基于微段弧区锯切新方法的石材锯切过程岩屑作用行为研究

金刚石圆锯片锯切技术在石材切割加工中占主导地位，正确认识岩屑作用行为是深入理解和有效控制锯切过程的关键。针对以往无法分离岩屑作用的难题，本项目提出一种微段弧区锯切方式，构造一个锯切参数条件与实际锯切相同的准无岩屑锯切过程，通过对比不同锯切参数下这两种锯切过程的锯切力和功率等主要过程参量所表现出来的差异，系统揭示锯切过程岩屑作用的行为特征及其变化规律，建立岩屑作用对容屑状态的依赖规律及其受锯切参数的调控机制，在此基础上建立具有岩屑作用约束的锯切能量消耗模型，并进行锯切参数优选和综合实验研究。本项目的完成对正确认识锯切过程的岩屑作用行为，完善锯切理论具有重要的学术价值，对抑制岩屑作用，实现石材高效、低能耗锯切具有重要的实际指导意义。

按计划完成预定研究内容。构建了一套通过微段弧区锯切方式测量无岩屑作用的锯切弧区力载荷分布的求解理论及实验手段。推导了从整体锯切的切过切出过渡过程求解有岩屑弧区力载荷的差分算法。建立了稳态锯切力、合力作用角及合力点位置与弧区载荷分布之间的数学描述。确立了锯切弧区载荷分布、稳态锯切时的岩屑作用的分离依据及表达。研究了无岩屑圆周力系载荷密度变化规律，随着弧区位置角的增大几乎呈线性递增，其分布形态上近似三角形分布，与单颗磨粒切削厚度呈指数关系。有岩屑作用的圆周力系载荷密度与无岩屑的基本类似，但更倾向于梯形。岩屑作用载荷分布随弧区位置变化规律与动态屑容比的变化规律基本一致，受弧区内“工具—工件”间干涉程度影响明显。岩屑作用对锯切力影响明显，直接使得合力点位置往弧区底部偏移。岩屑摩擦作用符合滑动摩擦定律，岩屑作用摩擦系数受弧区容屑状态影响明显，并随弧区干涉程度加剧而增大。与顺切相比，逆切的加工力偏小但岩屑作用力和稳态锯切力均偏大。工具状态对岩屑作用影响明显，但主要体现在平均出刃高度上，这与工具表明容屑空间有关。纯锯切加工能主要消耗磨粒与工件的滑动摩擦上，增大单颗磨粒切削厚度有利其降低。岩屑作用能消耗在工具/工件接触界面摩擦上，受弧区容屑状态影响明显。在等材料去除率的情况下，采用小切深快进给有利于降低锯切能耗。进行了岩屑控制研究，建立基于岩屑作用约束的锯切能耗模型并用于加工参数优选，进行窄锯缝锯切工艺、磨粒有序排布锯片和钎焊金刚石锯片技术等开发。本项研究成果对石材行业实施可持续发展具有重要的参考价值和技术推动。