鋸切力仿真與鋸切參數(shù)選擇.doc

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1、鋸切力仿真與鋸切參數(shù)選擇1???引言以前關(guān)于鋸切參數(shù)對(duì)鋸切力的影響以及應(yīng)用鋸切力的變化規(guī)律解釋鋸片磨損的研究可以分為兩大類，一類基本上依靠試驗(yàn)如?Malnalis和Luo，另一類則將公式和試驗(yàn)結(jié)合如Buttner?和Ertingshausen。不同文獻(xiàn)所引用的公式只有符號(hào)的差異，本質(zhì)是相同的，它們能夠解釋一些試驗(yàn)結(jié)論，但是沒(méi)有充分反映巖石材料特征對(duì)鋸切力的影響。事實(shí)上，天然巖石材料有兩個(gè)對(duì)鋸切力有顯著影響的特征，一個(gè)是鋸切力隨切屑交叉區(qū)面積非線性變化，另一個(gè)是材料微觀硬度的非均勻分布。因?yàn)閹r石鋸切與磨削尤其是蠕動(dòng)磨削類似，所以在該研究中，考慮了巖石材料的特

2、點(diǎn)，把一個(gè)蠕動(dòng)磨削力方程進(jìn)行了修正，作為分析巖石鋸切力的理論模型，對(duì)該模型進(jìn)行了仿真研究并將其應(yīng)用于鋸切參數(shù)選擇。對(duì)鋸切力進(jìn)行不僅包括鋸切參數(shù)而且包括工件材料在內(nèi)的詳細(xì)研究，有利于更好地解釋鋸片磨損并指導(dǎo)鋸切參數(shù)選擇。2???鋸切力理論模型一方面，從金剛石磨粒失效的角度來(lái)看，鋸切力可以分解成為與磨粒磨平關(guān)系密切的法向力、數(shù)值雖然明顯比法向力小但與磨粒破碎關(guān)系密切的切向力，因?yàn)樵趲r石鋸切過(guò)程中摩擦作用突出，所以鋸切力與鋸切參數(shù)之間必然呈非線性關(guān)系。另一方面，因?yàn)樘烊粠r石材料總是由硬度值相差顯著的若干種組份組成的，所以在巖石鋸切過(guò)程中，金剛石刀片與工件材料的不

3、同部位接觸，切除材料所需要的鋸切力不是恒定的而是隨機(jī)變化的。鋸切力理論模型應(yīng)該包括巖石材料這兩個(gè)顯著的特征。圖?l?是刀頭長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單刀頭金剛石圓鋸片鋸切巖石的示意圖，L,大約是整個(gè)切削區(qū)域長(zhǎng)度L的?1/3?。刀頭承擔(dān)的總法向力是與刀頭接觸的全部樣品承擔(dān)的法向力之和。在一個(gè)采樣周期，切除的樣品體積可以用鋸片寬度、磨粒平均突出高度、以及在該文中取值為?1/6ls的樣品長(zhǎng)度共同決定。如果在第i個(gè)和第（i十?l?）個(gè)采樣周期之間磨粒平均突出高度保持不變，而且刀頭與工件完全接觸，那么這兩個(gè)采樣周期的總法向力差值取決于它們各自的第一個(gè)樣品承擔(dān)的法向力的差值。因?yàn)樵诙?/p>

4、數(shù)情況下，樣品長(zhǎng)度?通常選擇為一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于切削區(qū)域長(zhǎng)度L的值，例如在該文中?＝1/18L?，所以雖然相鄰采樣周期之間總法向力差值不明顯，但是不相鄰的采樣周期之間總法向力差值就可能非常突出。根據(jù)正態(tài)分布理論，樣品?j?平均硬度?，是一個(gè)圍繞工件材料平均硬度?。增大或者減小的隨機(jī)變量。采用?的理論，樣品j承擔(dān)的瞬態(tài)總法向力可以通過(guò)對(duì)Wemer[6]巧飛提出的磨削力公式進(jìn)行修正得到，描述如下在方程(1)中，?是樣品j承擔(dān)的法向總鋸切力，?b?是鋸片寬度，?是比例系數(shù)，C1是切削刃密度。?和?分別表示工作臺(tái)速度和鋸片速度；a和d5分別代表切深和鋸片直徑系數(shù)r和?的

5、范圍分別是0≤r≤1?以及0.5≤?≤1。對(duì)天然石材等硬脆材料而六,?值一般小于0.65?（極限值0.5)?，此時(shí)摩擦在切屑形成過(guò)程中起主導(dǎo)作用。?值小是巖石鋸切過(guò)程中鋸切力隨鋸切參數(shù)非線性變化的主要原因。3???鋸切力仿真????Mamalis[1]發(fā)現(xiàn)在一些鋸切力試驗(yàn)曲線中存在鋸切力第二峰值，把這個(gè)現(xiàn)象解釋為非均勻分布的、含空洞的巖石結(jié)構(gòu)的破碎。在該文中，為了利用瞬態(tài)鋸切力方程(1)解釋Mamalis[1]的結(jié)論，在鋸切力模擬時(shí)采用?'jMamalis[1]試驗(yàn)相同的條件作為仿真參數(shù)。鋸切參數(shù)選擇?取?4?個(gè)值?鋸片參數(shù)選擇?d,=?250mm，?b=

6、5mm??andl5=40mm，材料是紅花崗巖。用彩色圖像分析儀1BAS-2000測(cè)量得到該紅花崗巖的基本組成為?40?％鉀長(zhǎng)石?十?35?％斜長(zhǎng)石?＋?25?％石英。用維氏硬度機(jī)LeitzOPTHOLU*IIPOLBK測(cè)量樣本具有代表性的若干測(cè)點(diǎn)的各組份的硬度，利用正態(tài)分布理論，計(jì)算出工件材料微觀硬度均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為產(chǎn)。二溯?VHN?和口＝?298vHN?。在該模擬中，切削區(qū)域長(zhǎng)度分成?18?個(gè)樣品，相應(yīng)的?18?個(gè)硬度均值可以用下式計(jì)算：在方程（?2?）中，?x?是含有?18?個(gè)元素的矢量，?size()返回矢量尺度,randn()產(chǎn)生均值為?O?、

7、標(biāo)準(zhǔn)差為?1?的隨機(jī)序列。假設(shè)在鋸切過(guò)程中，切削刃密度c1和指數(shù)r了保持恒定，那么?k[c1]r是常數(shù)。從?Mamalis[1]提供的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到k[c1]r?=6lN/mn2，?＝?0.594?。事實(shí)上，在該模擬中?簡(jiǎn)單地取為?0.6。?Mamalis[1]提供的另一個(gè)結(jié)論是切向力往往只有法向力的十幾分之一甚至百分之一，所以在該模擬中沒(méi)有考慮切向力。鋸片旋轉(zhuǎn)一周，鋸片刀頭與材料的接觸可以分成三個(gè)接觸階段：刀頭進(jìn)人階段、完全接觸階段和刀頭退出階段，它們對(duì)應(yīng)的采樣周期序號(hào)范圍分別是i=1~6、i=7~19和i=20~25；在第i個(gè)采樣周期，刀頭承擔(dān)的總

8、法向力?是由與刀頭接觸的?個(gè)相鄰材料樣品承擔(dān)的?個(gè)法向力?之和，它