金刚石串珠绳柔性切割中的振动及其对串珠绳磨损的影响机制研究

基于对金刚石串珠绳锯工艺优势的充分认识和现有研究中对由于串珠绳柔性切割引起的振动问题的忽视，在充分参考轴向运动弦线力学模型的基础上，根据金刚石串珠绳的加工特点建立起非完全柔性、多作用力耦合及有约束作用的金刚石串珠绳振动力学模型；利用ANSYS软件对串珠绳的振动进行仿真；搭建金刚石串珠绳振动测试与分析评价平台，验证并修正理论模型；理论分析及实验研究加工参数、机床结构、串珠结构对串珠绳振动的影响；跟踪研究串珠绳振动对金刚石串珠磨损的影响；综合串珠绳锯切过程的振动载荷、力载荷、温度载荷及岩屑摩擦作用，探讨串珠绳磨损的影响机制。项目的完成将对完善石材加工基础理论、提高石材加工技术水平以及节省金刚石与石材资源均有着重要的理论价值，对我国石材加工业的发展有着直接的实际应用价值。除了可为金刚石工具行业本身带来新的技术经济增长点以外，还可以拉动整个石材加工业和建筑施工业，创造极其显著的经济效益。

金刚石串珠绳在石材开采，建筑施工等领域有着广泛的应用前景。由于串珠绳的柔性而引起的振动问题尚未被深入研究。本项目针对串珠绳柔性切割中的振动问题进行了系统研究。主要研究内容包括以下几个方面。.1、研究了各加工参量对串珠绳振动影响规律。利用6个激光位移传感器及同步采集器，搭建分布式振动测量平台，结合两级隔振措施，成功实现了对串珠绳振动的实时多点同步测量。研究了线速度、进给速度、张紧力及导轮间距对于串珠绳振动的影响。结果表明串珠绳不同位置处具有相同的振动频率，在无切割加工时，串珠绳的主要频率为串珠绳的固有频率以及串珠的冲击频率；在有切割加工时，其主要频率为串珠的冲击频率。进给速度、张紧力及导轮间距对振动频率没有明显的影响，但是振动频率随着线速度的增加而线性增加。串珠绳的振动幅值沿加工弧区呈现“U”字型分布，随着线速度、进给速度、张紧力的增加以及导轮间距的减小，振动幅值随之减小。.2、完成了串珠绳振动理论模型的建立及仿真。利用ANSYS软件，建立了金刚石串珠绳自由振动的理论模型，分析了金刚石串珠绳的固有频率，通过实验验证了所建立的理论模型的正确性。完成了结构参数对串珠绳振动固有频率以及切割过程中串珠绳的振动与变形的理论分析。结果表明串珠绳的振动频率主要受到串珠绳线速度的影响，锯切力并不会影响到振动频率，但是对串珠绳的变形有着明显的影响。.3、研究了串珠绳振动与串珠磨损规律的相互关联。在前期研究的基础上，选择了两组不同的加工参数，跟踪分析了金刚石串珠绳的振动及串珠的磨损随加工过程的变化规律。结果表明当加工参数保持不变时，振动频率不会随着加工过程而改变，但是振动幅值会随加工过程而增加，低速切割时的振动幅值会明显高于高速加工时的振动幅值。结合两种加工参数下串珠的磨损规律，发现振动幅值大的加工条件下，其磨粒的宏观破碎比例也较高，材料去除率则明显会低一些。实验结果说明串珠绳的振动对于串珠的磨损有着明显的影响。.4、研究了串珠绳切割过程中的温度场。针对串珠绳加工长锯切弧区的特点，建立了5点同时测温的实验平台，研究了加工弧区不同位置处的温度变化规律。实验结果表明，随着线速度和进给速度的增加，弧区背景温度也随之增加。冷却液的添加量及添加方式对于降低锯切弧区温度有着明显作用。.项目共发表学术论文11篇，申请专利3项，获教育部科技进步一等奖1项，培养硕士研究生5名。