了得網工業技術_金剛石圓鋸片技術

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《金剛石圓鋸片技術》可作為高等院校脆性材料加工專業教材，也可供相關專業人員參考。

內容簡介

《金剛石圓鋸片技術》以金剛石圓鋸片制造技術及相關特性為主線，對金剛石圓鋸片動態特性進行理論和試驗研究，繫統闡述金剛石圓鋸片結構參數對其模態特性的影響，建立金剛石圓鋸片的可靠性數學模型，確定金剛石圓鋸片可靠度。對大直徑金剛石圓鋸片的橫向振動進行繫統闡述，並詳細地介紹其橫向振動檢測繫統，定量地分析大直徑金剛石圓鋸片的動剛度。對金剛石圓鋸片噪聲的相關問題進行詳細論述，同時介紹金剛石圓鋸片刀頭焊接技術。

目錄
前言 1
概論 1
1.1金剛石圓鋸片概述 1
1.2金剛石圓鋸片現狀和發展趨勢 2
1.2.1金剛石圓鋸片生產和需求現狀 2
1.2.2金剛石圓鋸片需求發展趨勢 3
1.3金剛石圓鋸片定義及分類 3
1.4金剛石圓鋸片結構及組成 5
1.4.1金剛石圓鋸片結構及參數 5
1.4.2金剛石圓鋸片基體 6
1.4.3金剛石圓鋸片刀頭 9
1.5金剛石圓鋸片使用 10
1.5.1金剛石圓鋸片安裝10
1.5.2金剛石圓鋸片使用10
1.6金剛石圓鋸片使用出現的問題 13
2金剛石圓鋸片的模態試驗 17
2.1模態試驗理論 17
2.2模態試驗原理 17
2.2.1傳遞函數的確定 17
2.2.2模態參數識別 19
2.3金剛石圓鋸片模態試驗設計 22
2.3.1模態試驗方式 23
2.3.2試驗裝置的選擇及連接 26
2.4試驗步驟 30
2.4.1測量方案的確定 30
2.4.2測量信號的可靠度30
2.5模態試驗的結果 31
3金剛石圓鋸片切割石材的動力學研究 35
3.1金剛石圓鋸片切割石材的動力學 35
3.1.1金剛石圓鋸片切割石材機理分析 35
3.1.2金剛石圓鋸片受力分析 36
3.1.3金剛石圓鋸片切割石材數學模型 39
3.1.4大直徑金剛石圓鋸片的動力學分析46
3.2 基於 ANSYS的金剛石圓鋸片模分析 51
3.2.1 350mm金剛石圓鋸片模分析51
3.2.2金剛石圓鋸片幾何參數對固有頻率的影響 55
3.3 基於 LS-DYNA的金剛石圓鋸片切割石材動態分析 57
3.3.1金剛石圓鋸片切割石材試驗57
3.3.2金剛石圓鋸片切割石模型59
3.3.3模擬結果分析及切削力試驗驗證 63
3.3.4鋸切參數對切削力的影響 66
4金剛石圓鋸片振動理論分析 67
4.1金剛石圓鋸片振動理論 67
4.1.1金剛石圓鋸片振動概述 67
4.1.2鋸片振動分類 67
4.2金剛石圓鋸片振動方程建立 68
4.3金剛石圓鋸片振動理論分析 71
4.3.1動態特性概述 71
4.3.2金剛石圓鋸片振動模態分析71
4.4金剛石圓鋸片振動的可靠性分析 71
4.4.1可靠性的定義 71
4.4.2可靠度和可靠性的基本指標73
4.4.3 Monte-Carlo模擬法73
4.4.4金剛石圓鋸片共振失效分析75
4.4.5 基於 ANSYS的金剛石圓鋸片的可靠性及靈敏度分析78
