锯解硬质石材的偏心铰链式框架锯机锯解运动轨迹及其锯解性能研究

摘要

随着家庭装修的普及，花岗石等硬质石材需求量越来越大，而石材荒料锯解设备中金刚石圆盘锯不能锯解大幅面板材，金刚石串珠绳锯锯解硬质石材时锯缝大、成本高，现有框架锯锯解硬质石材时存在锯齿磨损严重、锯条易失稳等问题。本文通过创新设计运动导向机构，研发偏心铰链式框架锯机，优化配套工具、工艺，实现大幅面硬质石材的锯解。 在系统研究传统铰链式平行杆系导向机构运动特点的基础上，提出一种实现金刚石颗粒拖尾的思路，通过改变导向机构布置方式调控锯机锯解运动路径，实现进程锯解深度小、回程锯解深度大的类似单向锯解的方式。 首先，研究导向机构的放置方式、铰链杆支撑轴偏置方向、偏心量以及锯解行程对锯解运动轨迹的影响规律，重点分析水平往复式导向机构、偏心铰链导向机构对称放置和偏心铰链导向机构同侧放置的运动特点。研究结果表明:水平运动方向上三种导向机构的位移和速度均相等;而竖直运动方向上偏心铰链导向机构在运动中能够抬起锯条，实现锯解石材、脱离石材的状态;铰链机构对称放置时锯条在运动中存在摇摆现象，铰链机构同侧放置时前后铰链机构运动轨迹一致，锯条不会出现摇摆现象;研究结果为锯机设计和相关试验的研究提供有力保证。 然后，研发偏心铰链机构同侧放置式框架锯试验样机，试验研究水平往复式锯机、偏心铰链机构对称放置式锯机和偏心铰链机构同侧放置式锯机中三种不同锯解运动轨迹对金刚石锯齿磨损特性的影响规律，根据金刚石锯齿磨损的情况优选实现硬质石材锯解、锯齿磨损均匀的锯机。研究结果表明:偏心铰链式锯机的导向机构保证了硬质石材锯解过程中锯齿的锋利度，实现了金刚石颗粒的拖尾，提高了胎体对金刚石颗粒的把持力，而且具有锯解能力的金刚石颗粒比例高于水平往复式锯机;偏心铰链机构同侧放置式锯机更有利于锯齿磨损的均匀性。 其次，根据偏心铰链机构同侧放置式锯机的运动特点，建立金刚石颗粒进程/回程平均锯解厚度的数学模型，试验研究锯解工艺参数对进程/回程锯解力的影响规律，建立锯解力的回归数学模型。研究结果表明:由于锯解轨迹的作用，金刚石颗粒的回程平均锯解厚度大于进程的锯解厚度，导致回程锯解力大于进程锯解力;而且锯齿进程和回程的锯解力随着进给速度和锯解长度的增加而增加，随着曲柄转速的增加呈减少的趋势，进给速度对锯解力的影响最大。 再次，研究新的锯解方式下锯齿胎体和金刚石颗粒的磨损机理，探寻锯齿的磨损规律及其匹配的理想工艺参数。研究结果表明:金刚石锯齿胎体的磨损机理主要是磨粒磨损和冲蚀磨损，金刚石颗粒的磨损机理主要是解理断裂和摩擦磨损;锯解工艺参数对金刚石颗粒磨损比例的影响和锯解工艺参数对锯齿磨损率的影响相一致，具有锯解能力的金刚石颗粒越多，其锯齿磨损率就越低。 最后，选取五莲红、承德绿等典型花岗石品种，试验研究石材矿物组分、化学成分以及物理力学性能等石材特性对新型锯机锯解性能的影响，探寻其对锯齿磨损率和板材生产率的影响规律，建立性能预测模型，对新型锯机锯解石材荒料的生产过程提供指导。 课题的研究将丰富和拓展新的锯解方式对硬质石材锯解过程中金刚石锯齿锯解力和磨损特性的研究，完善和发展大幅面硬质石材锯解加工新技术和工艺，解决大幅面硬质石材锯解效率低、成本高的问题，对于指导生产，实现石材行业低成本、高效率锯解有着重要的示范意义和推广价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1课题研究背景及研究意义

