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金刚石磨具在石材加工中的应用前景

摘要 金刚石磨具在石材加工工业所有范畴中的应用稳步地增进.这一增加的首要动力,是因为金刚石合成手艺,东西制造手艺的改善和机床设计的改善,使成本获得周全降低.这些改善使石材的操纵率和产量从...   金刚石磨具在石材加工工业所有范畴中的应用稳步地增添.这一增进的首要动力,是因为金刚石合成手艺,东西制造手艺的改善和机床设计的改善,使成本获得周全降低.这些改良使石材的行使率和产量从初始的开采阶段到最终的加工都获得显着的增加.这些前进周全影响了金刚石的消费量的增加,并在各类现行的和最新开发的加工工艺中取代了传统的磨具.本文考查了石材加工中的手艺提高,这些提高的确促进了自然石材用作表里装饰建筑材料的市场不息增进.
  
  用作建筑和装饰的自然石材的可获量,对大多数具有大量原材料储藏量的国度来说情形是分歧的.直到而今,很多较小的石材生产国加工石材根基上是用于内地的消费,而未开拓出口市场.近年来,全球市场起头有了显著的转变.
  
  用于加工的石材的开采量大幅度增添.1998年全球开采量约为4740万吨,较1997年增进了48%.
  
  
  1993年石材开采量大于200万吨的国度只有三个,它们是意大利,西班牙和中国,产量辨别为750万吨,340万吨和250万吨.5年今后,如许的国度数已增加到7个:意大利以750万吨领先;中国上升到第二位,产量达到600万吨;西班牙以450万吨位于第三,而处于第四位的印度其产量为240万吨.分享其余的200万吨市场的其它三个国度是巴西,葡萄牙和希腊.
  
  图3所示为这些国度在全球产量中所占的份额,图4所示是全球产量的洲际分布。
  
  
  石材加工
  
  1998年14个首要国度进行的精加工和半精加工产物处理的石材总量,与接近1520万吨的1997年的水平相当.使得这14个首要国度的石材加工量占全球的71.5%.
  
  在这个集团中,其成长情形是有改变的.多数国度的材料加工量在增进,可是如同所预料的那样,石材加工量的削减反映在开采量上,日本,韩国和台湾在加工上都呈现出下降的趋势.
  
  石材加工方面正在发生一个清楚的全球款式.三个国度掌握着世界市场,即意大利,中国和西班牙,1998年这三个国度占了全球自然石材加工量(前14位) 如图5:
  
  
  石材加工量的39.5%.这些区域的考查表明,欧洲与中国在使用的方式和手艺之间具有显著的差别.文化,经济布局,根基和手艺上的差别,造成采用分歧加工手艺和装备及对象设计尺度,及对这些对象中的金刚石的机能分歧要求的工业的成长.
  
  中国和欧洲石材加工手艺的对照
  
  最近,中国已闪现出作为石材开采和加工领头国的苗头.今天,中国生产着240种分歧品种的花岗石,占其产量的65%[3],60个品种的大理石和10个品种的石板.1998年,生产了1600亿万平方米的各类石板材,用于本国市场和出口市场.这里有大约500家公司具有开采和加工内陆石材的能力,并且公司的数量还在增加.这一数量的转变节奏也是显着的,然而,产量的急剧增加并没有在机床手艺投资方面获得反映.大部门加工设备还在使用老式的,陈旧的生产方式.
  
  开采方式采用爆破法,这意味着只有5%~8%的石材可用于加工.很多选出的块料经常被从加工过程退回,因为个中有很多爆破时发生的裂纹和缺陷.
  
  中国花岗石的首要用途是用作地砖和贴面砖.中国市场与这类产物的用途是不相符的.因为从世界的层面来看,这些石材仍然根基上被用于知名的建筑,而不是尺度的民用建筑.在中国石材与其它民用建筑材料,如陶瓷,水泥和木材直接竞争.受到如斯看待,用于这种用途的石材其光洁度和尺寸精度的质量要求当然要低于西方用作有知名度建筑项目的石材的质量要求.
  
