天然石材http://www.stonebuy.com/(nature stones):建筑物的裝飾材料,自然本色、絢麗多彩、美觀耐用、豪華氣派,現代高檔建筑裝飾的理想選擇。
我國石材http://www.stonebuy.com/資源極為豐富,目前已探明的花崗石儲量達千億m3,有150多個花色品種,大理石儲量為2000億m3,有390多個花色品種,其資源儲量及花色品種占世界首位。
石材http://www.stonebuy.com/加工由平面板材為主向平面板材、圓柱體、多面體、曲面體、雕刻品等多品種石材http://www.stonebuy.com/制品發展。采用鑿子和鏨子等進行剝落和研磨的手工方式加工石材http://www.stonebuy.com/的傳統加工方法,有著悠久的歷史,但粉塵和勞動強度大,工效低,尺寸精度和表面質量較差。從本世紀70年代至今,陸續研制出各種專用機械http://www.stonebuy.com/machine/加工石材http://www.stonebuy.com/設備,如金剛石繩鋸、金剛石鋸切機、立式雕刻機、多功能數控加工中心等,其工作效率大大超過了手工加工,并且實現了石材http://www.stonebuy.com/的工業化批量生產。
1.金剛石鋸切機加工
金剛石鋸切工具(diamond sawing tools):切削性能和抗磨損性能優越,在石材http://www.stonebuy.com/等許多工業中得到廣泛應用,但金剛石鋸片造價較高,其使用壽命直接影響石材http://www.stonebuy.com/的加工成本。因此,在正確選擇鋸片的同時,應采用合理的鋸切工藝參數,以提高鋸片使用壽命和切割效率。
(1) 金剛石鋸片的磨損
金剛石鋸片(diamond blade)的磨損性能是反映鋸切工藝參數合理性、鋸切工具性能、石材http://www.stonebuy.com/可鋸切加工性的重要指標之一。
典型的金剛石磨損過程為:金剛石出刃→達到工作高度→破碎→結合劑磨蝕→金剛石再出刃→磨粒破碎→磨粒完全脫落。
金剛石磨粒的磨損過程中,不斷進行的微破碎、局部破碎過程使得新的切削刃不斷產生,鋸片處于鋒利切削狀態,切削效率高,切削功率消耗降低,但鋸片使用壽命降低;而金剛石的不斷磨平和拋光,會使切削刃鈍化,切削力增大,切割效率降低,而鋸片的使用壽命有所提高。
(2)鋸切工藝參數選擇
鋸切工藝參數中,鋸切速度對鋸片磨損性能影響最大,它主要是通過引起鋸切溫度和機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷的變化,導致金剛石磨粒產生不同形態的磨損。在低速區,機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷對鋸片磨損起著主要作用,增大鋸切速度,單顆金剛石磨粒切削厚度及有效切削面積減小,因此,機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷隨之減小,鋸片徑向磨損減小,金剛石磨損形態以磨平、脫落為主;在高速區,機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷沖擊及熱載荷對鋸片磨損有決定性影響,隨著鋸切速度的提高,熱載荷及機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷沖擊作用增大,鋸片磨損加劇,金剛石磨粒以破碎形式居多。
