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| 編輯推薦： |
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《金刚石圆锯片技术》可作为高等院校脆性材料加工专业教材，也可供相关专业人员参考。
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| 內容簡介： |
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《金刚石圆锯片技术》以金刚石圆锯片制造技术及相关特性为主线，对金刚石圆锯片动态特性进行理论和试验研究，系统阐述金刚石圆锯片结构参数对其模态特性的影响，建立金刚石圆锯片的可靠性数学模型，确定金刚石圆锯片可靠度。对大直径金刚石圆锯片的横向振动进行系统阐述，并详细地介绍其横向振动检测系统，定量地分析大直径金刚石圆锯片的动刚度。对金刚石圆锯片噪声的相关问题进行详细论述，同时介绍金刚石圆锯片刀头焊接技术。
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| 目錄：
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目录
前言 1
概论 1
1.1金刚石圆锯片概述 1
1.2金刚石圆锯片现状和发展趋势 2
1.2.1金刚石圆锯片生产和需求现状 2
1.2.2金刚石圆锯片需求发展趋势 3
1.3金刚石圆锯片定义及分类 3
1.4金刚石圆锯片结构及组成 5
1.4.1金刚石圆锯片结构及参数 5
1.4.2金刚石圆锯片基体 6
1.4.3金刚石圆锯片刀头 9
1.5金刚石圆锯片使用 10
1.5.1金刚石圆锯片安装10
1.5.2金刚石圆锯片使用10
1.6金刚石圆锯片使用出现的问题 13
2金刚石圆锯片的模态试验 17
2.1模态试验理论 17
2.2模态试验原理 17
2.2.1传递函数的确定 17
2.2.2模态参数识别 19
2.3金刚石圆锯片模态试验设计 22
2.3.1模态试验方式 23
2.3.2试验装置的选择及连接 26
2.4试验步骤 30
2.4.1测量方案的确定 30
2.4.2测量信号的可靠度30
2.5模态试验的结果 31
3金刚石圆锯片切割石材的动力学研究 35
3.1金刚石圆锯片切割石材的动力学 35
3.1.1金刚石圆锯片切割石材机理分析 35
3.1.2金刚石圆锯片受力分析 36
3.1.3金刚石圆锯片切割石材数学模型 39
3.1.4大直径金刚石圆锯片的动力学分析46
3.2 基于 ANSYS的金刚石圆锯片模态有限元分析 51
3.2.1 350mm金刚石圆锯片模态有限元分析51
3.2.2金刚石圆锯片几何参数对固有频率的影响 55
3.3 基于 LS-DYNA的金刚石圆锯片切割石材动态分析 57
3.3.1金刚石圆锯片切割石材试验57
3.3.2金刚石圆锯片切割石材有限元模型59
3.3.3模拟结果分析及切削力试验验证 63
3.3.4锯切参数对切削力的影响 66
4金刚石圆锯片振动理论分析 67
4.1金刚石圆锯片振动理论 67
4.1.1金刚石圆锯片振动概述 67
4.1.2锯片振动分类 67
4.2金刚石圆锯片振动方程建立 68
4.3金刚石圆锯片振动理论分析 71
4.3.1动态特性概述 71
4.3.2金刚石圆锯片振动模态分析71
4.4金刚石圆锯片振动的可靠性分析 71
4.4.1可靠性的定义 71
4.4.2可靠度和可靠性的基本指标73
4.4.3 Monte-Carlo模拟法73
4.4.4金刚石圆锯片共振失效分析75
