随着金刚石绳锯机的快速发展,已从最开始的石材开采领域向钢材切削领域快速发展,尤其是在切削金属及合成物质(如海底油气管道和核电站中的构件)中发挥着越来越重要的作用。近年来,金刚石绳锯机在海底油气管道的切割作业方面得到了广泛应用,但由于金刚石锯绳切削钢基材料的相关研究还处在初期阶段,锯绳切削钢基材料效率较低且自身磨损严重,研究金刚石锯绳切削钢基材料的切削及磨损特性,找出最优切削参数组合,对于提高金刚石绳锯机切削钢基材料(如海底油气管道)的切削性能具有重要的工程实际意义。本文是在教育部博士点基金项目:金刚石绳锯切削钢基材料的机理研究(20092304110005)的资助下,针对金刚石锯绳切削钢基材料研究匮乏的问题,建立金刚石锯绳切削钢基材料的切削模型,对金刚石锯绳受力、切削过程的振动特性、切削特性、磨损特性及切削性能等方面进行了详细的理论分析和实验研究。本文综述了金刚石绳锯机的发展方向及应用前景,分析锯绳切削机理、金刚石磨粒磨损特性及切削工艺的现状及存在的问题,从锯绳的受力、振动等特性入手,分析锯绳的切削与磨损特性,根据测试与研究需要提出金刚石锯绳切削钢基材料实验平台的总体设计方案。结合切削工作条件对金刚石锯绳的切削过程进行系统理论分析,建立金刚石锯绳切削钢基材料力学模型,对锯绳、钢套、金刚石磨粒进行受力分析,并对单磨粒切削材料的去除率进行理论分析;基于无磨损和有磨损两种情况,研究金刚石磨粒平均出刃高度、金刚石磨粒压入切削面深度和磨粒锥形面角度对金刚石磨粒磨损的影响。根据金刚石锯绳切削钢基材料的实际切削过程,从考虑锯绳的刚度和忽略锯绳的刚度两种情况出发,研究了驱动轮轴的无阻尼自振特性和绳轮系统的无阻尼自振特性,分析了转速切换时轮绳系统的振动特性,建立了锯绳受迫振动的动力学方程;根据梁自振的振动模式,建立锯绳的振动模型,分别研究轮间距、锯绳直径、串珠直径和串珠密度对振动模态的影响。针对金刚石锯绳的独特构成特点分析锯绳的切削特性,建立锯绳切削的物理模型,应用滑移冲头理论详细分析单颗金刚石磨粒的切削过程;利用扫描电镜观察锯绳切削钢材时的微观磨损形貌,分析锯绳的磨损形式;研究金刚石锯绳不同部位的磨损特性,将串珠分为前、中、后三个部分,详细分析串珠各部分直径在随切削过程的变化情况及在不同切削参数下的变化情况。在研制的金刚石锯绳实验平台上进行切削钢基材料的实验研究。采用单一因素法和均匀实验法对比分析切削参数对切削性能的影响;测量锯绳张紧力和压力值,确定其对应关系,用单一因素法分析各个切削参数对切削性能的影响,通过均匀实验回归方程求得最优切削工艺参数组合。