【精品论文】影响金刚石绳锯使用寿命及切削效率因素.doc

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1、精品论文影响金刚石绳锯使用寿命及切削效率因素的分析张永锐，王立权，张岚，刘净川，刘丁元5（哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨 150001）摘要：随着金刚石绳锯应用领域的不断扩大，需求量日益增加，延长金刚石绳锯的使用寿命，提高金刚石绳锯的切削效率对进一步扩大金刚石绳锯在市场各个领域的应用有着重要 的理论意义和经济意义。该文分别从金刚石绳锯机的类型、金刚石串珠绳的制造方法、不 同的切削机理及切削温度等几个因素阐述其对金刚石绳锯使用寿命及切削效率的影响，并10通过对比与综合分析确定几个影响金刚石绳锯使用寿命及切削效率的重要因素，概括和总 结各种因素基础上，最后，给出了影响金刚石绳锯使用寿命及切削效

2、率的因素的研究方 向。关键词：金刚石绳锯；使用寿命；切削效率中图分类号：TH140.715The Analyzing on the Factors Influencing the Service Life and Cutting Efficiency of the Diamond Wire Saw Titlezhangyongrui, wangliquan, zhanglan, liujingchuan, liudingyuan(College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Ha

3、rbin20150001)Abstract: With the continuous application field expansion and demand growth, it is of great theoretical significance and economical value to extend the service life and improve the cutting efficiency of the diamond wire saw for further enlarging its application scope in all market arena

4、s. This paper studied several factors influencing the service life and cutting efficiency of the diamond wire saw, including25the machine type, the manufacturing method of diamond wire, the cutting mechanism and cutting temperature and determined the most significant ones among them by contrast. Thr

5、ough summaration,it provided a further research direction for this project.Key words: diamond wire saw; service life; cutting efficiency300引言金刚石绳锯作为一种柔性的超硬材料切割工具经历了近 40 年的发展历史，应用领域不 断拓展，如图 1 所示，不仅用于石材矿山开采、异型板加工、多组硬质大板切割、拼花石材 制品的曲线加工、钢筋混凝土建筑物的拆除及修整和玻璃等硬脆材料的加等，还被用于海底 构件、桥墩的切割维修以及核电站和废弃构筑物的拆除。其技术发展之快，应

6、用领域之广，35使之成为新的第三代超硬材料工具1。金刚石串珠绳锯具有设备简单、易于安装，不受场地 与空间的限制，可进行水平、垂直与倾斜方向的切割，锯切面积可达 200m2，加工质量好, 切割速度快，噪音低，震动小，工作环境好，适应性强，可根据锯切对象与工作条件选用不 同规格与尺寸的金刚石绳锯设备等一系列众所周知的优点。随着金刚石串珠绳锯应用领域的不断扩大，需求量日益增加，延长金刚石绳锯的使用寿作者简介：张永锐，1978 年 9 月 30 日生人，男，助理研究员，主要研究方向：水下作业装备技术和机器 人. E-mail: zhangyongrui- 15 -40命，提高金刚石绳锯的切削效率对进一

7、步扩大金刚石串珠绳锯在市场各个领域的应用有着重要的社会意义和经济意义。图 1 金刚石绳锯切割效果Fig.1 The diamond wire saw cutting effect45国内外学者及各大公司的研究人员分别从金刚石绳锯机的类型、金刚石串珠绳的制造方法、不同的切削机理及切削温度等方面研究其对金刚石绳锯的使用寿命及切削效率的影响。1绳锯机的类型对其使用寿命及切削效率的影响利用移动钢绳带动耐磨质点研磨石材这一应用已有很长的历史了，其中以砂子作为研磨 介质这一事实早在公元 75 年就已有记载。但由于该技术有许多内在的问题，因此发展比较50缓慢，后来人们改进了这个系统，研制出了金刚石串珠绳，并