  这方面的首要差别在于劳动力市场,中国的劳动力成本较着低于欧洲;也反映在锯机投资,主动化水平和全员劳动生产率水平上.开采石块的时候,中国使用的是爆破法,采出的是外形不法则的石块,其尺寸必需小到可以用小卡车装运的水平,尔后石块经短距离运到加工场.平常,对用于地砖和贴切面砖的板材的加工,普通是用国产的来去式多锯片系统为根基的设备,这个系统有5个1m直径和5个1.6m直径的锯片两种组合.锯机的生产能力很低,因为切削用量受到设备功率和简洁的对象手艺的限制.加工通俗花岗石的典型工艺参数如下:
  
  锯片周边切削速度:(直径为1米的锯片)27m/s,(直径为1.6米的锯片)17m/s
    锯切深度:1mm
    送进速度:5m/min
    锯切效率:每只锯片50cm2/min或0.3m2/h
    锯机生产效率:24m2/工作日(每工作日按8小时计)
  
  随后石块被从锯机上取下,人工将锯出的石板放到旋臂式抛光机上用通俗磨具抛光.抛光后这些长条石板则在手动割断机上被切成最终的尺寸.
  
  因为使用的是这种低水平的主动化和低的锯切效率,所以对金刚石锯片的要求不高,因而在这种使用中看到的磨具品种和尺寸与在欧洲常用的分歧.因为锯切效率慢得多,所以磨粒的粒度响应地较细,这种应用中选用的金刚石粒度平常为50至70筛目.在这种锯切效率下,锯片承受的负载是低的,因而使用的金刚石的机能与欧洲雷同的应用中使用的金刚石机能有很大分歧.其需用的金刚石等第是非常不规矩的,易碎的磨粒,它能使锯片在每每的前提下被做得很厉害.
  
  
  因为一系列原因,欧洲的环境是分歧的.欧洲人的生活尺度比中国高,是以欧洲的劳动力成本要高得多.欧洲的首要石材生产商要想具有竞争力,他们必需把注重核心放到加工上,即优化生产率并极大化原料的制品率.这些方式集中在低的能量花消和极小化不需要的石材废料的同时,尽可能地把开采出来的石块转换成最终制品.这些方式要求锯机手艺具有高速功课和优良的东西,这些对象可以长时间维持主动的工作.90年月,欧洲进行了机床和金刚石对象的手艺开发,它促进了生产效率的增加,以及石材加工成本的显著的降低.
  
  若是我们较量一下生产模块化的贴面砖时欧洲使用的手艺和中国的手艺,我们能够看到在机床对象手艺和生产率二方面存在很大的分辨.在欧洲,这些贴切面砖的生产几乎是全主动化的,使用的是有效的机床设计和主动化的装卸设备.用于这种生产的最新设备,在一根主轴上或许安装80片直径为1m的锯片.
  
  机床和对象的设计答应更快的切割效率,其典型的用量如下:
    锯片周边切削速度:25~35m/s
    锯切深度:1mm
    送进速度:17m/min
    切割效率:每片170cm2/min或者1.02m2/h
    机床生产能力:640m2/工作日(每个工作日按8小时计)
  
  在此前提下,废料也必需极小化,以便使产物的产出极大化.举一个有代表性的例子,锯片的瘦语宽度在10mm以下,而中国的则为12~15mm.材料的装卸和加工时间的优化也是达到生产率最大化的环节,所以当场将石块锯成板材,并主动传输到一个主动化机床上,预备第二步加工.
  
  因为切割效率非常高,所以对金刚石东西的要求很高.在这类应用中金刚石磨料的等第和粒度与在中国使用的大不沟通.因为切割效率较高,则金刚石磨料的粒度天然是要用较粗的,最通用的金刚石粒度是30~50筛目.在高切割效率的状况下,感化在对象上的载荷响应地也就较大,因而对金刚石的机能要求也就判然不同.对金刚石的典型要求是:一致性好,强度高,块状颗粒,它们能使对象在高加工效率下连结优越的非常厉害的状况.同时,在高负荷使用的状况下仍能长时间地连结机能的不变性.
  
