[發(fā)明專利]一種圓鋸片及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN106182447B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 段國林;田永軍;姚濤;夏曉光;蔡瑾;許紅靜;張萼;康軍廣
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: B28D1/12
• 分類號: B28D1/12
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 李濟群

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及石材等硬脆材料加工技術(shù)，具體為一種圓鋸片及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，噪聲污染越來越嚴重，已成為世界公害。根據(jù)ISO等效連續(xù)噪聲A聲級與聽力損傷危險率關系及中國《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準》得出，以10年工齡計算，在80～85dB(A)噪聲暴露下，會造成輕微的聽力損傷，損傷率3％；在85～90dB(A)，會造成13％噪聲性耳聾；在90～100dB(A)之間，聽力損傷者約為20％，在100～115dB(A)之間，聽力損傷者超過32％。噪聲污染不僅損傷聽力，而且對神經(jīng)系統(tǒng)和心血系統(tǒng)造成嚴重影響。金剛石圓鋸片鋸切石材過程中，主要噪聲源為機械噪聲，由于金剛石鋸齒刀頭周期性與工件相互摩擦及沖擊，相當于鋸片受到持續(xù)的動態(tài)激勵，從而使鋸片產(chǎn)生劇烈振動并伴隨有強烈的噪聲。普通金剛石圓鋸片鋸切石材時的噪聲聲壓級水平可達105～110dB(A)，而基體拓撲優(yōu)化開減振孔得到的低噪聲金剛石圓鋸片在相同條件下可降低噪聲聲壓水平達10～15dB(A)。

目前，低噪聲圓鋸片的制備方法主要有三種：一是改變基體結(jié)構(gòu)，在基體上用激光加工特定槽或孔，槽或孔中可填充高阻尼材料；二是復合圓鋸片，由兩個薄剛片組成，中間用高耗能材料粘合作為基體，通過振動衰減實現(xiàn)降低噪聲的目的；三是反饋控制技術(shù)，主要由電磁設備及振動傳感器組成，系統(tǒng)根據(jù)反饋的鋸片橫向位移按照比例調(diào)節(jié)電磁導向裝置，從而達到在線自動調(diào)控，降低鋸片橫向振動目的。

基體開減振孔圓鋸片是用激光切割機在鋸片基體上切割出挖空的減振孔結(jié)構(gòu)，其降噪機理是鋸片產(chǎn)生的振動波被孔隔斷，從而消減了基體的振動及噪聲共鳴反彈；阻尼夾層圓鋸片由于結(jié)構(gòu)的固有頻率改變可消除圓鋸片空載時的“嘯聲”，同時夾層材料阻尼特性可以吸收振動能量從而降低鋸切時的噪聲，然而在實際工作中常因周向焊接不牢而開裂；并且鋸片基體局部高溫可導致夾層材料變質(zhì)，嚴重影響降噪效果。反饋控制低噪聲鋸片的控制系統(tǒng)成本過高，安裝復雜，現(xiàn)階段市場化推廣困難。

從工藝成本和技術(shù)水平上綜合考慮，基體開減振孔實現(xiàn)鋸片低噪聲化是目前最好的選擇方式。近些年，基于鋸片基體開孔減振降噪機理，形成了多種基體拓撲方式，如魚鉤形、圓孔、雨點型孔等等。傳統(tǒng)的拓撲研究憑借經(jīng)驗或者多采用在靜載荷或準靜態(tài)載荷等簡單載荷條件下，以模型靜態(tài)響應作為邊界條件，基于靈敏度梯度分析等方法對鋸片進行拓撲開孔，然后獲得減振降噪的鋸片開孔結(jié)構(gòu)。

然而，石材鋸切過程十分復雜，鋸片與石材相互干涉運動產(chǎn)生振動載荷，應用傳統(tǒng)梯度方法在動載條件下優(yōu)化困難，其原因：一方面，動態(tài)優(yōu)化問題涉及的邊界條件復雜，特別是非線性振動問題、結(jié)構(gòu)和工件間的復雜交互作用問題、結(jié)構(gòu)塑性變形以及結(jié)構(gòu)形態(tài)設計的龐大自由度問題，計算量大，使得問題求解困難。另一方面，非線性激勵條件下結(jié)構(gòu)動力學響應問題，主要表現(xiàn)在對于動態(tài)鋸片的計算分析困難，鋸片響應量與設計變量的關系確定難以解決。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種圓鋸片及其制備方法。該圓鋸片基體上開有拓撲優(yōu)化減振孔，可有效降低石材鋸切過程噪聲的輻射強度，減小環(huán)境污染壓力。該制備方法具有計算相對簡單，工業(yè)化實施容易，易于實際推廣等特點。

本發(fā)明解決所述圓鋸片技術(shù)問題的技術(shù)方案是：設計一種圓鋸片，由圓形合金基體及其周向邊緣均布焊接的金剛石鋸齒刀頭組成，相鄰金剛石鋸齒刀頭之間開有水槽，圓形合金基體中心開有安裝孔，其特征在于所述安裝孔與金剛石鋸齒刀頭之間的圓形合金基體上按區(qū)域周向均布開有大減振孔和小減振孔，所述大減振孔和小減振孔是通過動態(tài)拓撲優(yōu)化設計方法對旋轉(zhuǎn)圓鋸片優(yōu)化后獲得的挖空結(jié)構(gòu)，所述動態(tài)拓撲優(yōu)化設計是將鋸切石材過程中圓鋸片的非線性振動信息作為邊界條件，結(jié)合混合元胞自動機算法，依據(jù)優(yōu)化目標，開展的圓鋸片動態(tài)拓撲優(yōu)化設計。

本發(fā)明解決所述制備方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是：設計一種本發(fā)明所述圓鋸片的制備方法。該制備方法包括以下工序：

(1)合金基體材料的選擇與制備；

(2)金剛石鋸齒刀頭與合金基體之間過渡層的制備；

(3)金剛石鋸齒刀頭的制備；

(4)金剛石鋸齒刀頭與圓形合金基體的焊接；

(5)拓撲優(yōu)化設計減振孔結(jié)構(gòu)；

(6)圓形合金基體按所優(yōu)化設計的減振孔進行激光開孔；

所述拓撲優(yōu)化設計減振孔結(jié)構(gòu)采用混合元胞自動機動態(tài)優(yōu)化方法進行優(yōu)化，并通過以下步驟實現(xiàn)：

①定義優(yōu)化域；