【切磨抛知识】小直径金刚石绳锯的研究

爱锐网 2018-12-05 15:45:32

文:吕永安、韩继成

金刚石绳锯已普遍用于石材矿山开采,而石材荒料大板的切割主要还是使用传统的圆盘锯、砂锯和框架锯,目前金刚石绳锯只在加工弧形等异型石材工件上使用。现有加工石材弧形板的金刚石绳锯直径大都在8~11mm,锯切加工时切缝大、石材成材率低、资源浪费严重,而且锯切加工耗能大、噪音大、废渣排放量大、环境污染严重。因此,研发一种直径小、锯切效率不降低、性价比高的金刚石绳锯。


其重要意义是:一方面可以提高石材加工的成材率,提高石材加工厂家的加工利润;另一方面又能达到节能减排的目的,创造更大的经济效益和社会效益。


  1、小直径金刚石绳锯设计方案


1.1 选择耐弯折的柔性多股绳,多股绳直径根据抗拉强度和绳锯设计总外径进行选择,在柔性多股绳上间隔固定有金刚石钎焊工作层。金刚石钎焊工作层为直接钎焊于柔性多股绳上的金刚石工作层,该柔性多股绳上金刚石工作层以外的区域则覆盖有橡塑材料层。


1.2 金刚石串珠为预先成型成圆筒状的自支撑金刚石串珠( 即金刚石串珠的内壁无金属基体支撑) 或带有金属基体支撑的金刚石串珠,每相邻两个金刚石串珠之间的柔性多股绳上则固定一由橡塑材料形成的涂层。金刚石钎焊工作层还可设置成螺旋状、其他规则形状或不规则形状。


1.3 金刚石钎焊工作层中分布的金刚石磨粒可以是单层的,也可以是多层的,或者是混合无层状结构( 亦即金刚石磨粒在金刚石工作层中均匀分布)。


1.4 金刚石钎焊工作层可以采取真空钎焊炉烧结成型,钎焊前金刚石磨粒表面可预先金属化,即在金刚石表面预先形成含有碳化物的过镀层,增强金刚石磨粒与金属的结合力,并缩短烧结时间。


1.5 橡塑材料层通过将橡塑材料涂覆或注塑等方法涂附在柔性多股绳上获得。橡塑材料层的原材料可选自橡胶、塑料或粘结剂的一种。为增加最外围弹性材料的抗拉强度、耐磨性或耐水性能,橡塑材料层中可加入纤维、磨料等填料。


  2、小直径金刚石绳锯制造工艺


2.1 直接钎焊法,步骤如下:


 a、将柔性多股绳表面除油后,在柔性多股绳上间隔涂覆耐高温无机胶水,固化后形成隔离保护层;


 b、取金属钎焊料,加入有机胶后制成糊状物;


 c、用糊状金属钎焊料涂抹或浸渍柔性多股绳上的空隔部位,然后再排布金刚石磨粒,待有机胶固化后再涂覆一层糊状金属钎焊料;


d、将步骤c 制得的柔性多股绳干燥后放入真空钎焊炉中烧结,烧结后取出,去除无机胶,通过热处理后,在间隔部位涂覆一层橡塑材料保护层,固化后制得金刚石绳锯。


在上述方式中,由于无机胶水可充满隔离层之内的柔性多股绳间隙,因此,在钎焊过程中,熔融的金属钎焊料不会再沿着柔性多股绳方向向隔离层内扩散,从而使柔性多股绳仍然能够保持原有柔软程度。


2.2 自支撑金刚石串珠法,步骤如下:


 a、将单股钢丝用耐高温无机胶水浸渍,放置干燥固化后使钢丝表面固结一层脱模层;


 b、取金刚石磨粒和金属钎焊料,加入有机胶后制成糊状物;


 c、在脱模层上间隔涂覆糊状物,而后将涂覆有糊状物的单股钢丝放入真空钎焊炉中烧结;


d、出炉后,退出中心位置的单股钢丝,得到环状的金刚石钎焊层,即得金刚石串珠;


 e、将金刚石串珠间隔地穿到柔性多股绳上,并用胶水固定,再在间隔部位涂覆一层橡塑材料保护层,固化后制得金刚石绳锯。


 在上述方式中,由于金刚石串珠已预先钎焊成型,再固定至柔性多股绳上,从而使得柔性多股绳仍然能够保持原有柔软程度。


2.3 金属基体支撑金刚石串珠法,步骤如下:


a、取金刚石磨粒和金属钎焊料,加入有机胶后制成糊状物;


b、在小直径钢管上涂覆糊状物,而后将其放入真空钎焊炉中烧结;


c、出炉后,将之切割成一定长度的小段,获得带有金属基体的金刚石串珠;


 d、将金刚石串珠间隔地串到柔性多股绳上,并用胶水固定,再在间隔部位涂覆一层橡塑材料保护层,固化后制得金刚石绳锯。


   3、对两种不同绳锯对比测试


1号绳锯(自主研发绳锯)和2号绳锯(市场上常用绳锯)在异形切割机上进行测试对比。实验用的设备为;先达   绳锯切割机,测试采用的线速度为30m/s,测试石材为2000*1000*1000的西班牙米黄石材荒料,每条绳子都用同样工艺切割弧度为1000mm,切割高度为950mm,板材厚度20mm。冷却液为自来水,冷却方式采用喷洒式均匀冷却。


