝/注胶还是双基体，干切花岗岩的降噪效果比混凝土好。

(3)此外观Ф115锯片，干切上述两种材料时，图示打孔可降1～1.5 dB，图示切缝(此处统计包括宽/窄缝/注胶)可降1.5～3 dB，双基体可降2.5～3.5 dB，即降噪效果：双基体>切缝>打孔。

(4)此外观Ф115锯片，图示宽缝比窄缝的降噪效果好。

(5)此外观Ф115锯片，在缝内注胶比不注胶的降噪效果好。

2.4.4 7片Ф350锯片切割噪音对比及数据结果分析

7片Ф350金刚石圆锯片的外观如图4，均采用相同金刚石粉类配方，在同等条件下切割对比，分别记录噪音示值见表6。

表6 Ф350常规锯片与6项改进后的降噪效果对比Table 6 Comparison of noise reduction effect between Ф350 conventional saw blade and 6 improvement items

从表6中实验结果可看出：

(1)此外观Ф350锯片，由于花岗岩比混凝土硬度高，所以干切花岗岩的噪声都比混凝土大。

(2)此外观Ф350锯片，无论切缝/注胶还是双基体，干切花岗岩的降噪效果比混凝土好。

(3)此外观Ф350锯片，干切上述两种材料时，图示切缝(此处统计包括宽/窄缝/注胶)可降 0.5～2 dB，双基体可降1.5～2 dB。

(4)此外观Ф350锯片，图示宽缝比窄缝的降噪效果好。

(5)此外观Ф350锯片，在缝内注胶比不注胶的降噪效果好。

(6)此分齿型Ф350锯片，打孔后切割噪声不降反升高1-2 dB，分析原因是由于此外观打孔集中在4个区域内，而空气进入4个大面积打孔区域则影响了锯片的旋转均匀性，从而增大了锯片摩擦力，增加了切割噪声。因此不是所有打孔和切缝都能降噪，此孔型有待改进。

2.4.5 7片Ф356锯片切割噪音对比及数据结果分析

7片Ф356金刚石圆锯片的外观如图5，均采用相同金刚石粉类配方，在同等条件下切割对比，分别记录噪音示值见表7。

从表7中实验结果可看出：

(1)此外观Ф356锯片，湿切瓷砖时，图示打孔可降1 dB，图示切缝(此处统计包括宽/窄缝/注胶)可降2～4 dB，双基体可降4 dB，即降噪效果：双基体>切缝>打孔。

(2)此外观Ф356锯片，图示宽缝比窄缝的降噪效果好。

(3)此外观Ф356锯片，机器自动灌注减震橡胶，比人工灌注玻璃胶，降噪效果好。

(4)此外观Ф356锯片，人工灌注玻璃胶，如果灌注不均匀，不但不能降噪，噪声还会上升。

3 结论

(1)制作Ф180、Ф230等5个规格共计35种打孔、切缝/注胶、双基体烧结锯片，试验结果表明，打孔可降噪-2～4 dB，只切缝不注胶可降噪0.5～7 dB，切缝/注胶可降噪1～7.5 dB，改用双基体可降噪1.5～9 dB，即降噪效果：双基体>切缝/注胶>打孔，其中Ф180和Ф230降噪效果明显，Ф115和Ф350略差。

(2)一般在烧结锯片上切缝后，机器自动灌注减震橡胶，比人工灌注玻璃胶降噪效果好；人工灌注玻璃胶，如果灌注不均匀，不但不能降噪，噪声还会上升。

(3)烧结锯片不同的打孔、切缝、注胶方式、对降噪效果有影响，一般孔缝数量越多降噪效果越好。

(4)一般情况下，干切相对于湿切、切硬花岗岩相对于切软混凝土、分齿锯片相对于连续边锯片，切割噪音相对更大，同时降噪效果明显。

(5)个别锯片降噪效果不理想，待分析原因，进一步改进。