4.4.5 基于 ANSYS的金刚石圆锯片的可靠性及灵敏度分析78
5大直径金刚石圆锯片横向振动检测 82
5.1 LabVIEW技术及 DAQ的使用 82
5.1.1 LabVIEW技术82
5.1.2 DAQ技术83
5.2横向振动检测平台的搭建 84
5.2.1位移检测 84
5.2.2主轴转速控制 88
5.3大直径金刚石圆锯片横向振动检测系统的开发 94
5.3.1检测系统简介 94
5.3.2检测系统软件设计95
5.4 3600mm圆锯片横向振动特性试验设计 107
5.4.1试验环境及试验方法107
5.4.2试验结果及分析 109
5.5动刚度试验 114
5.5.1试验装置 114
5.5.2试验结果 117
5.5.3检测系统分析117
5.5.4动刚度试验结果 120
6金刚石圆锯片噪声检测124
6.1金刚石圆锯片噪声的来源 124
6.1.1空气动力性噪声 124
6.1.2振动噪声 124
6.1.3冲击辐射噪声125
6.1.4摩擦噪声 125
6.2噪声的种类及危害 125
6.2.1噪声污染对人的影响126
6.2.2噪声污染对仪器设备的影响 127
6.2.3噪声污染对建筑物的影响 127
6.3金刚石圆锯片噪声的测试技术及机理 127
6.3.1确定噪声谱 127
6.3.2确定噪声源 128
6.4噪声的测试环境 128
6.5噪声的测试仪器 129
6.5.1声级计 129
6.5.2其他测量仪器129
6.6不同因素对金刚石圆锯片噪声的影响试验 130
6.6.1结构参数对噪声的影响 130
6.6.2切削参数对噪声的影响 134
6.6.3切割材质对噪声的影响 136
6.7金刚石圆锯片的降噪 139
6.7.1金刚石圆锯片降噪方法 139
6.7.2金刚石圆锯片降噪措施 141
7金刚石圆锯片刀头焊接技术 144
7.1金刚石圆锯片刀头焊接技术的发展现状 144
7.1.1国内金刚石圆锯片刀头的焊接现状 144
7.1.2国外金刚石圆锯片刀头的焊接现状 145
7.2金刚石圆锯片刀头焊接技术的定义及分类 145
7.3焊接强度分析 146
7.3.1金刚石圆锯片刀头受力分析 146
7.3.2金刚石圆锯片焊缝结合强度分析 148
7.3.3金刚石圆锯片焊接强度的检测方法 150
7.3.4金刚石圆锯片焊接强度值的确定 151
7.3.5影响焊接强度的因素151
7.4金刚石圆锯片刀头焊接强度分析 152
7.4.1金刚石锯片刀头焊接有限元仿真 152
7.4.2 350mm金刚石圆锯片焊接强度有限元分析 153
8金刚石圆锯片刀头焊缝检测 159
8.1焊缝检测的原理及分类 159
8.1.1 X射线探伤的基本原理 159
8.1.2渗透检测基本原理 163
8.1.3涡流的基本原理 165
8.2涡流检测的应用 166
8.3金刚石圆锯片焊缝涡流检测 168
8.3.1涡流检测技术168
8.3.2神经网络在涡流无损检测中的应用 170
8.3.3涡流检测平台的搭建171
8.3.4焊缝检测信号的采集与处理 177
8.3.5检测系统数据的分析188
8.3.6焊缝检测系统误差分析 194
参考文献 196
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| 內容試閱：
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1概论
1.1金刚石圆锯片概述
