1概述随着工业的发展,硬脆材料在各个领域的应用日益广泛。硬脆材料的加工中,锯切加工往往是 第一道工序,占有很重要的地位。切割加工的成本约占整个加工成本的50%犤1,2犦。石材是 广泛应用于建筑、装饰装修的典型的硬脆材料,其切割加工尤为重要。对石材等硬脆材料切割加工 ,所采用的切割工具通常是圆锯或带锯,其结构形式是在圆盘形或带形的基体边缘上焊接金刚石磨 块或电镀金刚石锯齿,这种锯一般只能进行直线切割而不能进行曲线切割。目前可用于硬脆材料曲 面切割的电镀金刚石线锯主要有两种形式:第一种为绕线式,切割时锯丝从一个绞轮绕到另一个绞 轮上,锯丝无焊缝。可实现较高速度的切割,但锯丝必须有足够的长度,锯丝张紧力的调节机构较 繁琐犤3,4犦。第二种为往复式线锯,多由曲柄机构驱动,锯丝上下往复运动。这种锯结构简单 ,适应性好,可以对各种硬脆材料进行内、外曲面的切割。但由于往复运动,锯丝的有效工作长度 受到限制,锯丝利用率低,切割速度较低,一般为2～3m/s犤5,6犦。这里研制开发了一种 新型金刚石线锯———环形电镀金刚石线锯。该锯用电镀的原理,将高硬度的金刚石磨料镀在环形 钢丝基体上制成的犤7犦。由于锯丝为环形,无惯性力,因此可以实现高速锯切。为获得高速锯切 情况下锯切工艺参数对锯切过程的影响,在自制的试验设备上对该锯的锯切工艺参数进行了正交试 验研究。2试验原理与设备环形电镀金刚石线锯锯切试验装置的工作原理如图1所示。环形电镀金 刚石锯丝13套在主动轮10和从动轮9上,并预紧。电机15驱动主动轮通过锯丝13带动从动轮作旋转运动,从图1环形电镀金刚石线锯锯切试验原理简图Fig.1Theprinciple sketch of endless diam ond wire asw cutting test1.数据采集系统2.电荷放大器3.工作台4.夹具支架5.测力仪6.夹具7.冷却液 喷嘴8.工件9.从动轮10.主动轮11.支架12.水槽13.锯丝14.三角带15.电机 16.交流变频调速器17.砝码而使锯丝产生切割运动。电机转速由交流变频调速器16控制, 从而控制锯切速度。砝码17带动固定于工作台3上的工件8作恒压力进给运动。压电式测力仪5 将锯切力值转变成电荷信号,电荷信号由电荷放大器2放大后输入数据采集系统1,由数据采集系统1将电荷信号再转变成力信号并进行记录和处理。主要试验设备由武汉机床厂产的MQ6025A型万能工具磨床改装而成。利用该机床的床身、工作台、电机和主轴。变频器型号为O LIN1&E。测力仪为Y DX M—Ⅲ97型三向压电石英测力仪,电荷放大器型号为500M—N。试验所用材料为石岛红375-2花岗岩,厚度为18m m。其主要性质见表1。表1试验用花岗岩的性质Tab.1G ranite properties used in the experim entation3正交试验及锯切工艺参数优化影响锯切效率、锯丝寿命以及锯切力的锯切工艺参 数有金刚石磨料的粒度、进给压力、锯切速度等因素。因此为了提高锯切效率和锯丝寿命、降低锯 切力,有必要对锯切工艺参数优化。为此,设计了一组正交试验。试验时,依次改变配重砝码的重 量,从而改变工件作用于锯丝上的法向压力。通过变频器改变频率来控制电机转速以得到不同的锯 切速度。由测力系统采集并记录锯切力的大小,通过记录锯切时间和测量锯切长度而获得花岗岩工 件的进给速度。试验目的:基于提高锯切效率和锯丝寿命,降低锯切力的锯切工艺参数优化。影响 因素:金刚石粒度、进给压力、锯切速度,每个因素取三个位级,因素位级见表2。锯切工艺参数优化正交试验计划及试验结果见表3。表2锯切工艺参数位级表Tab.2Thelevelofcutting param eters表中T1、T2、T3分别表示某因素对应相同位级导致结果数据之和。由试验结果可以 看出:第9号试验,即金刚石粒度为170～200#,进给压力为12N,锯丝速度为20m/ s时,锯切效率最高;但锯压力为9N,锯丝速度为20m/s。表3金刚石线锯锯切工艺参数正交试验计划及试验结果:L9(33)Tab.3Orthogonaltestplan and experim entalresults ofthe cutting param eters4结论这里用自制的环形电镀金刚石线锯,对石岛红花岗岩进行了锯切试验,用正交试验 方法对锯切工艺参数进行了优化。正交试验表明:(1)采用较大的金刚石粒度不会大幅度提高锯 切效率。锯丝速度和进给压力对锯切效率的影响较大,提高锯丝速度和进给压力有利于提高锯切效 率,但提高锯丝速度更有利。(2)金刚石的粒度对切向锯切力的影响不大;进给压力的提高,会 使切向锯切力大大提高;提高锯丝速度,可降低锯切力。(3)锯切花岗岩时,要保证较高的锯切 效率和锯切比,在本试验范围内,最佳工艺参数为:采用金刚石粒度为200～230#的锯丝,进给压力为9N,锯丝速度为20m/s。