  金刚石在花岗石加工中的应用前景
  
  为进一步提高生产率,各类研究集中在改善石材加工工艺的经济性上,除了改良材料的产出并削减废料的成本之外,金刚石生产商,机床制造商和对象制造商为增加机床的生产能力和对象的匹配进行了大量的研究.个中的一项研究找出了今朝大理石加工机床的生产能力达到的水平.欧洲现使用的最高效率的花岗石锯机的生产效率水平只相当于大理石加工达到水平的约4%.普通说来,当切深大于25mm之后,用于加工花岗石则可能性不大,因为这会导致大量发烧和金刚石对象过载.
  
  由金刚石生产商,金刚石东西制造商,机床制造商,锯片基体生产商和一个研究所构成的欧洲伙伴国际组织,起头研究给石材加工工艺带来一个新寰宇的设计.重点放在追求解决问题的途径,以及手艺,经济和情况的综合评价,以及问题的迫近.这一企图的方针是开发加工系统的各子系统,使之知足深切的前提下的需要,即切深局限从100~300mm.它包罗一种高效的金刚石圆锯片,以及为东西和工件接口处供应润滑的经改善系统,以便包管长时间不乱地工作.因为这对一个高度主动化的加工是根基的要求.研究工作分二个阶段进行:
  
  1,进行实验室试验,以便获得一些根蒂性的信息(材料的机能,切削力,温度和振动),作为机床和对象设计时应达到的必需改良的根基数据.
  
  2,在第一阶段数据的根蒂长进行对象和机床部件(锯片结块,润滑和修整系统)的开发.在第一阶段,本项目设计的要害之一就是使用小锯片模拟,以便考查加工的力,在对象和工件的接口处(磨削区)的温度,以及振动特征.当使用小锯片的时候,系统特征与工业应用中实际使用前提特征必需相匹配,这一点是至关主要的.为知足这一要求,很多作者提出了各类锯切模型,系统中的两个首要变量获得公认,即切削速度(Vc)和切割深度(ae).使用 这些参数和有关对象几何尺寸的信息,就能提出一个圆锯片锯切时的简化模型公式.
  
  heq =ae Vft /Vc λ
  
  使用这种公式或许再现工业应用中正常情形下附近的前提和力.
  
  石材加工中金刚石绳锯的使用前景
  
  金刚石绳锯在石材加工工业中,可用来加工和开采花岗石和大理石荒料已为世人公认.在欧洲,金刚石绳锯已被定为大理石的尺度开采东西,并正在有效地进入花岗石的开采中.金刚石绳锯的使用也在增加.如今花岗石,大理石加工的很多应用中都或许发现有绳锯在使 用.在上世纪九十年月早期,固定式金刚石绳锯机使用仅限于少少数石材加工者,他们已使 用这一手艺来进行石块的制备.从那时以来,在手艺上已有了很大分歧.1997年,一个相当新的设想在CNC掌握的绳锯机上商品化了,它具有锯切建筑用的相当复杂的外形的能力. 把最新机床概念,机床节制手艺和现代化的金刚石东西汇集一身,成为一个综合设备,能够凭据设计把石材加工成各类分歧的外形,在此之前必需破费大量的费用才能完成.这种金刚石绳锯的引入解除了建筑师和设计师们在实现他们表里石材装饰工程中外形设计在手艺和费用上的障碍.
  
  10~40mm厚的花岗石大尺寸薄板只有效常规的钢砂锯才能完成.因为锯片基体设计和与之相关的槽宽的限制,用圆锯片加工是毫不可能的.用金刚石绳锯取代这种过时的手艺,已经想了多少年了,可是直到1997年金刚石对象化之后才成为可能.这种锯机是专门设计用来实现用高档金刚石绳锯取代传统的框架锯.这种使用10根直径为8mm的金刚石绳锯的金刚石锯机的加工能力相当于二台传统的框架锯,同时加工的石板的外观描写获得改善,烧毁石材的量和功率的消费都获得降低.单单外观质量的改善就意味着后续的磨削加工的时间削减近20%.
  
