金刚石磨粒切削运动分析及切削厚度计算.pdf

第 2 8卷第 l期 l 9 9 7年 2月 中南 工业大学学报 J CENT S OUTH UNI V TECHNOL Vo L Z 8 No 1 Fe b 1 9 9 7 一 金刚石磨粒切削运动分析及切削厚度计算 型 绍 和鲁凡 一 一 I 中南I业大学资源环境 与建筑I程学院 长沙 4 1 0 0 8 3 在分析仝刖石梧片刀头运l动轨迹的基础上 根据仝刚石梧片的切嘲运动方程 得出了 仝刚石磨粒量 律 巧 也 金刚石圆锯片在我国已广泛应用于石材的切 割 但是 目前对金刚石锯片的理论研究尚不深 入 导致了金刚石圆锯片质量得不到提高 为了更 好地研究石材 的锯切机理 锯切过程伴随 的锯切 力 金刚石及结合剂等磨损的一系列重要的物理一 机械现象 以至能极大地提高锯片内在外观质量 作者就金刚石磨粒在切割过程中的运动情况进行 了详细分析和计算 求得单颗粒金刚石的切削厚 度 在此基础上得出两个新的观点 这为研究金刚 石锯片的锯切机理提供 了理论基础 同时 为正确 设计锯片参数提供参考 机 为了便于计算 假设金刚石磨粒以垂直于胎体 表面而分布 由图 1可知 n 一战 为单颗粒金刚 石的切削厚度 mm n 一C D 为单颗粒金刚石切 削岩石的水平距离 mm n 为金刚石锯片每次给 进的切削深度 mm 为求得相 邻两磨粒间切削厚度 也就是单颗 粒金刚石磨粒 的切削厚度 选取同一切削轨迹上 相邻两点 A B 设 A 占点的弧线距离为 由锯 切运动参数可知 锯片刀头的运动为平面运动 其 运动过程是转动和平动的合成 既有绕电动机带 度的计算公 式 但 多数并非从锯片刀头运动过程 的状况去考虑 因此无法深入研究 得 出的都是经 验公式 并且其计算结果都是宏观的平均切削厚 度 与实际情况不符 锯片正常工作的特征是处于 自由切削状 态 单颗金刚石象金属硬质 合金车刀一样 以其出露 高度的一部分 压入石材表面并作相对运动 从而 犁划出一条小沟槽 无数小沟槽的汇总便形成了 一 条锯缝 从而完成 了切割作业 由于金刚石本身 的形状不规则 在结合剂内的分布及取向又很随 牧稿日 期1 9 9 6 1 0 0 5 第一作者胡焕校t 男 2 8 岁 博士研究生 田 1 仝刚石磨粒分布示意 圜 f 0 y 田 2 空刚石磨粒运动示意 图 维普资讯 第 1期 胡焕 拉等 金刚石磨粒切削运动分析厦切削厚度计算 动的主轴 以转速为 n的转动 又有 以速 度为 v的 水平进给运动 为了了解其运动的全过程 首先求 任一点的切削体积的水平距离 已知锯 片直径 为D 锯片转动的角速度为 锯机进给速度为 设立如图 2所示的坐标系 选取圆锯 片的 中心为坐标原 点 其水平方 向 为 x轴 垂直向下为 y轴 B两点为锯片刀头 上正在锯切的同一剖面上的相邻两点 其夹角分 别为 A O Y a B OY一 则此 时 B两点 的坐标分别为 点 X 一R s i n a R c o s fl 1 B点 Xb R s i n a Y b R o o s 2 切削一定间瞬时间 后 B到达 到达 则此时 的坐标分别为 点 X 一 R s i n 口 只 C O S w 口 点 Xb R s i n 一 口 Y R C O S 为求得 B两磨粒 间的水平距 离 经过 时 间后 若 的纵坐标到达 点 的纵 坐标 即 Y 则其水平距离为 乩 一 x 一 X 把 和 代入上式得 口 h R s i n 卢 R s i n a 将 和 y 代入 1 式得 R C O S A t 卢 一R C O S a 化简得 一 口 一口 曲 因而有 a h 口 一卢 R s i n o 口 卢 口 一只 s i n a v a 一卢 已知 B两点间的孤距为 由图 2可知 0B 口 一 皿 4 口 一口 一Z M D a h 2 M a J D 3 当锯 片生产加工好后 其 D 值便 固定了 由 3 式可知 在锯切过程 中 锯 片切割岩石时 单 颗金刚石磨粒切削岩石 的水平距离只与进给速度 有关 并且成正 比例关系 当进给速 度 一 定时 其磨粒的水平距离也就是一个定值 相邻两颗金刚石磨粒 间距离即 值 由于金 刚石在胎体 中的分布是无序的 随机的 因此 金 刚石两颗粒 的距离只能从宏观的角度去考虑和计 算 根据计算公式 M 一 1 0 K N B 