石材工藝學笫五章石材的加工工具與使用技術

1、笫5章,石材的加工工具與使用技術,5.1 金剛石工具的結(jié)構(gòu)類型與技術性能,5.2金剛石工具的冷卻潤滑技術,5.3金剛石圓鋸片的選用原則,5.4磨料與磨具,5.5 磨具的選用,5.1金剛石工具的結(jié)構(gòu)類型與技術性能 一.人造金剛石的品種與用途,20/25，基本粒為710m；25/30，基本粒為600m。而30/35，基本粒為500m；35/40，基本粒為425m， 40/50，425/355m；50/60，300/250；60/70；250/212；70/80，212/180；80/100，180/150,二.金剛石顆粒性質(zhì),我國的金剛石抗壓強度是指單粒金剛石在靜壓作用下，破碎時的負荷值，以N表示

2、。一般而言，RVD系列金剛石強度為2kgf左右,MBD系列金剛石強度為2.416.2kgf，SMD系列金剛石強度為1093.8kgf,DMD系列金剛石強度為34.5109.8kgf。,國際上主要生產(chǎn)大國如美國、南非、日本等都采用沖擊強度(沖擊韌性TI、熱沖擊韌性TTI)檢測來評判金剛石強度。,等積體是指長軸與短軸之比不大于1.51,金剛石顆粒的性質(zhì)包括粒度、形貌、包裹體、沖擊強度、抗壓強度、熱穩(wěn)定性等 ,這些性質(zhì)決定了金剛石工具最終的使用性能。,SMD系列人造金剛石的抗壓強度 單位：kg/mm2,MBD人造金剛石,RVD人造金剛石,金剛石晶型不規(guī)則，自銳性好，表面粗糙，與樹脂結(jié)合劑粘接牢固。,

3、MBD 金剛石晶型較不規(guī)則,透明度較好,熱穩(wěn)定性較好,抗沖擊性較好,適用于金屬結(jié)合劑制品,具有耐磨性好、雜質(zhì)含量低、強度高、使用壽命長等特點,適用于金剛石鋸切片、金剛石地質(zhì)鉆頭、金剛石電鍍工具等。,RVG金剛石,RVG（美國GE)金剛石是根據(jù)樹脂結(jié)合劑的應用特點專業(yè)制造的金剛石產(chǎn)品,經(jīng)過多次磨削實驗，是綜合考慮成本,效率,壽命的最佳選擇,淺綠色,多晶體,不規(guī)則形狀,極好的自銳性。完美的兼顧了磨削效率和使用壽命。,晶體形狀為規(guī)則、完整的六-八面體,純凈度高,有很高的強度、韌性和很好的熱穩(wěn)定性,抗沖擊能力強,是中等品級含較高比例完整晶形的金剛石,雜質(zhì)少等特點 。 用途: 適用于制造鋸切硬質(zhì)石材的工

4、具,如:繩鋸、帶鋸、組鋸、大鋸片等。,SMD單晶系列,單晶特征：體很完整、單顆?？箟簭姸群芨摺㈨g性好、晶粒粗大用途：用以制作修整工具及其它單顆粒修整工具粒度.,HXM-DMD人造金剛石,SCD 顆粒形狀多為等積形,晶體表面不規(guī)則,具有一定的脆性. 適用于加工鋼和硬質(zhì)合金專用磨粒,SCD01,三.金剛石工具的結(jié)構(gòu)類型 1.金剛石圓鋸片 （1）金剛石圓鋸片的槽型與結(jié)構(gòu)形式,無水槽圓鋸片，基體不帶水槽，外緣節(jié)塊為連續(xù)金剛石層刃口，直徑較小，一般為100300mm,鋸切時鋸縫窄，光澤度好，通常為修邊和切邊用。 窄水槽圓鋸片，其基體帶窄水槽，直徑一般為200mm800mm，通常用來切邊和切小規(guī)格板材用，

5、特別適合切削花崗巖和大理石毛光板。 寬水槽圓鋸片，鋸切速度高，基體帶寬水槽，排屑、冷卻效果好，基體使用壽命長。,（2）金剛石圓鋸片的存放、安裝檢測,鋸片平面與工作臺面相互垂直； 檢查主軸的徑向擺動度、砝蘭盤和砝蘭盤組的端面擺動、鋸片的端面擺動與鋸片的平行度，其工差應小于對應的規(guī)定值。,平放或掛在專用軸上,（3）預應力處理:張力處理,鋸切過程中鋸片受周向壓應力產(chǎn)生變形后呈“裙邊”狀，對鋸片切割質(zhì)量和使用壽命影響最大,鋸片在使用前先使鋸片基體內(nèi)部形成一分布適當?shù)膹垜Γㄟm張度），力圖使該應力能抵消鋸切過程產(chǎn)生的壓壓力，以提高鋸片軸向剛性和穩(wěn)定性，抑制鋸片的變形。,上產(chǎn)生了相互壓緊力，外環(huán)受推擠力，

