石材工艺学笫五章石材的加工工具与使用技术.ppt

笫5章,石材的加工工具与使用技术,5.1 金刚石工具的结构类型与技术性能,5.2 金刚石工具的冷却润滑技术,5.3 金刚石圆锯片的选用原则,5.4 磨料与磨具,5.5 磨具的选用,5.1 金刚石工具的结构类型与技术性能 一.人造金刚石的品种与用途,20/25，基本粒为710m；25/30，基本粒为600m。而30/35，基本粒为500m；35/40，基本粒为425m， 40/50，425/355m；50/60，300/250；60/70；250/212；70/80，212/180；80/100，180/150,二.金刚石颗粒性质,我国的金刚石抗压强度是指单粒金刚石在静压作用下，破碎时的负荷值，以N表示。一般而言，RVD系列金刚石强度为2kgf左右,MBD系列金刚石强度为2.416.2kgf，SMD系列金刚石强度为1093.8kgf,DMD系列金刚石强度为34.5109.8kgf。,国际上主要生产大国如美国、南非、日本等都采用冲击强度(冲击韧性TI、热冲击韧性TTI)检测来评判金刚石强度。,等积体是指长轴与短轴之比不大于1.51,金刚石颗粒的性质包括粒度、形貌、包裹体、冲击强度、抗压强度、热稳定性等 ,这些性质决定了金刚石工具最终的使用性能。,SMD系列人造金刚石的抗压强度 单位：kg/mm2,MBD人造金刚石,RVD人造金刚石,金刚石晶型不规则，自锐性好，表面粗糙，与树脂结合剂粘接牢固。,MBD 金刚石晶型较不规则,透明度较好,热稳定性较好,抗冲击性较好,适用于金属结合剂制品,具有耐磨性好、杂质含量低、强度高、使用寿命长等特点,适用于金刚石锯切片、金刚石地质钻头、金刚石电镀工具等。,RVG金刚石,RVG（美国GE)金刚石是根据树脂结合剂的应用特点专业制造的金刚石产品,经过多次磨削实验，是综合考虑成本,效率,寿命的最佳选择,浅绿色,多晶体,不规则形状,极好的自锐性。完美的兼顾了磨削效率和使用寿命。,晶体形状为规则、完整的六-八面体,纯净度高,有很高的强度、韧性和很好的热稳定性,抗冲击能力强,是中等品级含较高比例完整晶形的金刚石,杂质少等特点 。 用途: 适用于制造锯切硬质石材的工具,如:绳锯、带锯、组锯、大锯片等。,SMD单晶系列,单晶特征：体很完整、单颗粒抗压强度很高、韧性好、晶粒粗大用途：用以制作修整工具及其它单颗粒修整工具粒度.,HXM-DMD人造金刚石,SCD 颗粒形状多为等积形,晶体表面不规则,具有一定的脆性. 适用于加工钢和硬质合金专用磨粒,SCD01,三.金刚石工具的结构类型 1. 金刚石圆锯片 （1）金刚石圆锯片的槽型与结构形式,无水槽圆锯片，基体不带水槽，外缘节块为连续金刚石层刃口，直径较小，一般为100300mm,锯切时锯缝窄，光泽度好，通常为修边和切边用。 窄水槽圆锯片，其基体带窄水槽，直径一般为200mm800mm，通常用来切边和切小规格板材用，特别适合切削花岗岩和大理石毛光板。 宽水槽圆锯片，锯切速度高，基体带宽水槽，排屑、冷却效果好，基体使用寿命长。,（2）金刚石圆锯片的存放、安装检测,锯片平面与工作台面相互垂直； 检查主轴的径向摆动度、砝兰盘和砝兰盘组的端面摆动、锯片的端面摆动与锯片的平行度，其工差应小于对应的规定值。,平放或挂在专用轴上,（3）预应力处理:张力处理,锯切过程中锯片受周向压应力产生变形后呈“裙边”状，对锯片切割质量和使用寿命影响最大,锯片在使用前先使锯片基体内部形成一分布适当的张应力（适张度），力图使该应力能抵消锯切过程产生的压压力，以提高锯片轴向刚性和稳定性，抑制锯片的变形。,上产生了相互压紧力，外环受推挤力，它将抵消或大部分抵消锯切时产生的环向压压力；内环受压缩力，它可抑制提高锯片转速后所产生的内孔拉伸力破坏；滚压区则受到外环和内环的反作用。