5大直徑金剛石圓鋸片橫向振動檢測 82
5.1 LabVIEW技術及 DAQ的使用 82
5.1.1 LabVIEW技術82
5.1.2 DAQ技術83
5.2橫向振動檢測平臺的搭建 84
5.2.1位移檢測 84
5.2.2主軸轉速控制 88
5.3大直徑金剛石圓鋸片橫向振動檢測繫統的開發 94
5.3.1檢測繫統簡介 94
5.3.2檢測繫統軟件設計95
5.4 3600mm圓鋸片橫向振動特性試驗設計 107
5.4.1試驗環境及試驗方法107
5.4.2試驗結果及分析 109
5.5動剛度試驗 114
5.5.1試驗裝置 114
5.5.2試驗結果 117
5.5.3檢測繫統分析117
5.5.4動剛度試驗結果 120
6金剛石圓鋸片噪聲檢測124
6.1金剛石圓鋸片噪聲的來源 124
6.1.1空氣動力性噪聲 124
6.1.2振動噪聲 124
6.1.3衝擊輻射噪聲125
6.1.4摩擦噪聲 125
6.2噪聲的種類及危害 125
6.2.1噪聲污染對人的影響126
6.2.2噪聲污染對儀器設備的影響 127
6.2.3噪聲污染對建築物的影響 127
6.3金剛石圓鋸片噪聲的測試技術及機理 127
6.3.1確定噪聲譜 127
6.3.2確定噪聲源 128
6.4噪聲的測試環境 128
6.5噪聲的測試儀器 129
6.5.1聲級計 129
6.5.2其他測量儀器129
6.6不同因素對金剛石圓鋸片噪聲的影響試驗 130
6.6.1結構參數對噪聲的影響 130
6.6.2切削參數對噪聲的影響 134
6.6.3切割材質對噪聲的影響 136
6.7金剛石圓鋸片的降噪 139
6.7.1金剛石圓鋸片降噪方法 139
6.7.2金剛石圓鋸片降噪措施 141
7金剛石圓鋸片刀頭焊接技術 144
7.1金剛石圓鋸片刀頭焊接技術的發展現狀 144
7.1.1國內金剛石圓鋸片刀頭的焊接現狀 144
7.1.2國外金剛石圓鋸片刀頭的焊接現狀 145
7.2金剛石圓鋸片刀頭焊接技術的定義及分類 145
7.3焊接強度分析 146
7.3.1金剛石圓鋸片刀頭受力分析 146
7.3.2金剛石圓鋸片焊縫結合強度分析 148
7.3.3金剛石圓鋸片焊接強度的檢測方法 150
7.3.4金剛石圓鋸片焊接強度值的確定 151
7.3.5影響焊接強度的因素151
7.4金剛石圓鋸片刀頭焊接強度分析 152
7.4.1金剛石鋸片刀頭焊仿真 152
7.4.2 350mm金剛石圓鋸片焊接強分析 153
8金剛石圓鋸片刀頭焊縫檢測 159
8.1焊縫檢測的原理及分類 159
8.1.1 X射線探傷的基本原理 159
8.1.2滲透檢測基本原理 163
8.1.3渦流的基本原理 165
8.2渦流檢測的應用 166
8.3金剛石圓鋸片焊縫渦流檢測 168
8.3.1渦流檢測技術168
8.3.2神經網絡在渦流無損檢測中的應用 170
8.3.3渦流檢測平臺的搭建171
8.3.4焊縫檢測信號的采集與處理 177
8.3.5檢測繫統數據的分析188
8.3.6焊縫檢測繫統誤差分析 194
參考文獻 196