鋸切深度和進給速度的改變主要是通過引起機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷的變化影響鋸片磨損性能。增大鋸切深度或進給速度,單顆金剛石磨料切削厚度隨之增大,切削載荷增大,鋸片磨損加劇。此外,增大鋸切深度,還會使金剛石磨粒與巖石接觸弧長隨之增大,由于摩擦作用,金剛石磨損形態以磨平為主,切削刃變鈍,從而使切削載荷增大,鋸切過程不穩定。在相同鋸切率情況下,采用大鋸切深度小進給速度時,金剛石磨粒的切削厚度相對減小,切削路徑長,金剛石磨粒的磨損形式以熱載荷作用導致的磨平為主,而破碎的磨粒數減少;采用小鋸切深度、大進給速度時。金剛石磨粒的切削厚度增大,切削路徑短,此時,金剛石磨粒的磨損形式以機械http://www.stonebuy.com/machine/載荷及其沖擊作用導致的金剛石破碎為主。
此外,鋸片本身的形狀,如直徑、齒數、槽寬等,以及石材http://www.stonebuy.com/的材質、冷卻液的選擇等對鋸切過程也有著重要的影響。因此,在石材http://www.stonebuy.com/的鋸切加工中,需對多方面因素綜合考慮,以獲得最理想的鋸切效果。
(3)石材http://www.stonebuy.com/鋸切機加工方法
1)圓筒切機加工 用金剛石圓筒切機可進行石材http://www.stonebuy.com/的圓柱面加工,圖1為圓筒切機的結構示意圖。將荒料固定在料車7上,由進給電機4帶動進給傳動軸3轉動,并帶動橫梁6作垂直方向進給運動。同時,主電機2經皮帶帶動金剛石圓筒刀具1作旋轉切割運動。進給電機采用無級調速,其速度范圍為0.9~9mm/min。圓筒金剛石刀具剛度大,加工精度好,效率高。
1-圓筒刀具 2-主電機 3-進給傳動絲杠
4-進給電機 5-立柱 6-橫梁 7-料車
2)仿形切機加工 仿形切機可進行石材http://www.stonebuy.com/曲面的加工,圖2為其結構簡圖。根據所需曲面形狀,用其它材料制作同形樣板5,并固定在橫梁6上;與鋸片3同直徑的靠輪4,由電機驅動沿樣板5作曲面運動,并控制液壓缸9上下位移;以帶動金剛石鋸片3的主軸作垂直進給運動。金剛石鋸片3由電機帶動,作主切削運動。鋸片的進給運動,由主軸橫向進給運動和液壓缸垂直運動合成。因此,石材http://www.stonebuy.com/橫向廓形由樣板的形狀所決定。當靠模輪在樣板上完成一次橫向行程后,由電機帶動橫梁6沿縱向導軌8運動,其縱向位移距離等于鋸片寬度,然后再進行橫向切割,重復上述動作即可切出所需尺寸的石材http://www.stonebuy.com/曲面。仿形切削適于大批量生產,可以切割各種凹凸曲面。
1-工作臺 2-石料 3-鋸片 4-靠輪 5-樣板
6-橫梁 7-操作臺 8-縱向導軌 9-液壓缸
3)數控機床加工
加工石材http://www.stonebuy.com/的數控機床主要有:數控車床和數控銑床。圖3為數控車床的結構簡圖。金剛石刀具由計算機控制,可實現三個坐標方向的運動和坐標軸聯動,以加工各種異型曲面。操作人員可直接在計算機的屏幕上,對被加工石材http://www.stonebuy.com/的圖樣進行造型設什,并按加工順序在屏幕上演示全部加工運動軌跡(可進行剪裁、編輯和修改)并根據其廓形編程。符合要求后,將設計的石材http://www.stonebuy.com/廓形轉換成數控加工程序,輸入到機床的控制系統中,控制系統發出位移和速度指令,以控制機床伺服系統的運動。伺服系統通過伺服電機驅動滾珠絲杠轉動,帶動刀架完成各坐標方向的運動,實現各種曲面的加工。數控機床加工精度高,但相應地加工成本也高。
1-床身 2-工件 3-主軸箱 4-主軸 5-橋架馬達
6-橫梁 7-金剛石切片 8-切片升降導軌 9-切片升降電機
10-橫向運動電機 11-金剛石切片動力頭
12-磨頭 13-縱向橋架
2.金剛石繩鋸加工
(1)金剛石繩鋸結構
金剛石繩鋸(diamond wire saw)由彈性橡膠套、載體金屬絲網、金剛石環塊與連接件組成。其結構如圖4所示。金剛石環塊安裝在金屬絲網上,兩環塊間墊以特殊橡膠套,用來保護金屬絲網,同時使繩鋸有較高的柔性。金剛石環塊可用電鍍法將金剛石顆粒固定在環上,也可用燒結法制備。燒結法制備的金剛石環塊更耐磨損,并有自銳性,使用壽命較長。金屬絲網使繩鋸具有足夠的強度。在絲網中供冷卻液,使其容易進入切削區內,以冷卻潤滑金剛石環塊,并能清除磨屑使鋸切順利進行。
