[发明专利]一种用于多线切割机绕线轮壁厚的优化设计方法

说明书

本发明提供了一种用于多线切割机绕线轮壁厚的优化设计方法，其包括以下步骤：S1、建立绕线轮上金刚石线锯缠绕长度‑等效压强数学模型，计算其所受的等效压强；S2、建立绕线轮受载过程的有限元仿真模型；S3、将仿真所得的绕线轮内壁所受最大应力与其许用应力进行比较；S4、选择使绕线轮内壁所受最大应力稍小于其许用应力的一个壁厚作为最优壁厚。由本方法根据所需金刚石线锯的长度计算得到作用于绕线轮的等效压强，并运用于绕线轮的壁厚设计中，以得到壁厚的最优设计，从而解决绕线轮强度设计不足时产生的裂纹、结构破坏，以及壁厚太大造成的运输费用昂贵等问题。在满足企业的实际生产需求的同时也为企业降低了生产成本与经济损失。

技术领域

本发明涉及多线切割领域，特别是涉及一种用于多线切割机绕线轮壁厚的优化设计方法。

背景技术

现如今，硬脆晶体材料如单晶硅、蓝宝石、碳化硅等通过多年的发展，已经广泛应用于电动汽车、石油开采、风力发电、高铁与轨道交通、信息通讯、智能电网、智能家电以及航空航天等产业领域。目前这些晶体主要是利用金刚石线锯切割的方式来进行加工的。对于金刚石线锯切割工艺，根据其切割加工切片的数量，可以分为单线切割和多线切割。但由于单线切割加工效率较低，因此在实际生产中主要还是采用多线切割的加工方式。

在金刚石线锯切割过程中，保证金刚石线锯可以正常工作尤为重要。其中，绕线轮作为金刚石线锯的载体，它的加工品质是一个不可忽视的因素，当绕线轮强度设计不足以支撑金刚石线锯的压力时，将引起绕线轮的压缩变形，导致其产生裂纹、结构破坏，同时也会造成在排线过程中出现金刚石线锯松动或夹丝的现象。要解决绕线轮的强度问题，最有效的方法是增加壁厚，但这会随之带来由于壁厚增加，重量增大，从而造成运输费用昂贵等问题。所以，在保证绕线轮强度和稳定性满足的条件下，对现有的壁厚进行合理的优化设计就有着重大的价值与现实意义。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够有效的运用于多线切割机绕线轮壁厚的优化设计方法。

具体地，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于多线切割机绕线轮壁厚的优化方法，其包括如下步骤：

S1、建立多线切割机绕线轮上金刚石线锯缠绕长度-等效压强数学模型，并根据缠绕长度-等效压强数学模型计算现有壁厚下绕线轮所受的等效压强；其中，所述缠绕长度-等效压强模型为：

式中：L为金刚石线锯的长度，n为缠绕层数，h_ψ为缠绕厚度，ψ为线厚修正系数，P为绕线轮所受的等效压强，m为缠绕一圈时的线圈数且m＝L₁/t，L₁为绕线轮上的绕线部分长度，t为切割线锯的排距，D₁为缠绕层的内径，D₂为缠绕层的外径，d_s为金刚石线锯的直径，S为金刚石线锯的张力，R为绕线轮的外半径，λ为一系数且λ的计算公式为：

其中，E为绕线轮的弹性模量，δ为绕线轮壁厚，E₁为金刚石线锯的弹性模量，a为金刚石线锯的横截面积；

S2、根据步骤S1中计算得到的绕线轮所受的等效压强，建立绕线轮受载过程的有限元仿真模型，通过有限元仿真模型仿真求得现有壁厚下的绕线轮内壁所受的最大应力；

S3、将仿真所得的现有壁厚下的绕线轮内壁所受最大应力与绕线轮内壁许用应力进行比较，得到现有壁厚下绕线轮内壁所受最大应力与许用应力的差值，并根据差值大小对绕线轮壁厚进行调整，直到绕线轮内壁所受最大应力与许用应力差值最小；

S4、选择步骤S3中使绕线轮内壁所受最大应力与许用应力差值最小的一个壁厚的值作为最优壁厚。