张辽远，褚桂君，慕丽
(沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159)
摘要:基于冲量理论和振动加工理论，对电镀金刚石线锯锯切过程进行了分析，并对锯切过程中各个阶段的接触状态进行了有限元计算，得出在稳定接触状态下应力沿工件宽度方向分布均匀的结论。结合电镀金刚石锯切实验，采用叠加原理建立了锯切轨迹的数学方程，得到了轨迹计算曲线。通过与实际切割轨迹形貌的对比，计算曲线和实际轨迹曲线之间的误差小于15%，吻合程度较高，为金刚石线锯锯切工艺参数的优化提供了参考依据。
关键词:机械制造工艺与设备;电镀金刚石线锯;锯切轨迹;应力分析;轨迹方程
中图分类号:TG669 文献标志码:A 文章编号:1000-1093(2011)05-0607-06
引言
近年来电镀金刚石线锯发展迅速，在硬脆材料加工中应用越来越广泛，促使人们更加重视其锯切机理和加工过程的研究。为了提高电镀金刚石线锯的加工质量和生产效率、降低成本，锯切时选用合理的工艺参数，本文在理论分析及实验的基础上分析了锯切时的受力情况，研究电镀金刚石线锯的锯切轨迹，给出了切片的实验结果，并对实际加工参数的选择提出建议。
1·电镀金刚石线锯锯切轨迹分析
1.1电镀金刚石线锯锯切过程
电镀金刚石锯丝是有一定弹性的连续体，由两导向轮(间距L)定位，在加工过程中不会产生折点。因此，开始锯切时线锯(张力Fte)和工件(宽度b)只在局部的棱角处相接触，随着加工的进行，接触点变成切割线，最后形成一条连续光滑的加工曲线。同样切割抗力也分为两种状态:一是切割开始后切割抗力逐渐增加的过渡状态;二是切割抗力总是保持固定值的稳定状态，如图1所示。在过渡状态下，切割负荷(切割力)集中作用于工件端部，工件中心部分则处在几乎无切割力作用的状态。
因此，工件只有端部处在被削掉状态，线锯开始发生挠曲(挠曲角θ1、θ2)。但是，当挠曲量增加到一定程度时，工件中心也开始受到切割力的作用。最后整个切割区域都受到均匀切割力的作用，这种状态为稳定状态。达到稳定状态后，线锯的挠曲量也会稳定下来，切割抗力总是保持固定值的稳定状态，切割便以定速进行。
1.2 电镀金刚石锯丝受力
把金刚石锯丝假设成一条连续的弹性线如图1，取出一段微量分离体A’B’进行受力分析，如图2所示。图中r为A’B’段的曲率半径，F为线锯拉力。由于锯丝直径很小，故其所受的重力可以忽略。
若在加工过程中，锯丝上某点对工件的线压力dp大于其它点，则在该点处加工速度加快，线锯曲率半径变小，从而使线锯上该点对工件材料的线压力dp减小，直至和相邻点处的相等。加工开始阶段就是这种情况的特例。由以上讨论可知，电镀金刚石线锯工作曲线稳定的必要条件是锯丝上各点的线压力dp都相等，即在加工的任一瞬时:
式中c为常量。
在锯切过程中，锯丝上各点所受拉力F并不相等，在锯丝松边F值较小，而从松边到紧边，F将随锯丝接触弧长的增加而增加。此外，锯丝曲率半径变化大的部位F值增加的也大，如图3所示，OC为渐开线基圆半径。由此可知:开始锯切时由于锯丝和工件只在局部的棱角处相接触，其应力很大，切割速度较快。随着切割的进行，接触弧线的长度增加，应力逐渐减小，最后达到稳定的状态，应力分布均匀，形成一条连续光滑的曲线。
