金刚石串珠绳锯技术的研究_黄国钦

(a)加工模型
(a)注塑式 (b)弹簧垫圈式
(b)加工弧区局部放大
图 2 串珠绳 锯加工示意图
加工前 , 利用铜套等对接套将一定长度的串珠绳 首尾对接 , 形成闭合圈 。加工时 , 张紧在绳锯机导轮 组上的闭环串珠绳 , 在驱动力的带动下串珠绳作高速 运动 , 并通过串珠的磨削运动实现切割(见图 2b)。
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(3)钢丝绳 由于串珠是定距固定在钢丝绳上并在其带动下 进行切割的 , 故钢丝绳可视为串珠绳的“脊粱” 。 串珠绳锯在使用过程中 , 钢丝绳经常会因疲劳 磨损 、磨屑磨蚀 、化学腐蚀等原因而出现断绳现象 , 特别是当加工面积达到一定量时 , 断绳现象更为频 繁 。断绳不仅影响生产 , 而且还带来甩珠伤人等不 安全隐患 , 因此钢丝绳的性能对串珠绳使用至关重 要 。除了钢丝本身性能外 , 钢丝绳的寿命还与加工 过程中的预紧拉力 、各导轮最小曲率 、加工过程中串 珠的轴向载荷以及冲击载荷等因素有关 , 故应选用 专业钢丝绳生产企业的产品 , 且使用时应参考钢丝 绳的相关说明 。 2.3 串珠绳的类型及用途 在选用串珠绳时 , 需遵循“以材择绳”的原则 , 以 充分发挥其潜在的性能 。 在石材加工业中 , 典型加 工对象是大理石和花岗岩 。大理石的基本成分是碳 酸钙 , 不含石英 , 其锯屑不会像花岗石中的石英那样 磨蚀钢丝绳和串珠胎体 。 所以大理石 、石灰石矿山 开采仍大量使用较易制作的电镀型串珠 , 而花岗岩 类开采则主要采用烧结型串珠 。表 1 列举了常用串 珠绳类型 、规格及其适用领域 , 以供参考 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工 具技 术
(a)串珠绳结构示意图
(b)实物照片 图 1 串珠绳的构成
金刚石串珠绳锯加工是由直接参与切割用的金 刚石串珠绳和驱动串珠绳运动的相应机械设备(即绳 锯机)共同完成 , 串珠绳锯的基本加工过程见图 2。
烧结型串珠具有较高的耐磨性 。 通过调整胎体 中各金属成份比例或选用不同品级 、粒度 、浓度的金 刚石磨料可以实现胎体磨耗速度和金刚石磨料磨损 速度的调控 , 从而制造出具有不同的出刃高度和空 间的串珠 , 以适应不同材质的切割 。
根据实际需要进行变异设计的 , 主要由一系列大小 轮系(主动轮 、被动轮 、导向轮 、张紧轮等)、动 力系 统 、控制系统和冷却系统组成(见图 5)。在 加工过 程中 , 主要通过对各组导轮空间位置的控制而实现 各加工参数(进给量和加工轨迹等)的改变 。 根据不 同用途 , 绳锯机可分为移动式和固定式两大类 。
与对策 .机械工程学报 , 2002, 38(2):91 ～ 94 26 张 虎 , 周云飞 , 唐 小琦 , 陈吉 红 .师汉 民 .数控机 床定 位
误差的软件补偿技术 .华中理工大学学报 , 2001, 29(4):47 ～ 49 27 R Ramesh , M A Mannan, A N Poo .Error compensation in machine tools ——— a review Part I :geometric , cutting-force induced and fixture-dependent errors .International Journal of Machine Tools &Manufacture , 2000, 40:1235 ～ 1256 28 刘焕牢 , 李 斌 , 师汉 民 , 基于 球杆仪 的数 控机床 误差 补 偿方法研究 .工具技术 , 2003(8):41～ 43 第一作者 :刘焕牢 , 博士研究 生 , 副教 授 , 华 中科技大 学 机械学院国家数控系统工程技术研究中 心 , 430074 武汉市
2 金刚石串珠绳锯的构成与制造
2.1 金刚石串珠绳锯的构成 串珠绳的结构如图 1 所示 :在一根多股钢丝绳 上面按比例穿套有一定数量的金刚石串珠颗粒 , 相 邻串珠间由起支撑固定作用的隔离套分隔(类似项 链)。
