金剛石鋸片節(jié)塊表面金剛石分布與單顆金剛石切削厚度的計算

1、BN500刀具壽命與切削速度的關系符合泰勒公式;此外,PCB N刀具的壽命方程指數(0.689,60HRC;0. 662,40HRC比硬質合金刀具的壽命方程指數(0.1 0.4和陶瓷刀具的壽命方程指數(0.20.4大得多,說明切削速度對PCBN刀具壽命的影響程度相對較小。比較對應兩種硬度的壽命方程指數可知,在較高工件硬度(60HRC條件下,切削速度對刀具壽命的影響小于較低工件硬度(40HRC時的影響。4 結語(1PCB N刀具的磨損因素較多,磨損機制較復雜,且磨損因素相互影響、相互作用。根據磨損形式的特點,通過調整刀具幾何參數和切削條件,可有效提高刀具壽命。(2PCB N刀具的前、后刀面磨損區(qū)

2、域較小,且集中于切削溫度較高的切削刃附近,磨損原因以機械磨損、氧化磨損和化學磨損為主,后刀面磨損區(qū)域有CBN晶粒脫落發(fā)生。(3在臨界硬度(50HRC附近,PCBN刀具的磨損速度最快,說明PCB N刀具不適宜加工硬度為臨界硬度附近的工件材料。(4在兩種切削條件下得到的刀具壽命方程指數均在0.6以上,說明切削速度對PCB N刀具壽命的影響小于對陶瓷刀具和硬質合金刀具壽命的影響。參考文獻1 新谷一博,加藤秀治,前田隆夫,藤村善雄,山本明.!718材加工#%&CB N工具摩耗特性.精密工學會志,1992,58(10:63682 新谷一博,鈴木直彥.ADI材加工#%&高溫條件下(工具摩耗

3、機構.精密工學會志,1995,61(6:804808 3 新谷一博,加藤秀治,杉田博昭,鈴木直彥.+鑄鐵高速加工條件下#%&CB N工具壽命化機構.精密工學會志,1990,64(2:2612654 馮士光著.新型超硬材料 立方氮化硼聚晶及其刀具的應用,四川科學技術出版社,1984科學技術出版社,19996 Liu Xianli.Cutti ng temperature of quench bearing steel GCr15with PCBN cutter.Chinese Journal of M echanical Engineerin g (English Edi tion.19

4、99,12(4:25425936(3:913第一作者:劉獻禮,教授,哈爾濱理工大學機械動力學院,150080哈爾濱市編輯:汪 莉收稿日期:2001年10月金剛石鋸片節(jié)塊表面金剛石分布與單顆金剛石切削厚度的計算史冬梅 楊凱華 潘秉鎖中國地質大學摘 要:通過分析金剛石圓鋸片節(jié)塊工作面上金剛石的分布狀態(tài)和鋸片工作時的運動特點,求出了節(jié)塊工作面上出刃金剛石之間的距離和金剛石的運動軌跡,據此推導出單顆金剛石切削厚度的計算公式,并討論了切削厚度與鋸切參數和節(jié)塊結構之間的關系。關鍵詞:金剛石圓鋸片, 節(jié)塊, 運動軌跡, 切削厚度, 鋸切參數C alculation of Diamonds Distribut

5、ion on Segment s Working Faceand Cutting Thickness of Single DiamondShi Dongmei Yang Kaihua Pan Bingsuo et alAbstract:Through analyzing the distribution of diamonds on the working face of segment and the moving characteris tics of circular diamond saw during working,the distance between two adjacen

6、t exposed diamonds and the locus of diamonds are ob tained.Based on this,the cu tting thickness of single diamond is deduced and its relationships with cu tting parameters and segment structures are discussed.Keywords:circular diamond saw blade, segment, moving locus, cutting thickness, cutting para