金刚石圆锯片是脆性材料加工业的主要工具，广泛应用于混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工。早期时，金刚石圆锯片并不能大规模地应用于生产中，原因是天然金刚石价格昂贵。1885年，法国人Jaeguin发明了世界上**片金刚石圆锯片，这种金刚石圆锯片是采用手工的方式镶嵌天然钻石，不能大规模用于脆性材料加工。20世纪30年代后，由于粉末冶金技术的发展，焊接式金刚石圆锯片大量出现。50年代，人造金刚石诞生，促进了金刚石工具制造业的迅速发展，从此金刚石圆锯片大规模应用于石材加工行业。人造金刚石相比天然金刚石便宜很多，可大量应用于脆性材料加工业，这使金刚石工具制造业有了迅猛的发展。80年代中期，石材切割锯片主要用于大理石的锯切。80年代后期，锯切花岗岩的圆锯片得到很大的发展，为了达到昀佳的锯切效益，锯片研究者致力于各种配方的研究。
近几年，用于脆性材料加工业的人造金刚石的数量越来越多，据有关统计，其使用量已占全国人造金刚石总产量的90%左右。随着脆性材料制品应用量的增大，未来我国市场对金刚石圆锯片及其基体的需求将以15%左右的速度递增图1-1。
图1-12011～2015年我国金刚石圆锯片及其基体的市场需求量及预测
随着科学技术和现代工业的发展，石材应用领域日益扩展，石材开采量逐年增加，如图1-2所示的中国天然大理石建筑板材产量统计。金刚石锯片在石材加工中占有重要地位，其性能质量直接影响石材加工的质量、成本和石材荒料资源利用率。国内锯片基体生产厂家相继开发了薄片、超薄片锯片基体，如1600mm锯片基体，从正常厚度减薄到6.5mm以下，甚至减薄到5.5mm以下。利用薄片、超薄片锯片切割花岗石和大理石板材，可以大幅提高切割效率和荒料成材率，降低电力消耗，如使用厚度为4.0mm的.1600mm超薄基体，可以提高切割效率10%以上，降低电力消耗20%以上，提高荒料利用率16%以上。
图1-2 2010～2014年中国天然大理石建筑板材产量统计分析
1.2金刚石圆锯片现状和发展趋势
1.2.1金刚石圆锯片生产和需求现状
受我国石材加工市场的拉动，国内金刚石圆锯片的需求在20世纪80年代中后期兴起，但初期品种需求较单一，主要是直径1600mm规格。当时国内已有几家企业开始生产，但质量不稳定，平均复焊次数是2～3次；而同期德国产品是中国的两倍，且性能稳定。因此早期的金刚石圆锯片主要是依赖进口。在90年代初期，中国石材行业的发展形成一个高潮，国内一下子上马了40余家金刚石锯片生产企业，锯片进入竞争时代，市场竞争的结果是，多数企业退出金刚石锯片市场，昀后仅存不到10家正常运转。
现在，国外的金刚石圆锯片的厂家主要是德国莫莫豪夫、意大利锐无敌、美国施泰力等厂家，它们生产的高档锯片在中国市场占有一定的份额，我国很多高端锯片还是依赖发达国家进口。
在国内脆性材料领域，金刚石圆锯片的市场基本由宜昌黑旋风锯业有限公司、唐山星烁锯业有限公司、日照海恩锯业有限公司等几家生产企业分割，这几家企业生产的锯片占整个市场容量的85%以上。其中唐山星烁锯业有限公司从德国引进国际上昀先进的硬质合金圆锯片和金属切割锯片生产设备，开发出了直径5000mm的金刚石圆锯片基体，这个只有德国莫莫豪夫公司开发出，处于国际领先地位；日照海恩锯业有限公司开发的金刚石圆锯片横向振动动态检测技术，在国内处于领先地位，可以模拟锯片的切割并且检测锯片是否合格。
圆锯片市场需求的产品也从当初的单一品种开始多样化、差异化。随着金刚石锯片适用领域的扩大，根据产品的加工对象、锯机的转速和功率、加工工艺和操作习惯等的不同，无论从产品的外形尺寸还是内部性能，产品都表现出很多的差异性。
1.2.2金刚石圆锯片需求发展趋势
在国内脆性材料加工业，由于顾客的需求越来越个性化，加上加工企业的地区差异、切割对象的差异、切割锯机的差异以及切割工艺、操作习惯等的差异，国内市场对金刚石锯片的产品规格和内部特性的要求将越来越多样化和差异化，并将出现一些新的走势。
