本文基于本人十几年从事大理石板材切割设备开发研制的经验和市场对大幅面板材日益增加的需求,充分考虑现有Φ1800mm以下圆盘锯大量使用的现实,在用户不增加新设备的前提下,认真分析了现有设备的典型结构,根据创新设计原理和对圆锯片的功能分析,提出了一种新的构思,将圆锯片分解为支撑功能单元、驱动功能单元及切割功能单元,即新型组合式石材切割圆锯片的设计方案。同时为了验证新型组合式石材切割圆锯片基体结构的可行性,应用有限元理论研究新型组合式石材切割圆锯片工作过程中的承载状况、变形情况以及应力分布状态,分析新型组合式石材切割圆锯片的低阶模态振型、固有频率等动态性能对使用效果的影响。根据分析数据对新型组合式石材切割圆锯片基体进行优化设计。 对新型组合式石材切割圆锯片进行结构静力分析和模态分析,同时对普遍应用的同直径大小的整体金刚石圆锯片进行相应方面的有限元分析。数据表明:新型组合式石材切割圆锯片和普通金刚石圆锯片的低阶模态处于一个数量级且相差不大,基体应力分布也基本相似。说明新型组合式石材切割圆锯片和同直径大小的普通金刚石圆锯片有相近的工作性能,能基本满足加工要求。 对新型组合式石材切割圆锯片进行热应力分析:新型组合式石材切割圆锯片基体受温度的影响比普通圆锯片大,产生了较大的热应力;基体温度分布均匀,根据第三强度理论,热应力没有超出材料的安全许用应力范围;基体与结块焊接处及结块外边缘热应力值较大,因此锯片在使用前必须进行残余应力处理。热应力分析详细描述了锯片的应力分布特点,为锯片适张处理提供了理论依据。 结合结构静力分析和模态分析的成果对新型组合式石材切割圆锯片进行优化设计。结构静力分析、模态分析的主要目的是深入了解新型组合式石材切割圆锯片使用性能和动态性能,为最终新型组合式石材切割圆锯片基体的优化设计提供状态变量数据参考。通过三次优化设计,在考虑新型组合式石材切割圆锯片基体一阶固有频率下,Φ1800mm锯片基体质量最优化结果比初始设计少了3kg,更为重要的是基体的一阶固有频率有所提高,而最大变形量和最大等效应力均有所降低,从而提高了锯片的使用性能和动态性能。 为了验证有限元分析结果,深入研究组合结构圆锯片的动态性能和使用性能,理论上提出了应力分析试验方案、模态分析试验方案及温度测试试验方案。