7、meter1 引言金剛石圓鋸片是廣泛應用于石材加工的高效切割刀具。但目前對金剛石鋸片加工石材的鋸切機理的研究尚不夠深入,金剛石圓鋸片的制造質量也有待進一步提高。為了更好地研究金剛石圓鋸片的切割機理,本文通過理論推導,得出了金剛石顆粒在鋸片節(jié)塊表面(工作面上的分布模型;分析了切割過程中磨粒的運動軌跡,求出了單粒金剛石每轉的切削厚度,并討論了單顆金剛石切削厚度與鋸切參數及節(jié)塊結構之間的關系。本文結論對研究金剛石鋸片的鋸切機理提供了理論基礎,同時可為金剛石鋸片節(jié)塊參數的設計提供參考。2 金剛石在節(jié)塊工作面上的分布金剛石圓鋸片節(jié)塊由金剛石顆粒和胎體材料組成。金剛石顆粒的功用是切削碎巖,胎體材料則起包鑲

8、和支撐金剛石的作用。金剛石顆粒在節(jié)塊中基本呈均勻分布狀態(tài),在工作面上則表現為金剛石出刃高度的不同。在胎體磨損過程中,金剛石顆粒的出刃高度由零加大到某一臨界值后,金剛石被剪斷、剝蝕而失效,同時新的金剛石出露。假設金剛石顆粒呈直徑為d 的球形,則1cm 3節(jié)塊內的金剛石顆粒數為N =1500c d 3式中 c 金剛石濃度(400%制d 金剛石顆粒平均直徑(mm 由于金剛石顆粒在節(jié)塊中呈均勻分布,因此某一體積內的金剛石顆粒數與其體積成正比。設金剛石的出刃系數為k (即金剛石出刃高度達到k d 時則脫落,則1cm 2工作面上出刃的金剛石顆粒數N e 相當于體積為(1cm 2kd 的胎體中所含的金剛石顆

9、粒數,即N e =kd 10N =kd 101500c d 3=1500ck d 2(1由式(1可知,出刃的金剛石顆粒數與節(jié)塊的金剛石濃度和出刃系數成正比,而與所用金剛石顆粒直徑的平方成反比。表1為在不同金剛石粒度和金剛石濃度下1c m 2金剛石圓鋸片節(jié)塊工作面上出刃的金剛石顆粒數。由表1數據可知,根據式(1得到的計算結果與實際結果(表中的統(tǒng)計值1相當吻合。表1 1cm 2節(jié)塊工作面上出刃的金剛石顆粒數濃度60%80%100%120%粒度計算值統(tǒng)計值計算值統(tǒng)計值計算值統(tǒng)計值計算值統(tǒng)計值35/4025 72634 33442 94351 55140/45383850 65163 36376 07

10、650/6065 76587 687109 4109131 3131根據式(1可求得單位長度胎體上出刃的金剛石顆粒數N l ,從而可求出一條切削線上相鄰兩顆出 刃的金剛石之間的距離L d ,即L d =10N l=10N e=10 d 150ck(2由式(2可知,相鄰兩顆出刃的金剛石之間的距離L d 與鋸片采用的金剛石粒度(d成正比,與金剛石濃度c 及金剛石出刃系數k 的平方根成反比。 3 單顆金剛石切削厚度的計算金剛石圓鋸片工作時,鋸片上的節(jié)塊圍繞由電機帶動的主軸作轉速為n 的轉動,同時又作速度為v 的水平給進運動,即節(jié)塊的運動方式為轉動與平動的合成運動。設鋸片直徑為D,鋸片轉動角速度為 ,

11、鋸床給進速度為v;在一次給進過程中,以開始切削時轉軸軸心所在位置為原點,水平方向為X 軸,豎直向下為Y 軸,則節(jié)塊上一點A 的運動軌跡為x =vt +D2sin t y =D2cos t即x A =v arccos 2y D +D 2si n(arccos 2y D(3同理可得在A 點后方與A 點相鄰的金剛石顆粒B 的運動軌跡為x B =v arccos 2y D +D 2sin(arccos 2y D +v(4式中, 為相鄰兩顆參加切削的金剛石所夾圓弧對應的圓心角。將式(4減去式(3,即可得A 點軌跡與B 點軌跡之間的水平距離(見圖1,即A 點的水平切削厚度為|x B -x A |=v(5圖

