從試驗中最重要的發(fā)現(xiàn)之一是采用較小直徑的繩鋸將顯著降低進給壓力。減小25%直徑的繩鋸將使給進壓力減少25%以上。鋸切過程中與普通繩鋸運轉(zhuǎn)相比較,其繩鋸的磨損與偏斜都降低到最低水準。
總之,當前用于建筑工地的繩鋸鋸機結(jié)構(gòu)過大,從易于操作和搬移角度來說,不符合人機工程學要求。為此需要一種小而輕巧的具有多功能繩鋸鋸機。新研制的繩鋸鋸機一個上人即可完成全部安裝和操作整個系統(tǒng),機器的各個部件易于安裝與拆卸,每個部件重量不大于25Kg。該機由于采用新研制繩鋸工具,將產(chǎn)生更少的廢料,更低的噪聲和更少的污染,從而使該繩鋸機的優(yōu)越性能更為突出。
金剛石繩鋸最初只用于開采天然石材http://www.stonebuy.com/,第一代金剛石繩鋸串珠為電鍍型,后又開發(fā)出燒結(jié)型。電鍍串珠上的金剛石足用鎳粘結(jié)劑把持;燒結(jié)型串珠上的金剛石是用金屬粘結(jié)劑(如鈷)把持。前者含有一層金剛石,而后者為多層金剮石。電鍍型金剛石串珠在初始切削階段其切削速度較快,但很快就會磨損,特別是在切削硬巖時尤為如此;燒結(jié)型金剛石串珠的切削速度比較慢,但壽命非常高。這兩類型串珠上,金剛石在胎體中隨意分布,靠機械http://www.stonebuy.com/machine/方式把持。其缺點是金剛石顆粒不能完全出露進行有效切削,而且還會因拉拔力的作用使其嚴重損耗。另外,金剛石顆粒的隨意排列常使金剛石分布不均勻,其結(jié)果是在金剛石濃度高的區(qū)域,許多金剛石不能充分有效地利用,造成浪費,并往往會堵塞排屑通道;而在金剛石濃度低的區(qū)域,一些金剛石顆粒由于得不到鄰近金剛石的補強.負荷過重,因此易于破碎.不能進行有效切削。
與電鍍金剛石串珠繩鋸相比,熱壓金剛石串珠胎體性能調(diào)整范圍大,胎體對金剛石的把持力強,適于切割花崗巖和鋼筋混凝土等硬質(zhì)切割對象,因而在繩鋸市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html中占有2/3的份額。
實踐發(fā)現(xiàn),國內(nèi)研發(fā)熱壓金剛石串珠繩鋸普遍存在如下問題:
(1).胎體性能與切割對象不匹配,使用過程中金剛石掉粒嚴重,切削效率和壽命與國際先進水平存在較大差距;
(2).串珠胎體與基體粘結(jié)不牢,胎體部分掉塊及整體脫落的現(xiàn)象較為嚴重;
(3).串珠固定效果差,部分串珠存在繞鋼絲轉(zhuǎn)動及沿鋼絲繩軸向串動的現(xiàn)象;
(4).鋼絲繩斷繩頻繁,壽命短;
為解決使用過程中存在的問題,郭樺等經(jīng)大量探索性研究后認為,在研發(fā)熱壓燒結(jié)金剛石串珠繩鋸過程中,必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是;
(1).串珠胎體配方設計,包括如何提高金屬結(jié)合劑對金剛石的把持力及胎體與基體粘結(jié)強度;
(2).串珠制造工藝,包括串珠冷壓、熱壓及相應的模具設計;
(3).串珠固定材料與固定技術(shù)。在這三項技術(shù)中,胎體配方設計和制造工藝尤為重要。
為了解決上述問題,臺灣中國http://www.stonebuy.com磨輪公司(KINIK)己研制出一種釬焊型金剛石繩鋸串珠。這種串珠上的金剛石是通過釬焊使其牢固地把持在基體上,這種方法可使金剛石顆粒均勻分布。每粒金剛石都能有效地切削,從而減少了金剛石的用量,避免浪費,同時還可使切屑暢通無阻。實踐表明,DicGrid釬焊型金剛石串珠的切削效率是普通型金剛石串珠的4倍。
釬焊與電鍍制造金剛石工具對比:
常規(guī)電鍍工藝與釬焊工藝同樣專長于制造單層金剛石工具,比較一下兩種工藝的特點就可以預計各自應用的前景。
尺寸精度:電鍍(外鍍)和釬焊兩種工藝都是以鋼基體為襯底。各自以不同的工藝在鋼基體上涂覆一層金剛石,林增棟認為二者金剛石涂覆精度是相近的,但是,對于尺寸較大的工具,電鍍工藝較釬焊工藝更精確一點。原因是釬焊工藝不可避免地承受的高溫加熱(如800-1000℃),從而鋼基體在熱脹冷縮的過程中發(fā)生微量形變,而足以影響工具的尺寸精度。
