胡欢，张云才，李春林，赵磊
(黑旋风锯业股分有限公司)
概要设立耐打击型金刚石锯片锯切受力的有限元解析模子，环绕新式半圆形水槽和保守U型水槽的2种齿形组织，以数值摹拟相比研讨金刚石圆锯片的锯切受力。仿真效果声明：在蒙受类似载荷的状况下，新式半圆形水槽锯片较保守U型水槽锯片在锯切受力时的变形、应力方面都获得了显然改进，其变形量缩小11.56%，第一、第三主应力别离消沉24.04%和34.19%，因此其蒙受大载荷和耐打击机能优良。
关键词耐打击型金刚石锯片；半圆形水槽；有限元解析；变形；应力
金刚石锯片具备优良的切割机能，具备方便、加功效率高级好处。不只运用于石材、超硬材料的加工，并且在各样道路(机场跑道、沥青路面等)及修建物的改革与捣毁等修建动工范围的运用亦越来越遍及[1-2]。金刚石锯片在修建动工范围的运用紧要以钢筋混凝土等做为切割目标，但由于钢筋在混凝土中随机散布，混凝土内部存在不接连点乃至漏洞，因此锯片基体在切割历程中的受力形态与切割机理极其繁杂，对锯片基体的机能请求也比保守石材加工用锯片基体的更高，紧要表现为屈强比请求高，基体刚性要更好，同时基体齿部耐打击性请求更高[3]。是以，在修建动工范围锯片的利用历程中，由于打击力和负荷的赶紧改变，金刚石锯片基体简单变形，特为是锯片刀头易掉齿或基体水槽底部易造成裂纹等题目，不只缩小了锯片的利用寿命，同时锯切加工时易造成较大的平安隐患。
已有的研讨功效声明，为缩小锯片基体在高强度、大打击工况下使历时浮现裂纹等，国表里同业一方面从金刚石刀头的配方和金刚石有序布列的角度改良，使锯片在切割历程中越发横蛮[4-5]；另一方面，经过对基体和锯齿组织的正当打算，升高锯片的抗打击能耐。胡映宁等[2]引见了国表里优化金刚石圆锯片基体及锯齿组织的联系功效，如锯片基体开气流孔槽或镶阻尼材料，造成锯齿中凹磨损的三明治夹层齿、多重细齿、径向延长齿、硬质合金护齿等，解析了各样用于干切削、抗打击和低噪音的锯片基体及锯齿组织的特色及存在题目。仇君等[6]研讨发觉正当的水槽组织能使锯片的应力散布平衡，高应力区均大大缩小。归纳现有技巧停止解析，发觉用现有技巧对水槽形态停止优化改良，产业化管制的难度低，且功效较为显然。如专利[7]引见：将保守的U形水槽优化为崭新的半圆形水槽，这类水槽组织使得锯切时的齿根部应力过于纠合的局面得以消除，防止因个别受力而造成裂纹，极地面升高了锯片基体的耐打击机能。
是以，针对半圆形水槽新式齿形组织的金刚石锯片基体，设立了响应的锯切时受力的有限元模子，开展了保守U型槽齿形和新式的半圆齿形水槽的金刚石圆锯片锯切受力的数值摹拟相比研讨，探求其应变及应力的改变规律。
1耐打击型金刚石圆锯片锯切受力的有限元建模1.1断定组织参数、界说单位表率和材料属性建模时，对圆锯片停止肯定的简化，保守的U形水槽和新式半圆形水槽圆锯片的紧要尺寸为：外径mm、内孔50mm、齿数24、基体厚度2.0mm、刀头3mm×7mm(宽×高)，保守的U形水槽尺寸为10mm×15mm,新式半圆形水槽尺寸为R5mm；锯片基体、刀头的材料个性参数如表1所示。
表1金刚石圆锯片基体和刀头的材料个性
Tab.1Materialpropertiesofdiamondcircularsawbladematrixandsegment
依照上述金刚石圆锯片的根基组织参数和材料个性参数设立有限元仿真模子，为保证锯切时受力状况一致，设定保守U型水槽和半圆形水槽齿形锯片基体的齿长一致。
由于金刚石圆锯片基体的径厚对照大，属于榜样的平面薄板件，其受力可简化为平面应力题目，是以在建模时界说了2种单位表率：壳单位SHELL63和体单位SOLID45。依照表1的基体和刀头对应的材料属性参数，对平面薄板组织的金刚石圆锯片基体简化其平面应力摹拟，采用板壳单位SHELL63，对厚度与基体不同的刀头节块，采用SOLID45体单位来摹拟其理论受力状况，获得2种组织表率的金刚石圆锯片的有限元仿真模子如图1所示。
1.2网格区分利用ANSYS解析软件中的网格区分选项Smartsizing停止智能网格自如区分，程序主动管制单位巨细。为便于水槽齿部范围有限单位的区分，统一采取四边形单位。其它，由于水槽齿部所处地方是应力纠合敏锐区，须将水槽临近的网格进一步细化，以便更正确地反响出一切有限元模子的形态，其区分网格后的有限元模子如图2所示。
1.3界说管束及施加载荷锯片在锯切时由中孔和法兰盘不变在主轴上，且锯切加工时惟有绕轴向的动弹，因此在其余自如度上是不变的，而动弹由机电推动，巴望切割形态下为匀速动弹，也可觉得是受管束的。是以，基体内孔一切圆环面积遭到全管束，即ANSYS模子受全管束。
根据建模时锯片的联系参数，再参考文件[1]，锯切历程中的紧要办事参数设定为：锯片锯切转速为r/min，进给速率为1.8m/min，锯切进刀量为20mm，此中刀头宽度为3mm。依照金刚石锯片的力学模子[8-10]，可计划出统暂时候有2个齿参与锯切加工，求得其切向力Ft=N，径向力Fn=59N。此时也许觉得这2个齿蒙受了统统的压力，受力地方为刀头的顶面和侧面，其面积别离为An和At，则单个齿侧面均布载荷Pt=Ft/(At/2)=6.MPa，单个齿顶面均布载荷Pn=Fn/(An/2)=0.MPa，且载荷将均布于2个刀头结块的顶面和侧面上。
2仿真效果与解析2.1圆锯片变形态况解析保守U型水槽圆锯片和新式的半圆形水槽圆锯片归纳变形(USUM)散布云图如图3、图4所示，其USUM归纳变形最大值见表2所示，表2中η1=(1-新式锯片的变形值/保守锯片的变形值)×%。
图3保守U型水槽圆锯片归纳变形(USUM)云图
Fig.3USUM
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