12、1 金剛石顆粒運動軌跡圖2為單顆金剛石切削厚度的計算圖。其中,OA =OF =D /2為鋸片半徑;AB =h 為某一時刻鋸片的切削深度,BC/AG ;1和2為相鄰的兩條金剛石運動軌跡,則FC =|x B -x A |。 圖2 金剛石切削厚度T c計算圖設單顆金剛石的切削厚度為T C,則EF=T C。鋸片切割時,金剛石顆粒與巖石表面垂直,即OE在該時刻與軌跡1和軌跡2垂直,由于EC很小,因此#F EC可看作是以FEC為直角的直角三角形。由于#OBF為直角三角形,且OFB=CFE,故FC E=!,因此有sinFC E=sin!=BFOF=2Dh-h2D則EF=FC sinFCE=FC sin!即切

13、削厚度T c為T c=|x B-x A|sin!=Vsin!(6又因為=2L d/D,L d=10/N l=10 d/ 150ck% (k%為金剛石最大切入量與金剛石直徑之比,k%=2T c/d(參加切削的金剛石的平均切入量等于切削厚度,因金剛石呈均勻分布,故最大切入量應為切削厚度的兩倍,因此有T c=20V dD300c T c/dsin!因此可得切削厚度計算公式為T c=34V2 sin2!3c 2D2d=3 V2sin2!3c V T2d(7式中V T為金剛石鋸片的圓周線速度。由式(7可見,單顆金剛石的切削厚度與所用金剛石的粒度、進刀速度V的2/3次方成正比,與金剛石濃度c的1/3次方、

14、鋸片線速度V T的2/3次方成反比,且與進刀量有關。當V=3000mm/min,V T=35m/s,c= 40%,d=0.3mm,進刀量為20mm時,最大切削厚度(即金剛石即將脫離工作狀態(tài)時的切削厚度T c= 0.0075d=2.25m。由此可見,單顆金剛石的切削厚度很小,僅幾個微米。據此求得參加切削的相鄰兩顆金剛石之間的距離L d=18.7d。4 金剛石切削厚度與鋸切參數選擇和節(jié)塊設計的關系(1金剛石切削厚度與鋸切參數選擇的關系金剛石圓鋸片的鋸切參數主要包括鋸片線速度、走刀速度、進刀量等2。一定的鋸片對于給定的被加工巖石應存在一組最佳鋸切參數,采用該組參數進行鋸切時,鋸片可獲得鋸切壽命與鋸切

15、時效的最佳組合。由式(7可知,隨著走刀速度V的提高,單顆金剛石切削厚度增大,鋸切效率提高,但金剛石所受切削力增大,當超過一定值后,金剛石因切入深度過大而使機械磨損增大,導致鋸片壽命下降。當走刀速度一定時,如鋸片圓周線速度V T過小,則單顆金剛石切削厚度較大,金剛石所受切削力也較大,容易破碎,鋸片壽命較低;如V T過大,雖然T c較小,可減小金剛石的機械磨損,但金剛石所受沖擊載荷增大,從而使金剛石的沖擊磨損增大。進刀量則會影響單顆金剛石切削厚度的最大值。進刀量越大,則切削厚度越大。應將進刀量控制在使單顆金剛石最大切削厚度不超過所用金剛石的最大允許切深。由式(7可知,在相同的節(jié)塊結構(胎體配方、金

