金刚石圆锯片锯切大理石时刀头磨损的离散元模拟研究

发布时间：2020-07-20 08:32

【摘要】：随着金刚石工具在岩石荒料开采、地质勘探、硬脆材料加工等方面得到广泛的应用,对金刚石工具的加工性能和的使用寿命提出了更高的要求。在金刚石工具中,圆锯片在岩石锯切中占据着主导地位。在岩石的锯切过程中,岩粉对刀头的冲蚀作用不但造成刀头胎体的磨损,也是金刚石磨粒脱落的主要原因。目前国内外对于工具磨损的评价方法主要是实验测试法,根据其加工的效率、质量、磨损量等来评价其磨损性能。但是通过实验方法来测试工具磨损耗时耗力,且不能实时的观察工具在加工过程中磨损变化的动态过程,难以指导金刚石工具的胎体材料设计。另一方面,一般的金属基工具都是由粉末烧结制备,岩石具有明显的脆性,常用的有限元数值模拟方法难以处理该类材料断裂、磨损、去除等非连续行为。本文采用离散元法建立了刀头胎体、大理石以及金刚石磨粒与胎体界面的BPM(Bonded-Particle Model)模型,通过数值实验标定了模型参数,并由压痕实验校准了模型参数。基于以上离散元模型,引入周期性边界条件,模拟了多种工艺条件下刀头胎体—大理石销盘磨损实验过程和锯切大理石过程中刀头的磨损实验过程。分析了刀头胎体与大理石摩擦磨损的动态变化过程,包括裂纹的产生和扩展、刀头胎体颗粒脱落数目的变化趋势、刀头胎体与岩粉层及大理石之间形成三体磨损的界面变化、金刚石的出露及脱落过程等。通过实验验证了离散元模拟结果的可靠性,证明应用离散元模拟工具磨损具有一定的优势。本文的研究结果为深入研究金刚石工具的磨损,进而为刀头材料性能设计提供了一种新的思路。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG717
【图文】：

状态图,金刚石,金刚石磨损,刀头

刀头表面金刚石磨损状态

示意图,模型,示意图,出露

大部分都是验证已经建立的实验模型。类型选择和加工工艺参数的选择依赖于金刚石具的磨损过程是一个多维度的复杂过程。在现经验测试和结果的归纳法是文献记载中最常见刚石出露的最佳高度 F=1/6ADPD 的理论模型，D，ADPD （Average diamond Particle diametek 模型如图 1.3 所示。ADPD=V1/3，而 V=57m为 57 立方毫米。金刚石的出露高度决定了金刚金刚石的最大出露高度不能超过最大粒径的 1/出露高度超过最大粒径的一半时将会脱落。W损率和胎体磨损率有着一个匹配关系。( )( ) ( )G Mdp t- = V t - V tdt石的磨损率，VM(t)表示胎体的磨损率。

三体模型

图 1.4 三体模型中，切屑从工具或者加工表面脱落并且随着加间不断的移动。事实上用实验的方法很难去理况下所发生的一些物理现象。并且由于像切屑加的复杂，同时也产生了不同的磨损机理。在的离散元方法是理解第三体颗粒行为以及工具最早是在 20 世纪 70 年代由 Cundall 首先提出究[24]。1986 年，王泳嘉[25]将离散元法引入国速的发展，但是一开始还是主要应用于岩土力机技术的发展，离散元法在工程领域的得到了可以通过连接键建立材料内部的连接，当材料裂来表示，因此离散元法在材料破坏和裂纹的

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