客服熱線：
手機版
二維碼
?。鼻把?br />
金剛石圓鋸片工作時，鋸片的轉(zhuǎn)速往往是一個比較敏感的參數(shù)。速度的高低影響到圓鋸片的切削性能和切割表面質(zhì)量，圓鋸片在高速切削過程中基體內(nèi)離心力對鋸片穩(wěn)定性影響不容忽視，有資料表明，鋸片在高速旋轉(zhuǎn)切削時，齒緣部分就可能變成荷葉狀。干切圓鋸片鋸切工作時，由于鋸片切削刃與被切割材料之間以及鋸片與切割面之間產(chǎn)生很大的摩擦而產(chǎn)生熱量，這樣在鋸片基體半徑方向上就形成了外高內(nèi)低的溫度梯度，鋸片基體材料一般采用高錳鋼—65Mn,而65Mn具有過熱敏感性。因此切削熱使基體屈服強度降低，同時又增大了圓鋸片應(yīng)力和變形，它不僅影響加工質(zhì)量，同時也將嚴(yán)重影響鋸片的使用壽命。
鋸片在鋸切過程中承受離心力、鋸切熱、切削力等外載荷作用，通過改變鋸片基體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如在鋸片基體上開空冷槽等結(jié)構(gòu)改進，可以明顯降低鋸片基體變形和最大應(yīng)力，但同時會削弱鋸片的軸向剛度，因此對工作中不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的圓鋸片進行熱應(yīng)力一離心力禍合分析是非常必要的。
本文首先建立了金剛石干切圓鋸片結(jié)構(gòu)的離心力和熱應(yīng)力一離心力禍合分析理論模型，采用有限元軟件ANSYS，對普通鋸片和基體開圓孔的金剛石干切圓鋸片進行了熱應(yīng)力一離心力藕合分析研究，探討離心力及各種鋸片結(jié)構(gòu)參數(shù)對鋸片變形、應(yīng)力的影響。
2 離心力分析模型
不考慮圓鋸片啟動和停止運轉(zhuǎn)階段鋸片速度的變化，分析等速回轉(zhuǎn)階段鋸片內(nèi)離心力分布，圓鋸片可以看作是一種中心約束的，等速回轉(zhuǎn)的圓盤。圓鋸片的徑厚比一般在150以上，屬于典型的超薄零件，干切圓鋸片在正常鋸切過程中承受的離心力、鋸切力、切削熱應(yīng)力等交變載荷可以認(rèn)為只作用于x-y平面內(nèi)，屬于典型的平面應(yīng)力狀態(tài)。圓鋸片高速切削時，離心力對鋸片基體的作用力見圖1，對于鋸片基體上的每一微小單元，在鋸片的徑向和切向上產(chǎn)生徑向力σr和切向力σθ，相應(yīng)的會產(chǎn)生徑向和切向應(yīng)變，由于基體材料間的相互約束，使得基體在徑向和切向之間的變形不協(xié)調(diào)，因而會在基體中產(chǎn)生切向應(yīng)變和徑向應(yīng)變，這個應(yīng)變對工作中的鋸片產(chǎn)生不利的影響。
在干切圓鋸片每一節(jié)點處受到由于角速度引起的體力：
重量密度，[N ]T是形函數(shù)，為X和Y的線性函數(shù)。
3 熱應(yīng)力一離心力藕合分析模型
在實際應(yīng)用中，熱膨脹所引起的熱應(yīng)變和高速旋轉(zhuǎn)時離心力所引起的應(yīng)變是影響鋸片基體使用情況的主要因素之一，因此必須同時解決結(jié)構(gòu)和溫度場的相互作用，即熱一結(jié)構(gòu)藕合問題，并給出所施加的溫度場分布和旋轉(zhuǎn)角速度所引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題。一般禍合場的分析最終可歸結(jié)為兩種不同的方法:序貫禍合方法和直接禍合方法。對于不存在高度非線性相互作用的情形，序貫禍合解法更為有效和方便，因此本文采用這種方法進行計算。
根據(jù)靜力平衡方程，建立平衡關(guān)系：
[K ]{δ}={R} (2)
式中:[K ]為整體剛度矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù); {δ}為結(jié)構(gòu)節(jié)點位移向量;{R}為結(jié)構(gòu)節(jié)點力向量，包含熱生成，ANSYS在計算時能根據(jù)單元轉(zhuǎn)換將熱分析的結(jié)果作為力分析的載荷，然后加載角速度，實現(xiàn)熱一結(jié)構(gòu)禍合分析。中國石材城
4 計算實例
本文首先對普通鋸片進行熱應(yīng)力和熱應(yīng)力一離心力禍合對比分析研究，鋸片的熱分析理論模型參照資料建立，在此不再詳述，然后根據(jù)目前圓鋸片市場上出現(xiàn)的基體上開圓孔的鋸片，以孔的直徑、圓孔位置(孔圓心與鋸片中心的距離)、孔的個數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)為分析因素，尋求能夠明顯提高干切金剛石圓鋸片幾何剛度，同時又對鋸片基體彎曲剛度削弱較小的合理參數(shù)，各試驗因素的水平數(shù)取3，鋸片模型如圖2和圖3。金剛石節(jié)塊尺寸為:長x寬x高=40x3x7mm3。表1給出了圓鋸片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，表2、表3分別給出了鋸片各部分的材料特性。
根據(jù)文獻(xiàn)的研究，普通鋸片工作時轉(zhuǎn)速及各部分空氣對流系數(shù):鋸片基體直徑為?350mm，內(nèi)孔直徑為小?50mm，厚度為2mm，鋸片工作轉(zhuǎn)速為1000rpm(即鋸片每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)為0.06s);鋸片直徑在[50, 150] mm區(qū)間范圍為層流，空氣對流系數(shù)約為λ = 9.30 W/(m.℃ )，直徑在[150, 350] mm區(qū)間范圍為紊流，空氣對流系數(shù) λ=22.10 W/(m. ℃)，窄水口處的空氣對流系數(shù)為690 W/(m. ℃)，再根據(jù)經(jīng)驗公式可以算得散熱圓孔處空氣對流系數(shù)如表4所示。
