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    金剛石串珠繩鋸在石材加工中的應用

    來源:鄭州銘澤機械有限公司 | 2014-5-22 16:00:18

      關健詞:金剛石繩據石材應用

      1前言

      近年來,金剛石串珠繩鋸以其準備時間短、切割靈活、低噪聲、低粉塵、低污染、節能等特點,在石材行業得到了廣泛的應用。串珠繩本身結合了金剛石超強的剛性和繩索的柔性,使其能適應諸如荒料開采,這種獨特鋸切模式,是其它金剛石工具所無法達到的;另外,串珠繩在長度上的幾乎不受限制,使其適用性加強,在一些特殊場合如水下加工、建筑物的拆除等將發揮獨特的作用。為了促進我國石材工業的發展,筆者對金剛石串珠繩的應用及一些使用經驗進行討論,以供石材加工企業借鑒和參考。

      2金剛石串珠繩鋸的構成與制造

      2.1金剛石串珠繩鋸的構成

      串珠繩的結構如圖1所示。在一根多股鋼絲繩上面按比例穿套有一定數量的金剛石串珠顆粒,相鄰串珠間由起支撐固定作用的隔離套分隔(類似項鏈)。金剛石串珠繩鋸加工是由直接參與切割用的金剛石串珠繩和驅動串珠繩運動的相應機械設備(即繩鋸機)共同完成,加工前,利用銅套等對接套將一定長度的串珠繩首尾對接,形成閉合圈。加工時,張緊在繩鋸機導輪組上的閉環串珠繩,在驅動力的帶動下串珠繩作高速運動,并通過串珠的磨削運動實現切割。

      2.2金剛石串珠繩的制作工藝

      (1)金剛石串珠

      從金剛石串珠繩發明到現在,對串珠制作工藝的改進從未停止過。目前金剛石串珠制造工藝還是以電鍍法和熱壓燒結法為主,且后者占主導地位。盡管臺灣有學者利用釬焊方法成功地制造出釬焊金剛石串珠,但目前尚未實現大規模工程應用。圖為分別采用這三種工藝制備的金剛石串珠樣品。燒結型串珠具有較高的耐磨性。通過調整胎體中各金屬成份比例或選用不同品級、粒度、濃度的金剛石磨料可以實現胎體磨耗速度和金剛石磨料磨損速度的調控,從而制造出具有不同的出刃高度和空間的串珠,以適應不同材質的切割。與熱壓燒結串珠相比,電鍍金剛石串珠制作工藝相對簡單,而且更有利于串珠小直徑化。由于金剛石鍍層較薄,胎體耐磨性較差,其鍍覆金屬對金剛石磨粒的把持力有限,金剛石磨粒易提前脫落,故總體性能不如燒結型串珠,不適合切割花崗石,目前主要用于大理石等較軟材質的切割。

      (2)隔離套

      隔離套用于定距隔離和固定相鄰串珠。目前工程中常用的隔離套有三種。彈簧墊圈式是最早使用的隔離套形式。由于彈簧墊圈式隔離套在加工時磨屑很容易從串珠、彈簧、墊圈之間的間隙進入并在繩鋸彎曲運動作用下對鋼絲繩進行磨蝕,從而造成串珠繩斷繩失效。尤其在加工含石英成份較高的花崗石時,由于石英硬度高,對鋼絲繩磨蝕性相當嚴重,因此這種隔離套適用于較軟材質的切割。目前已較少采用。為了適應高硬度材質切割的需要,發展了注塑式和注膠式隔離套。注塑、注膠式的隔離套是以耐磨塑料、橡膠充當串珠間的隔離墊。串珠與鋼絲繩之間完全被塑料、橡膠所充填,從而避免了磨屑進入串珠與鋼絲繩間而磨蝕鋼絲繩。正是它的出現,使得串珠繩鋸的應用范圍拓展到花崗石類高硬度材料的切割加工。其中,注塑式應用最廣,而以壓注橡膠為隔離套的串珠繩鋸則主要用于攝氏零度以下、比較寒冷地區的石材礦區,這是因為橡膠的低溫性能比塑料好,在低溫下仍能保持較好的柔韌性和強度,不致脆裂。 [Page]

