锈蚀现象对金刚石圆锯片锯切稳定性的影响

孙钰虎; 张进生; 张恒; 王凯达; 郭安顺; 牛平平

doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0115

锈蚀现象对金刚石圆锯片锯切稳定性的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0115

孙钰虎^{1, 2, 3,},
张进生^{1, 2, 3, 4, ,},
张恒^{1, 2, 3, 4, 5},
王凯达^{1, 2, 3},
郭安顺^{1, 2, 3},
牛平平⁴

1.
山东大学机械工程学院，济南 250061
2.
高效洁净机械制造教育部重点实验室(山东大学)，济南 250061
3.
山东省石材工程技术研究中心,济南 250061
4.
山东大学日照研究院, 山东日照 276800
5.
济南北方金锋锯业有限公司, 济南 250061

基金项目: 山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目（2022TSGC2179）；日照市自然科学基金项目（RZ2021ZR35）。

详细信息

作者简介:
孙钰虎，男，1999年出生，硕士研究生。主要研究方向：石材制品高效绿色加工技术与装备。E-mail：sunyuhu624@163.com

通讯作者:
张进生，男，1962年生，教授、博士研究生导师。主要研究方向：石材制品高效绿色加工技术与装备。E-mail：zhangjs@sdu.edu.cn

中图分类号: TG58; TG717; TH113
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出版历程
- 收稿日期: 2023-05-18
- 修回日期: 2023-06-29
- 录用日期: 2023-07-18
- 网络出版日期: 2023-11-06
- 刊出日期: 2024-04-01

Effect of corrosion on sawing stability of diamond circular saw blade

SUN Yuhu^{1, 2, 3
,},
ZHANG Jinsheng^{1, 2, 3, 4
, ,},
ZHANG Heng^{1, 2, 3, 4, 5},
WANG Kaida^{1, 2, 3},
GUO Anshun^{1, 2, 3},
NIU Pingping⁴

1.
School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China
2.
Education Key Laboratory of Efficient Clean Machinery Ministry(Shandong University), Jinan 250061, China
3.
Stone Engineering Research Center of Shandong Province, Jinan 250061,China
4.
Rizhao Research Institute of Shandong University, Rizhao 276800, Shandong, China
5.
Jinan North Jinfeng Saw Industry CO.,LTD, Jinan 250061, China

摘要

摘要: 针对锈蚀金刚石圆锯片锯切时出现锯切稳定性降低的问题，根据不同锈蚀程度锯片的结构参数建立模型，采用有限元法对锈蚀锯片进行模态分析，将锯切振动作为稳定性的参考指标，研究锈蚀对锯片锯切稳定性的影响，并通过实验验证理论分析的准确性。结果表明：在640～1 280 Hz频率范围内锈蚀锯片的振型模态比原锯片多6阶，并且相邻固有频率差值减小了8.56 %，随锈蚀程度的增加，锯片更容易出现共振现象；锯片轴孔位置处和1/3至2/3半径圆环范围的锈蚀对锯片的锯切稳定性影响较大，因此可以通过优化加工参数、减少表面缺陷的方式减小锈蚀程度，降低对锯片锯切稳定性的影响。该研究为金刚石圆锯片的实际使用和防锈工艺提供了指导依据。
- 金刚石圆锯片 /
- 锈蚀 /
- 锯切稳定性 /
- 模态分析
Abstract: When the rusted diamond circular saw blade works, there will be some problems such as reduced sawing stability. In response to this phenomenon, models are established through the structural parameters of saw blades with different corrosion degrees, and modal analysis of saw blades with different corrosion degrees is carried out. This analysis takes sawing vibration as a reference index of stability and studies the influence of saw blade corrosion on stability. Experiments verify the accuracy of the results. The results show that the vibration modes of the corroded saw blade more are more than 6 orders different from those of the original saw blade, and the difference in adjacent natural frequencies reduces by 8.56 % in the frequency range of 640 to 1,280 Hz. With the increase of corrosion degree, the saw blade is more prone to resonance. Corrosion at the important position has a great influence on the sawing stability of the saw blade. Reducing surface defects can reduce corrosion and its influence on the sawing stability of the saw blade. This study provides guidance for the practical use and rust prevention technology of diamond circular saw blades.
- diamond circular saw blade /
- rust /
- sawing stability /
- modal analy