式中 为同一轨迹上相邻两颗金刚石磨粒之间 的距离 c m 为单位表面积上的金刚石颗粒数 颗 c m d为金刚石的粒度 R寸 m K 为 金刚 石颗 粒接触 系数 一般取为 0 4 O 6 B为锯 片 锯齿槽宽 c m 当刀头 参数确 定后 金刚石浓度 c和粒 度 d 也就已知 为了方便计算 设金刚石为立方体 其 边长 为粒度 d 则单位体积内的金刚石数 目P为 P一 1 0 0 0 c d 4 在使甩过程中 当金刚石工作到一定时间 由于胎 体磨耗 保镶强度不够等原因会 自动脱落 假设金 刚石实际工作 为其高度的 1 3 则单位体积 内金 刚石的层数为 3 l O d一 3 0 d 则在单位面积上作甩的金刚石数量为 N p n P d 3 0 得 P 一 3 0 N d 比较 4 式得出 3 0 N d一 1 0 0 0 c d 5 则 一1 0 c 3 d 代入计算公式 5 得 出 M 一 3 1 0 K c B 由此可见 两磨粒的距离与金刚石的浓度成 反 比 与金刚石的粒度R寸成正比 与锯 齿槽宽有 关 表 1列出了 D一1 6 0 0 mm 锯片部分金刚石浓 度和粒度的单位表面积的颗粒数 及磨粒间的 距离 之间的关 系 取 K一0 5 衰 1 垒刚石结块单位表面积 N 扣 Mt Nf 午 M mm 金刚石 粒度 mm 金刚石浓度 7 8 g 6 1 0 j N M N M N M N M 1 1 6 2 1 2 5 5 6 1 4 0 5 2 1 5 5 5 0 1 5 4 5 6 l 7 5 5 2 1 9 7 4 8 2 2 0 4 6 3 1 4 6 3 5 4 4 2 4 0 0 4 0 4 4 2 3 0 O 46 3 0 39 0 0 2 7 5 t D 1 6 0 0 B一 2 2mm 3 金刚石磨粒切削厚度的计算 2 相邻两颗金刚石磨粒间距离的计 由 上 可知 单颗粒金刚石在切削过程 中 其切 算 削 体积的 水平 距离是不变的 由 于锯片 在转 动过 程 中 其运动方 向是 随时间而改变 的 按前面假 维普资讯 中南工业大 学学报 第 2 8 卷 设 金 刚石 磨粒 在胎 体 中垂 直 于胎 体表 面分 布 如 下 图 3所 示 裹 2 不 同参数下金 刚石磨粒 的 一 和 h 圈 3 垒刚石磨粒在胎体表面 示意 目 图 3中 B C为金 刚石 磨 粒 的 切削 厚度 C D为 金 刚石 磨粒 切 削 体 积 的 水平 距 离 延 长 DC 交 中 心 0点 的铅垂 线 O A 于 点 则 oK CK OCK 一 BCD 连接 B D 由 于在 实际 切 割 中 B D 很 小 根据 数 学 中的 近似法 则 B Dj CB 则 0KS 占CD BDC 占o 一 得 出 BC CD s i n 即 H s i n p 6 可见 金 刚石磨粒的切削厚度等于水平距离 与其 夹 角 正 弦 的 积 当 给 进 速 度 一 定 时 d n是 一 个定值 切削厚度 n 是随着 变化的 其 变化形 式 是 按角 度 的 正 弦状态 分 布 随着 的增加 按 正 弦分 布增加 由图 3可知 s i n q KC O C 其中 丽 z O A K A 2 设 d 一 即为 瞬 时的切 割深 度 其 中 丽 O C R 锯 片半 径 一 则s in q R 一 r a R 7 由于 锯 片半 径 R是 一 定 的 s i n 的 值 随 锯片 切 削深 度 4 的增 大 而增 大 当 d 一 时 s i n 达 到 最大值 也 达到 最大 的切 削 厚度 口 把 7 式 和 d 代人 计算 公式 6 得 口 一 2 M 一 R 一 R d m D R 8 把 M 值 代人 8 式 得 金 刚石 磨粒 的 切 削厚度 为 d 一2 3 d 1 0 K f B3 一 R R n D R 当 n 到达最大值 n 时 切削厚度为最大 即 n 一2 3 d 1 0 K f B3 一 R 一 R d D R 4 应用实例 以 常用 圆锯 片 1 6 0 0 mm 为例 计算 不 同切割 深度 的金 刚石 磨 粒的切 削 体积 水平 距离 和最 大切 削厚度 其结果如表 2所示 根据 上述 计算 分析 在 一定 的锯 加参 数下 影 响金 刚石 磨粒 切 削 厚 度 的 因素 主要 有 金 刚 石的 浓度 