[发明专利]一种圆锯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石材等硬脆材料加工技术，具体为一种圆锯片及其制备方法。

背景技术

随着现代化工业的发展，噪声污染越来越严重，已成为世界公害。根据ISO等效连续噪声A声级与听力损伤危险率关系及中国《工业企业噪声卫生标准》得出，以10年工龄计算，在80～85dB(A)噪声暴露下，会造成轻微的听力损伤，损伤率3％；在85～90dB(A)，会造成13％噪声性耳聋；在90～100dB(A)之间，听力损伤者约为20％，在100～115dB(A)之间，听力损伤者超过32％。噪声污染不仅损伤听力，而且对神经系统和心血系统造成严重影响。金刚石圆锯片锯切石材过程中，主要噪声源为机械噪声，由于金刚石锯齿刀头周期性与工件相互摩擦及冲击，相当于锯片受到持续的动态激励，从而使锯片产生剧烈振动并伴随有强烈的噪声。普通金刚石圆锯片锯切石材时的噪声声压级水平可达105～110dB(A)，而基体拓扑优化开减振孔得到的低噪声金刚石圆锯片在相同条件下可降低噪声声压水平达10～15dB(A)。

目前，低噪声圆锯片的制备方法主要有三种：一是改变基体结构，在基体上用激光加工特定槽或孔，槽或孔中可填充高阻尼材料；二是复合圆锯片，由两个薄刚片组成，中间用高耗能材料粘合作为基体，通过振动衰减实现降低噪声的目的；三是反馈控制技术，主要由电磁设备及振动传感器组成，系统根据反馈的锯片横向位移按照比例调节电磁导向装置，从而达到在线自动调控，降低锯片横向振动目的。

基体开减振孔圆锯片是用激光切割机在锯片基体上切割出挖空的减振孔结构，其降噪机理是锯片产生的振动波被孔隔断，从而消减了基体的振动及噪声共鸣反弹；阻尼夹层圆锯片由于结构的固有频率改变可消除圆锯片空载时的“啸声”，同时夹层材料阻尼特性可以吸收振动能量从而降低锯切时的噪声，然而在实际工作中常因周向焊接不牢而开裂；并且锯片基体局部高温可导致夹层材料变质，严重影响降噪效果。反馈控制低噪声锯片的控制系统成本过高，安装复杂，现阶段市场化推广困难。

从工艺成本和技术水平上综合考虑，基体开减振孔实现锯片低噪声化是目前最好的选择方式。近些年，基于锯片基体开孔减振降噪机理，形成了多种基体拓扑方式，如鱼钩形、圆孔、雨点型孔等等。传统的拓扑研究凭借经验或者多采用在静载荷或准静态载荷等简单载荷条件下，以模型静态响应作为边界条件，基于灵敏度梯度分析等方法对锯片进行拓扑开孔，然后获得减振降噪的锯片开孔结构。

然而，石材锯切过程十分复杂，锯片与石材相互干涉运动产生振动载荷，应用传统梯度方法在动载条件下优化困难，其原因：一方面，动态优化问题涉及的边界条件复杂，特别是非线性振动问题、结构和工件间的复杂交互作用问题、结构塑性变形以及结构形态设计的庞大自由度问题，计算量大，使得问题求解困难。另一方面，非线性激励条件下结构动力学响应问题，主要表现在对于动态锯片的计算分析困难，锯片响应量与设计变量的关系确定难以解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种圆锯片及其制备方法。该圆锯片基体上开有拓扑优化减振孔，可有效降低石材锯切过程噪声的辐射强度，减小环境污染压力。该制备方法具有计算相对简单，工业化实施容易，易于实际推广等特点。

本发明解决所述圆锯片技术问题的技术方案是：设计一种圆锯片，由圆形合金基体及其周向边缘均布焊接的金刚石锯齿刀头组成，相邻金刚石锯齿刀头之间开有水槽，圆形合金基体中心开有安装孔，其特征在于所述安装孔与金刚石锯齿刀头之间的圆形合金基体上按区域周向均布开有大减振孔和小减振孔，所述大减振孔和小减振孔是通过动态拓扑优化设计方法对旋转圆锯片优化后获得的挖空结构，所述动态拓扑优化设计是将锯切石材过程中圆锯片的非线性振动信息作为边界条件，结合混合元胞自动机算法，依据优化目标，开展的圆锯片动态拓扑优化设计。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种本发明所述圆锯片的制备方法。该制备方法包括以下工序：

(1)合金基体材料的选择与制备；

(2)金刚石锯齿刀头与合金基体之间过渡层的制备；

(3)金刚石锯齿刀头的制备；

(4)金刚石锯齿刀头与圆形合金基体的焊接；

(5)拓扑优化设计减振孔结构；

(6)圆形合金基体按所优化设计的减振孔进行激光开孔；

所述拓扑优化设计减振孔结构采用混合元胞自动机动态优化方法进行优化，并通过以下步骤实现：

①定义优化域；