8、于 20 世纪 70 年代在世界范围内用来从采石场采取软岩，到了 80 年代初已在世界许多著名的采石场得到了广泛应用2,3。 通过这些年的发展，金刚石绳锯机的种类繁多，按切削材质金刚石绳锯可分为：切削石材金 刚石绳锯和切削钢材金刚石绳锯，详见表 1；按加工特点金刚石绳锯种类大致可分为：单绳 式金刚石绳锯、多绳式金刚石绳锯和数控金刚石绳锯，详见表 2。因而，选择不同类型的绳55锯机切割相对应的材质是至关重要的。例如：在切割大理石或花岗石大板，利用多绳式金刚 石绳锯机，只要更换不同的金刚石串珠绳、改变串珠绳线速度，就可以方便的切割大理石和 花岗石大板，通过调整金刚石串珠绳的间距，可以灵活地改变成品

9、板材的厚度，提高切削效率。2金刚石串珠绳的制造方法对其使用寿命及切削效率的影响60金刚石串珠绳是由一条钢丝绳按一定间隙固定好金刚石串珠的绳索，如图 2 所示。金刚 石串珠绳的种类可从串珠数、串珠直径大小、生产制作方法及串珠的固定方式来划分：每米 金刚石串珠绳所含金刚石串珠数通常有 25、30、40 和 50 颗等几种，最常用的为每米 30 颗。 金刚石串珠直径也因用途不同规格而不同，比较传统的规格为：7、8、9、10、11、12mm 等，而目前小直径金刚石绳锯可达到5.57.5mm，其钢丝绳直径一般只有653.53.8mm11，串珠的主要生产方法有电镀、真空焊接、热等静压或自由烧结等 4 。图

10、 2 金刚石串珠绳Fig.2 The diamond wire目前，随着钎焊技术、金刚石定向排布技术和综合技术5的出现，大大提高了金刚石出70露高度，在提高金刚石的利用率的同时，也提高了切割效率。串珠的固定方式为弹簧注塑式、 金属弹簧或注塑成形的套圈。金刚石的磨粒度一般为 30/40 目或 40/50 目。2.1 固结方法对其使用寿命及切削效率的影响金刚石工具上磨粒间的容屑空间对工具性能有显著的影响，因为良好的容屑空间有利于 磨屑的排除，提高工具的磨削效率。金刚石浓度、磨粒尺寸和金刚石的出刃高度是影响磨粒75容屑空间的主要因素。金刚石浓度和金刚石磨粒尺寸，决定了单位面积的切削点数，它与金 刚石

11、浓度成正比，与平均颗粒尺寸成反比。当金刚石浓度和金刚石磨粒尺寸定时，金刚石出 刃率越高，工具的容屑空间越大。同时高的出刃高度将增大对材料的切削深度，从而提高了 工具的切削速度，增大加工效率。此外金刚石出刃率越高，金刚石的利用率越高，金刚石工具的使用寿命就越长6 ，金刚石的破损形式如图 3 所示。80图 3 金刚石的破损形式Fig.3 The damage form of diamond表 1 按切削材质分类的金刚石绳锯85Table 1 The diamond wire saw according to the cutting material classification类型 绳锯介绍及其特

12、点 图片切削石 材金刚 石绳锯切削石材金刚石绳锯在石材加工领域的应用极为普遍。多年来，金刚石绳锯一直用于切削天然石材(石灰岩、大理石和花 岗岩)以及矿山的开采、石材荒料整形、道路或建筑物的修整、 拆除、搬迁等。随着技术发展的不断成熟，切削石材金刚石 绳锯已经变得更加轻巧实用，生产效率也在不断的提高，而 能源消耗却相对降低，操作和机器的保养也更为简单方便。德天冶金科技有限公司金刚 石绳锯机切削钢 材金刚 石绳锯切削钢材金刚石绳锯开始用于切削钢材仅限于小规格碳钢型材。最初用绳锯切削的钢件是钢管，以后扩展到奥氏体钢材 料制成的大直径零件的切割。目前，金刚石绳锯已被用来切 割发电站中的大型热交换机部件

13、、核电站、海底输油管线或 海上钻井平台等。特别是在核电厂及水下设备的拆除工程中， 与传统方法相比，金刚石绳锯可达到最佳的切削效果。IEV Group of Companies 金刚 石绳锯而容屑空间的大小与金刚石磨粒的固结方法有关，目前固结金刚石磨粒的方法主要有：电镀法、烧结法、树脂粘结法、机械镶嵌法和钎焊定向排布法。前 4 种方法制备的线锯或绳 锯其金刚石与基体和结合剂之间都是简单的机械镶嵌或弱的分子间作用力，结合剂与金刚石 之间的结合强度不高，加工过程中金刚石易脱落。究其原因，电镀和烧结金刚石工具的金刚90石磨粒是以机械包镶力包埋在基体材料内，金刚石的出刃高度不能太高，容屑空间小，工具精品

