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国际石材锯切机械工具与工艺的发展动态

2009年08月05日 09:55中国机床商务网点击:3753

  当前石材矿山年产量超过100万t国家有l4个,据2006年统计,年产量超过1000万t国家有4个,其国以年产量2100万t仍居首位,其他依次为印度、意大利伊朗。自2002年以来,这4个国家年增长率稳步上升,但幅度不大。值得瞩目土耳其,2002年其石材荒料产量为315万t,到了2006年已猛增至940万t,增加了2倍,国际石材产量排名顺序,由2002年排西班牙与巴西之后第7位,至2006年已超过西班牙与巴西而跃居第5位。更值得注意,2004至2006年世界主要国家地区出口大理石荒料及加工产品产量统计,土耳其已连续3年位居第一,无论产量还年增长率均遥遥领先于原先大理石出口大国意大利。究其原因,主要近些年来土耳其加强了石材工业科研工作,有关大学开展了大理石锯切工具与工艺研究。综观国际石材市场竞争已由价格竞争产品质量竞争,转向缩短交货期竞争。随着工业技术发展,国际石材行业石材锯切机械、工具工艺均有长足进步。
  1石材锯切机械
  众所周知,从石材矿山开采荒料并加工成板材以及各种石材产品生产都离不开石材锯切机械。面对国际石材市场激烈竞争,石材机械制造厂商不得不考虑如何优化其产品以期市场占有一席之地。当前石材锯切机械发展趋势有以下几个方面。
  1.1石材矿山开采进一步普及使用金刚石串珠绳锯
  金刚石串珠绳锯大理石矿山开采取得卓有成效应用之后,目前花岗石其他坚硬石材矿山开采也已取得越来越多应用。除了开采荒料之外,还用于荒料切方,以减小荒料运输体积与重量,同时也为其他机械加工提供定尺荒料。
 1.2固定式金刚石串珠绳锯向多道金刚石串珠绳与计算机数控发展
  目前大多数较大石材加工企业越来越多地采用了计算机数控金刚石串珠绳锯将石材荒料锯切成板材或特殊规格石材产品。但要锯切不同厚度板材就必须配备可便捷调整金刚石串珠绳间距机构锯机,这需要较大投资。最经济合理办法就根据石材产品种类同时配备金刚石串珠绳锯、框架锯圆锯片锯,三者配合使用,相互取长补短。
  1.3桥式锯切机向多用途
  无论生产什么样石材产品,桥式锯切机不可或缺重要设备。新型桥式锯切机不但具有多功能性,而且借助电脑控制向全自动化发展,可用办公室个人电脑编程序,也可连接外部计算机辅助设计程序,工作一次设定即可完成全部相继加工工序。
  
  传统桥式锯切机上,圆锯片传动轴固定一个方向上,工件则置于可旋转工作台上。而今越来越多制造厂家不再采用旋转台方案,而采用了可改变锯切方位锯片传动机构。其优点不用转动重量大工作台,又能提高锯切精度。
  
  许多制造厂家还研制出可使用多种加工工具桥式锯切机,可兼用钻孔工具成形加工工具等,实现一机多用。
  
  1.4石材加工心
  
  所谓加工心指可连续完成好几个工序加工多工序自动数控机床。
  
  目前国际石材市场碑石建筑用装饰石材产品激烈价格竞争交货时间不断缩短,进一步促进了意大利装饰石材锯切、研磨抛光机械以及加工心出口。主要两种类型机械,即三座标轴系五座标轴系锯切机,后者除了X、Y、Z座标轴之外,还有旋转轴C,工具可围绕垂直轴转动,而A轴可使工具倾斜任一角度,便于加工墓碑石斜面。
  
  伴随着石材机械控制系统发展,机械结构上也更趋于完善。例如可调节高度吸尘机构,可将锯屑向下方排除而不致影响后续工序进行。此外,加工表面时工具主轴或工作台可自动倾斜将冷却液与锯屑排人集液盘。
  
  计算机数控加工心大多多功能,对操作人员技能要求越来越高。为此,一些石材机械生产厂家也研制便于用个人计算机控制操作系统,尽可能减少辅助作业时间。总之,发展趋势整个生产线实现自动化。
  
  目前石材制作厨房操作面板等产品有很大市场需求。此类操作面板加工往往需要锯切出安装水池与炉灶等定形孔,其加工过程包括一些标准工序与特殊工序。为此,已有石材机械生产厂家将自动控制桥式锯切机与加工心联合起来组成厨房操作面板等产品自动化生产线。
  