  这种加工概念的成功,在很大水平上依靠于称作金刚石绳锯的东西的机能.有二个身分是这种应用成功的枢纽.首先,绳的直径直接决意着工件材料的实用性.最初,用于加工花岗石的金刚石绳锯的直径为10~12mm,然而今天,最小的直径局限达到6~8mm.其次是金刚石绳锯的实际机能.这能够用两种格局进行测量.其一,金刚石绳锯必需达到必然的切割速度,而且这个效率或许在长时间内连结,它还必需能使其带来的其它长处得以极大阐扬,例如降低功率损耗和材料的烧毁.为了实现这些长处,金刚石手艺更进步了一步.早期用于大理石开采的电镀金刚石绳锯使用了不规矩的自然金刚石磨料或相当易切的低于中等强度的金刚石,今天的金刚石绳锯使用的是相当完美的耐磨损的材料,使高强度,划定外形的人造金刚石产物具有的长处得以充裕地施展.
  
  DEBID研究了曩昔十年中金刚石绳锯的应用状况.研究集中在应用的细节上,希奇是东西,工件和机床设计之间的互相感化.这个过程许可DEBID把它的注重力集中在研究手段上,以便生产出能充实知足将来市场需要的人造金刚石产物,包孕产物和粒度,强度,热不变性和特征.
  
  现场试验使用在英国的DEBID的绳锯设备,按必然的法式进行.绳锯机的装备尽量接近平日生产的情况前提.
  
  过程近十年来的试验数据的阐明,大量的观测敷陈显示的趋势已经确认.一些观测到的趋势不是对象机能的,而是对绳锯工艺专用的.早期金刚石绳锯是电镀的,用来锯切大理石,紧接着用于花岗石的连系剂和烧结串珠被引入.今天的制造手艺最新成长能够见到热等静压制法生产的串珠.它带来了粉末冶金金刚石对象的批量生产的新范畴.同时也看到了烧结料的密度和一致性的较着改良.最后,还引入了单层或多层钎焊的金刚石对象,它供给了较现用的金刚石对象在金刚石磨粒露出高度和粘结巩固度方面的优胜性.这一效果使东西规范化,能够增加绳锯生产量并在必然水平上降低成本.
  
  加工数据进行了处理,以便生成正确的东西机能的表达式,个中包含二项,即当固定加工功率前提下的可达到的切割效率和对象的寿命.与工件的选择和加工参数分歧,影响对象机能的身分为金刚石品牌的手艺前提,其粒度分布,连系剂粉末冶金原料和制造方式.
  
  这些变量,当几种分歧的绳锯在同样的使用前提下进行评守时,发生了一个有趣的环境,应用的生产率是迥殊有趣的.在十年考查时代,这种应用取得的锯切效率均不乱地连结在170~250cm2/min的局限内.跟着这一结论的发生,能够断定,在这一范畴中的金刚石绳锯的使器具有显著的效益.金刚石绳锯已实现了这一增添,因为机能的改良带来成本的下降,包罗改善对象的寿命,因而,直接削减了加工成本.在研究初期,直径为10mm的金刚石绳锯的使用寿命的工业尺度指数为5m2/m(绳锯),到了研究后期,这一指数增加了2倍.〖CM(19*2〗加工成本上显著下降,因而促进了应用的增进.
  
  正如所看到的,尽管今朝经济上呈现一些杂沓,但石材加工仍不变地一连增加.在几乎所有有合适的自然资源的国度,在石材的开采和加工方面毫无疑问地都在增加.可是最终的石材产物的大部门生产来自于三个首要国度,横跨两大洲.在这两大洲之间存在大量的经济和手艺上的分歧.因而对机床,对象,乃至于金刚石产物的手艺要求有伟大的分歧. 因为欧洲国度在起劲连结其成本的竞争能力,所以在手艺开发方面进行了大量的测验,它正在络续地改良工件的实用性.经由金刚石绳锯应用的增加,高精度的机床的使用,能 够进行大切深和严密的锯切,以及多根绳锯的开发操纵,都能够看到这些进展.产量的增添首要来历于三个区域,在那边或许实现成本降低.

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