磨削效率:釬焊金剛石工具出刃可以是金剛石高度的2/3,所以磨削效率高,且有利于沖刷磨屑,表面磨粒不易因堵塞而失去磨削能力。
金剛石顆粒排列:電鍍單層金剛石以埋砂法上砂,金剛石均呈密集而無序狀態(tài)排布。釬焊法金剛石顆?捎行蚺帕校饎幨上】擅。既節(jié)省金剛石,又有利于適應不同的磨削或其它使用要求。
金剛石工具壽命:釬焊是金剛石顆粒與釬焊合金冶金結(jié)合,即被牢固地焊接,而電鍍金剛石工具中金剛石顆粒僅僅被電鍍金屬沉積嵌鑲,兩者之間沒有冶金結(jié)合,當金剛石磨損超過最大截面,必然脫落,所以釬焊金剛石工具壽命更高。
對金剛石性能的影響:釬焊金剛石工具中的金剛石必須承受高溫,雖然時間很短.但足以使合壬全金剛石強度下降,所以必須選用熱穩(wěn)定性好的金剛石,以及與金剛石表面反應不激烈的釬焊合金。若加熱時間長,或選材不當,均會造成對金剛石表面的損傷,有的甚至還會破壞兩者之間的粘結(jié)力。
生產(chǎn)周期:由于電鍍層沉積、加厚,一般以5-1-um/h的速度進行,這決定了電鍍金剛石工具生產(chǎn)周期很長;釬焊金剛石工具制造則是高效率的,其速度取決于加熱的方法,方法得當,十分鐘左右可完成,而且與選用的金剛石顆粒粗細無關(guān)。
制造成本釬焊法金剛石濃度可以控制.可疏可密,能夠節(jié)省金剛石,釬焊合金用量也可控制。
電鍍型金剛石串珠的胎體形狀為凸形;燒結(jié)型金剛石串珠的胎體形狀為平緩形;而釬焊型金剛石串珠由于釬焊對金剛石的濕潤.其胎體形狀為凹形。由于胎體形狀不同,普通型串珠的金剛石出刃高度限制在磨粒高度的1/3:而釬焊型串珠的出刃高度可達2/3。普通型金造剛石串珠一般只含O.5克拉金剛石;而DiaGrid釬焊型金剛石串珠只含O.l克拉金剛石,雖然金剛石含量少,但每粒金剛石都能有效地工作,不僅成本降低,而且切削性能提高,在鋸切花崗巖和大理石時,其壽命與普通型相似。在制作釬焊型金剛石串珠時,重要的是要選用強度高,質(zhì)量穩(wěn)定的金剛石,如DeBeers公司的SDAl00+(粒度尺寸40/50)。DiaGrid釬焊金剛石串珠通過在美國、德國、意大利和臺灣的廣泛試驗,獲得令人滿意的切削效果。
普通串珠的最小直徑大約為8mm,而Dia Grid釬焊型串珠的最小直徑為6mm,這種串珠目前在世界上廣泛用來加工復雜形狀的石材http://www.stonebuy.com/產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/[1]。
鋼絲繩作為串珠的承載體,對繩鋸切削性能影響重大。如果鋼絲繩壽命短,斷繩頻繁,串珠的切割性能無法體現(xiàn)出來。研究發(fā)現(xiàn),要提高鋼絲繩的使用壽命,應該提高鋼絲繩的抗疲勞強度,在鋼絲繩的所有力學性能指標中,最關(guān)鍵的指標是鋼絲繩的抗疲勞強度。以直徑8.5mm繩鋸為例,繩鋸長14.8m,切割線速度為30m/s,繩鋸每轉(zhuǎn)一圈,由彎變直,由直變彎交替循環(huán)兩次。一條繩鋸的使用時間約為500-1000h(因切割對象寬窄不同而變化),則至少循環(huán)380萬次,彎變直循環(huán)700萬次以上。更何況繩鋸使用時還會由于機器運轉(zhuǎn)不很平穩(wěn)而出現(xiàn)高頻率振動。因此,鋼絲繩必須有較高的抗疲勞強度才能滿足繩鋸使用的要求。
串珠固定技術(shù),常見的串珠固定方法有彈簧固定、塑料或橡膠固定、彈簧+塑料或橡膠復合固定等方法。和彈簧固定方法相比,塑料或橡膠固定有如下兩個優(yōu)點:
(1).塑料或橡膠把鋼絲繩包裹起來,防止攜帶巖粉的冷卻水腐蝕和磨損鋼絲繩;
(2).把串珠可靠固定在鋼絲繩上,防止串珠轉(zhuǎn)動和串動,使串珠基體內(nèi)孔不能磨損鋼絲繩。
因此,切割強研磨性物質(zhì)如花崗巖和混凝土等均來采用塑料或橡膠固定的方法。彈簧+塑料或橡膠復合固定方法能更可靠將串珠固定在鋼絲繩上,但制造成本高。
