[發明專利]一種用于多線切割機繞線輪壁厚的優化設計方法

在審

• 申請號: 202110291806.0
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112926217A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 戚向東;常龍;殷帥;趙延恒;張琛璞;邢珂;董志奎
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明提供了一種用于多線切割機繞線輪壁厚的優化設計方法，其包括以下步驟：S1、建立繞線輪上金剛石線鋸纏繞長度?等效壓強數學模型，計算其所受的等效壓強；S2、建立繞線輪受載過程的有限元仿真模型；S3、將仿真所得的繞線輪內壁所受最大應力與其許用應力進行比較；S4、選擇使繞線輪內壁所受最大應力稍小于其許用應力的一個壁厚作為最優壁厚。由本方法根據所需金剛石線鋸的長度計算得到作用于繞線輪的等效壓強，并運用于繞線輪的壁厚設計中，以得到壁厚的最優設計，從而解決繞線輪強度設計不足時產生的裂紋、結構破壞，以及壁厚太大造成的運輸費用昂貴等問題。在滿足企業的實際生產需求的同時也為企業降低了生產成本與經濟損失。

技術領域

本發明涉及多線切割領域，特別是涉及一種用于多線切割機繞線輪壁厚的優化設計方法。

背景技術

現如今，硬脆晶體材料如單晶硅、藍寶石、碳化硅等通過多年的發展，已經廣泛應用于電動汽車、石油開采、風力發電、高鐵與軌道交通、信息通訊、智能電網、智能家電以及航空航天等產業領域。目前這些晶體主要是利用金剛石線鋸切割的方式來進行加工的。對于金剛石線鋸切割工藝，根據其切割加工切片的數量，可以分為單線切割和多線切割。但由于單線切割加工效率較低，因此在實際生產中主要還是采用多線切割的加工方式。

在金剛石線鋸切割過程中，保證金剛石線鋸可以正常工作尤為重要。其中，繞線輪作為金剛石線鋸的載體，它的加工品質是一個不可忽視的因素，當繞線輪強度設計不足以支撐金剛石線鋸的壓力時，將引起繞線輪的壓縮變形，導致其產生裂紋、結構破壞，同時也會造成在排線過程中出現金剛石線鋸松動或夾絲的現象。要解決繞線輪的強度問題，最有效的方法是增加壁厚，但這會隨之帶來由于壁厚增加，重量增大，從而造成運輸費用昂貴等問題。所以，在保證繞線輪強度和穩定性滿足的條件下，對現有的壁厚進行合理的優化設計就有著重大的價值與現實意義。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種能夠有效的運用于多線切割機繞線輪壁厚的優化設計方法。

具體地，本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種用于多線切割機繞線輪壁厚的優化方法，其包括如下步驟：

S1、建立多線切割機繞線輪上金剛石線鋸纏繞長度-等效壓強數學模型，并根據纏繞長度-等效壓強數學模型計算現有壁厚下繞線輪所受的等效壓強；其中，所述纏繞長度-等效壓強模型為：

式中：L為金剛石線鋸的長度，n為纏繞層數，h_ψ為纏繞厚度，ψ為線厚修正系數，P為繞線輪所受的等效壓強，m為纏繞一圈時的線圈數且m＝L₁/t，L₁為繞線輪上的繞線部分長度，t為切割線鋸的排距，D₁為纏繞層的內徑，D₂為纏繞層的外徑，d_s為金剛石線鋸的直徑，S為金剛石線鋸的張力，R為繞線輪的外半徑，λ為一系數且λ的計算公式為：

其中，E為繞線輪的彈性模量，δ為繞線輪壁厚，E₁為金剛石線鋸的彈性模量，a為金剛石線鋸的橫截面積；

S2、根據步驟S1中計算得到的繞線輪所受的等效壓強，建立繞線輪受載過程的有限元仿真模型，通過有限元仿真模型仿真求得現有壁厚下的繞線輪內壁所受的最大應力；

S3、將仿真所得的現有壁厚下的繞線輪內壁所受最大應力與繞線輪內壁許用應力進行比較，得到現有壁厚下繞線輪內壁所受最大應力與許用應力的差值，并根據差值大小對繞線輪壁厚進行調整，直到繞線輪內壁所受最大應力與許用應力差值最??；

S4、選擇步驟S3中使繞線輪內壁所受最大應力與許用應力差值最小的一個壁厚的值作為最優壁厚。