表5為空氣的部分熱力參數(shù)。
分析方案用正交表具體安排如下表6：
鋸片在鋸切過程中承受離心力、鋸切熱、切削力等外載荷作用，通過改變鋸片基體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如在鋸片基體上開空冷槽等結(jié)構(gòu)改進，可以明顯降低鋸片基體變形和最大應(yīng)力，但同時會削弱鋸片的軸向剛度，因此對工作中不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的圓鋸片進行熱應(yīng)力一離心力禍合分析是非常必要的。
本文首先建立了金剛石干切圓鋸片結(jié)構(gòu)的離心力和熱應(yīng)力一離心力禍合分析理論模型，采用有限元軟件ANSYS，對普通鋸片和基體開圓孔的金剛石干切圓鋸片進行了熱應(yīng)力一離心力藕合分析研究，探討離心力及各種鋸片結(jié)構(gòu)參數(shù)對鋸片變形、應(yīng)力的影響。
2 離心力分析模型
不考慮圓鋸片啟動和停止運轉(zhuǎn)階段鋸片速度的變化，分析等速回轉(zhuǎn)階段鋸片內(nèi)離心力分布，圓鋸片可以看作是一種中心約束的，等速回轉(zhuǎn)的圓盤。圓鋸片的徑厚比一般在150以上，屬于典型的超薄零件，干切圓鋸片在正常鋸切過程中承受的離心力、鋸切力、切削熱應(yīng)力等交變載荷可以認(rèn)為只作用于x-y平面內(nèi)，屬于典型的平面應(yīng)力狀態(tài)。圓鋸片高速切削時，離心力對鋸片基體的作用力見圖1，對于鋸片基體上的每一微小單元，在鋸片的徑向和切向上產(chǎn)生徑向力σr和切向力σθ，相應(yīng)的會產(chǎn)生徑向和切向應(yīng)變，由于基體材料間的相互約束，使得基體在徑向和切向之間的變形不協(xié)調(diào)，因而會在基體中產(chǎn)生切向應(yīng)變和徑向應(yīng)變，這個應(yīng)變對工作中的鋸片產(chǎn)生不利的影響。
在干切圓鋸片每一節(jié)點處受到由于角速度引起的體力：
重量密度，[N ]T是形函數(shù)，為X和Y的線性函數(shù)。
3 熱應(yīng)力一離心力藕合分析模型
在實際應(yīng)用中，熱膨脹所引起的熱應(yīng)變和高速旋轉(zhuǎn)時離心力所引起的應(yīng)變是影響鋸片基體使用情況的主要因素之一，因此必須同時解決結(jié)構(gòu)和溫度場的相互作用，即熱一結(jié)構(gòu)藕合問題，并給出所施加的溫度場分布和旋轉(zhuǎn)角速度所引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題。一般禍合場的分析最終可歸結(jié)為兩種不同的方法:序貫禍合方法和直接禍合方法。對于不存在高度非線性相互作用的情形，序貫禍合解法更為有效和方便，因此本文采用這種方法進行計算。
根據(jù)靜力平衡方程，建立平衡關(guān)系：
[K ]{δ}={R} (2)
式中:[K ]為整體剛度矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù); {δ}為結(jié)構(gòu)節(jié)點位移向量;{R}為結(jié)構(gòu)節(jié)點力向量，包含熱生成，ANSYS在計算時能根據(jù)單元轉(zhuǎn)換將熱分析的結(jié)果作為力分析的載荷，然后加載角速度，實現(xiàn)熱一結(jié)構(gòu)禍合分析。中國石材城
4 計算實例
本文首先對普通鋸片進行熱應(yīng)力和熱應(yīng)力一離心力禍合對比分析研究，鋸片的熱分析理論模型參照資料建立，在此不再詳述，然后根據(jù)目前圓鋸片市場上出現(xiàn)的基體上開圓孔的鋸片，以孔的直徑、圓孔位置(孔圓心與鋸片中心的距離)、孔的個數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)為分析因素，尋求能夠明顯提高干切金剛石圓鋸片幾何剛度，同時又對鋸片基體彎曲剛度削弱較小的合理參數(shù)，各試驗因素的水平數(shù)取3，鋸片模型如圖2和圖3。金剛石節(jié)塊尺寸為:長x寬x高=40x3x7mm3。表1給出了圓鋸片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，表2、表3分別給出了鋸片各部分的材料特性。
根據(jù)文獻(xiàn)的研究，普通鋸片工作時轉(zhuǎn)速及各部分空氣對流系數(shù):鋸片基體直徑為?350mm，內(nèi)孔直徑為小?50mm，厚度為2mm，鋸片工作轉(zhuǎn)速為1000rpm(即鋸片每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)為0.06s);鋸片直徑在[50, 150] mm區(qū)間范圍為層流，空氣對流系數(shù)約為λ = 9.30 W/(m.℃ )，直徑在[150, 350] mm區(qū)間范圍為紊流，空氣對流系數(shù) λ=22.10 W/(m. ℃)，窄水口處的空氣對流系數(shù)為690 W/(m. ℃)，再根據(jù)經(jīng)驗公式可以算得散熱圓孔處空氣對流系數(shù)如表4所示。
表5為空氣的部分熱力參數(shù)。
分析方案用正交表具體安排如下表6：