,处理方法： 在锯片上某一区域进行滚压，使该区域材料发生塑性变形，滚压区域外材料发生弹性变形。停止滚压后，滚压区内的变形不可恢复，滚压区域外材料力图恢复至变形前位置，于是两层材料的分界面, 张力处理力学模型：在锯片上某一环形区滚压，使该区域塑性变形 根据弹塑性理论，可推导出外环的应力分布为： 式中： r滚压区（中环）外缘半径；mm b一锯片外缘半径 ； mm q一单位滚压力； Ncm2 r径向应力 ； Ncm2 周向应力。, 张力处理机原理 锯片变形的微机自动检测系统原理,锯片装在带有轴承的轴上，由自动调节加压系统加压，使之达到所需的单位压力q,再由驱动系统中的驱动辊带动锯片旋动,锯片带动加压辊转动,完成一周的张力滚压运动.,检测张力处理前的应变的性质与分布,就可以根据弹塑性理论求出应力的性质与分布,2.金刚石锯条,（1）结构与规格,由长2-4m，宽15-20cm的钢带与焊在上面的金刚石刀头组成;刀头一般不等距排列 (消除锯条与刀头的共振).幻灯片 21,钢带:65Mn 或 70Mn,（2）安装与检测,安装前的准备:计算间隔板厚度,检查其平行度,检查锯条两端的拉紧装置等,锯条张紧:确定张紧力,先初步张紧,待全部锯条安装完后再进行最后张紧,安装:先安装好中间一根锯条,再两边依次安装其他锯条,锯条安装误差的检测:检测锯条的水平度与垂直度,（3）使用技术与工艺参数,下锯速度:花岗石3-4cm/h,软、中硬大理石8-12cm/h,开始的下锯速度为正常的三分之一到二分之一,冷却水适量，最好为软、中性水,3.金刚石铣磨工具,（1）类型与结构,（2）用途,由基体和金刚石节块组成 分类：平面加工 异型加工 碟型铣磨盘 辊式铣磨滚筒 圆盘式,平面加工 异型加工,企业网站：泉州众志金刚石工具公司http:/www.zhongzhi.biz/about.html,三.钢砂与锯条,锯条类型与规格：,孔洞型锯条,钢砂：粒径、硬度、韧性和耐磨性,普通平板式钢带锯条 沟纹型锯条：厚度3.5-5mm，宽度90-120mm，长度3500-4500mm，沟纹深度0.2mm，宽度14-16mm，沟纹间距140-150mm,5.2 金刚石工具的冷却润滑技术,一.冷却润滑剂的作用机理,1.冷却：降低界面温度 ，防止金刚石高温氧化,2.排屑：高分子絮凝剂快速聚结石粉颗粒沉降，防止二次磨损,3.润滑：减少基体、刀头与石材的摩擦,冷却润滑剂的组成：阴离子表面活性剂（大多为,高分子絮凝剂,脂肪酸钠RCOONa） 矿物油,使用润滑冷却液可以提高锯片刀头的寿命和效率达到30%以上 。,二. 使用条件,1.有循环水系统及沉淀池,2.要求研磨机有独立的供排水系统,3.水压应大于2MPa,4.石材越硬，晶粒越大和石英含量越高，冷却润滑液的作用效果越差。,5.3 金刚石圆锯片的选用原则,1. 锯片功能适应加工石材的性能,金刚石刀头的性能应当与所锯切石材的物理、力学性能相适应。,影响金刚石圆锯片寿命与效率因素,锯切参数、金刚石浓度与粒度、胎体（结合剂）,胎体功能主要有两个：一是“包镶”切削元件，二是与切削元件“匹配”磨损。,2. 几何尺寸因素：,根据切割材料的规格和质量要求选定圆锯片的直径及槽型。,（1）锯片的直径一般约为被锯切工件的三倍，并配用适宜的砝兰盘。,（2）根据加工精度要求选定锯片结构形式,要求锯切表面平整光滑或加工较薄且易崩边的石材时，应选用窄槽型或连续型锯片，以保证切割质量；当对锯切表面要求不高或锯切较厚的石材时，选用宽槽型锯片可提高锯切效率。,3. 设备条件：,根据设备条件选用锯片,（1）偏摆超标的或精度较差的锯切设备，选用耐磨型结合剂，以保证锯片的使用寿命,（2）较新的、精度好的锯切设备，可采用快速型结合剂，以提高锯切效率；,（3）线速度较低的锯切设备宜选用耐磨型结合剂,5.4 磨料与磨具,可用于磨削、研磨或抛光的材料称为磨料。,一. 磨料的分类与性能,1.