硬脆材料广泛运用于能源、信息、制造和建筑装饰等领域,但硬脆材料在机械加工过程中凸现出来的加工效率低、表面完整性差、刀具磨损快、加工成本高等制造难题严重制约着硬脆材料在现代工业中更广泛的应用。 本文设计制造了一台环形电镀金刚石线锯切割试验装置,使用CW225型环形电镀锯丝,以牌号为LT55的Al₂O₃/TiC陶瓷材料作为试件,对电镀金刚石线锯切割硬脆材料工艺进行了研究。实验中,最大锯丝速度达到13.08m/s,最大材料去除率为6.665mm²/min,切割表面粗糙度在0.247～0.352μm之间,加工表面质量优于圆盘锯和电火花加工。 本文根据对金刚石线锯切割过程的研究,借鉴压痕断裂力学模型近似和切削模型近似,建立起金刚石线锯切割陶瓷材料模型,推导出金刚石磨粒的平均切削深度计算公式和有效切削深度计算公式,并根据实验确定了有效切削深度计算公式的调整系数。实验证明陶瓷材料切割主要为脆性加工方式,但在进给配重14N,锯丝速度5.23m/s时为半延性材料去除。 通过微观形貌观察和有限元模型分析对环形电镀金刚石锯丝磨损与失效的形式和机理进行了研究。金刚石磨粒主要出现局部破碎、整体破碎、磨平和脱落四种磨损形式。焊接造成的内部气孔使环形锯丝在该处产生疲劳断裂。有限元分析说明镀层在与磨粒结合面上承受最大拉、压应力,拉应力集中是影响磨粒脱落的内在因素。镀层磨损使磨粒的出刃高度超过其高度的一半后,磨粒承受的最大拉、压应力急剧上升,磨粒进入快速脱落阶段。