16 Kotaro kamahora .Development of a new artifact for the calibration of large scale instruments.M easurement , 2001, 30:139 ～
表 1 常用金刚石串珠绳类型 、规格及其适应用领域
串珠绳类型
指 标
串珠直径 串珠数量 (mm) (粒/ 米)
适用加工领域
烧结注塑
8 , 10 , 11
电镀弹簧注塑 电镀弹簧
6 , 8, 10 10, 11
37 ～ 41
35 ～ 40 31 ～ 35
花岗 石 、大理 石的 开 采 和加 工 , 混凝 土构 件 拆 除
Technology of Sawing With Diamond Wire
Huang Guoqin Xu Xipeng
Abstract :The developing process of the technology of the diamond wire saw is briefly reviewed .The manufacture and application of the saw are discussed in detail and the present status and existing problems in study on the saw are also analyzed.Finally , the outlook of its developing trend and research emphasis is presented .
与热压烧结串珠相比 , 电镀金刚石串珠制作工 艺相对简单 , 而且更有利于串珠小直径化 。由于金 刚石镀层较薄 , 胎体耐磨性较差 , 其镀覆金属对金刚 石磨粒的把持力有限 , 金刚石磨粒易提前脱落 , 故总 体性能不如烧结型串珠 , 不适合切割花岗石 , 目前主 要用于大理石等较软材质的切割 。
(2)隔离套 隔离套用于定距隔离和固定相邻串珠 。目前工 程中常用的隔离套有三种(见图 4)。
为了适应高硬度材质切割的需要 , 发展了注塑 式和注胶式隔离套 。注塑 、注胶式的隔离套是以耐 磨塑料 、橡胶充当串珠间的隔离垫 。 从图 4b 、4c 可 以看出 , 串 珠与钢丝绳之间完 全被塑料 、橡胶所充 填 , 从而避免了磨屑进入串珠与钢丝绳间而磨蚀钢 丝绳 。正是它的出现 , 使得串珠绳锯的应用范围拓 展到花岗石类高硬度材料的切割加工 。 其中 , 注塑 式应用最广 , 而以压注橡胶为隔离套的串珠绳锯则 主要用于摄氏零度以下 、比较寒冷地区的石材矿区 , 这是因为橡胶的低温性能比塑料好 , 在低温下仍能 保持较好的柔韧性和强度 , 不致脆裂 。
143 17 Hua Qiu, Yan Li , Yanbin Li .A new method and device for
motion accuracy measurement of NC machine tools, Part 1 : principle and equipment .International Journal of Machine Tools &Manufacture , 2001, 41 :521～ 534 18 Hua Qiu , Yanbin Li and Yan Li.A new method and device for motion accuracy measurement of NC machine tools , Part 2:device error identification and trajectory measurement of general planar motions.International Journal of M achine Tools &M anufacture , 2001, 41 :535 ～ 554 19 HEIDENHAIN .M easuring system for machine tool inspection and acceptance testing .December 2002, Germany 20 马锡琪 .NC 机床运 动精度的矢量分 析法 .制造技术 与机 床 , 1997(4):27 ～ 30 21 马锡琪 .数控机床运动误差 的测试装 置 ——— 双球规 测量 仪 .计量与测试技术 , 1996(4):3～ 5 22 吴昭同 , 杨将新 , 严拱标 , 虞文华 .数控 机床圆轨迹 运动误