金剛石繩鋸可切割較厚的板材,比圓鋸片所切的要厚得多,切削速度要比排鋸快得多。與普通工具不同的是它可以在現(xiàn)場直接進行鋸切,而普通工具得在工廠內(nèi)進行鋸切。實踐表明,多組繩鋸切割花崗巖時,其效率要比排鋸高,既可直線切割,也可曲線切割,可以把石材http://www.stonebuy.com/切割成較為復雜的形狀。
由于繩鋸有上述特點.因此在右材加工領(lǐng)域中的應用呈上升趨勢。目前在世界所有的金剛石鋸切產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/中,金剛石繩鋸幾乎占到10%的市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html份額,預計將來會快速增長。
近年來,金剛石串珠繩鋸與金剛石帶鋸聯(lián)合開采在大理石礦山得到充分應用,隨著人們對大理石鋸切開采技術(shù)的提商,對金剛石串珠繩鋸的進一步認識,有理由相信,在不久的將來,金剛石串珠繩鋸將在我國大理石采礦得到廣泛應用,使我國礦山開采工藝達到世界先進水平。
為了提高金剛石繩鋸的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量,降低成本,選用合理的參數(shù)是至關(guān)重要的。為此,劉寶昌等[2],在理論分析和試驗的基礎上,對金剛石繩鋸的鋸切軌跡和鋸切機理進行了研究得出如下結(jié)論:
(1).金剛石繩鋸的鋸切曲線近似為圓的漸開線,鋸繩拉力及單位長度鋸繩施加給石材http://www.stonebuy.com/的壓力決定了該漸開線的形狀;
(2).金剛石繩鋸鋸切線速度高,鋸切過程中單顆粒金剛石設施加在石材http://www.stonebuy.com/上的壓力很小,不足以使石材http://www.stonebuy.com/產(chǎn)生體積破碎,其主要碎巖方式是赫茲破碎(Hertzian Fracture),主要以高速磨削的方式實現(xiàn)鋸切,故切屑粒度細小;
(3).根據(jù)金剛石繩鋸的碎巖機理,鋸切時應適當控制鋸繩拉力,保證一定的鋸繩線速度,選用耐磨性好的金剛石和胎體,保證良好的冷卻。以提高鋸切速度,延長鋸繩壽命。
金剛石繩鋸切割打澇沉船。2002年12月14日,Tricolor貨船由澤布呂赫(ZeebrUgge)港開往南普敦港(South-ampton)途中,由于濃霧,與德國一艘開往卡里巴(Kariba)港的集裝箱貨船相撞,Tricolor貨船上裝有3000臺各式轎車(奧迪、寶馬、沃爾沃和紳寶)、起重機、推土機,碰撞后半小時沉沒。出事后.有關(guān)當局立即作出打澇Tricolor沉船的決定。Tricolor號船長190m,寬32m,13個貨艙有27000噸重。打澇委托荷蘭SMITSALVAGEB.V公司,因該公司在打澇俄羅斯庫爾斯克(Kursk)僭艇時曾經(jīng)取得過輝煌的成績。為了打澇貨船,這個跨國集團進行了認真調(diào)研,決定采用金剛石繩鋸技術(shù)把其沉船鋸成3000噸重的小塊,然后一塊一塊的運送到澤布呂赫港進行處理,顯然這是采用金剛石繩鋸打澇沉船技術(shù)上一大進步。[3]
金剛石串珠繩鋸是使用柔性刀具進行石材http://www.stonebuy.com/回采和石材http://www.stonebuy.com/加工的設備,尤其是在花崗巖回采中,與傳統(tǒng)的火焰切割、爆破等方法相比,回采出的石材http://www.stonebuy.com/荒料形狀規(guī)則、整齊,省去了后續(xù)荒料整形工序,大幅度的捉提高了成材率,且在生產(chǎn)過程中能耗低,震動小,噪聲低,無粉塵,環(huán)境友好性好,優(yōu)越性十分明顯。[4,5]
由于花崗巖的硬度高,在回采過程中串珠上的的損耗仍然較大,為了解決上述問題,張進生等,對金剛石串珠繩鋸用于石島紅花崗石回采的串珠繩磨損性能與鋸切速度、串珠繩鋸預緊力等工藝參數(shù)之間的關(guān)系進行了研究,指出:
(1).金剛石串珠繩鋸回采花崗石的加工機制主要是磨削和滑擦,金剛石串珠繩鋸線速度高,鋸切中金剛石單刃所受壓強小,金剛石顆粒的磨損形態(tài)主要是磨粒磨損,局部破碎,在一定的加工條件下,存在一個最佳的鋸切線速度,使串珠繩磨損最小,鋸切率最高。對于石島紅花崗巖礦體,在預緊力為1800N左右時,最佳的回采速度在2lm/s-23m/s范圍之內(nèi);