14、论文容易堵塞，增大了磨削过程中的磨削力。这样反而会造成磨粒破碎或整颗脱落，同时导致加工温度过高，磨削功耗增加。加上金刚石与基体的结合力低，不适于高效大切深加工。表 2 按加工特点分类的金刚石绳锯95Table 2 The diamond wire saw according to the classification of machining characteristics类型 绳锯介绍及其特点 图片单绳式 金刚石 绳锯单绳式金刚石绳锯它具有设计结构简单；性能稳定、可靠；快速加工花岗石板材；切割均匀性好；金刚石绳锯容易更换； 拉紧装置可在最佳状态下工作；只需变换导轮间不同厚度的 隔片，便可改变

15、加工板材的厚度等优点。一般用于矿山的开 采、石材荒料整形、道路或建筑物的修整、拆除、搬迁等， 但在石板材的切割和切片等方面比多绳式金刚石绳锯的加工效率低。 MINI FIL ELECTRONIC 金刚石绳锯机多绳式 金刚石 绳锯多绳式金刚石绳锯包括主机、辅助支架、串珠绳、料车系统、电控系统和基础几大部分，可安装多条金刚石串珠绳，用来 锯切大理石或花岗石大板，在同一台多绳式金刚石绳锯机 上，只要更换不同的金刚石串珠绳、改变串珠绳线速度，就 可以方便的切割大理石和花岗石大板，通过调整金刚石串珠 绳的间距，可以灵活地改变成品板材的厚度，生产效率很高。FALCON 600 型金刚石绳锯数控金 刚石绳

16、锯数控金刚石绳锯是一种采用柔性切割刀具的石材加工设备，其外形结构、运动方式与金刚石绳锯整形机基本相似，不同 的是每侧的飞轮可单独升降，使金刚石串珠绳与水平面成一 角度，配合料车工作台的旋转，可锯切加工出内外表面都是 曲面的空心的或者外表面是曲面的实心的螺旋圆柱、螺旋圆锥及各种复杂形状的回转立体石材制品。 KTSJ-15O 数控金刚石绳锯100而钎焊金刚石工具的金刚石与基体材料形成了强力的化学冶金结合，金刚石的出刃高度高，可达 70%-80%，大大提高了工具的锋利度和容屑空间，其结构如图 4 所示。使其显示 出传统烧结和电镀金刚石工具无法比拟的优异性能，即使在高效大负荷的磨削作业中仍然可 以显示

17、出优良的磨削性能。1051101151201金刚石；2钎料；3不锈钢丝图 4 银基钎焊钎料金刚石形貌Fig.4 The appearance of Ag-based brazing seam alloy diamond图 5 银基钎焊钎料金刚石形貌Fig.5 The appearance of Ag-based brazing seam alloy diamond如图 5 所示，由于胎体形状不同，普通型串珠的金刚石出刃高度限制在磨粒高度的 1/3：而钎焊型串珠的出刃高度可达 2/3。普通型金造刚石串珠一般只含 0.5 克拉金刚石；而钎焊 型金刚石串珠只含 0.l 克拉金刚石，虽然金刚石含量少，

18、但每粒金刚石都能有效地工作，不 仅成本降低，而且切削性能提高，在锯切花岗岩和大理石时，其寿命与普通型相似。在制作 钎焊型金刚石串珠时，重要的是要选用强度高，质量稳定的金刚石，如 DeBeers 公司的 SDAl00+(粒度尺寸 4050)。DiaGrid 钎焊金刚石串珠通过在美国、德国、意大利和台湾的 广泛试验，获得令人满意的切削效果。2.2 固结方法对其使用寿命及切削效率的影响金刚石磨粒的排布对其使用寿命和切削效率也有着重要影响，在常规的金刚石工具中， 金刚石是随机分布的。金刚石的磨损过程如图 6 所示，在磨削时，金刚石富集的地方则金刚 石浓度高，金刚石密集，重复磨损严重, 且由于容屑空间减