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图 1 锈蚀金刚石圆锯片

Figure 1. Corroded diamond circular saw blade

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图 2 锯片锈蚀阶段

Figure 2. Saw blade corrosion stage

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图 3 锯片锈蚀现象

Figure 3. Saw blade corrosion phenomenon

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图 4 锯片基本结构模型

Figure 4. Basic structure model of saw blade

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图 5 锈蚀锯片模型

Figure 5. Finite element model of corroded saw blade

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图 6 锯片部分模态对比

Figure 6. Partial mode comparison of saw blade

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图 7 不同锈蚀程度下锯片固有频率

Figure 7. Natural frequency of saw blades with different corrosion

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图 8 相同转速下的圆锯片固有频率趋势

Figure 8. Natural frequency trend of circular saw blade at the same speed

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图 9 锯片临界载荷随锈蚀程度的变化趋势

Figure 9. Variation trend of critical load with corrosion degree

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图 10 不同表面粗糙度的锯片锈蚀程度

Figure 10. Corrosion degree of saw blades with different surface roughness

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图 11 模态实验原理

Figure 11. Principle of modal test

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图 12 金刚石圆锯片模态实验

Figure 12. Modal test of diamond circular saw blade

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图 13 锯片固有频率变化趋势

Figure 13. Natural frequency variation tendency of saw blade

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表 1 锈蚀蚀坑参数

Table 1. Corrosion pit parameters

锈蚀蚀坑编号	直径d/mm	深度h/mm
A	0.035	—
B	0.084	—
C	0.146	—
D	0.323	—
E	0.631	—
F	2.600	0.32
G	46.300	0.86
H	107.600	0.97

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表 2 ɸ1 070 mm金刚石圆锯片基本参数

Table 2. Basic parameters of ɸ1 070 mm diamond circular saw blade

参数	取值
锯片直径D/ mm	1 070
基体直径D₁/ mm	1 054
基体厚度E/ mm	6
内孔径H/ mm	100
槽深A/ mm	22
槽宽B/ mm	22
齿数Z/ 个	96
卡盘直径D₂/ mm	250

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表 3 金刚石圆锯片基体与锯齿的材料参数

Table 3. Material parameters of diamond circular saw blade matrix and saw tooth

参数	基体	锯齿
材料	75Cr1	Cu + Co + Ni
密度ρ/（kg·$ {\mathrm{m}}^{-3}） $	7 800	8 510
弹性模量E/ GPa	209	560
泊松比μ	0.30	0.25

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表 4 锈蚀金刚石圆锯片模型参数

Table 4. Model parameters of corroded diamond circular saw blade

锈蚀锯片方案		蚀坑直径 d /mm	蚀坑深度 h /mm	蚀坑数量 n /个	蚀坑分布
金刚石圆锯片		—	—	—	—
锈蚀锯片	方案一	1	0.3	1 000	随机分布
	方案二	10	0.6	500
	方案三	20	0.8	300
	方案四	50	0.9	100
	方案五	100	1.0	50

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表 5 锯片在640～1 280 Hz下的固有频率对比

Table 5. Natural frequencies comparison of saw blades in the range of 640～1 280 Hz

阶次	固有频率 f / Hz
	锯片	锈蚀锯片
	800 r/min	800 r/min	790 r/min	780 r/min
1	9.177	6.990	7.450	7.710
2	12.970	9.690	9.880	9.970
3	22.270	18.350	18.550	18.950
4	35.760	27.720	28.430	29.130

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表 6 不同转速下的锈蚀锯片固有频率

Table 6. Natural frequencies of corroded saw blades at different speeds

阶次	固有频率 f / Hz
	锯片	锈蚀锯片
	800 r/min	800 r/min	790 r/min	780 r/min
1	9.177	6.990	7.450	7.710
2	12.970	9.690	9.880	9.970
3	22.270	18.350	18.550	18.950
4	35.760	27.720	28.430	29.130

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表 7 实验主要仪器

Table 7. Main experimental instruments

仪器名称	型号	灵敏度
信号采集器	INV3018A	—
模态分析系统	DASP V10	—
力锤	LC13	3.89 pC/N
加速度传感器1	LC0402	24.2 pC/g
加速度传感器2	LC0402	25.5 pC/g