1．2石材去除机理研究现状

1．2．1压痕断裂力学模型

1．2．2单颗粒金刚石切削石材过程模型

1．3石材锯解技术的发展及研究现状

1．3．1金刚石工具磨损机理的研究

1．3．2锯解参数对锯解性能的影响研究

1．3．3石材特性对锯解性能的影响研究

1．3．4国内外文献综述的简析

1．4本课题主要的研究内容

第2章 偏心铰链式框架锯机锯解系统运动轨迹规划

2．1现有框架锯机加工硬质石材时锯解能力不足的原因

2．1．1现有框架锯机导向机构的运动轨迹

2．1．2金刚石锯齿去除石材时的磨损特征

2．2框架锯机主运动系统锯解运动轨迹规划

2．2．1设计思路

2．2．2铰链导向机构运动轨迹的影响因素

2．2．3铰链导向机构运动轨迹的选择

2．3三种导向机构的运动特性对比分析

2．4锯条与石材接触位置的分析

2．4．1锯条与石材的理论接触位置

2．4．2锯条与石材的实际接触位置

2．5本章小结

第3章 偏心铰链式框架锯机研制及锯解轨迹性能试验验证

3．1偏心铰链机构同侧放置式框架锯机装置的研制

3．1．1机架模块设计

3．1．2悬浮机构设计

3．2锯解力和锯齿磨损试验平台搭建

3．2．1试验设备及锯解工具

3．2．2锯解力波形采集

3．2．3金刚石锯齿磨损检测

3．2．4板材平面度测量

3．3试验结果分析

3．3．1锯解运动轨迹的验证

3．3．2锯齿胎体的磨损形貌分析

3．3．3锯齿胎体的磨损量分析

3．3．4金刚石颗粒的磨损分析

3．3．5金刚石颗粒的出刃高度分析

3．3．6板材平面度分析

3．4本章小结

第4章 偏心铰链式框架锯机的锯解力特征试验研究

4．1进／回程锯解过程中单颗粒金刚石平均锯解厚度的理论分析

4．2锯解力试验方案设计

4．2．1锯解力数据采集

4．2．2石材工件特性

4．2．3锯解工艺参数

4．3锯解工艺参数对锯解力的影响分析

4．3．1锯解工艺参数对进程和回程锯解力的影响

4．3．2进程和回程的锯解力比分析

4．3．3进程和回程的锯解力回归分析

4．4本章小结

第5章 偏心铰链式框架锯机的锯齿磨损特征试验研究

5．1金刚石锯齿磨损机理的研究

5．1．1锯齿胎体的磨损机理

5．1．2金刚石颗粒的磨损机理

5．2锯解工艺参数对金刚石锯齿磨损的影响

5．2．1锯解过程对金刚石颗粒磨损比例的影响

5．2．2锯解过程对锯齿磨损率的影响

5．3基于响应曲面法的锯齿磨损率参数优化

5．3．1试验方案设计

5．3．2锯齿磨损率预测模型

5．3．3锯齿磨损率参数优化

5．4本章小结

第6章 基于石材特性的偏心铰链式框架锯机锯解性能研究

6．1试验条件及试验设计

6．2石材特性对新型锯机锯齿磨损率的影响规律

6．2．1锯齿磨损率的单因素分析模型

6．2．2锯齿磨损率的多元回归模型

6．3石材特性对新型锯机板材生产率的影响规律

6．3．1板材生产率的单因素分析模型

6．3．2板材生产率的多元回归模型

6．4本章小结

第7章 结论与展望

7．1结论

7．2创新点

7．3展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研情况