6、它將抵消或大部分抵消鋸切時產(chǎn)生的環(huán)向壓壓力；內(nèi)環(huán)受壓縮力，它可抑制提高鋸片轉(zhuǎn)速后所產(chǎn)生的內(nèi)孔拉伸力破壞；滾壓區(qū)則受到外環(huán)和內(nèi)環(huán)的反作用。,處理方法： 在鋸片上某一區(qū)域進行滾壓，使該區(qū)域材料發(fā)生塑性變形，滾壓區(qū)域外材料發(fā)生彈性變形。停止?jié)L壓后，滾壓區(qū)內(nèi)的變形不可恢復，滾壓區(qū)域外材料力圖恢復至變形前位置，于是兩層材料的分界面, 張力處理力學模型：在鋸片上某一環(huán)形區(qū)滾壓，使該區(qū)域塑性變形 根據(jù)彈塑性理論，可推導出外環(huán)的應力分布為： 式中： r滾壓區(qū)（中環(huán)）外緣半徑；mm b一鋸片外緣半徑 ； mm q一單位滾壓力； Ncm2 r徑向應力 ； Ncm2 周向應力。, 張力處理機原理 鋸片變形的微機自動

7、檢測系統(tǒng)原理,鋸片裝在帶有軸承的軸上，由自動調(diào)節(jié)加壓系統(tǒng)加壓，使之達到所需的單位壓力q,再由驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動輥帶動鋸片旋動,鋸片帶動加壓輥轉(zhuǎn)動,完成一周的張力滾壓運動.,檢測張力處理前的應變的性質(zhì)與分布,就可以根據(jù)彈塑性理論求出應力的性質(zhì)與分布,2.金剛石鋸條,（1）結(jié)構(gòu)與規(guī)格,由長2-4m，寬15-20cm的鋼帶與焊在上面的金剛石刀頭組成;刀頭一般不等距排列 (消除鋸條與刀頭的共振).幻燈片 21,鋼帶:65Mn 或 70Mn,（2）安裝與檢測,安裝前的準備:計算間隔板厚度,檢查其平行度,檢查鋸條兩端的拉緊裝置等,鋸條張緊:確定張緊力,先初步張緊,待全部鋸條安裝完后再進行最后張緊,安裝:先安

8、裝好中間一根鋸條,再兩邊依次安裝其他鋸條,鋸條安裝誤差的檢測:檢測鋸條的水平度與垂直度,（3）使用技術與工藝參數(shù),下鋸速度:花崗石3-4cm/h,軟、中硬大理石8-12cm/h,開始的下鋸速度為正常的三分之一到二分之一,冷卻水適量，最好為軟、中性水,3.金剛石銑磨工具,（1）類型與結(jié)構(gòu),（2）用途,由基體和金剛石節(jié)塊組成 分類：平面加工 異型加工 碟型銑磨盤 輥式銑磨滾筒 圓盤式,平面加工 異型加工,企業(yè)網(wǎng)站：泉州眾志金剛石工具公司/about.html,三.鋼砂與鋸條,鋸條類型與規(guī)格：,孔洞型鋸條,鋼砂：粒徑、硬度、韌性和耐磨性,普通平板式鋼帶鋸條

9、 溝紋型鋸條：厚度3.5-5mm，寬度90-120mm，長度3500-4500mm，溝紋深度0.2mm，寬度14-16mm，溝紋間距140-150mm,5.2金剛石工具的冷卻潤滑技術,一.冷卻潤滑劑的作用機理,1.冷卻：降低界面溫度 ，防止金剛石高溫氧化,2.排屑：高分子絮凝劑快速聚結(jié)石粉顆粒沉降，防止二次磨損,3.潤滑：減少基體、刀頭與石材的摩擦,冷卻潤滑劑的組成：陰離子表面活性劑（大多為,高分子絮凝劑,脂肪酸鈉RCOONa） 礦物油,使用潤滑冷卻液可以提高鋸片刀頭的壽命和效率達到30%以上 。,二. 使用條件,1.有循環(huán)水系統(tǒng)及沉淀池,2.要求研磨機有獨立的供排水系統(tǒng),3.水壓應大于2MP