参考文献试验结果锯切效率η(mm/m in)4.802.464.325.587.923.784.507.7410.80锯切力F (N)1.941.912.063.023.082.703.644.023.89锯切比G 135009900102001270017000132006700120008700因 素试验号123456789B2111222333A1123123123C3312231123比重(g/cm)2.59抗压强度(MPa)234.37抗弯强度(M Pa)13.63肖氏硬度H S109.6名称石岛红375-2矿物鉴定钾长花岗石,中粗粒产地荣成县η极差F极差G极差T 1T2T3R1T1T2T3R2T1T2T3R314.8818.1218.904.028 .608.638.650.05329003890032100680011.5817.2 823.0411.465.918.8011.555.64336004290027400 1550010.7417.6423.5212.788.259.108.910.852980034900392009400进给压力(N/mm)B6912锯切速度(m/s)C101520因素位级123粒度#A230～270200 ～230170～200环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数的正交试验研究@高伟$青岛科技大学!青岛266042
@刘迎$青岛科技大学!青岛266042
@刘镇昌$山东大学!济南250061这里对环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数进行了正交试验研 究。分析了金刚石粒度、进给压力和锯丝速度对锯切过程的影响。获得了基于提高锯切效率和锯丝 寿命,降低锯切力的最佳锯切工艺参数。锯切花岗岩时,要保证较高的锯切效率和锯切比,在本试 验范围内,最佳工艺参数为:采用金刚石粒度为200～230#的锯丝,进给压力为9N,锯丝 速度为20m/s。金刚石;;线锯;;硬脆材料1魏昕,花岗岩锯切机理及可锯切加工性的研究〖博士学位论文〗.广州:1997.
2傅玉灿,徐鸿均,花岗岩锯切状态的识别与评价控制策略,石材,1999(1)8～11.
3孙建章,吕玉山,李艳杰,电镀金刚石长丝锯制造的实验研究,机械设计与制造,1999(6):56～57.
4Ishikawa,K.,Study on m achining characteristicsofwire toolwith elect rodeposited diam ond grains,JournalofJSM E,1994,60/573:1815～1820.
5张国林,陈玉全,电镀金刚石丝锯的开发研究,仪表技术与传感器,1992(4):28～31.
6孙建章,吕玉山,往复自旋式电镀金刚石丝锯数控切割机的设计研究,机械设计与制造,2000(3):52～53.
7高伟,刘镇昌,用复合电镀法制造环形电镀金刚石线据,金刚石与磨料磨具工程,2004(2) .48～51.890032100680011.5817.2823.0411.465.9 18.8011.555.643360042900274001550010.7417.6 423.5212.788.259.108.910.852980034900392009400进给压力(N/mm)B6912锯切速度(m/s)C101520因素位级123粒度#A230～270200 ～230170～200环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数的正交试验研究@高伟$青岛科技大学!青岛266042
@刘迎$青岛科技大学!青岛266042
@刘镇昌$山东大学!济南250061这里对环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数进行了正交试验研 究。分析了金刚石粒度、进给压力和锯丝速度对锯切过程的影响。获得了基于提高锯切效率和锯丝 寿命,降低锯切力的最佳锯切工艺参数。锯切花岗岩时,要保证较高的锯切效率和锯切比,在本试 验范围内,最佳工艺参数为:采用金刚石粒度为200～230#的锯丝,进给压力为9N,锯丝 速度为20m/s。金刚石;;线锯;;硬脆材料1魏昕,花岗岩锯切机理及可锯切加工性的研究〖博士学位论文〗.广州:1997.
2傅玉灿,徐鸿均,花岗岩锯切状态的识别与评价控制策略,石材,1999(1)8～11.
3孙建章,吕玉山,李艳杰,电镀金刚石长丝锯制造的实验研究,机械设计与制造,1999(6):56～57.
4Ishikawa,K.,Study on m achining characteristicsofwire toolwith elect rodeposited diam ond grains,JournalofJSM E,199
More abstracts about the 环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数的正交试验研究