      (3)鋼絲繩

      由于串珠是定距固定在鋼絲繩上并在其帶動下行切割的,故鋼絲繩可視為串珠繩的“脊粱”。串珠繩鋸在使用過程中,鋼絲繩經常會因疲勞磨損、磨屑磨蝕、化學腐蝕等原因而出現斷繩現象,特別是當加工面積達到一定量時,斷繩現象更為頻繁。斷繩不僅影響生產,而且還帶來甩珠傷人等不安全隱患,因此鋼絲繩的性能對串珠繩使用至關重要。除了鋼絲本身性能外,鋼絲繩的壽命還與加工過程中的預緊拉力、各導輪最小曲率、加工過程中串珠的軸向載荷以及沖擊載荷等因素有關,故應選用專業鋼絲繩生產企業的產品,且使用時應參考鋼絲繩的相關說明。

      3繩鋸加工石材的一般過程

      實際工作中,用串珠繩所鋸切的石材多種多樣,鋸切的條件有很大的不同,在礦山開采、異形石材加工和建筑物拆除等使用中,其鋸切過程很難進行類比,本文僅就串珠繩鋸切一般荒料這一典型加工過程來分析串珠繩鋸切石材時鋸切曲線的變化和有關規律。

      3.1由尖趨平

      串珠繩切割機理和過程是非常復雜的,為了方便說明,對串珠繩作如下假定:在其徑向方面是完全的柔軟,即不承擔任何彎曲應力;在軸心方向上完全的剛性,不能有任何的拉伸變形。在這一條件下,串珠繩最初的鋸切曲線與被鋸石材方料的表面完全重合,如圖2中的第一條曲線,包括AB,BC,CD三部分線段組成。此時AB,BC,CD的內部由于半徑R值趨向于無窮大,所受鋸切力為零,磨損速度為零。鋸切實際上只在A,B,C,D四個點進行,使得四個角上的尖刃很快被磨平,并向相鄰部分擴展,,弧AB,BC,CD變成一條平滑的曲線,如圖2中的曲線2。這一過程可稱為“由尖趨平”。

      3.2由平趨圓

      串珠繩加工石材,其鋸切曲線的變化基本上是一個由方趨圓的過程。在曲線2中,尖角雖然被磨平,但整條鋸切曲線的曲率半徑相差仍然非常大,原先四個角的位置及附近,R值比其它地方小得多,其鋸切速度將遠遠快于其它部位,于是使這些部位的曲率半徑逐步增大,而遠離這些部位的部分R值相應變小,及至整條磨損曲線各部分的曲率半徑和磨損速度達成某種均衡,如圖2中的曲線3。這時磨損曲線的頂端近似于圓弧狀,故稱這一過程為“由平趨圓”。這一過程在石材方料的鋸切中可能要花很長的時間,由于鋸切初始條件的不一樣,也可能無法形成曲線3那樣的穩定狀態。在這一鋸切過程中,A,B兩點的曲率不斷減少,減為零曲率而停止鋸切,這時弧AB,弧DC與不參加鋸切的松邊、緊邊組成兩條直線。在B,C兩處,較大的鋸切速度使其曲率半徑不斷增大,弧BC鋸切速度漸趨均衡,接近于半圓形,而線AB,DC成為弧BC的切線,切點分別為B,C。在鋸切曲線由平趨圓的過程中,其所對應的圓心角越來越小,由最初的大于1800逐步下降,當鋸切曲線的側面AB,DC段鋸切速度逐漸變慢并成為直線而停止鋸切,其對應的圓心角為180℃。此時串珠繩的實際鋸切曲線僅限于切點上的圓弧BC部分,鋸切曲線的實際長度顯著縮短。

      3.3穩定鋸切

      曲線3是一種非常有意思的穩定鋸切狀態,它頂端接近于半圓弧,而在B,C兩點的切線與松邊、緊邊重合成直線,這兩條直線的距離跟主動輪的直徑d一致此時,整個系統在縱向(即AD方向)上停止了鋸切,在橫向上,各點的鋸切速度相等,從而保持了鋸切曲線形狀的穩定。在串珠繩鋸切石材的整個過程中,鋸切曲線的形狀在大多數階段處于調整變化之中,鋸切曲線的內部因鋸切速度的不同而不斷調移其曲率,而邊界條件的變化又對鋸切曲線進行著影響,只有在曲線3這一情況下,種種因素達到了平衡而保持了形狀的穩定。