在線試讀

1概論
1.1金剛石圓鋸片概述
金剛石圓鋸片是脆性材料加工業的主要工具，廣泛應用於混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工。早期時，金剛石圓鋸片並不能大規模地應用於生產中，原因是天然金剛石價格昂貴。1885年，法國人Jaeguin發明了世界上**片金剛石圓鋸片，這種金剛石圓鋸片是采用手工的方式鑲嵌天然鑽石，不能大規模用於脆性材料加工。20世紀30年代後，由於粉末冶金技術的發展，焊接式金剛石圓鋸片大量出現。50年代，人造金剛石誕生，促進了金剛石工具制造業的迅速發展，從此金剛石圓鋸片大規模應用於石材加工行業。人造金剛石相比天然金剛石便宜很多，可大量應用於脆性材料加工業，這使金剛石工具制造業有了迅猛的發展。80年代中期，石材切割鋸片主要用於大理石的鋸切。80年代後期，鋸切花崗岩的圓鋸片得到很大的發展，為了達到昀佳的鋸切效益，鋸片研究者致力於各種配方的研究。
近幾年，用於脆性材料加工業的人造金剛石的數量越來越多，據有關統計，其使用量已占全國人造金剛石總產量的90%左右。隨著脆性材料制品應用量的增大，未來我國市場對金剛石圓鋸片及其基體的需求將以15%左右的速度遞增(圖1-1)。
圖1-12011～2015年我國金剛石圓鋸片及其基體的市場需求量及預測
隨著科學技術和現代工業的發展，石材應用領域日益擴展，石材開采量逐年增加，如圖1-2所示的中國天然大理石建築板材產量統計。金剛石鋸片在石材加工中占有重要地位，其性能質量直接影響石材加工的質量、成本和石材荒料資源利用率。國內鋸片基體生產廠家相繼開發了薄片、超薄片鋸片基體，如1600mm鋸片基體，從正常厚度減薄到6.5mm以下，甚至減薄到5.5mm以下。利用薄片、超薄片鋸片切割花崗石和大理石板材，可以大幅提高切割效率和荒料成材率，降低電力消耗，如使用厚度為4.0mm的.1600mm超薄基體，可以提高切割效率10%以上，降低電力消耗20%以上，提高荒料利用率16%以上。
圖1-2 2010～2014年中國天然大理石建築板材產量統計分析
1.2金剛石圓鋸片現狀和發展趨勢
1.2.1金剛石圓鋸片生產和需求現狀1概論

1.1金剛石圓鋸片概述

金剛石圓鋸片是脆性材料加工業的主要工具，廣泛應用於混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工。早期時，金剛石圓鋸片並不能大規模地應用於生產中，原因是天然金剛石價格昂貴。1885年，法國人Jaeguin發明了世界上**片金剛石圓鋸片，這種金剛石圓鋸片是采用手工的方式鑲嵌天然鑽石，不能大規模用於脆性材料加工。20世紀30年代後，由於粉末冶金技術的發展，焊接式金剛石圓鋸片大量出現。50年代，人造金剛石誕生，促進了金剛石工具制造業的迅速發展，從此金剛石圓鋸片大規模應用於石材加工行業。人造金剛石相比天然金剛石便宜很多，可大量應用於脆性材料加工業，這使金剛石工具制造業有了迅猛的發展。80年代中期，石材切割鋸片主要用於大理石的鋸切。80年代後期，鋸切花崗岩的圓鋸片得到很大的發展，為了達到昀佳的鋸切效益，鋸片研究者致力於各種配方的研究。

近幾年，用於脆性材料加工業的人造金剛石的數量越來越多，據有關統計，其使用量已占全國人造金剛石總產量的90%左右。隨著脆性材料制品應用量的增大，未來我國市場對金剛石圓鋸片及其基體的需求將以15%左右的速度遞增(圖1-1)。