19、小，工具易于堵塞，阻碍切屑的 排除，降低切削效率。在金刚石稀少的地区，单颗金刚石承受到工作负荷过大，易于破碎和 脱落，也不能有效利用金刚石，降低了锯切效率。125130135140145150图 6 金刚石磨损过程Fig.6 The diamond worn process研究显示对于工具磨粒，金刚石颗粒的位置是影响金刚石出刃率和磨损率的重要因素。 工具磨粒有序性的概念首先是针对普通砂轮而提出的，主要目的是具有磨粒有序分布的工具 叫以形成极为理想的磨削地貌，如致的磨粒裸露高度和合理的磨粒间距等，从而可以大大提 高工具的磨削性能，如图 7 所示。它是以加工不同材料的磨削比能最小为目标，以加工质量

20、 为约束条件，利用现代加工制造方法使得金刚石在其工具的表面排布达到规则化、序列化， 以保证合理的磨粒裸露高度和合理的颗粒间距，从而减少重复磨损，延长工具的使用寿命以 及提高加工对象光洁度的效果，实现高效切削。（a）有序排布（b）随机排布 图 7 不同排布方式的金刚石工具表面形貌Fig.7 The appearance of diamond tools with different configuration modes图 8 陶瓷孔模板有序排布技术 Fig.8 Ceramic hole template orderly configuration technology国外在磨粒有序分布的研究方

21、面起步较早，在如何对金刚石磨粒进行有序排布方而进行 了许多有益的探讨，并发明了多项能实现金刚石有序排布的实用专利。国内也进行了相当深 入的研究，提出些能实现金刚石颗粒有序排布的方法。总结国内外推出的金刚石排布技术， 大致有如下方法：针对单层钎焊金刚石工具比较典型的有序排布技术有:模板有序排布技术（如图 8 所示），激光焊接技术和静电排布技术。以及针对多层金刚石工具的排布技术多层模板法和韩国的 ARIX(Automatic-Array System)自动排布系统。 磨粒可控排布金刚石的应用提供了一种从根本上解决由传统制造技术(单个金刚石磨粒的排列)所带来的问题的新方法。由该技术在排列金刚石磨粒时

22、高度的形状重复度和精确的155160165170175180磨粒问距，人们相信该方法为精密磨削行业中提供了很多优势。2.3 结合剂对其使用寿命及切削效率的影响在结合剂方面也有人作了大量的研究工作，现代加工技术正朝着高速、高效、高精密、 高自动化和低成本方向发展，这就对加工设备和加工工具提出了更高的要求。陶瓷结合剂金 刚石磨具具有形状保持性好，磨削效率高，磨削过程中不易发热和堵塞，耐高温性能好且使 用寿命长等优点。但是陶瓷结合剂脆性较大，韧性差，并且对金刚石润湿性差等缺点制约了 其在制备金刚石工具中的应用。故向陶瓷结合剂中添加适量的金属或合金来提高陶瓷结合剂 性能及改善对金刚石润湿性很有必要。强

23、碳化物形成元素，如 W、Ti、Cr 等金属或合金， 在高温下能和金刚石表面的碳原子发生界面反应，生成稳定的金属碳化物，这些碳化物一方 面与金刚石表面存住着较好的化学键合，另一方面能很好地被胎体浸润，能大大增强金刚石 与胎体之问的结合力。王志起7等人通过实验，研究了添加不同含量的 Ti 对陶瓷结合剂耐 火度、膨胀系数、磨具微观组织及性能的影响，从而为研制陶瓷-金属新型结合剂提供实验 参考。实验选取 R2OB2O3 一 AI2O3 一 SiO2 陶瓷结合剂作为基础结合剂，经实验发现：添 加 Ti 后结合剂熔融温度降低，结合剂的线膨胀系数随 Ti 含量的增加而增加；提高了结合剂 的流动性，用其制备的