      串珠繩鋸切曲線的頂端的形狀接近于圓形,因鋸切力所引起的串珠繩張力在松邊小而在緊邊大,張力的不同,勢必導致串珠繩對石料壓力的不同,壓力大的緊邊的鋸切速度快于松邊,使得其曲率進一步減少而略小于圓弧;與之相反,松邊的曲率將略大于圓弧。以此保持整條鋸切曲線的平衡。同時,緊邊由于張力的增大,弧線前移,使切點C更加靠近D點,而B點的情況相反,使得AB線段的長度大于DC0穩定鋸切階段鋸切曲線的實際鋸切曲線的長度和形狀都保持不變,因而曲線受力情況穩定,不用調節系統的初始張力等參數,是一種較為理想的鋸切狀態。

      3.4殘余鋸切

      穩定鋸切的后段,切點B,C逐漸向邊緣A,D靠近,當緊邊上C點首先跟D點重合時,曲線的邊緣條件將發生改變,曲線3的平衡被打破,鋸切進人殘余鋸切階段。在這一階段,鋸切曲線所對應的圓心角從原來的1800持續減少,鋸切曲線的長度被快速縮短,單位長度上串珠繩的壓力增大,必須及時調整系統的初始張力,以免串珠或金剛石因為過大的壓力而被破壞。 [Page]

      4繩鋸切割用于石材荒料開采

      4.1石材荒料開采前的準備

      金剛石串珠繩的使用,需要一定的條件,一般在露天礦開采,必須有電源、水源和公路,同時具備起重設備、運輸工具、較大場地,礦層厚度至少有500mm及較完整的形狀等條件。采用金剛石串珠繩開采石材要經過一系列的準備工作。

      (1)打孔

      打孔是一項關鍵的準備工作,若孔打不好,直接影響串珠繩的穿通,影響繩的使用壽命及切割效率,所以打孔這一工序特別重要。

      欲切割一大塊荒料、必須打好三個孔,即一個豎直孔和兩個水平孔。三孔相交于一點(如圖3),這是最理想的打法,如果三孔不交于一點,那么會出現以下情況:a.金剛石串珠繩的穿孔比較麻煩,甚至不能穿,那么就要重新打孔,這樣降低了生產效率。b.即使穿通了,切割時會對串珠繩的壽命有影響,因為繩在孔中經過多次轉彎曲折的路線,對繩的磨損更歷害,這樣就降低了串珠繩的使用壽命,因此打孔必須根據實際情況,按操作規程進行。

      (2)穿繩過孔

      目前國內石材行業使用串珠繩時,大都采用人工穿繩法,即:將繩的一端固定多股回路軟線,從一孔穿進,用鐵絲從另一孔引出,這樣就穿通了申珠繩。

      (3)安裝設備

      串珠繩穿通后,就進行設備安裝,由于設備較重,再加上切割一平面后,需要重新調整設備,因而在其身邊必須配備一臺起重設備,隨時可以起重進行安裝。

      (4)供水

      切割石材時,由于繩的線速大,與石材間的摩擦就大,如果不加水或加水不夠,繩與石材間產生大量的熱,不但會使彈簧和鋼絲繩變形,甚至可能使彈簧熔化而粘結在一起,失去彈性,這樣,會降低串珠繩的使用壽命。為確保繩的質量和壽命,必須供水,供水必須沿著繩的運動方向加人。

      4.2石材荒料的切割

      用串珠繩切割大理石荒料時,必須先切割水平面,然后再切割豎直面,這樣才能保證切割的順利進行。切割方式一般是先切割水平面,后切割豎直面。若先切割豎直面,再切割水平面,待水平面切割要完畢時,突然被切割的石材發生裂紋,壓住串珠繩,無法切割,電機空轉,并且串珠繩發生變形。

      串珠繩不僅用來開采荒料,而且還可以加工各種規格石材圓弧、異形、基石等,配備的繩鋸機具有高線速、高效率、高精度、曲線式、弧形式、直線式,并裝有微機控制和仿形兩種。

      5結束語

      目前,金剛石串珠繩在我國石材行業中逐漸已廣泛使用,國內許多石材引進了先進技術及裝備,應用金剛石串珠繩來開采石材以及加工各種形狀的板材(主要是異形板材),它具有生產效率高,產品質量好,成本低等優點,體現了現代化工業生產技術的新發展,對獲得高質量的荒料及各種形狀的板材,提高了石材的加工質量、生產效率和經濟效益具有重要意義。隨著多繩并排切割技術的成功應用,它向傳統框架鋸板材切割方式發起直接挑戰,使大型或超大型板材的高效、低成本切割成為現實。使人們越來越認識到串珠繩在石材加工上的優越性。

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