圖1-12011～2015年我國金剛石圓鋸片及其基體的市場需求量及預測

隨著科學技術和現代工業的發展，石材應用領域日益擴展，石材開采量逐年增加，如圖1-2所示的中國天然大理石建築板材產量統計。金剛石鋸片在石材加工中占有重要地位，其性能質量直接影響石材加工的質量、成本和石材荒料資源利用率。國內鋸片基體生產廠家相繼開發了薄片、超薄片鋸片基體，如1600mm鋸片基體，從正常厚度減薄到6.5mm以下，甚至減薄到5.5mm以下。利用薄片、超薄片鋸片切割花崗石和大理石板材，可以大幅提高切割效率和荒料成材率，降低電力消耗，如使用厚度為4.0mm的.1600mm超薄基體，可以提高切割效率10%以上，降低電力消耗20%以上，提高荒料利用率16%以上。

圖1-2 2010～2014年中國天然大理石建築板材產量統計分析

1.2金剛石圓鋸片現狀和發展趨勢

1.2.1金剛石圓鋸片生產和需求現狀

受我國石材加工市場的拉動，國內金剛石圓鋸片的需求在20世紀80年代中後期興起，但初期品種需求較單一，主要是直徑1600mm規格。當時國內已有幾家企業開始生產，但質量不穩定，平均復焊次數是2～3次；而同期德國產品是中國的兩倍，且性能穩定。因此早期的金剛石圓鋸片主要是依賴進口。在90年代初期，中國石材行業的發展形成一個高潮，國內一下子上馬了40餘家金剛石鋸片生產企業，鋸片進入競爭時代，市場競爭的結果是，多數企業退出金剛石鋸片市場，昀後僅存不到10家正常運轉。

現在，國外的金剛石圓鋸片的廠家主要是德國莫莫豪夫、意大利銳無敵、美國施泰力等廠家，它們生產的高檔鋸片在中國市場占有一定的份額，我國很多高端鋸片還是依賴發達國家進口。

在國內脆性材料領域，金剛石圓鋸片的市場基本由宜昌黑旋風鋸業有限公司、唐山星爍鋸業有限公司、日照海恩鋸業有限公司等幾家生產企業分割，這幾家企業生產的鋸片占整個市場容量的85%以上。其中唐山星爍鋸業有限公司從德國引進國際上昀先進的硬質合金圓鋸片和金屬切割鋸片生產設備，開發出了直徑5000mm的金剛石圓鋸片基體，這個隻有德國莫莫豪夫公司開發出，處於國際領先地位；日照海恩鋸業有限公司開發的金剛石圓鋸片橫向振動動態檢測技術，在國內處於領先地位，可以模擬鋸片的切割並且檢測鋸片是否合格。

圓鋸片市場需求的產品也從當初的單一品種開始多樣化、差異化。隨著金剛石鋸片適用領域的擴大，根據產品的加工對像、鋸機的轉速和功率、加工工藝和操作習慣等的不同，無論從產品的外形尺寸還是內部性能，產品都表現出很多的差異性。

1.2.2金剛石圓鋸片需求發展趨勢

在國內脆性材料加工業，由於顧客的需求越來越個性化，加上加工企業的地區差異、切割對像的差異、切割鋸機的差異以及切割工藝、操作習慣等的差異，國內市場對金剛石鋸片的產品規格和內部特性的要求將越來越多樣化和差異化，並將出現一些新的走勢。

(1)從品種而言，隨著荒料資源的緊缺和成本的上升，一些高效率、節能型、資源型和環保型的鋸片將出現高速增長的趨勢，如超薄鋸片、掏空型鋸片、超大片和復合消音鋸片等。

(2)針對一些地區的特色脆性材料，一些具有特定內部性能的特色鋸片受到顧客的歡迎。如四川、重慶、江西等的砂岩片，雲南、貴州等地的切割軟硬大理石的鋸片，北方一些地區惡劣操作環境下的鋸片，這些鋸片需要有特定的張力、硬度等力學性能和外部尺寸要求等。

