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金刚石圆锯片高速锯切花岗石的研究


在众多的建筑装饰石材中,花岗石质地坚硬密实、不易风化,而且其天然矿物结晶纹理形成了绚丽的颜色,所以很受青睐,多用作建筑物外墙和厅堂、走廊、浴室、厨房、泳池等的墙面砖或地板砖。
一般采石场开采花岗石荒料以及将花岗石荒料锯切成板材都普遍采用了金刚石串珠绳锯。但在小规格花岗石板材和花岗石贴面砖的生产中主要还是采用金刚石圆锯片。例如锯切厚度在10?15mm以下,宽度不大于400mm的板材时,大多使用直径为1000mm的金刚石圆锯片。原因是这种锯切方法可靠,具有较高的生产效率和较好的锯切质量。不过,杏耀娱乐测速网址目前常用的金刚石圆锯片的厚度较大。因此,对被锯切石材的损耗也较大,据估计几乎占到50%[1]。众所周知,花岗石是不可再生的天然资源,特别是品种稀缺的花岗石弥足珍贵,在加工过程中应尽量减少原料的损耗。另外,在小规格板材的生产过程中,金刚石圆锯片的锯切成本约占2/3[1]。因此,采用尽可能薄的金刚石锯片以减小锯缝宽度,既可减少石材资源的浪费,又可提高石材荒料的成材率。但是,薄型金刚石锯片的刚性较差,在锯切过程中往往引起锯片挠曲而降低锯切质量。提高薄型金刚石锯片的转速,由于离心力增加就有可能提高它在锯切过程中的轴向刚性。德国汉诺威大学J·Bockhorst博士在这方面进行了实验研究工作[1]。有些技术问题值得探讨。

1 关于临界速度问题
Bockhorst指出,迄今为止,金刚石圆锯片锯切试验时的线速度只达到60m/s,远未达到其临界速度。
在旋转机械设计中,应用坎贝尔图(Campbell Diagtam)可以避免在机器运行速度范围内发生共振。Bockhorst根据坎贝尔图原理绘制出直径为1000mm,芯片厚度分别为3mm和5mm的金刚石圆锯片的坎贝尔图,如图1所示。图中虚线代表芯片厚度为5mm的锯片频率曲线;实线代表芯片厚度为3mm的锯片的频率曲线。


旋转着的锯片有无数个本征频率,在此频率锯片以一定方式振动。杏耀娱乐测速网址锯片的临界速度直接取决于锯片的本征频率。芯片越薄的锯片其第一本征频率也越低。从图1中可看出,芯片厚度为5mm的锯片的临界速度范围在105?130m/s之间,而芯片厚度为3mm的锯片的临界速度则低得多,在64?90m/s之间,这是因为芯片较薄的锯片的第一本征频率低得多。如图1所示,芯片厚度为3mm的锯片的第一本征频率为?e=20.4Hz;而芯片厚度为5mm的锯片的第一本征频率为?e=36.0Hz。锯片在临界速度范围内旋转会引起严重挠曲变形,因为其轴向刚性急剧下降。
任何物体都有它的本征频率。本征频率由物体的结构、形状、大小、材质等因素决定。图1中的临界速度范围所对应的锯片的物理特性是:锯片直径为1000mm,刀头数为70,芯片厚度分别为3mm(实线)和5mm(虚线),芯片材料为50CrV4钢。
应指出的是,理论上所确定的临界速度应通过实际锯切试验来核实。为此Bockhorst做了如下试验:取芯片厚度为3mm的锯片锯切大理石。因为在大理石这样的软石材中的锯切偏斜现象比在花岗石这样的硬石材中更容易看出来。试验时锯切深度较小,取ae=2.5mm,所以施加的锯切力也很小,虽然会引起锯片振动,但不会影响锯片的动态特性。锯片的技术规格为:直径1000mm,芯片厚3mm,芯片材质50CrV4钢,刀头宽4.2?3.8mm,刀头数70,金刚石粒度40/50目。锯切时的进给速度为2m/min。在不同的锯切速度下,与锯切速度相关的锯缝偏斜状况如图2所示。

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