(2).在一定的工作速度范圍內(nèi),金剛石串珠繩的預緊力越大,串珠繩的鋸切力越大,效率越高,串珠繩的耐磨損性能越低。綜合金剛石串珠繩鋸的回采效率和串珠繩鋸的耐磨損性能,回采石島紅花崗石預緊力合理的取值范圍是1600N-1800N;
(3).金剛石串珠繩鋸用于回采花崗石,作業(yè)安全、噪音低、切割石料規(guī)整、切縫小,環(huán)境友好性好?傮w經(jīng)濟、社會效益顯著,應用前景廣闊[6]。
繩鋸的研究在我國起步較晚,但近年來發(fā)展速度非?臁S捎谄湓诮Y(jié)構(gòu)上具有剛?cè)嵯酀膬?yōu)異性能.加工方式具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢,將會越來越擴大其應用范圍。國內(nèi)外很少見到有關(guān)繩鋸產(chǎn)量的報道,根據(jù)一些文獻[7]估計,世界年用量約為150萬米,價值5000萬美元。國內(nèi)繩鋸年用量的價值已超過了2000萬元人民幣;而且仍在高速發(fā)展之中,種種積極的因素決定了我國繩鋸有著光明的前景。這些因素包括了宏觀方面的因素,如國內(nèi)高速發(fā)展的經(jīng)濟、對環(huán)保的重視;也包括行業(yè)方面的因素,經(jīng)過全行業(yè)的共同努力,我國人造金剛石已是世界第一生產(chǎn)大國,金剛石單晶的生產(chǎn)和一些傳統(tǒng)的工具如刀頭、砂輪的生產(chǎn),利潤己很微薄,人們必定尋找高附加值的產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/。繩鋸的發(fā)展因其技術(shù)難度較高而開發(fā)相對滯后,近年來國內(nèi)由于生產(chǎn)廠家少而維持較好的效益,且具備良好的發(fā)展前景,產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移會大大促進繩鋸的發(fā)展。
60條以上的多繩式繩鋸的出現(xiàn),為繩鋸的發(fā)展帶來了良機,使其替代傳統(tǒng)的砂鋸鋸切大板為可能;數(shù)字控制技術(shù)的快速發(fā)展,人們對異型石材http://www.stonebuy.com/的增多,均為繩鋸的發(fā)展帶來良好的機會,目前國外最小的串珠繩做到3mm。據(jù)稱,桂林帝產(chǎn)地質(zhì)研究院在2000年就完成了直徑lOmm燒結(jié)注塑式繩鋸的開發(fā),其性能達到國外先進水平的80%-90%,且具有價格上的優(yōu)勢;近年來又在直徑8 mm上取得成功。兩個毫米的差距整整花去了3年的時間。這些技術(shù)上的突破,必將帶來繩鋸的加速發(fā)展[8]。
我國目前建筑業(yè)高速發(fā)展,尤其是城市拆遷、改建的工程量非常巨大,繩鋸在這一領(lǐng)域中的應用市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html非常廣闊。建筑領(lǐng)域中用繩鋸,國外一般用釬焊注塑式,很多情況下采用干切式加工,其巨大的市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html潛力值得業(yè)內(nèi)人士為之努力。
目前鋸切花崗石等硬質(zhì)石材http://www.stonebuy.com/大板均采用砂鋸,污染大、效率低,且鋸切中產(chǎn)生大量的廢料;多繩式繩鋸的出現(xiàn),使串珠繩鋸加工在這—領(lǐng)域的競爭能力大大提高,并且具有加工效率高、占地面積少,低能耗、少廢料等優(yōu)點。雖然加工成本較砂鋸高出20%左右,由于繩鋸鋸切技術(shù)的不斷發(fā)展,其成本一直在下降,加上節(jié)能,環(huán)保等優(yōu)點,相信在不久的將來會取代砂鋸,占據(jù)硬質(zhì)石材http://www.stonebuy.com/大板加工這一巨大市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html。