24、金刚石磨具致密度提高，结合剂桥更加完整，改善了结合剂对金刚石 的润湿性，从而提高了结合剂对金刚石的把持力；如图 9 和 10 所示，780烧结时，添加15Ti 的金刚石磨具抗折强度(49.86 MPa)和硬度 76.27 HRB 最大，较基础结合剂金刚石磨 具分别提高了 41.2和 44.92。此外，侯永改8等人研究了 Al、Cu、Fe 合金对陶瓷结合剂及立方氮化硼磨具性能的影 响；程利霞9等研究了添加不同量的 Al 粉对 cBN 磨具陶瓷结合剂性能的影响，并探讨了不 同温度下烧成对磨具强度及微观组织的影响；关岩等对 Cu、Sn、Zn、CuO、Cr，O 的加入 量对低温陶瓷结合剂耐火度及流动性

25、的影响做了研究。图9 磨具抗折强度随 Ti 加入量变化Fig.9 Grinding tools bending strength change with different Ti additions185图 10 磨具硬度随 Ti 加入量变化 Fig.10 Grinding tools hardness change with different Ti additions3不同的切削机理对其使用寿命及切削效率的影响1901952003.1 不同使用寿命对其使用寿命及切削效率的影响金刚石绳锯的切削速度分为线速度 Vs 和进给速度 Vf，针对不同的材料切削速度也不相 同，国内外相关研究学者针对常用

26、的切削对象如石材、钢材及混合材质做了大量的实验研究， 但主要集中在石材切削的研究，随着绳锯应用领域的不断拓展，钢材切削的研究也已经开始。在石材切削研究领域，金刚石绳锯的线速度 Vs 一般控制在 16-30m/s，而通常选择22-24m/s 进行切割，进给速度 Vf 一般控制在 30-72m/h。锯切过程中，工件上所承受的锯切 力 Fv（垂直）和 Fh（水平）随着线速度 Vs 的提高而减低，随着进给速度 Vf 的提高而增加； 如图 11 所示，在绳锯锯切过程中，垂直力与水平力之间存在着良好的对应关系，垂直力与 水平力比约为 4.1810。如图 12 所示，串珠锯进给速度 Vf 增大时，串珠绳的磨

27、损随之增大， 由于串珠绳价格较贵，会导致生产成本提高。因此，不能为了追求产量而盲目加大进给速度； 串珠绳的切削速度与石材品种、串珠类型及石材长度等因素密切相关。对于同一加工设备， 当串珠绳或石材品种变化时，应相应改变锯切速度，以获得最大耐磨损率。更换新串珠绳后， 最好先锯切软石材，并减小线速度 Vs 和进给速度 Vf，以利于金刚石出刃；石材越硬或荒料 越长，串珠绳的切削速度应适当降低。切削速度过高会导致串珠绳变钝切削速度过低则会 使串珠变成椭圆或锥形，严重影响串珠绳的使用寿命及加工质量11。其中： d 串珠绳磨损量S j 锯切面积S L=jd. （1）205式（1）为串珠锯耐磨损率 L 的定义

28、，将锯切相同面积岩石前后的两串珠直径平均值之 差作为串珠绳在直径方向上的磨损量，锯切面积与磨损量之比即为串珠锯耐磨损量。210215图 11 锯切过程中垂直力与水平力的关系Fig.11 The relationship between vertical force andhorizontal force during the cutting process图 12 耐磨损率与进给速度的关系 Fig.12 The relationship between anti-wear rate and feed speed220225图 13 耐磨损率与锯切速度的关系 Fig.13 The relatio

29、nship between anti-wear rate and cutting speed图 14 径向切削率与进给速度的关系Fig.14 The relationship between radial cutting rateand feed speed在钢材切削研究领域，金刚石绳锯的线速度 Vs 一般控制在 10-25m/s，而通常有两种选 择分别为 10-15m/s 和 22-24m/s 进行切割，进给速度 Vf 一般控制在 1-5 mm /min，明显低于 石材切削时的进给速度。230235其中： Ft 切向磨削力 Fn 径向磨削力 b接触长度V f 进给速度Vs 线速度tfsF =