  1.5加工立体工件专用机械
  
  将桥式锯切机与多工序自动数控机床两者优越性相结合使工作台从各个方向进人加工位置,并使用大直径圆锯片,其传动支架可旋转至不同方向,并配备了工具仓,可自动更换不同加工工具,X、Y、Z座标轴上装配适当规格导轨即可加工各种立体形状工件。
  
  2石材加工工具
  
  石材加工,锯切机研磨、抛光等加工机械推陈出新,需要配备各种不同类型金刚石工具。当前发展趋势要求金刚石工具工作寿命长、工作速度快、振动小、噪音低。石材行业最常用而且用量最大金刚石锯片金刚石串珠绳。近些年来这两种工具性能都不断改进。
  
  2.1金刚石圆锯片
  
  金刚石圆锯片启用时需使金刚石出刃才能尽快进入正常与高效工作状态。为了缩短这一过程,新型金刚石圆锯片多金刚石刀头结构设计上做改进。
  
  将金刚石刀头制成横截面呈阶梯形或平锥形可减少刀头两侧磨损量、降低动力消耗并有利于降低振动与噪音。平锥形截面刀头顶部宽度一般比底部宽度小2mm左右。此类型锯片一开始进入锯切状态即具有高速锯切性能。
  
  流线型刀头金刚石刀头旋转方向前端制成弧线形,锯切时可减少阻力并降低周期性冲击负荷。刀头两侧制出若干道流线形沟槽可减少刀头摩擦阻力,提高冷却效果,也更利于锯屑排出,从而改善锯切性能。
  
  此外,金刚石刀头烧结材料采用新型粘结剂可改变刀头胎体性能,使金刚石刀头具有广谱锯切性能,适用于锯切各种软硬不同石材。
  
  2.2金刚石串珠绳
  
  实践证明,金刚石串珠几何形状可影响金刚石串珠绳锯切性能。目前有一种新型双凸环形金刚石串珠,采用金刚石注模技术金刚石串珠圆柱体上制出两道凸环。这种新型金刚石串珠绳与传统金刚石串珠绳相比,可提高锯切速度,降低锯切成本,但使用寿命略有降低。重要采用金刚石注模技术可以制造出其他形状更为复杂金刚石串珠,为全面提高金刚石串珠绳锯切性能提供了可能性。改变金刚石串珠形状当前提高金刚石串珠绳锯切性能关键技术之一。
  
  影响金刚石串珠绳使用寿命因素除了金刚石品质、金刚石串珠胎体成份、配比与烧结工艺之外,锯屑与冷却液磨蚀也重要因素。为防止锯屑与冷却液对串珠绳磨蚀,目前采取技术措施塑化处理,即串珠绳外表面包敷一薄层橡胶之类柔性材料,一定间隔粘结固定好金刚石串珠后,金刚石串珠之间模注一种弹性耐磨材料,如橡胶或树脂类材料,形成串珠之间间隔套以取代钢质螺旋弹簧间隔套。这种塑化处理还将金刚石串珠与钢绳之间以及金刚石串珠与金属间隔套之间刚性接触改为柔性接触,增强了金刚石串珠绳整体柔性,降低了金刚石串珠绳弯曲应力,从而提高了使用寿命。同时还改善了金刚石串珠上金刚石受力情况,减少金刚石碎裂与脱落,提高了锯切效率。
  
  3石材锯切工艺
  
  单颗金刚石破碎岩石实验研究表明,金刚石工作速度可高达40m/s以上。由此可见,目前石材工业使用各种金刚石工具都远未充分发挥其潜效能。国际石材加工与进出口贸易一向以大理石花岗石为大宗产品,因此对大理石花岗石锯切工艺研究一直备受重视。况且石材锯切工艺还涉及生产成本降低石材资源有效利用问题。
  
  3 .1大理石锯切工艺研究
  
  金刚石串珠绳应用大理石锯切已有20余年,为了研究它最佳工作条件及有效锯切参数,土耳其Hacattepe大学新近设计出一台实验型金刚石串珠绳锯,采用传感器自动检测锯切过程参数,并借助计算机自动程序对所测数据进行存储与分析。
  
