摘要：本文采用单因素和正交试验方法，用金刚石圆锯片切割大理石和砂岩，研究加工过程中金刚石表面的温度。实验结果表明金刚石圆锯的表面温度随切削深度和进给速度增加而加大，随主轴转速增加而降低、同时表面温度随切割时间增加而加大。金刚石磨损主要是脱落和破碎。
关键词：金刚石锯片；正交试验；参数；温度测量
1 引言
在石材切削加工中，由于金刚石刀头与石材之间的相对高速运动而在其接触界面产生各种复杂摩擦学现象。由于石材导热性差，大部分热量传到金刚石刀头中，使使金刚石刀头表面温度升高，造成金刚石石墨化，金刚石切削能力降低，同时导致刀头基体产生热疲劳，强度和刚度降低，加工石材时噪音增加，振动加剧，刀头寿命降低，严重时金刚石刀头脱落，对操作者造成伤害，同时也影响加工质量和加工效率。本文分别采用单因素和正交试验方法，研究金刚石刀头切削参数对其表面温度影响，找出影响表面温度因素关系和规律，确定合理加工参数，有利于提高金刚石刀头使用寿命和降低加工成本，提高加工质量。
2 实验条件
金刚石刀头采用Cu基金属粉末，金刚石粒度为60～80目，采用烧结成型法压制成型。金刚石圆盘锯外径Φ150mm，内径50，厚度为5mm。加工设备采用XK5032C型数控铣床，该设备实现x轴、Y轴和2轴三个方向的自动进给，主轴冷却方式采用水冷。用红外线图温度测量仪测量刀具表面产生的温度，测量温度范围在-50℃～650℃之间。在室温12℃条件下直接测量。石材分别选用大理石和砂岩。本实验主要研究主轴转、速切削深度、进给速度对金刚石圆盘锯表面温度的影响。实验是在干切削条件下进行，加工状态如图l所示。
图1 金刚石圆盘锯加工石材及温度测量示意图nextpage
3 试验结果分析
3．1 金刚石圆盘锯加工大理石
表l是在不同加工参数下金刚石圆盘锯加工大理石时表面温度的变化值，从表中可以看出，只加大一个参数，则金刚石圆盘锯表面温度就会比前一参数下的温度值大。而且温度的起始值要高出许多。
表1 不同加工参数对金刚石表面温度的影响
从图2可以看出，在相同切削深度条件下，转数越高，切削速度越大，则金刚石刀具表面温度越高。在相同进给速度和切削深度条件下，转数越高，温度也越高，温度的增长呈直线上升，且比率相同。不仅如此，在相同主轴转数和切削深度条件下，进给速度越大，温度也越大。三种条件下，温度以每分钟1.3度的比率增长。
图2 不同加工参数的温度曲线
nextpage 3．2 金刚石圆盘锯加工砂岩
表2是不同加工参数下金刚石刀具加工砂岩时其表面温度的变化值。本实验为正交试验。
表2 金刚石圆盘锯切割砂岩表面温度值
表2为金刚石圆盘锯切割砂岩时表面温度的测量值。正交试验结果的极差分析方法，试验结果的极差R值来看，切割深度对刀具表面温度的影响量最大，其次是进给深度，影响最小的是主轴转速。从图3中可以看到金刚石刀具的表面温度随刀具主轴转速的增加而降低，但是随刀具的进给速度和切割深度增加而增加。切削深度的温度变化量最大是最小的2.5倍，温度变化比较大。从总的温度变化量来看，进给深度对刀具表面温度的影响比另外两个参数要大一个数量级。如果从刀具表面温度的最小值为指标参数，从实验直接结果可以看到采用第1组实验最佳即刀具主轴转速为500 r／min、进给速度为20mm／min、切割深度为5mm。
图3 正交试验结果数据图
为了得出温度与加工参数之间的内在关系，我们运用统计方法，寻找隐藏在试验数据的规律。应用线性回归分析方法，对所得试验数据进行分析，通过对数据的两次回归，最终得出经验公式为：
T=348.26S-0.91Vf 0.49 ap0.56
S——主轴转数
Vf——进给速度
ap——进给深度
nextpage 3．3 金刚石表面磨损分析
图4和图5是金刚石圆盘锯显微状态下的图像，如图可以看出刀具的磨损状态。
图4 金刚石脱落
图5 金刚石破损
从图4和图5中可以看出，金刚石圆盘锯表面，随着加工的进行，金刚石颗粒逐渐脱落，以至被破碎。由于加工过程中金刚石表面温度不断升高，导致金刚石表面温度升高，造成金刚石石墨化，金刚石切削能力降低，同时导致金刚石刀头基体产生热疲劳，强度和刚度降低，最后金刚石颗粒脱落。
4 结论
采用金刚石圆盘锯加工石材时，切削深度对刀具表面温度的影响最大。刀具的表面温度随切削深度的增加而增大，同时也随进给速度的增加而增加。但随主轴转速增加而降低。金刚石刀头表面温度随钻削时间增加而加大，同时与钻削时间成正比。