16、剛石參數等下,鋸片直徑較小時,選用進刀量也應較小;反之亦然。上述結論與實際生產經驗及文獻試驗結果3也相當吻合。(2金剛石切削厚度與節(jié)塊設計的關系金剛石圓鋸片的節(jié)塊設計包括胎體配方設計、節(jié)塊結構選擇以及金剛石參數的確定。為使設計的節(jié)塊達到預期加工性能,就必須在節(jié)塊設計時充分考慮影響節(jié)塊性能的各種因素。由式(7可知,粗顆粒金剛石可獲得較大切削厚度,因此可采用較大的走刀速度或進刀量,有利于提高切削效率。而通過提高金剛石濃度c,則可在不增加金剛石的沖擊磨損(即提高V T的情況下,提高走刀速度V或增大進刀量,從而獲得更高的切削效率。由于冷卻水槽的存在,使節(jié)塊上各部分金剛石的切削量并不均勻,節(jié)塊前端的金剛

17、石切削量要大于后部的金剛石切削量。這是因為此處參加切削的金剛石與上一顆參加切削的金剛石之間的距離因水槽的夾入而被大大延長,其對應的圓心角相應增大,使切削厚度增加。設金剛石直徑d=0.3mm,則L d =5.6mm。對于規(guī)格為#1000的金剛石鋸片,水槽寬度為20mm?？紤]金剛石在工作過程中的代謝,水槽兩側參加切削的相鄰兩顆金剛石之間的距離應為25.6mm。代入式(6可得T c=10.24m?？梢?節(jié)塊前端的金剛石切削量是其后部金剛石切削量的近五倍。因此,前端的金剛石所受切削載荷較大,容易磨損,表現為節(jié)塊前端提前消耗,從而使前端處金剛石的切削量變小,導致后部金剛石的切削量增大,造成磨損區(qū)不斷后移

18、;當后部磨損到一定程度,前端金剛石的切削量又將增加,磨耗隨之增大。如此反復,導致整個節(jié)塊不斷消耗。由此可得出以下結論:&節(jié)塊的磨耗是不均勻的;節(jié)塊前端不僅應具有足夠的耐磨損強度,以防止過早磨耗,還應保持足夠大的出刃高度,以完成較重的切削任務。因此,節(jié)塊前端應采用高強度粗顆粒金剛石。由于目前所用金剛石刀頭在長度方向上的抗磨損強度都相等,因此上述結論對于改進節(jié)塊設計具有重要指導意義。5 結論(1節(jié)塊表面出刃的金剛石顆粒數與節(jié)塊的金剛石濃度和出刃系數成正比,與所用金剛石直徑的平方成反比;相鄰兩顆出刃的金剛石之間的距離L d 與鋸片采用的金剛石粒度(d成正比,與金剛石濃度c及金剛石出刃系數k的

19、平方根成反比。(2單顆金剛石的切削厚度僅有幾微米,它與所用金剛石的粒度、進刀速度V的2/3次方成正比,與金剛石濃度c的1/3次方、鋸片線速度V T的2/3次方成反比,且與進刀量有關。(3節(jié)塊前端金剛石切削的巖石量大于節(jié)塊后部金剛石的切削量,因此節(jié)塊前端應采用高強度粗顆粒的金剛石。參考文獻1 王艷輝,王明智,臧建兵.超硬材料工具制造(.金剛石與磨料磨具工程,1999(1南工業(yè)大學出版社,1992:3383403 郭柏林,盧潔明,張立三.金剛石圓鋸片切割石材過程研究.武漢工業(yè)大學學報,1997(3:8587第一作者:史冬梅,碩士,中國地質大學工程學院勘察與基礎工程系,430074武漢市編輯:張 憲收稿日期:2001年12月硬質合金涂層的金相分析胡希川 韓春陽成都工具研究所摘 要:介紹了硬質合金涂層的金相分析方法,包括涂層試樣的制備、涂層形貌觀測與分析、涂層缺陷觀測和厚度測量。關鍵詞:表面涂層, 金相分析, 硬質合金Metallographic Analysis of C oatings on C arbide BaseHu Xichuan Han ChunyangAbstract:The metallographic analysis method of coati ngs on the carbide base,including preparation of