石材锯切过程中声发射信号特征的实验研究

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岩石由于硬度高、耐磨损等特性,被大量应用在建筑和精密仪器行业。随着人类石材消耗量的增加,如何高效环保的对石材进行加工成为亟待解决的问题。目前金刚石圆锯片锯切在岩石切割加工中占有主导地位,通过对锯片的锯切性能与锯切机理进行深入的系统研究,有利于在降低加工成本、节能减排的同时提高效率。声发射技术能够动态监测材料中的瞬态弹性波,其优越性已在磨削、切削等加工过程的在线监测方面得到了验证。通过对这些加工过程的在线监测,可以实现对刀具变钝、工件烧伤、磨削区粗糙度等过程的控制。但是,声发射技术在锯切过程监测方面的研究还较少。  本文通过系列实验,首先研究了岩石失稳过程、锯切过程中的声发射信号特征量变化趋势,并结合锯切力及锯切功率进行了分析。然后通过磨损实验,研究了用声发射技术跟踪锯片磨损的可行性,并分析了锯片磨损过程中锯切力、功率以及锯片磨损状态与声发射的对应关系。本论文主要工作及内容归结如下:  1.以三点抗弯和单轴压缩实验研究被加工工件失稳破坏过程中的特性,实验结果表明,不同种类的岩石失稳破坏过程中释放的声发射能量和力学强度不同,且随着加载速率的增大而增大。相同加载速度下,声发射绝对能量从大到小依次是:G654、G603、G657、绿砂岩。  2.单颗金刚石磨粒划擦实验中,划擦力随着划擦深度的增大而增大,随着线速度的增大而减小;划擦法向力随着工作台速度的增大总体呈增大趋势,但影响较小;而划擦切向力随着工作台速度的增大波动较大,没有明显规律。声发射信号方面,声发射有效值AErms随着划擦深度、线速度或工作台速度的增大而增大,其中划擦深度对声发射信号的影响较大。四种岩石在同种划擦参数下,AErms大小依次是:G654、G603、G657、绿砂岩。  3.锯切实验中,AErms随着锯切深度或进给速度的增大而增大,随着线速度的增大而减小。四种岩石在同种锯切工艺参数下,AErms从大到小依次是:G654、G603、G657、绿砂岩。同时,AErms和主轴功率以及锯切力有很好的线性关系。  4.锯片磨损过程中,磨粒磨损状态比例以及平均出露高度影响AErms大小,其中完整、顶部磨平和微观破碎的磨粒对AErms有负效应,而刚出露、宏观破碎和脱落对AErms是正效应。平均出刃高度越大AErms越小;反之,AErms越大。AErms可以作为监测锯切过程的指标,其值越小,锯片越锋利。
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