粒度及其单次锯切深度 但是 由于对金刚 石胎 体 的 研 究 尚不 深 入 对 金 刚石 胎 体 岩 石三 者之 间磨耗 配匹 关 系 尚没有 完 全 掌 握 对 金 刚石 的 出露 高 度及 脱落 情况 也 没有 定量 的计 算 因此 目前 用金 刚石磨 粒 切削 厚度 对各 类锯 片 的设 计和 台 理 使 用 给 与定 性 的 指 导 和调 整 在 福 建 经 过多 年的 实践 用这 种 定性 的方 法指 导锯 片 生产 均取 得 了 良好 的效 果 作 者通 过对 金 刚石 胎 体的研 究 采 用 金 刚石 磨 粒 切 削厚 度 计 算 的结 果 直 接定 量 地 进行 锯 片参数 的设计 5 结 论 通 过对 金 刚石磨 粒 的运 动过 程 的分 析和 金刚 石磨粒切削体积水平距离 和最大切削厚度 n 的计算 可 得 出 1 金 刚 石 在 锯 切 过程 中 单颗 粒 金 刚石 锯 切 掉 的岩石 其 水 平距 离 是 不 变 的 其 岩 体 剖 面呈 带 状形 式 并且 其水 平距 离 只 与给进 速度 有关 2 金 刚 石 磨 粒 在切 削岩 石 过 程 中 其 切 削 维普资讯 第 1 期 胡焕校等 金刚石磨粒切削运动分析及切削厚度计算 厚度是按正弦规律变化的 也即随金刚石锯 片刀 头切削深度 n 的变化而变化 到切削深度 n 达 到最大n 时 其磨粒的切削厚度也达到最大值 参考文献 1 Er t i n g s h a u s e n W W e a r p r o c e s s i n s a wi n g h a r d s t I nd u s t r i a l Di a r n o n d Re e w 1 9 8 5 5 J 2 5 4 2 5 8 2 Ta k u b o T Oh s h i t a H A n e w d r e s s i ng de v i c e f o r s t o n e c u t t i n g b l a d e s I n du s t r i a l Di a mo nd Re v i e w 1 9 8 2 5 2 8 4 2 9 0 3 扬东华 诗赞 金刚石磨粒切削深度的计算 石材 1 9 9 4 5 9 1 2 AN AL YSl S OF DI A MOND GRl T S CU TTl N G M0VE ME NT AN D CAL CUL ATI ON OF CU TTl NG DE PT H Hu H u a n c c i a o Li u d i n Z h a n g Sh a o h e Lu F a n De p a r t me n t o f Re s o u r c e En v i r o n me n t a n d Ci v i l En g i n e e r i n g C e n t r a l S ou t h U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y Ch a n g s h a 4 1 0 0 8 3 C h i n a ABS KACT B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f d i a mo n d g r i t s mo v e me n t a n d a c c o r d i n g t o t h e mo v e me n t e q u a t i o n s t h e c a l c u l a t i n g f o r mu l a o f t h e ma x i mu m c u t t i n g d e p t h o f d i a mo n d g r i t s wa s o b t a i n e d a n d t wo n e w o p i n i o n s o f c u t t i n g p e r i o d swe r e p r o p o s e d 1 Th e h o r i z o n t a l d i s t a n c e o f c u t t i n g v o l u me b y e v e r y d i a mo n d g r i t i s u n c h