随着科学研究和工业技术的快速发展,硬脆材料在各领域的应用日益普及,被广泛地应用于能源、信息、制造及建筑装饰等领域,其加工效率低,表面完整性差,制作成本高等问题严重制约了其在现代工业中的应用。由于优良的物理化学性能、高硬度和抗磨损等特点,蓝宝石材料在电子、光学、军事、航空航天、医学等领域得到了广泛的应用,因此蓝宝石晶体的加工也越来越受到人们的重视。目前各个领域对蓝宝石切片效率、表面质量有着越来越高的要求。本文研究一种金刚石线锯切割技术,具有加工范围宽,锯切效率高,弯曲变形小,表面质量好,加工不规则和大直径形状的工件等优点。为满足市场对蓝宝石应用方面的需求,提高蓝宝石切片的质量,本文进行实验研究,分析工艺参数与工件表面质量的关系,设计正交试验,获得最优的工艺参数,为高质量、高效率的材料切片技术提供理论支持。本文的具体研究内容如下:1.自适应金刚石线锯切割机理分析。基于压痕断裂模型,对蓝宝石进行压头试验,分析硬脆材料在单颗磨粒作用下中裂纹产生的原因,对自适应金刚石线锯切割机理进行分析,建立单颗磨粒切割模型、材料去除率模型和切割效率模型,分析去除率与切割效率之间的关系。2.自适应金刚石线锯切割方法。发明一种自适应金刚石线锯切割方法,张紧轮装有微型压力传感器,通过气缸推压张紧轮可以实时显示推力大小,监测压力的大小,观察压力传感器数值显示,及时调整张力大小,使得锯丝恢复恒张力,并不需要水平进给。气缸控制与测力装置通过PLC相连,切割过程中,测力装置测得力的大小在变化,PLC将信号反馈气缸控制端,采用二位三通单气控阀控制单作用气缸伸缩,气缸连接磁性开关,对气缸实现位置控制。3.自适应金刚石线锯切割设备的研制。根据自适应金刚石线锯切割的设计要求和工作原理,对自适应金刚石线锯切割设备进行研制,设备研制的主要内容包括总体方案设计、控制系统模块设计、进给模块设计、导向模块设计、张紧模块设计、测力模块的设计。4.金刚石线锯切割仿真研究。基于有限元分析软件ABAQUS,分析材料的断裂分离原则和实现方法,建立单颗磨粒切割蓝宝石的二维仿真模型,模拟单颗磨粒的切割过程,获得加工表面形貌,并对切割过程中切削力、工件应力场、工件表面残余应力、表面形貌进行分析。5.自适应金刚石线锯切割工艺参数优化。根据预研实验数据,初步确定工艺参数的取值范围,设计单因素试验,研究锯丝线速度、气缸压强、锯丝直径三个因素对蓝宝石晶体表面质量的影响,每个因素取三个水平,设计正交试验,对金刚石线锯切割蓝宝石晶体的加工工艺参数进行优化。