金剛石串珠繩鋸在石材加工過程的應用
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中國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
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ABBCCD三部分線段組成此時ABBCCD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ABCD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最后弧ABBCCD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AB兩點的曲率不斷減少最后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BC兩處較大的鋸切速度使其曲率半徑不斷增大弧BC鋸切速度漸趨均衡最后接近于半圓形而線ABDC成為弧BC的切線切點分別為BC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ABDC段鋸切速度逐漸變慢并最后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BC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BC逐漸向邊緣AD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
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