3.1、  1号绳子外径Φ2钎焊绳锯实验情况


表1   1号绳锯试验数据表


1号绳锯测试过程中噪音很小,但是绳子在切割过程中有两个串珠出现转动,由于串珠不停的磨削导致绳子产生断开,断开的时间分别是在第20快板材和25块板材。切割过程中锯缝没有变化,只是由于设备抖动进绳部位锯缝略大。


图1   1号绳子测试后表面状态


1号绳子比较细张力比较小,绳子断开时不会出现损伤石材的状况。在切割前我们将绳子按照逆时针扭动3圈/m,但是因为绳子比较细,产生的自扭力不够大,在切割过程中出现单面消耗的状况,可以明显看到一侧金刚石磨损比较大。


3.2、  2号Φ8.8大理石绳子实验状况:


表2  2号绳锯试验数据表



切割过程中切割声音较大,切割完毕时整个绳子没有串珠转动和脱皮现象,在切割到45平方左右时候绳子从接头处断开,段开时损坏一片板材,板材从解里面断成两半。石材的锯缝随着绳子外径变化由大变小,石材平均锯缝在10.5mm左右。



图2  2号绳子测试后表面状态


在切割前我们将绳子按照逆时针扭动3圈/m,切割完毕后用卡尺测量外径,绳子整体消耗比较均匀,没有出现单侧消耗变形现象。


   4、 结果分析和讨论


下面用几个图形来分析新型绳锯的优点和缺点


 

        图3 锯缝对比图



 图4 不同时间弯曲度



 图5 电流变化


从上述图表和测试数据我们进行分析,得出以下结论:


(1)图3分析;1号绳子的锯缝比2号绳锯锯缝小8.0mm左右,按照常规的弧形板20mm计算,石材的取材率提高30%以上。


(2)图4分析;1号绳子在同样的切割速度情况下弯曲度要比2号绳子小很多,也就说明1号绳子比2号有更好的锋利度。由于1号绳子金刚石出刃高度也比2号高很多,刻入深度加大,同样时间切割深度变大。


(3)图5分析;从电流上看1号绳子因为绳子细,切割阻力很小,所以除了设备本身运转耗能外,绳子本身耗能很小,单单从绳子耗电来计算,普通绳子的耗电量是2mm绳子的5倍。


(4)从表1和表2的数据上看,细绳子还有一些不足;切割过程中串珠出现松动现象,导致绳子磨损断开。由于绳子细即使扭动绳子也达不到粗绳子在切割过程中自身扭转的效果,导致绳子偏边,这样绳子寿命会受到很大影响。


存在问题和解决办法:


(1)断绳问题:无论绳子直径大小,在张紧切割过程中都会产生断绳,因此,绳锯接头采取编制的方式可解决易断绳问题,另外,接头结构有效设计,接头表面增加耐磨性等措施也可减少断绳现象。


(2)串珠固定:串珠固定不好出现松动会影响切割效果,甚至造成切割不能继续进行。因此,串珠基体管两侧的结构设计、串珠内壁结构设计、串珠内设弹簧等措施都可有效解决串珠易松动的问题。


   5 结论


采用上述钎焊等技术研发的小直径金刚石绳锯具有如下有益效果:


(1) Φ2mm的小直径金刚石绳锯切割锯缝很小,可以用于名贵石材切割和薄板切割(可切出1.5-2.0mm厚度的石材,大大提高石材切割的成材率,获得较好的经济效益。


(2) Φ2mm的小直径金刚石绳锯可以大大降低切割能耗,减少石材废渣的排放,起到节能减排的作用,非常值得推广应用。


(3) 进一步研发多条组合的绳锯及配套绳锯设备,可以大大提高金刚石绳锯的切割效率。


(4) 小直径金刚石绳锯还可应用于硅锭、蓝宝石的切方,以及推广到磁性材料、复合材料切割等更广泛的应用。

 


作者简介:吕永安,男,1957年生,高级工程师。主要从事化工及超硬材料制品的研发。

E-mail:lya863@126.com


免责声明:本文摘自《第十九届中国超硬材料技术发展论坛-论文集》,爱锐网本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的摘录,为网友免费提供,并已尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。

我们致力于 

提供有价值的技术资料、重要的行业动态和精彩的博文,希望您能喜欢。


爱锐网 一个有性格的公众号

 识别图中二维码添加关注

爱锐网-让切磨抛贸易更简单