(3)從市場競爭看，傳統的低價、賒銷、退換片等競爭方式將逐步失去作用，產品品質和品牌的競爭越來越重要，為顧客提供強有力的技術支撐和服務越來越重要。

(4)國內的金剛石鋸片的適用領域將從傳統的脆性材料加工業逐步拓展到建築施工、公路橋梁等工程領域，以及切割型材等領域。

(5)從金剛石鋸片的出口走勢看，在未來的一段時間內，將依然保持高速增長勢頭。國內企業的戰略聯盟和技術合作，在開拓國際市場方面越來越重要。通過戰略聯盟，構築價格體繫，抵制低價惡性競爭；通過技術合作和攻關，共同開拓國際高端市場，分享高額利潤。

1.3金剛石圓鋸片定義及分類

金剛石圓鋸片從外觀形狀上看，是一種整體上呈圓盤狀的加工工具，將金剛石顆粒鑲嵌在節塊上，利用金剛石顆粒來擠裂壓碎脆性材料以達到切削的目的。

為了適應不同石材加工，金剛石圓鋸片根據其直徑、結合劑和金剛石工具輪廓進行分類。

(1)按金剛石鋸片廓形：連續邊緣、葉輪邊沿、薄葉輪邊沿、節塊邊沿、開裂式邊沿。其分類如表1-1所示。

(2)按切割方式：平頭切割、曲面切割和溝槽切割。

(3)按焊接方式：燒結熱壓式、激光焊接式和钎焊式。

根據使用的結合劑的不同使用於不同脆性材料的切割，如大理石、瓷磚、地磚、玻璃、花崗岩等。

表1-1金剛石圓鋸片分類

1.4金剛石圓鋸片結構及組成

盡管金剛石鋸片多種多樣，但金剛石圓鋸片是脆性材料行業中使用昀多的切割工具，其直徑規格為105～5000mm，共17種。其中，直徑為1000mm以上的金剛石圓鋸片主要用於切割荒料大板材，直徑為600～900mm的鋸片主要用於加工較厚的材料，直徑為350～500mm的鋸片主要用於加工半成品板材。20世紀80年代中期，用於切割脆性材料的鋸片在規格上比較單一，直到80年代後期，鋸片研究者和各廠家紛紛致力於金剛石圓鋸片各種配方的研究，並且生產技術大大提高，鋸片的規格得到了很大的改善。

1.4.1金剛石圓鋸片結構及參數

早期的金剛石圓鋸片一般為整體式結構，即基體與刀頭是一體式的，如圖1-3所示，圓鋸片的基體鑲嵌上金剛石顆粒，在法蘭盤帶動下加工脆性材料。

圖1-3金剛石圓鋸片結構圖

H-金剛石圓鋸片的內徑；L-節塊的長度；X-基體上鑲嵌金剛石顆粒節塊的高度；D-金剛石圓鋸片直徑；T-金剛石圓鋸片厚度；E-基體的厚度

對於金剛石圓鋸片的設計參數，國家已有標準。首先，確定鋸片的外徑，外徑確定下來後，其他各個參數也就確定了。金剛石圓鋸片開槽有三種形式：寬水槽(圖1-4(a))、窄水槽(圖1-4(b))、鑰匙孔槽(圖1-4(c))。目前，隨著激光加工技術的廣泛應用，采用激光方法加工各種形狀槽孔。

圖1-4金剛石圓鋸片三種開槽形式

1.4.2金剛石圓鋸片基體

1.鋸片基體材料

由於工作情況需要，金剛石圓鋸片的基體要具有一定的高屈服強度、高彈性極限及高抗拉強度。相較於其他材料，65Mn鋼具有較高的硬度、淬透性好、脫碳傾向少、價格低廉等優點，因此65Mn鋼是金剛石圓鋸片基體材料的**材料，但65Mn鋼的缺點是焊接性能差，為了克服這一缺點，科研人員通過“淬火＋中溫回火”熱處理的方法研制出了50Mn2V鋼、75Cr1鋼等基體材料。表1-2為65Mn鋼的化學成分。

表1-2 65Mn鋼化學成分

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