花岗石异型面成形加工及材料断裂去除机理研究

论文摘要

用金刚石成型刀具对花岗石异型制品进行成形加工,是一种经济高效的石材加工方式,被企业广泛采用。然而由于成型刀具曲线复杂,切削过程中各切削点工艺参数均不一致,金刚石颗粒受力不均匀,无法进行定量的理论研究,导致在此领域的理论研究相对滞后,生产中许多加工问题得不到及时解决。实验采用先进数控加工中心设备和金刚石成型铣刀,以石岛红花岗石大圆边直位花线成形切削的实验过程为研究对象,对花岗石成形切削参数与切削力之间的相互关系进行了深入分析,并从断裂的角度对花岗石成形切削过程中裂纹的产生以及扩展进行分析,对花岗石异型制品的加工过程进行分类与分析。课题采用实验测量分析与数学理论建模相结合的方法进行数据分析与研究。针对成形加工阶段不同异型制品采用加工工艺、设备、工序和加工要求的不同,对花岗石异型制品成形加工进行分析,提出了高效加工的切削参数水平的建议取值。通过在设定的花岗石成形加工工艺参数下进行切削实验,测量得到不同参数下的切削力信息,分析了石材去除率与各向切削力的变化规律。研究了切削参数中刀具转速n、进给速度V_f、切削深度a_p对石材去除率和切削力的影响程度。通过实验建立了金刚石成型刀具在异型制品成形加工中的切削母线函数模型;建立了成型刀具切削花岗石的材料去除率理论公式;根据切削面的几何特点建立了切削接触面、刀具接触弧长与金刚石单颗粒切削厚度的函数模型;建立了顺铣、逆铣条件下,切削条件与切削力之间的数学模型。为详细研究金刚石颗粒在成形切削中各部位的非均匀受力分析与颗粒断裂脱落机理提供了理论基础。课题的研究为花岗石异型制品成形加工的工艺方式提供了合理化参考,为成型刀具在花岗石成形加工中的金刚石颗粒不均匀脱落、破损的定量研究提供理论依据。其研究成果不仅对花岗石异型制品的生产具有指导意义,也将对花岗石异型制品加工的理论研究产生深远影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 石材异型制品的定义与分类
• 1.1.2 花岗石异型制品加工及其工具应用分析
• 1.2 课题相关领域研究进展
• 1.2.1 花岗石切削断裂去除机理研究
• 1.2.2 花岗石成形加工切削力研究
• 1.3 课题研究思路、主要内容与章节结构
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题研究思路与主要研究内容
• 第2章 花岗石切削断裂去除机理研究
• 2.1 断裂力学及其断裂理论在材料去除方面的应用背景
• 2.1.1 断裂理论及裂纹技术的定义
• 2.1.2 断裂技术在材料去除领域的应用
• 2.2 花岗石结构成份对切削加工中裂纹形成及扩展的影响
• 2.2.1 花岗石的组成成份与结构构成
• 2.2.2 花岗石微观晶体分析
• 2.2.3 裂纹成核因素分析
• 2.3 花岗石切削过程中裂纹的产生与变形理论
• 2.3.1 断裂源分析
• 2.3.2 裂纹的变形分析
• 2.3.3 裂纹的扩展临界条件分析
• 2.3.4 花岗石切削过程中裂纹的扩展方向分析
• 2.4 花岗石成形加工中刀具与材料断裂去除机理分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 花岗石异型制品成形加工技术研究
• 3.1 花岗石异型面高效成形加工技术基础
• 3.1.1 高效加工技术研究现状
• 3.1.2 花岗石异型面高效成形加工的定义
• 3.2 花岗石异型制品成形加工工艺分析
• 3.2.1 异型制品加工阶段分类
• 3.2.2 成形加工定义及成型刀具概述
• 3.2.3 异型制品成形加工设备选择
• 3.2.4 花岗石异型制品成形加工工序分析
• 3.3 花线制品及其加工方式
• 3.3.1 花线定义与分类
• 3.3.2 花线制品的加工
• 3.4 成形加工工艺参数设置
• 3.4.1 传统花岗石异型面加工工艺参数
• 3.4.2 高效加工工艺参数的制定
• 3.5 本章小结
• 第4章 花岗石异型面成形切削实验研究
• 4.1 实验目标
• 4.2 实验装置与条件
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 刀具选择
• 4.2.3 工件材料
• 4.2.4 测量仪器与数据采集系统设计
• 4.3 实验方案设计
• 4.3.1 切削参数选取与数据采集方案设计
• 4.3.2 实验数据采集分析方案
• 4.4 实验结果正交分析
• 4.5 实验数据分析与计算
• 4.5.1 工件材料去除率计算与分析
• 4.5.2 切削接触曲面数学模型分析
• 4.5.3 花岗石成形切削区域刀具接触弧长计算
• 4.5.4 金刚石单颗粒切削厚度与切削力分析
• 4.5.5 成型刀具切削力模型建立与分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表