10、a,4.石材越硬，晶粒越大和石英含量越高，冷卻潤滑液的作用效果越差。,5.3金剛石圓鋸片的選用原則,1.鋸片功能適應加工石材的性能,金剛石刀頭的性能應當與所鋸切石材的物理、力學性能相適應。,影響金剛石圓鋸片壽命與效率因素,鋸切參數(shù)、金剛石濃度與粒度、胎體（結(jié)合劑）,胎體功能主要有兩個：一是“包鑲”切削元件，二是與切削元件“匹配”磨損。,2.幾何尺寸因素：,根據(jù)切割材料的規(guī)格和質(zhì)量要求選定圓鋸片的直徑及槽型。,（1）鋸片的直徑一般約為被鋸切工件的三倍，并配用適宜的砝蘭盤。,（2）根據(jù)加工精度要求選定鋸片結(jié)構(gòu)形式,要求鋸切表面平整光滑或加工較薄且易崩邊的石材時，應選用窄槽型或連續(xù)型鋸片，以保證切割

11、質(zhì)量；當對鋸切表面要求不高或鋸切較厚的石材時，選用寬槽型鋸片可提高鋸切效率。,3.設備條件：,根據(jù)設備條件選用鋸片,（1）偏擺超標的或精度較差的鋸切設備，選用耐磨型結(jié)合劑，以保證鋸片的使用壽命,（2）較新的、精度好的鋸切設備，可采用快速型結(jié)合劑，以提高鋸切效率；,（3）線速度較低的鋸切設備宜選用耐磨型結(jié)合劑,5.4磨料與磨具,可用于磨削、研磨或拋光的材料稱為磨料。,一. 磨料的分類與性能,1.磨料的分類： 按照其來源可以分為： (1)天然磨料和人造磨料:天然金剛石、石英砂、石榴子石砂、天然剛玉等；碳化硅（金剛砂）、剛玉、碳化硼、人造金剛石等 （2）按照磨料的性能可以分為：普通磨料和超硬磨料。,

12、金剛石、立方氮化硼,2 .磨料必須具有的基本性能,1）高硬度粗磨時比被加工件高34倍,2）具備一定的韌性、有適當?shù)目蛊扑樾约白凿J性,磨料的硬度：莫氏硬度與顯微維氏硬度,名 稱 莫氏硬度 金剛石 10 立方氮化硼 9.7 碳化硼 9.29.6 碳化硅 9.4 單晶剛玉 9.4,6）可被加工成不同的形狀和粒度,5）與被加工材料不產(chǎn)生化學反應,4）高溫下保持固有的硬度和強度,3）磨料應具備一定機械強度,抗壓強度和抗拉強度用單顆粒測定。 韌性用靜壓法測定（在定型模子中受規(guī)定壓力之后，未被壓碎顆粒所占百分率）。,二. 磨料的粒度與粒度組成 磨料的粒度是指磨料的顆粒尺寸。 按照國家標準GB247783的規(guī)

13、定，傳統(tǒng)磨料的粒度組成按粒度大小分為4類42號。 第一類：磨料 4#80# ； 第二類：磨粉 100#240# ； 第三類：微粉 W63W65； 第四類：精微粉 W3.5W0.5。 磨料粒度號與其對應的基本粒的尺寸范圍可查表。,三 . 磨料的幾何形狀 1.磨料形狀對性能的影響 影響磨料的韌性和機械強度，適宜的磨料形狀能保證磨粒具有足夠的切削刃數(shù) 如等積狀、片狀、短柱狀、針狀 2.影響磨料形狀的因素：化學成分及破碎方法 3.磨料形狀的測量與表示方式 形狀系數(shù)k=W實際/W理想 W實際-磨粒實際重量； W理想-與磨粒材料相同的球體重量,四. 磨具的結(jié)合劑、填料及附加材料 磨塊（或稱磨石）是由磨料、

14、結(jié)合劑和填料制成。 1、結(jié)合劑 結(jié)合劑是用來以機械結(jié)合方式固著磨料顆粒，使之成為有一定形狀、硬度和強度的磨塊。結(jié)合劑的性能直接影響磨具的性能，要求結(jié)合劑的磨損與磨粒的出刃相適應，以保證磨具的自銳性，即磨粒的不斷磨鈍、脫落與新磨粒的不斷裸露的速度相適應。 結(jié)合劑還要求具有一定的耐濕性和耐腐蝕性。,結(jié)合劑的類型： （1）菱苦土結(jié)合劑、水泥結(jié)合劑：分別粗磨1-4#、 1-3#磨石 （2）（酚醛、環(huán)氧、不飽和聚酯）樹脂結(jié)合劑： （3）金屬結(jié)合劑：金剛石磨具，冷卻水量要求大,2.填料： （1）在磨石制作中加入填料的目的是形成內(nèi)部氣孔和調(diào)整磨石組織。 磨石內(nèi)部的孔隙在磨削時具有排屑和容水的作用。 （2）填

