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背景

锯是一种带有齿形刀片的手动工具,用于切割坚硬的材料,例如木头或骨头。它们是已知最古老的工具之一。几千年来的创新仍然存在于现代、大规模生产的例子中。

第一个火石锯出现在旧石器时代早期,大约在公元前 60,000 到 10,000 之间。 在此期间,还制造了石锯和由石刀片或“微石”制成的复合锯,镶嵌在骨柄中。大约 4000 年前,铜的发现使第一批金属刀片成为可能。

随着铁器时代的开始,较弱的铜和青铜被丢弃,斜齿终于成为可能。最终很明显,增加锯的齿数会提高其使用效率。小锯用于木工,古埃及人专门使用亚洲风格的拉锯。在埃及古迹中发现的象形文字记录了埃及人在制作家具的方法中使用锯的情况。锯设计的调整是根据锯的预期应用进行的。例如,间隔开的锯齿允许锯在切割行程后兼作耙子,从正在形成的“锯齿”或切口中去除锯屑。

随着冶金创新的发展,锯子不断得到改进。列奥纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 在 15 世纪发明了大理石锯,欧洲和国外的许多开发商利用钢材的改进来创造更好的切削刃。在整个 17 世纪,最强的刀片仍然是最窄的。弓锯——因其结构与弓箭相似而得名——由于这种限制而继续流行。木架锯在美洲早期欧洲定居者中的流行归因于当时殖民地金属的稀缺以及宽轧钢的缺乏。

随着工业革命的到来,生产出更坚固、更耐用的锯。例如,在 18 世纪初期制造了各种形式的圆锯,尽管美国的第一个专利于 1814 年授予纽约的本杰明康明斯。今天,生产了各种各样的手动和电动锯消费者和商业用途。

原材料

与某些其他金属合金化的回火高级工具钢是制造锯片的主要材料。手柄过去仅由木头制成,但现代工具也可以用模制塑料制成。

设计

有三种主要类型的手持锯:钢锯、圆锯和标志性熟悉的横切或纵锯。

横切锯横切谷物,而纵锯沿谷物切割。锯齿的配方不同,以满足不同的需求。如果角度太极端,牙齿会卡在木头上。如果角度太小,牙齿将根本无法切割。横切锯的锯齿比纵锯的锯齿更钝,以便切割 一种特殊类型的钨合金钢被生产并轧制成带材。然后使用冲压机从合金钢中冲压出叶片。锯按规格研磨。量规用于测量锯齿的角度,这决定了其切割效率。然后将刀片硬化,并附上手柄。无需凿刻即可进入木纹。相反,撕裂锯的切割边缘与实际刀片成直角,因此齿就像小凿子一样。硬木锯的锯齿最佳角度为 60 度,而较软的木材必须切割成锐角,通常为 45 度。经验丰富的绿色木材也需要不同形状的刀片。粗锯每英寸大约有五个齿(每厘米两个),最适合切割绿色或软木。一把每英寸至少有 8 个齿(每厘米 2 个)的细锯可以在用于展示的老练硬木上进行平滑切割,或者用于更复杂的结构,如鸽尾。

制造
过程

  1. 生产一种特殊类型的钨合金钢并轧制成带材。带材的厚度决定了成品刀片的厚度,并通过用于测量电线的相同仪器进行测量。
  2. 然后使用冲压机从合金钢中冲压出刀片。手锯刀片的整体形状从手柄到尖端变窄。最好的锯有一个“皇冠”或弯曲的切割边缘,而不是直的,所以当锯在运动时,在任何给定时间与木材表面接触的锯齿都更少。大多数便宜的手锯具有均匀的厚度。
  3. 然后根据标准对刀片进行加工以实现最佳使用。根据锯的类型,可以应用不同的技术。例如,横切锯是斜面锉。手锯的背面比锯齿边缘磨得更薄,以减少使用过程中的摩擦。手锯通常是锥形磨削。
  4. 刀片齿的“设置”或调整对锯的效率至关重要, 所以牙齿是用钢板制成的量规测量的,一次分析三个牙齿。然后,它们被切割并沿交替方向弯曲。然而,彼此倾斜太多会导致锯不能正确切割。
  5. 接下来是强化。几个世纪以来使用的经典技术包括锤击刀片以使其“张紧”,因此它显示出刚度和灵活性的最佳组合。许多变化是可能的。今天,专业钢锯整体硬化,而那些供家庭使用的钢锯只有齿部硬化。
  6. 在硬化的锯片上喷涂了一层防锈涂层。
  7. 最后,刀片被固定在单独制作的注塑手柄上。

质量控制

美国国家标准旨在规范刀片组的安全性和最佳使用,因为制作不良的锯可能会造成危险。每英寸 24-32 齿(每厘米 10-13 齿)的钢锯刀片必须设置成波浪形。其他类型的锯需要一个“耙子组”,其中每三个齿都未设置。所用金属的复合材料也受到管制。一个标准的钢刀片,为了这样称呼,不能超过1.25%的合金。对于工业锯和大功率锯,高速钢刀片必须能够承受高达 1,000°F (537.78°C) 的温度。

未来

由于诸如计算机辅助设计 (CAD) 之类的用户友好的优化软件,正在试验改进,可能会阻止重复运动对手锯用户的影响。 “累积性创伤障碍”,正如他们在该领域所知,必须通过人体工程学研究来抵消。目标包括将使用锯的影响分散到更大的区域,减少急促矫正运动的需要,以及改善手柄的贴合度以避免手和手臂的姿势不舒服。志愿者测试组用于衡量消费者需求,专业用户测试正在开发的产品原​​型。

正在采用相同的方法来改进大型和小型电动工具。计算机辅助制造 (CAM)、计算机集成制造 (CIM) 和数控 (NC) 技术使锯材制造商能够减少浪费并提高效率。在有限元分析的帮助下,木材工业中的圆锯得到了重新发明。宾夕法尼亚州的 Saw Paw Corporation 拥有可回收的一体式硬质合金锯柄和刀头的专利。流线型设计旨在提高效率,同时延长预期寿命,以降低长期使用成本。


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