1从品种而言，随着荒料资源的紧缺和成本的上升，一些高效率、节能型、资源型和环保型的锯片将出现高速增长的趋势，如超薄锯片、掏空型锯片、超大片和复合消音锯片等。
2针对一些地区的特色脆性材料，一些具有特定内部性能的特色锯片受到顾客的欢迎。如四川、重庆、江西等的砂岩片，云南、贵州等地的切割软硬大理石的锯片，北方一些地区恶劣操作环境下的锯片，这些锯片需要有特定的张力、硬度等力学性能和外部尺寸要求等。
3从市场竞争看，传统的低价、赊销、退换片等竞争方式将逐步失去作用，产品品质和品牌的竞争越来越重要，为顾客提供强有力的技术支撑和服务越来越重要。
4国内的金刚石锯片的适用领域将从传统的脆性材料加工业逐步拓展到建筑施工、公路桥梁等工程领域，以及切割型材等领域。
5从金刚石锯片的出口走势看，在未来的一段时间内，将依然保持高速增长势头。国内企业的战略联盟和技术合作，在开拓国际市场方面越来越重要。通过战略联盟，构筑价格体系，抵制低价恶性竞争；通过技术合作和攻关，共同开拓国际高端市场，分享高额利润。
1.3金刚石圆锯片定义及分类
金刚石圆锯片从外观形状上看，是一种整体上呈圆盘状的加工工具，将金刚石颗粒镶嵌在节块上，利用金刚石颗粒来挤裂压碎脆性材料以达到切削的目的。
为了适应不同石材加工，金刚石圆锯片根据其直径、结合剂和金刚石工具轮廓进行分类。
1按金刚石锯片廓形：连续边缘、叶轮边沿、薄叶轮边沿、节块边沿、开裂式边沿。其分类如表1-1所示。
2按切割方式：平头切割、曲面切割和沟槽切割。
3按焊接方式：烧结热压式、激光焊接式和钎焊式。
根据使用的结合剂的不同使用于不同脆性材料的切割，如大理石、瓷砖、地砖、玻璃、花岗岩等。
表1-1金刚石圆锯片分类
1.4金刚石圆锯片结构及组成
尽管金刚石锯片多种多样，但金刚石圆锯片是脆性材料行业中使用昀多的切割工具，其直径规格为105～5000mm，共17种。其中，直径为1000mm以上的金刚石圆锯片主要用于切割荒料大板材，直径为600～900mm的锯片主要用于加工较厚的材料，直径为350～500mm的锯片主要用于加工半成品板材。20世纪80年代中期，用于切割脆性材料的锯片在规格上比较单一，直到80年代后期，锯片研究者和各厂家纷纷致力于金刚石圆锯片各种配方的研究，并且生产技术大大提高，锯片的规格得到了很大的改善。
1.4.1金刚石圆锯片结构及参数
早期的金刚石圆锯片一般为整体式结构，即基体与刀头是一体式的，如图1-3所示，圆锯片的基体镶嵌上金刚石颗粒，在法兰盘带动下加工脆性材料。
图1-3金刚石圆锯片结构图
H-金刚石圆锯片的内径；L-节块的长度；X-基体上镶嵌金刚石颗粒节块的高度；D-金刚石圆锯片直径；T-金刚石圆锯片厚度；E-基体的厚度
对于金刚石圆锯片的设计参数，国家已有标准。首先，确定锯片的外径，外径确定下来后，其他各个参数也就确定了。金刚石圆锯片开槽有三种形式：宽水槽图1-4a、窄水槽图1-4b、钥匙孔槽图1-4c。目前，随着激光加工技术的广泛应用，采用激光方法加工各种形状槽孔。
图1-4金刚石圆锯片三种开槽形式
1.4.2金刚石圆锯片基体
1.锯片基体材料
由于工作情况需要，金刚石圆锯片的基体要具有一定的高屈服强度、高弹性极限及高抗拉强度。相较于其他材料，65Mn钢具有较高的硬度、淬透性好、脱碳倾向少、价格低廉等优点，因此65Mn钢是金刚石圆锯片基体材料的**材料，但65Mn钢的缺点是焊接性能差，为了克服这一缺点，科研人员通过“淬火＋中温回火”热处理的方法研制出了50Mn2V钢、75Cr1钢等基体材料。表1-2为65Mn钢的化学成分。
表1-2 65Mn钢化学成分
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