  研究金刚石串珠绳锯最佳工作状态首先应分析影响锯刀效率诸因素,有些因素不可控,有些可控。前者包括被锯切石材性质,如硬度、强度、均质性,所含矿物成份及结构特点等。后者包括锯机动力、锯切方式(水平或垂直)、锯切速度、锯入角与锯出角、金刚石串珠绳结构技术性能、操作人员技能等。对这些因素进行多元统计分析,改变可控因素以应对不可控因素可以获得金刚石串珠绳最佳工作状态,从而提高锯切效率,降低锯切成本。采用上述配有传感器计算机自动程序实验型金刚石串珠绳锯对不同类型大理石进行锯切实验可测定其最佳锯切条件,建立大理石可锯性分级系统,此外还可鉴定不同类型金刚石串珠结构对锯切性能影响。
  
  3.2花岗石锯切工艺研究
  
  由于国际石材市场竞争激烈,特别花岗石板材大量用于高层建筑物外墙饰面,其技术要求要当严格,远非钻眼放炮方法开采出来花岗石荒料所能满足。为此,使用金刚石串珠绳开采花岗石荒料与锯切花岗石板材工艺研究势必受到各石材工业国重视。其研究内容包括提高荒料开采成材率荒料质量、降低锯切成本、推广精确而无破损性锯切工艺、尽量减少石材资源损失对生态环境破坏。
  
  金刚石串珠绳锯切花岗石实践,影响其锯切性能直接因素锯切参数,主要金刚石串珠绳线速度、锯切速率锯人角。还有一个不可忽略因素就金刚石串珠绳弯曲,由于边缘效应往往加重了金刚石串珠绳磨损。
  
  研究表明,锯入角(金刚石串珠绳与水平面之间夹角)越大,锯切速度(mZ/m)也越大,而锯切速率增加则金刚石串珠绳寿命降低,表现为金刚石串珠绳每米长度所锯切面积(mZ/m)减少。但,相同锯切速率条件下,金刚石串珠绳线速度取25m/s时,其寿命比之线速度低于此值(20m/s)高于此值(30m/s)时都长一些。
  
  随着锯切速率提高,动力消耗必然增加,只当线速度取25m/s时,其增加幅度比之线速度为20m/s或30m/s时均小一些。
  
  综合上述锯切参数间相关性可以看出,金刚石串珠绳寿命随着其线速度、锯切速率、动力消耗以及锯入角增大而降低。应指出,当锯刀速率一定情况下,金刚石串珠绳线速度加大有利于其寿命提高。但达到最佳值后,线速度进一步加大则寿命降低。锯人角增大虽有利于锯切速率提高,但也会导致金刚石串珠绳磨损加大。可见过分追求锯切速率提高必然降低金刚石串珠绳使用寿命,亦即造成金刚石串珠绳过大消耗,即成本增加。不过增大锯切速率也会降低动力、人工等成本。因此,应通过成本分析求得总成本最低进锯切速率最佳值。
  
  3.3板岩锯切工艺研究
  
  板岩一种变质岩,颗粒极细,劈理板发育,司剥离成坚硬薄板,表面光滑,英国等欧洲国家广泛用作屋顶铺设材料,即作为屋瓦用。长期以来这种板岩屋顶材料一直靠人工劈分法来生产,成品率极低,市场上供不应求。英国北威尔士有一板岩矿,年采掘量为250万t,用传统人工劈分法只能生产出2万t屋面板料,资源浪费之大可见一斑。为此该矿改用现代锯切工艺,即采用多片式金刚石圆锯片机进行锯切。原先那些劈理不够分明板岩荒料无法用手工劈分法加工,如今可用锯切法加工,生产过程余料还可锯切成建筑构件内部装饰用石材产品,废料率降低20%,从而使该板岩矿开采寿命由40年处长至200年,而且缩短了成品交货时间,提高了成品质量,成品尺寸可增大到50em×30em.
  
  从矿山开采出来板岩荒料先用桥式锯切机锯成所要求长度宽度54em×34cm×45cm块料。再用多片式圆锯片机沿劈理方向锯成厚度为53mm板料,此时产生废料率约为35%。最后用水平式圆锯片机将53mm厚板料就其厚度分两次对半锯切成厚度为8mm板料并锯切成50cm×30cm见方,四边倒角,用火焰法处理表面使之具有手劈板岩屋面瓦片天然外观。
  
  板岩强度不很高,采用金刚石圆锯片以水平锯切方式锯出厚度仅为8mm板材应该说一种比较先进锯切工艺。再者,二次锯切产生35%废料经压碎加工后用作混凝料或填充料,提高了石材资源综合利用,值得借鉴。
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