30、40.447b0.159V 0.376V 0.305 . .（2）nfsF =23.57b0.2V 0.511V 0.522 . .（3）240245锯切过程中，如果金刚石绳锯的线速度 Vs 控制在 10-15m/s 范围内，运用式(2) , (3)进一步分析工艺参数对磨削力的影响，图 14 表小接触长度 b 分别为 24,54,120 mm 时，磨削力与 进给速度之间的关系，串珠绳的垂直切削力随着进给速度的增大而增大,并且接触长度增大, 垂直切削力迅速增加. 随着串珠绳线速度的增大,作用在串珠绳上的垂直切削力也增大,且接 触长度越大, 垂直切削力也越大. 12,13 随着进给速度的增加，切削

31、效率明显提高，但与此同 时，串珠绳的损耗也大大加快。3.2 金刚石绳锯锯切轨迹的研究为了提高金刚石绳锯的生产效率和加工质量，降低成本，选用合理的参数是至关重要的。 为此，刘宝昌等14，在理论分析和试验的基础上，对金刚石绳锯的锯切轨迹和锯切机理进 行了研究：金刚石绳锯的锯切曲线近似为圆的渐开线，如图 15 所示，锯绳拉力及单位长度 锯绳施加给石材的压力决定了该渐开线的形状。dP= T . .（4）r250255其中：T绳锯拉力r绳锯在该点的曲率半径 利用公式(4)，假如我们得出锯切曲线任一点的曲率半径 r 和绳锯拉力 T，则可推出绳锯上该时刻的线压力 dP 值;或选定绳锯上单位长度最佳压力值 d

32、P，估算出锯切曲线上最大曲 率半径:，从而得出锯切所需工作拉力 T，并由 T 计算出锯切所需功率 W。图 15 石材绳锯机上的锯切曲线Fig.15 The cutting curves of stone wire saw图 16 弧区测量位置示意图Fig.16 The diagrammatic sketch of measurement location in ARC zone260265270275280金刚石绳锯锯切线速度高，锯切过程中单颗粒金刚石设施加在石材上的压力很小，不足以使石材产生体积破碎，其主要碎岩方式是赫兹破碎(HertzianFracture)，主要以高速磨削的 方式实现锯切

33、，故切屑粒度细小；根据金刚石绳锯的碎岩机理，锯切时应适当控制锯绳拉力， 保证一定的锯绳线速度，选用耐磨性好的金刚石和胎体，保证良好的冷却。以提高锯切速度， 延长锯绳寿命。华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心的裴峰丽15针对金刚石绳锯的柔性加 工以及长锯切弧区的加工特点，研究的是绳锯加工弧区锯切力的分布情况，采用弧区内分段 的实验方法，在弧区七个位置选取了 50mm 的微段，测量位置的示意图见图 16，对每个微 段进行锯切力的测量，进而总结出锯切加工弧区内锯切力的分布情况。研究结果表明:当锯 切参数相同时，各个测量位置点的锯切力不同;当进给速度较小时，金刚石绳锯的弧区锯切 力分布波动很小;

34、 当进给速度较大时，锯切加工弧区起始端的弧区锯切力会明显大于终端位 置的锯切力;线速度和进给速度对弧区锯切力 Fx 分布的影响要大于对弧区锯切力 Fz 分布的 影响。St4金刚石串珠绳锯切温度对其使用寿命及切削效率的影响为了深入了解绳锯加工过程中温度变化特性对绳锯寿命与加工效果的影响，华侨大学的 国宁16等人以移动热源理论为基础建立了绳锯加工弧区温度场模型，研究了加工参量对绳 锯加工弧区温度的影响。金刚石串珠绳锯由串珠、隔离套和钢丝绳组成。如图 17 所示，加 工过程中绳锯以 Vs 的转速运动，对工件材料进行锯切加工，同时又以 Vf 的速度向下进给。 将每颗串珠假设为一个热源，在绳锯加工的过程

35、中，有多颗串珠同时在弧区内作用，即有多 个小热源同时在弧区内对弧区温度场产生影响，因此可以采用热源叠加法对弧区温度进行研 究。参考大切深断续磨削加工温度场理论模型，建立了单颗串珠为均布热源及三角形热源时， 金刚石串珠绳锯加工弧区温度的理论模型。 =Vf ( X , Z , S ) = E ( S S )e2 qt 0 t( Z + 2S 2 )2 L L X +X . .（5） erf 2 + erf 2 dS4S 2 2S 2S V ftS =2 q ( X , Z , St ) =X 0 2S E +2 2 ( S S ) exp ( Z 2S ) t 4S 2 X + L X L 2 d

