断裂设计是一种新的分离材料的方法,其思想是通过为欲断体主动制造缺陷,并对其施加适当的载荷,来实现欲断体的快速及低能耗的分离。与传统下料方法相比,断裂下料方法具有能耗低、效率高、节约原材料与刀具消耗等优点。目前,用于脆性金属材料断料的设备已有一些研究成果,但普遍存在:结构复杂、需要大量的附具(如切槽机构等)、加工周期长及工艺复杂(需要预制切口)等缺点。因此,设计一种新型的断料设备,避免上述设备存在的缺点,使其具有工艺简单(不需要预制切口)、结构简单、加工时间短等优点,并将其进行了虚拟开发。针对这些问题,本课题主要进行了以下一些工作:(1)基体裂纹形成的人为半V型缺口的提出,本文在研究的过程中,借鉴基体裂纹的思想,根据半V型切口的边缘处的截面面积变化率较V型切口的更大,从而使切口根部轴向应力和切口应力的增大更加显著。因此,提出了基体裂纹形成的人为半V型缺口的概念,使得所设计的脆性材料掰断机再减少了切口这道工序的基础上,降低了同类棒料所需的能耗,使得棒料掰断后,掰断机的振动也相应的减弱。(2)载荷大小的确定是棒料掰断下料中的一个关键问题,本文对棒料掰断的应力状态进行了分析,利用三点弯曲状态下的基体裂纹应力强度因子计算公式,得出φ30mm脆性棒料所需的掰断力。(3)脆性材料掰断机的设计,在设计的过程中:基于应力断料的思想,根据棒料掰断的力学模型,借鉴基体裂纹的断裂理论,运用力封闭夹紧棒料的方法,设计脆性材料掰断机的结构。然后,根据所加工棒料的尺寸范围,进行零件的强度设计,特别是关键部件,避免零件应力失效而带来的丧失棒料掰断精度。最终,在满足零件强度的要求下,拟订出零件的尺寸。(4)虚拟开发:首先,利用虚拟仿真技术建立脆性材料掰断机的虚拟模型、虚拟装配,验证结构的合理性。然后,对其进行运动学、动力学分析,根据得出位移、速度、加速度等参数,分析其可行性。