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    锯切机理和锯切力计算模型的研究
    时间:2015-05-12

    为完成各种材料的锯切,尤其是难加工材料的高速锯切,研究材料切削锯带的锯切机理是至关重要的。通常锯切材料可以分为高强度低速锯切材料(如合金钢、钛合金等)、硬脆高速锯切材料(如硅晶体、蓝宝石等)、复合材料和高强度高速锯切材料(如铝合金等材料)。针对不同的锯料,通常选用不同的锯带和不同锯切工艺,如高强度低速锯切材料其锯切速度在30-90m/min,而高强度高速锯切材料其切割速度则可高达3000m/min。因此,材料的锯切机理存在明显不同。

    对于高强度低速锯切材料,如高合金钢和钛合金的强度都很高(其抗拉强度σb可达1000MPa以上)。如此高强度的材料锯切力很大,比锯切45钢(正火)高出30%以上。锯切过程中,塑性变形大,使锯切力大大增加;同时出现加工硬化现象,是热强度提高,进一步增大了锯切抗力。另外,钛合金、不锈钢和高温合金的导热系数小,导热性差,仅为45钢的四分之一,造成切削热不易散发。在加工过程中产生较大的热应力,还会引发加工粘结现象。因此研究快速带走加工过程行程的切削热,使加工材料快速冷却,对于大幅度提高锯切速度是技术难点之一。

    相比之下,高强度高速锯切材料,如铝合金材料,其具有导热系数高,易于高速锯切等优点。其锯切机理与高强度低速锯切完全不同。对于硬脆材料,如硅片材料,由于材料在切割过程中极易破损,切割时要求进行小进给量的高速锯切,通常线速度可高达30m/s。锯切过程中,使用金刚石磨料锯锯带进行切割,切割刀具为金刚石颗粒的多刃微切削,同时专用冷却液带走切削热,实现精密高速切削,达到较好的表面光洁度。

    带锯生产影响最主要的因素是带锯振动,而锯带本身所受的应力状态对于其振动和稳定性最为重要。锯带的应力主要由下列部分组成:弯曲应力σB离心力σC,张紧力σT,切割力和热应力。

    这里我们看到,弯曲应力是周期性的,且幅值很大,他们是引起带锯疲劳失效的主要原因。最大弯曲应力近似和带厚与带径之比(h/D)成正比,因此使用大直径带轮和薄锯带会减小锯带的弯曲应力。

    新闻.jpg 

    2 带锯示意图

    为了获得最大切削性能且不引起锯带的疲劳和断裂问题,引入适当的预紧力或张紧力是十分重要的。精确的张紧力测试是十分困难的,随着传感器技术的发展,这一技术也有了新的进展。张紧导致了锯带产生了一个横向变形,这个变形和残余应力分布密切相关。Aoyama等人总结变形主要依赖于锯带的几何形状、辊子的数目和位置、辊子的几何形状和压力。即使两侧锯带的横向变形相似,但是它们对应的应力分布却可能是不同的。因此light gap技术不能给出一个精确的残余应力评价。另外,张紧力可以抵消一部分热效应,并且防止锯带脱离带轮。

    锯带和工件在振动过程中相互作用以摩擦的形式加热了锯带,在将近250℃时,蓝点和蓝斑会出现。带轮倾斜被常用来解决硬木锯切时遇到的这个问题。

    锯带应力对于研究带锯寿命十分重要,也能解释锯带在仿真中不同参数下动态行为。引起带锯疲劳寿命降低主要有三个原因:带的张紧力,带轮周边的弯曲和带轮和切削带之间的扭转。这里可以给出一个简单的公式来计算在带轮上由张力和弯曲引起的应力,这个公式是基于梁模型计算所得的:      

                          新闻2.png   (1)

               

           当然,对于弯曲应力σF的值是最大应力,在锯带上表面是正的(拉应力),和带轮接触的表面是负值(压应力)。

    如果是板模型,弯曲应力也可以给出:

                        新闻3.jpg            (2)

     锯带的扭转仍然没有深入的研究,它可能和大变形壳的扭转相关。由此产生的应力可能是纵向的,也可能是横向的或剪切应力。

    离心效应产生了一个附加的纵向应力,它不均匀的进入了锯带的横截面,可由下式计算:

                          新闻4.png

                        

    注意这个应力值通常比张紧力小。其他原因的应力也存在,但是他们的效果通常被假设是比较小的,没有被彻底地研究:带轮倾斜,带轮表面形状,带材料热效应,切削力。

            到目前为止,针对不同锯料的锯切机理研究有待深化。为开发高端lovebet更新,需要比较准确地计算出锯切力,而目前国内lovebet更新行业尚未详细研究锯带在锯切过程中的锯切机理,也未建立合理的锯切数学模型,缺乏锯料锯切力的测试数据。lovebet更新的核心功能是锯切工件,因此锯切功能模块的设计是lovebet更新设计的核心内容。科学揭示锯切机理并获取锯切力数据是lovebet更新合理设计的第一步。

     

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