金刚石圆锯片锯齿疲劳寿命分析及优化实验研究

论文摘要

从目前圆锯片使用情况来看,普通基体圆锯片的使用仍然是最为广泛的,而锯齿的裂纹和断裂是影响锯片寿命和加工质量的一个主要原因。本文从普通金刚石圆锯片锯齿的受力分析着手,借鉴已有资料上的研究成果,深入地研究了工作中圆锯片锯齿上切削力的分布规律,提出了锯齿节块部位面载荷分布的换算公式;从构件疲劳角度出发,对工作中圆锯片的锯齿断裂进行了分析,估算了普通圆锯片锯齿在一定切削条件下的工作寿命;在本课题组已有研究成果的基础上,从提高锯齿疲劳寿命的角度出发,对普通圆锯片的锯齿结构参数进行了优化,提出了更为全面的锯齿结构参数,通过实验的手段,对经有限元（ANSYS）优化的圆锯片进行切削实验,优选出具有较好综合切削性能的锯齿结构参数。主要工作包括:1.分析了圆锯片切削中锯齿的受载情况,通过热-结构藕荷分析切削中锯片应力集中部位应力状况。切削中的圆锯片,其节块受到径向和切向的作用力Fn和Ft作用,Fn和Ft在参与切削的锯齿节块上并非均匀分布,而是呈三角形规律分布在参与切削的锯齿上,本文用公式定量地描述了Fn、Ft与实验直接测得的锯片所受的力Fy和Fz之间的关系（Fy为沿进给方向的水平锯切力,Fz为沿切割深度方向的垂直锯切力）。2.从构件疲劳破坏的角度出发,用机械构件疲劳寿命分析的相关理论,对工作中普通圆锯片的锯齿受载情况进行分析,工作中的圆锯片,锯齿不断的旋转切入,锯片水槽根部会受到周期性的切削载荷冲击,由于切削热应力、锯片旋转惯性力的影响,锯片水槽根部受到的是一个非对称循环复合应力作用,在此基础上,对普通圆锯片锯齿的断裂进行了分析,并对锯齿的寿命进行了估算。3.根据机械构件的疲劳破坏原理,构件所受应力循环的应力幅σα对构件的疲劳寿命有着决定性的影响,如果通过改变普通圆锯片锯齿的结构参数,使圆锯片锯齿在相同切削力作用下水槽根部应力集中部位的应力减小,则可以提高锯齿的使用寿命,在本课题组的研究基础上,对普通圆锯片的锯齿提出了更为全面的结构参数。4.工作中圆锯片的动态稳定性及噪声大小,是评介圆锯片优劣的重要指标,锯齿结构参数优化后的锯片,其工作动态稳定性及噪声会有所变化,本文通过实验的手段,对经有限元（ANSYS）优化的圆锯片进行动态稳定性实验,并与普通锯片实验结果对比,得出了锯齿结构参数对圆锯片动态稳定性的影响规律。本文对圆锯片锯齿断裂的原因进行了分析,对合理选择锯齿结构参数和制定圆锯片基体修复工艺具有一定的理论和实际指导意义,同时对锯齿结构参数进行了优化及实验研究,为金刚石圆锯片的结构设计提供了值得参考的实验数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的及研究意义
• 1.1.1 金刚石圆锯片的应用与市场前景
• 1.1.2 本课题的研究意义
• 1.2 金刚石圆锯片概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 金刚石圆锯片基体结构的研究
• 1.3.2 金刚石圆锯片锯齿受力及断裂研究
• 1.4 课题来源与研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 切削中圆锯片锯齿载荷耦合分析
• 2.1 有限元（ANSYS）耦合分析简介
• 2.2 圆锯片力学模型的理论依据
• 2.2.1 平面应力状态
• 2.2.2 平面问题的极坐标应力分量
• 2.3 圆锯片锯齿热-结构耦合分析
• 2.3.1 切削载荷在锯齿上的分布规律分析
• 2.3.2 圆锯片离心力分析
• 2.3.3 切削工作中锯齿的热-结构耦合分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 普通金刚石圆锯片锯齿疲劳寿命分析
• 3.1 疲劳理论概述
• 3.1.1 疲劳问题发展历史及现状
• 3.1.2 有关疲劳问题研究的基本理论与方法
• 3.2 金刚石圆锯片切削中锯齿疲劳载荷的确定
• 3.2.1 疲劳载荷及其分类
• 3.2.2 疲劳载荷谱和应力谱
• 3.2.3 切削工作中圆锯片上的载荷
• 3.3 切削中金刚石圆锯片锯齿疲劳寿命预测
• 3.3.1 圆锯片锯齿的疲劳寿命曲线（S-N）
• 3.3.2 切削C35混凝土时锯片切削力载荷测试
• 3.3.3 锯齿疲劳寿命估算
• 3.4 本章小结
• 第四章 金刚石圆锯片锯齿优化设计及实验研究
• 4.1 锯齿结构优化
• 4.1.1 锯片模型参数
• 4.1.2 工况分析
• 4.1.3 结果分析
• 4.2 特殊锯齿结构锯片锯切动态稳定性实验研究
• 4.2.1 实验材料的制备
• 4.2.2 实验设备及测试条件
• 4.2.3 实验内容及信号的采集
• 4.2.4 斜水槽圆锯片锯切实验结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文