(2)繩鋸的安裝
金剛石繩鋸長度一般根據需要來選定。因其較長,多做成很多分段,繩鋸是由各分段間利用其端面緊固用的鋼套(或銅套)管螺紋連接,并將繩鋸張緊。繩鋸在安裝前要檢查各個環的外徑使其大小均勻一致,其差要小于0.2mm,目的是保證全長上各金剛石環均勻磨損。繩鋸總長應是所需長度的1~1.5倍,使其能寬松地安裝在設備上為宜。但另一方面要盡可能的短,以防止工作時彈跳使繩鋸損壞(見圖5)。
在安裝繩鋸前,先在礦山巖石上用特制鉆具鉆孔。鉆孔要求:在繩鋸水平方向孔徑為80mm,垂直方向孔徑為34mm。繩鋸穿過孔并裝在主動輪上,然后用張緊輪張緊并緩慢轉動,當繩鋸消除彎曲不離開工件時即可開始切削。
在天然石材http://www.stonebuy.com/加工中,直徑為6mm的繩鋸常用于臺式設備上。用大型設備切割大型石材http://www.stonebuy.com/,可選用直徑16mm的繩鋸。
金剛石繩鋸已在石材http://www.stonebuy.com/加工、建筑、土木工程中成功使用,但其缺點是繩鋸為柔性刀具,加工尺寸精度較差,表面粗糙度大。
3.高壓水射流加工
利用超高壓水射流技術切割石材http://www.stonebuy.com/、具有加工效率高、噪聲低、無粉塵污染、石材http://www.stonebuy.com/切縫窄、加工表面質量好、易實現微機自動控制等特點。同時可以方便地切割不同硬度、不同厚度的石材http://www.stonebuy.com/,特別是對于形狀復雜的異形石材http://www.stonebuy.com/加工,更具有憂越性。
超高壓水射流(ultrahigh pressure water jet)加工設備主要由以下幾部分組成:①供水系統,由水泵、電機、水箱、過濾器等組成,其作用是提高水壓至3MPa,并供給增壓系統。②增壓系統,在液壓泵的作用下,將水壓由3MPa增到300~400MPa。③蓄能器,其作用是積存一定量的高壓水,以吸收來自增壓器的脈沖水流和工作時斷續引起的沖擊,保證工作時獲得連續、穩定的超高壓水流。④噴嘴及運動控制系統,主要采用寶石制造的噴嘴,其直徑據石材http://www.stonebuy.com/硬度及厚度選擇,一般選擇0.15~0.75mm。同時采用加磨料裝置,使磨料與水混合,共同對石材http://www.stonebuy.com/進行切割。磨料一般采用石榴石。
水射流切割石材http://www.stonebuy.com/的原理如圖6所示。當高壓水射流進入混合室時,其流速可達到音速的2~3倍左右,在磨料入口處產生很大的負壓,抽吸來自磨料倉中的石榴石磨料。石榴石磨料在水射流的作用下產生較大的沖擊能量,經磨料噴嘴射出對被加工石材http://www.stonebuy.com/表面產生很大的沖擊力,沖擊強度與射流速度的平方成正比。當這種沖擊強度達到和超過石材http://www.stonebuy.com/的抗壓強度極限時,在射流沖擊處形成粉末狀的石材http://www.stonebuy.com/切屑,沿著磨料水射流噴嘴的運動方向,在石材http://www.stonebuy.com/上形成切口。
1.石材http://www.stonebuy.com/ 2-磨料 3-高壓水噴嘴
4-混合室 5-磨料水噴嘴
超高壓水射流切割石材http://www.stonebuy.com/時,切割參數的選擇對切割質量有重要的影響。當磨料水射流的壓力增加時,其流速增加,磨料的沖擊動能增大,石材http://www.stonebuy.com/的切割深度也隨之增大。噴嘴移動速度增大,磨料水射流切割能力降低。噴嘴靶距增大,磨料水射流集束性降低,切割能力降低。所以應選擇合理的切割參數以提高切割效率。
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