繩鋸是目前西方國家礦山開采必不可少們的工具。在我國,出于從事荒料開采的業(yè)主大多數(shù)為中、小企業(yè)http://www.stonebuy.com/enterprise/,粗獷式開采方式,不可能配備價格昂貴的繩鋸開采設備,以致造成石材http://www.stonebuy.com/資源的大量耗費,隨著國家對資源、環(huán)境的重視:隨著相關(guān)企業(yè)http://www.stonebuy.com/enterprise/技術(shù)、資金的積累:繩鋸這種先進的礦山開采工具終將被企業(yè)http://www.stonebuy.com/enterprise/所接受,并大大地提升國內(nèi)這一技術(shù)領(lǐng)域的水平。
繩鋸的應用范圍非常廣泛,工作環(huán)境千差萬別,要求繩鋸的制作必須具有較強的針對性,生產(chǎn)出具有不同性能的繩鋸以滿足不同的使用要求。
國外繩鋸的高水平來源于其各方面的技術(shù)領(lǐng)先。高質(zhì)量、專用的合金粉,先進的金剛石制粒技術(shù)和鍍覆技術(shù),成熟的高溫釬焊技術(shù)等等,均是其技術(shù)成功的重要條件。在國內(nèi),這些技術(shù)多數(shù)還處于研究階段。一個成功的產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/,需要很多成功的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/的支持;反之,一個好的產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/也能給眾多相關(guān)的產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/和技術(shù)帶來巨大的機遇。中國http://www.stonebuy.com的繩鋸生產(chǎn)廠家應跟相關(guān)行業(yè)協(xié)同合作、共同發(fā)展;同樣,相關(guān)行業(yè)的有識之士應抓住繩鋸這一發(fā)展機遇,提高技術(shù)水平,實現(xiàn)替代國外的技術(shù)和產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/。
目前,國內(nèi)金剛石繩鋸的使用基本上限于石材http://www.stonebuy.com/的異型加工,其它更多領(lǐng)域很少涉及。從我國的大環(huán)境來看,經(jīng)濟多年來一直高速發(fā)展,城市面貌變化日新月異,這些決定了在建筑、拆遷等諸多方面金剛石繩鋸大有可為。行業(yè)有識之士應加快釬焊式繩鋸的開發(fā)或者設計出這類要求的串珠繩快速占領(lǐng)這一巨大市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html。
在國外、60條以上多繩式繩鋸的出現(xiàn),繩鋸代替砂鋸鋸花崗石大板的趨勢日益明顯;隨著繩鋸設備的這一突破,將帶來巨大的市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html;目前我國生產(chǎn)的某些類型的串珠繩在質(zhì)量上與國外同類產(chǎn)品http://www.stonebuy.com/sample/相比相差無幾,而在價格上具有一定優(yōu)勢,完全可以打入到國外的市場http://www.stonebuy.com/enterprise/FuJian/QuanZhouShi.html。
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鄭州磨料磨具研究所 王光祖
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