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表 8 固有频率数据对比

Table 8. Natural frequency data comparison

阶次	锈蚀锯片1			锈蚀锯片2
	固有频率f /Hz		误差/%	固有频率f /Hz		误差/%
	模拟	实验	误差/%	模拟	实验	误差/%
1	23.89	23.06	3.48	27.32	26.82	1.83
2	39.09	38.16	2.38	46.50	48.48	4.26
3	55.93	52.68	5.81	63.29	63.34	0.08
4	90.78	87.17	3.98	105.36	104.25	1.05
5	99.35	104.67	5.35	109.93	110.64	0.65
6	145.82	137.64	5.61	166.79	169.27	1.49
7	157.70	152.71	3.16	180.45	179.35	0.61
8	171.80	175.67	2.25	197.90	195.80	1.06
9	210.37	214.25	1.84	233.23	228.27	2.13
10	235.78	237.49	0.73	272.06	271.86	0.07

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参考文献(12)

[1]	谢东朋. 花岗石薄型板材高效加工关键技术与锯解设备设计研究[D]. 济南: 山东大学, 2010. XIE Dongpeng. Study on high efficiency processing key technology and saw equipment design of granite thin slab[D]. Jinan: Shandong University, 2010.
[2]	张玉忠. 圆锯片基体失稳的应力分析 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2012,32(3):69-73. ZHANG Yuzhong. Stress analysis for unstability of circular blade core [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2012,32(3):69-73.
[3]	邸浩, 王经坤, 王凯达, 等. 基于离心刚化效应的圆锯片动态特性研究 [J]. 工具技术,2021,55(9):18-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2021.09.003 DI Hao, WANG Jingkun, WANG Kaida, et al. Dynamic characteristics analysis of circular saw blade based on centrifugal stiffening effect [J]. Tool Engineering,2021,55(9):18-23. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2021.09.003
[4]	叶鲁浩, 王志, 张进生, 等. 基于ANSYS圆锯片模态分析及谐响应分析 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2015,35(4):41-46. YE Luhao, WANG Zhi, ZHANG Jinsheng, et al. Modal analysis and harmonic response analysis on circular saw blade based on ANSYS [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2015,35(4):41-46.
[5]	FENG W, ZHANG J S, ZHOU H R, et al. Investigation on the vibration characteristics of circular saw blade with different slots[J]. Journal of physics. Conference series, 2020(1633): 012006.
[6]	DROBA A, JAVOREK L, SVOREN J, et al. New design of circular saw blade body and its influence on critical rotational speed [J]. Drewno,2015,58(194):147-158. doi: 10.12841/wood.1644-3985.081.12
[7]	赵雷, 张德臣, 闫春宝, 等. 金刚石圆锯片行波共振分析及优化 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2022,42(2):240-247. ZHAO Lei, ZHANG Dechen, YAN Chunbao, et al. Analysis and optimization of traveling wave resonance of diamond circular saw blade [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2022,42(2):240-247.
[8]	杨秀鲁. 圆锯片基体的动态特性分析及降噪设计[D]. 济南: 济南大学, 2019. YANG Xiulu. Dynamic characteristics and noise reduction design of the base of circular saw blade[D]. Jinan: Jinan University, 2019.
[9]	WANG F, SHAN Q, ZHANG F, et al. Pitting corrosion behavior of metal materials and research methods [J]. IOP conference series. Earth and environmental science,2021,651(3):32039. doi: 10.1088/1755-1315/651/3/032039
[10]	袁哲, 曹瑞元, 赵民. 金刚石圆锯片模态分析 [J]. 制造业自动化,2013,35(17):147-149. YUAN Zhe, CAO Ruiyuan, ZHAO Ming. Model analysis of diamond circular saw blade [J]. Manufacturing Automation,2013,35(17):147-149.
[11]	王雪飞, 郭耀杰, 孙云, 等. 随机点蚀对Q460等边角钢抗拉性能的影响 [J]. 科学技术与工程,2021,21(12):4882-4890. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2021.12.019 WANG Xuefei, GUO Yaojie, SUN Yun, et al. Effect of random pitting corrosion on the tensile properties of Q460 equilateral angle steel [J]. Science Technology and Engineering,2021,21(12):4882-4890. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2021.12.019
[12]	姚涛. 开槽圆锯片减振降噪机理研究[D]. 天津: 河北工业大学, 2009. YAO Tao. Mechanism study on vibration and noise reduction of circular saw with slot[D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2009.