36、Serf + erf 2 2 2S 2S 2 L L X + X exp 2 exp 2 . .（6）4S 2 4S 2 其中： S =V 2f4St =V 2 tf4V xX =f2V zZ = f2V lL= f c2285290295300q热流密度 工件的热传导系数 工件的热扩散系数 工件的密度Vs 绳锯加工点的转动线速度V f 绳锯的进给速度lc 加工弧区长度，即工件长度取绳锯锯切方向为 x 轴，取绳锯进给方向为 z 轴，在一颗串珠上任取一个微元 dx进行 研究，该微元离坐标原点的距离为 x，式(5)为均布热源作用下的金刚石绳锯锯切温度公式， 式(6)为三角形分布热源作用下的金刚石绳

37、锯锯切温度公式。通过理论计算可以发现，在两 种理论模型中，金刚石绳锯加工弧区的温度随加工时间的增加呈波浪性上升，但在同一瞬时， 温度不随加工弧区的位置而变化;绳锯加工弧区的温度随着绳锯加工点线速度的增大而升高（如图 18），随着进给速度的增大而升高（如图 19），随着断续比值的增大而升高（如图20）。随着金刚石串珠绳锯应用范围的不断扩大，对其性能的要求也越来越高。与金刚石圆 盘锯加工相比，串珠面临更加恶劣的锯切环境。金刚石绳锯加工过程中的加工状态复杂性使 得温度对串珠及加工状态的影响更加突出。图 17 绳锯机加工模型 图 18 Vs 对加工弧区温度的影响Fig.17 The Mfg model

38、 of diamond wire saw Fig.18 The influence of Vs to the temperature3055 结论图 19 Vf 对加工弧区温度的影响 图 20 断续比对加工弧区温度的影响Fig.19 The influence of Vf to Fig.20 The influence of break-make ratio tothe temperature in ARC processing zone the temperature in ARC processing zone通过以上分析可以看出，金刚石绳锯的使用寿命与切削效率呈反比关系，要想获得较高31

39、0315320的切削效率是必会出现大量的串珠损耗，从而降低绳锯的使用寿命。而且，切削不同的材质，如果切削参数设置不合理，不但不能提高切削效率，在降低效率的同时还会增大锯绳的损耗。 因此，针对不同的切削对象，选择合理的金刚石绳锯机、锯绳及设置合理的切削参数就显得 至关重要。但无论是切削石材、还是切削钢材，都是由多个单颗串珠无数次反复磨削与切削 物件来实现材料的去除，单颗串珠从完好到全部损耗的过程就决定了锯绳的使用寿命。因此， 通过研究不同的串珠类型及设置不同的切削参数来分析单颗串珠的损耗，同时，测量被切削 物件的切除率，有利于得到更加科学的串珠加工工艺和切削参数，从而可以大幅度提高绳锯 的使用寿

40、命及科学的切削效率。研究单颗串珠的损耗同时还可以为确定极端切削条件下（如 海底管道维修切割作业时，相比串珠绳的使用寿命而言，在提高串珠绳的长度以增加使用寿 命后则更注重的是切削效率）的参数设置提供依据，从而大大提高切削效率。参考文献 (References)3253303353401 桂林特种新材料有限公司.金刚石绳锯的应用现状及未来发展 J.石材,2010,(12):18-21. 2 陈冀瑜.耐磨抗断裂的金刚石串珠绳.J.石材,2007(11):30.3 谈耀麟.石材矿山开采与设备综述.J.石材，2001(7):41-43.4 姜荣超编译.制约金刚石绳锯生产、应用的因素.J.石材,2006(8):16-19. 5 张延军.金刚石绳锯的最新进展.J.超硬材料工程,2009(2):56-58.6 何梦佳,司卫征.钎焊金刚石工具磨粒有序排布研究现状.J.广东科技,2010(1):46-48.7 王志 起 , 万隆 , 胡伟达 .Ti 对陶瓷结合 剂及金刚 石磨具性 能的影响 .J. 金刚石与磨 料磨具 工 程,2011,(2):50-54.8 侯永改,彭进.合金粉对低温陶瓷结合剂及