15、料具有調(diào)整磨石組織的作用，使磨石的硬度適中恰到好處；還可以提高磨石的強度，縮短樹脂的固化時間，減少固化中的變形等作用。 （3）在由粗到細的系列磨石中，填料的添加量依次增加，硬度和致密度依次遞減，從而使磨石有好的自銳性,使磨石始終保持良好的磨削效率。（為什么？）,3. 附加材料 附加材料的選擇原則為：對結(jié)合劑和工件無破壞作用；能滿足磨石的某些特殊性能要求；基本無毒性。如在菱苦土磨石制作中加入穩(wěn)定劑，加入亞硝酸鹽作防腐劑，加入強電解質(zhì)鹽類作分散劑等等。,五. 磨具的使用性能 磨具的使用性能包括磨具的硬度、粒度和組織結(jié)構(gòu)。 1.磨具的組織：磨具中磨粒、結(jié)合劑和氣孔三者的體積關系。 （1）表示方法：磨

16、粒率(磨粒體積占磨具體積的的百分比）與氣孔率 （2）分類：按磨粒率分三類15級 緊密，中等和疏松組織,（3）使用性能： 磨具組織緊密，磨削效率高，但研磨表面粗糙。 磨具組織疏松，磨削質(zhì)量高，可提高成品的精度和表面光澤度，但磨削效率低。 石材加工中，粗磨用較緊密磨具，精磨、拋光用較疏松組織的磨具。,2. 磨具的硬度 （1）概念：指磨具工作表面上磨粒受外力作用時脫落的難易程度。磨具硬度是指在磨削加工時,磨粒從磨具表面脫落的難易程度。 （2）影響因素：磨具的硬度取決于結(jié)合劑的性能、用量及磨具的制造工藝。磨具的硬度與結(jié)合劑用量的關系尤為密切，一般結(jié)合劑用量較多時，磨具硬度就高；結(jié)合劑用量少時，磨具硬度

17、則低。 （3）磨具硬度的測定：手推法、噴砂硬度機測定法、洛氏硬度計測定法和聲頻法 （4）硬度等級與代號（略）,5.5 磨具的選用 1.磨料粒度的選擇： 磨料粒度選擇（即磨塊號的選擇）的原則是使用最少的工序?qū)迕婺テ侥ス猓怪_到所需要的質(zhì)量要求。 連續(xù)磨機各個磨頭上磨塊號的配置方法，這種方法對于用各種不同磨頭數(shù)的磨機加工毛板粗糙度不同的石材都是適合的、都能達到所要求的磨光效果。,2.磨塊硬度的選擇： 根據(jù)加工條件（石材表面的平整度、粗糙度、石材的類型和性質(zhì)以及加工設備的類型與自動化程度等因素）選擇磨具硬度： （1）磨具太軟，則磨料的磨削能力還沒有充分發(fā)揮作用的時候就脫落了，使磨具損耗增大，造成

18、浪費； （2）磨具太硬，則磨料已經(jīng)磨鈍還不脫落，造成磨具與板面之間摩擦力增加，導致板面發(fā)熱，產(chǎn)生“燒板” 現(xiàn)象，嚴重時磨具工作面被堵塞形成光滑的釉狀，失去磨削能力。 （3）如果選擇的磨具硬度適中，使磨料磨鈍就脫落露出新的鋒刃來則可提高磨削效率和加工質(zhì)量。,3.磨塊組織結(jié)構(gòu)的選擇： 磨具組織的松緊程度直接影響石材的加工效率與質(zhì)量： （1）粗粒度、組織緊密的磨具參加磨削的磨粒較多，磨削效率高，但容易劃傷石材表面，影響表面質(zhì)量，所以這種磨具只適合粗磨。 （2）而粒度細、組織疏松的磨具，所磨削的石材表面平整、光澤度高，適用于精磨，但效率較低。 （3）粗磨時，為增大石材的磨削量，提高磨削效率采用低硬度、

19、緊密的磨具；精磨時為了提高板材的表面質(zhì)量，采用高硬度、疏松的磨具。而細磨階段所采用的磨具硬度和組織介于上述兩者之間。 （4）隨著磨削工序由粗磨-細磨-精磨-拋光的過程，磨具的硬度應逐漸提高，而其組織應逐漸疏松。,4.磨拋的工藝：壓力、磨盤轉(zhuǎn)速、移動速度、冷卻水量,磨拋時所加壓力應當與磨石的硬度和石材的性能以及毛板的厚度和平整度來調(diào)整（4-6kg/cm2)。,粗磨時增大壓力有利于提高研磨效率，精磨時適當減小壓力有利于改善研磨效果；拋光時適當增大壓力可以提高拋光效率和質(zhì)量，但壓力過大，磨削作用加強，不利于光澤面的形成。,粗磨時磨頭的壓力一般是精磨和細磨時的1.2-1.5倍。,本 章 要 求,1、基