金刚石锯片节块表面金刚石分布与单颗金刚石切削厚度的计算
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技术综合
1 引言
2 金刚石在节块工作面上的分布
3节块内的金刚石颗粒数为 N=1500cpd 3 式中：c——金刚石浓度(400%制)
2工作面上出刃的金刚石颗粒数Ne相当于体积为(1cm2×kd)的胎体中所含的金刚石颗粒数，即 Ne=kdN=kd1500c=1500ck1010pd3pd2(1)表 1cm2节块工作面上出刃的金刚石颗粒数浓度60%80%100%120%粒度计算值统计值计算值统计值计算值统计值计算值统计值35/4025.72634.33442.94351.55140/45383850.65163.36376.07650/6065.76587.687109.4109131.3131
2金刚石圆锯片节块工作面上出刃的金刚石颗粒数。由表数据可知，根据式(1)得到的计算结果与实际结果(表中的统计值)相当吻合。
l，从而可求出一条切削线上相邻两颗出刃的金刚石之间的距离Ld，即 Ld=10=10=pdNl(Ne)½(150ckp)½(2)
d与锯片采用的金刚石粒度(d)成正比，与金刚石浓度c及金刚石出刃系数k的平方根成反比。
3 单颗金刚石切削厚度的计算
A=varccos2y+Dsin(arccos2y)wD2D(3)
B=varccos2y+Dsin(arccos2y)+vqwD2Dw(4)式中，q 为相邻两颗参加切削的金刚石所夹圆弧对应的圆心角。将式(4)减去式(3)，即可得A点轨迹与B点轨迹之间的水平距离(见图1)，即A点的水平切削厚度为 |xB-xA|=vq/w(5)
图1 金刚石颗粒运动轨迹
图2 金刚石切削厚度TC计算图
B-xA|。
C，则EF=TC。锯片切割时，金刚石颗粒与岩石表面垂直，即OE在该时刻与轨迹1和轨迹2垂直，由于EC很小，因此ΔFEC可看作是以∠FEC为直角的直角三角形。由于ΔOBF 为直角三角形，且∠OFB=∠CFE，故∠FCE =a，因此有 sin∠FCE=sina=BF=(Dh-h2)½OFD则 EF=FCsin∠FCE=FCsina
C为 TC=|xB-xA|sina=Vqsinaw(6)
d/D，Ld=10/Nl=10pd/(150ckp)½(k为金刚石最大切入量与金刚石直径之比)，k=2TC/d(参加切削的金刚石的平均切入量等于切削厚度，因金刚石呈均匀分布，故最大切入量应为切削厚度的两倍)，因此有 TC=20VpdsinawD(300cpTC/d)½
T为金刚石锯片的圆周线速度。由式(7)可见，单颗金刚石的切削厚度与所用金刚石的粒度、进刀速度V的2/3次方成正比，与金刚石浓度c的1/3次方、锯片线速度VT的2/3次方成反比，且与进刀量有关。当V=3000mm/min，VT=35m/s，c=40%，d=0.3mm，进刀量为20mm时，最大切削厚度(即金刚石即将脱离工作状态时的切削厚度)TC=0.0075d=2. 25µm。由此可见，单颗金刚石的切削厚度很小，仅几个微米。据此求得参加切削的相邻两颗金刚石之间的距离Ld=18.7d。
4 金刚石切削厚度与锯切参数选择和节块设计的关系
- 金刚石切削厚度与锯切参数选择的关系
- 金刚石圆锯片的锯切参数主要包括锯片线速度、走刀速度、进刀量等。一定的锯片对于给定的被加工岩石应存在一组最佳锯切参数，采用该组参数进行锯切时，锯片可获得锯切寿命与锯切时效的最佳组合。由式(7)可知，随着走刀速度V的提高，单颗金刚石切削厚度增大，锯切效率提高，但金刚石所受切削力增大，当超过一定值后，金刚石因切入深度过大而使机械磨损增大，导致锯片寿命下降。当走刀速度一定时，如锯片圆周线速度V