Keywords:diamond , stone , wire saw, sintering , brazing , electroplate
1 金刚石串珠绳锯技术的发展
1978 年 , 在意 大利 APUAN 石 材矿山成功进 行 的第一条金刚石串珠绳(以下简称串珠绳)切 割试 验 , 标志了石材开采加工行业革命性变化的到来 , 石 材开采步入了现代化加工时代 。 到 1990 年 , 第一台 用于切割异型石材的数控绳锯机投入使用 , 串珠绳 锯技术开始进入高 技术含量的数 控时代 。 上 世纪 90 年代中期 , 多绳并排切割技术的成功应用 , 向传 统框架锯板材切割方式发起直接挑战 , 使大型或超
差测试仪 .专利申请说 明书 , 1991 23 虞文华 , 吴昭同 , 严拱标 .圆 轨迹运动误 差检测 与信号 处
理 .仪器仪表学报 , 1997, 18(3):230 ～ 236 24 刘 军 .用磁性球头棒 进行三座标测 量机误差 检测及 补
偿的探讨 .天津大学博 士学位论文 , 1992, 8 25 洪迈生 , 苏 恒 等 .数控 机床 的 运动 精度 诊断 ——— 评 述
大理石的开采和加工
大理石 、石灰石的开采
电镀注塑
10
32 ～ 39
大理 石开 采 、混凝 土 构 件拆除及其它特殊用途
烧结或电镀 压注橡胶
8 , 10 , 11
37 ～ 41
低温 下的 花 岗石 、大 理 石开采 、加工, 混凝土 构
件拆除
2.4 绳锯机设计 目前所有的绳锯机都是在图 2 的原理基础上再
(a)电镀串珠 (b)热压烧结串珠
(c)钎焊串珠
图 3 不同工艺制造的金刚石串珠
(c)注橡胶式 图 4 隔离套
弹簧垫圈式(见图 4a)是最早使用的隔离套形 式 。由于弹簧垫圈式隔离套在加工时磨屑很容易从 串珠 、弹簧 、垫圈之间的间隙进入并在绳锯弯曲运动 作用下对钢丝绳进行磨蚀 , 从而造成串珠绳断绳失 效 。尤其在加工含石英成份较高的花岗石时 , 由于 石英硬度高 , 对钢丝绳磨蚀性相当严重 , 因此这种隔 离套适用于较软材质的切割 。目前已较少采用 。
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金刚石串珠绳锯技术的研究 ＊
黄国钦 徐西鹏
华侨大学
摘 要 :简要回顾了金刚石串珠绳锯技术的发展历程 , 详细介绍了金刚石串珠 绳锯的制造 及应用 , 分析了金 刚 石串珠绳锯研究的现状和亟待解决的问题 , 并对 今后的发展趋势和研究重点进行了展望 。
关键词 :金刚石 , 石材 , 串珠绳锯 , 烧结 , 钎焊 , 电镀
移动式绳锯机是由多组自由导轮组成(见图 5 ,
2.2 金刚石串珠绳的制作工艺 (1)金刚石串珠 从金刚石串珠绳发明到现在 , 对串珠制作工艺 的改进从未停止过 。 目前金刚石串珠制造工艺还是 以电镀法和热压烧结法 为主 , 且后 者占主导地位 。 尽管台湾有学者利用钎焊方法成功地制造出钎焊金 刚石串珠 , 但目前尚未实现大规模工程应用 。 图 3 为分别采用这三种工艺制备的金刚石串珠样品 。
＊国家自然科学基金资助项目(项目编号 :50305006) 收稿日期 :2005 年 3 月
大型板材的高效 、低成本切割成为现实 。 近年来 , 金刚石串珠绳锯以其准备时间短 、切割
灵活 、低噪声 、低粉尘 、低污染 、节能等特点 , 在大型 建筑的构件拆迁工程中得到成功应用和推广 , 使其 成为 21 世纪“绿色”拆迁工具的首选 。