金刚石线切割机的线弓模型及工艺参数研究

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金刚石线切割具有高效、稳定、加工尺寸及品种多样等特点,是脆硬性材料加工的主要方法。工业生产中脆硬性材料的尺寸、材料类型多变,需要配合不同跨距的切割机进行切削,其工艺参数主要凭借人工经验及试切试验确定,效率较低,成本较高。本文采用理论推导结合有限元参数化计算的方法,并经过实验验证,建立金刚石线切割的非对称圆弧线弓理论模型,分析切割机工艺参数与线弓参数的理论关系,为工艺参数的确定提供理论指导,同时设计实验研究工艺参数对工件加工质量的影响,主要研究内容包括:(1)从金刚石颗粒的角度对线弓受力进行分析,推导说明了切削力可简化为大小相等的均匀载荷,通过有限元方法计算出线弓形状,提出了非对称圆弧的线弓假设,根据有限元计算结果拟合出圆弧线弓,并分析拟合误差证明了非对称圆弧线弓假设的可行性。(2)通过有限元参数化计算出边界条件对线弓参数的敏感性,为计算圆弧线弓的三点挠度简化边界条件提供了依据,结合非对称圆弧几何关系,构建了非对称圆弧线弓模型,对比分析线弓参数中端点张力的两种数值计算结果,从理论计算的角度证明了非对称圆弧假设的合理性。(3)搭建单线切割实验平台,验证了理论模型,分析了线弓参数中最大挠度对产品表面粗糙度的影响,同时分析了端点张力差值对产品表面质量差异的影响,根据实验测量数据,结合理论模型中切削力与挠度的变化规律,得出了切削过程中线弓变化的各个阶段,并分析了物料切透时间在工艺参数选择过程中的作用。(4)利用理论模型计算获取某多线切割机所受载荷,通过有限元计算出槽轮法向及轴向的变形规律,结合理论模型分析了槽轮变形导致线网张力变化从而影响同批工件加工质量的原因,并设计多线切割实验证明了槽轮变形对单批工件加工质量在不同位置的影响。
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