T过小，则单颗金刚石切削厚度较大，金刚石所受切削力也较大，容易破碎，锯片寿命较低；如VT过大，虽然TC较小，可减小金刚石的机械磨损，但金刚石所受冲击载荷增大，从而使金刚石的冲击磨损增大。进刀量则会影响单颗金刚石切削厚度的最大值。进刀量越大，则切削厚度越大。应将进刀量控制在使单颗金刚石最大切削厚度不超过所用金刚石的最大允许切深。由式(7)可知，在相同的节块结构(胎体配方、金刚石参数等)下，锯片直径较小时，选用进刀量也应较小；反之亦然。上述结论与实际生产经验及其它文献试验结果也相当吻合。 - 金刚石圆锯片的锯切参数主要包括锯片线速度、走刀速度、进刀量等。一定的锯片对于给定的被加工岩石应存在一组最佳锯切参数，采用该组参数进行锯切时，锯片可获得锯切寿命与锯切时效的最佳组合。由式(7)可知，随着走刀速度V的提高，单颗金刚石切削厚度增大，锯切效率提高，但金刚石所受切削力增大，当超过一定值后，金刚石因切入深度过大而使机械磨损增大，导致锯片寿命下降。当走刀速度一定时，如锯片圆周线速度V
- 金刚石切削厚度与节块设计的关系
- 金刚石圆锯片的节块设计包括胎体配方设计、节块结构选择以及金刚石参数的确定。为使设计的节块达到预期加工性能，就必须在节块设计时充分考虑影响节块性能的各种因素。由式(7)可知，粗颗粒金刚石可获得较大切削厚度，因此可采用较大的走刀速度或进刀量，有利于提高切削效率。而通过提高金刚石浓度c，则可在不增加金刚石的冲击磨损(即提高V
T)的情况下，提高走刀速度V或增大进刀量，从而获得更高的切削效率。- 由于冷却水槽的存在，使节块上各部分金刚石的切削量并不均匀，节块前端的金刚石切削量要大于后部的金刚石切削量。这是因为此处参加切削的金刚石与上一颗参加切削的金刚石之间的距离因水槽的夹入而被大大延长，其对应的圆心角相应增大，使切削厚度增加。设金刚石直径d=0.3mm，则L
d=5.6mm。对于规格为Ø1000的金刚石锯片，水槽宽度为20mm。考虑金刚石在工作过程中的代谢，水槽两侧参加切削的相邻两颗金刚石之间的距离应为25.6mm。代入式(6)可得TC=10. 24µm。可见，节块前端的金刚石切削量是其后部金刚石切削量的近五倍。因此，前端的金刚石所受切削载荷较大，容易磨损，表现为节块前端提前消耗，从而使前端处金刚石的切削量变小，导致后部金刚石的切削量增大，造成磨损区不断后移；当后部磨损到一定程度，前端金刚石的切削量又将增加，磨耗随之增大。如此反复，导致整个节块不断消耗。由此可得出以下结论：①节块的磨耗是不均匀的；②节块前端不仅应具有足够的耐磨损强度，以防止过早磨耗，还应保持足够大的出刃高度，以完成较重的切削任务。因此，节块前端应采用高强度粗颗粒金刚石。由于目前所用金刚石刀头在长度方向上的抗磨损强度都相等，因此上述结论对于改进节块设计具有重要指导意义。 - 金刚石圆锯片的节块设计包括胎体配方设计、节块结构选择以及金刚石参数的确定。为使设计的节块达到预期加工性能，就必须在节块设计时充分考虑影响节块性能的各种因素。由式(7)可知，粗颗粒金刚石可获得较大切削厚度，因此可采用较大的走刀速度或进刀量，有利于提高切削效率。而通过提高金刚石浓度c，则可在不增加金刚石的冲击磨损(即提高V
5 结论
- 节块表面出刃的金刚石颗粒数与节块的金刚石浓度和出刃系数成正比，与所用金刚石直径的平方成反比；相邻两颗出刃的金刚石之间的距离Ld与锯片采用的金刚石粒度(d)成正比，与金刚石浓度c 及金刚石出刃系数k 的平方根成反比。
- 单颗金刚石的切削厚度仅有几微米，它与所用金刚石的粒度、进刀速度V的2/3 次方成正比，与金刚石浓度c的1/3次方、锯片线速度VT的2/3次方成反比，且与进刀量有关。
- 节块前端金刚石切削的岩石量大于节块后部金刚石的切削量，因此节块前端应采用高强度粗颗粒的金刚石。
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