磨料的分类： 按照其来源可以分为： (1)天然磨料和人造磨料:天然金刚石、石英砂、石榴子石砂、天然刚玉等；碳化硅（金刚砂）、刚玉、碳化硼、人造金刚石等 （2）按照磨料的性能可以分为：普通磨料和超硬磨料。,金刚石、立方氮化硼,2 .磨料必须具有的基本性能,1）高硬度粗磨时比被加工件高34倍,2）具备一定的韧性、有适当的抗破碎性及自锐性,磨料的硬度：莫氏硬度与显微维氏硬度,名 称 莫氏硬度 金刚石 10 立方氮化硼 9.7 碳化硼 9.29.6 碳化硅 9.4 单晶刚玉 9.4,6） 可被加工成不同的形状和粒度,5）与被加工材料不产生化学反应,4）高温下保持固有的硬度和强度,3）磨料应具备一定机械强度,抗压强度和抗拉强度用单颗粒测定。 韧性用静压法测定（在定型模子中受规定压力之后，未被压碎颗粒所占百分率）。,二. 磨料的粒度与粒度组成 磨料的粒度是指磨料的颗粒尺寸。 按照国家标准GB247783的规定，传统磨料的粒度组成按粒度大小分为4类42号。 第一类：磨料 4#80# ； 第二类：磨粉 100#240# ； 第三类：微粉 W63W65； 第四类：精微粉 W3.5W0.5。 磨料粒度号与其对应的基本粒的尺寸范围可查表。,三 . 磨料的几何形状 1. 磨料形状对性能的影响 影响磨料的韧性和机械强度，适宜的磨料形状能保证磨粒具有足够的切削刃数 如等积状、片状、短柱状、针状 2. 影响磨料形状的因素：化学成分及破碎方法 3. 磨料形状的测量与表示方式 形状系数k=W实际/W理想 W实际-磨粒实际重量； W理想-与磨粒材料相同的球体重量,四. 磨具的结合剂、填料及附加材料 磨块（或称磨石）是由磨料、结合剂和填料制成。 1、结合剂 结合剂是用来以机械结合方式固着磨料颗粒，使之成为有一定形状、硬度和强度的磨块。结合剂的性能直接影响磨具的性能，要求结合剂的磨损与磨粒的出刃相适应，以保证磨具的自锐性，即磨粒的不断磨钝、脱落与新磨粒的不断裸露的速度相适应。 结合剂还要求具有一定的耐湿性和耐腐蚀性。,结合剂的类型： （1）菱苦土结合剂、水泥结合剂：分别粗磨1-4#、 1-3#磨石 （2）（酚醛、环氧、不饱和聚酯）树脂结合剂： （3）金属结合剂：金刚石磨具，冷却水量要求大,http:/www.dadelimoju.com/dadeli/cn/Products_detail.asp?class_id=37&id=346,2.填料： （1）在磨石制作中加入填料的目的是形成内部气孔和调整磨石组织。 磨石内部的孔隙在磨削时具有排屑和容水的作用。 （2）填料具有调整磨石组织的作用，使磨石的硬度适中恰到好处；还可以提高磨石的强度，缩短树脂的固化时间，减少固化中的变形等作用。 （3）在由粗到细的系列磨石中，填料的添加量依次增加，硬度和致密度依次递减，从而使磨石有好的自锐性,使磨石始终保持良好的磨削效率。（为什么？）,3. 附加材料 附加材料的选择原则为：对结合剂和工件无破坏作用；能满足磨石的某些特殊性能要求；基本无毒性。如在菱苦土磨石制作中加入稳定剂，加入亚硝酸盐作防腐剂，加入强电解质盐类作分散剂等等。,五. 磨具的使用性能 磨具的使用性能包括磨具的硬度、粒度和组织结构。 1.磨具的组织：磨具中磨粒、结合剂和气孔三者的体积关系。 （1）表示方法：磨粒率(磨粒体积占磨具体积的的百分比）与气孔率 （2）分类：按磨粒率分三类15级 紧密，中等和疏松组织,（3） 使用性能： 磨具组织紧密，磨削效率高，但研磨表面粗糙。 磨具组织疏松，磨削质量高，可提高成品的精度和表面光泽度，但磨削效率低。 石材加工中，粗磨用较紧密磨具，精磨、抛光用较疏松组织的磨具。,2. 磨具的硬度 （1）概念：指磨具工作表面上磨粒受外力作用时脱落的难易程度。磨具硬度是指在磨削加工时,磨粒从磨具表面脱落的难易程度。 （2）影响因素：磨具的硬度取决于结合剂的性能、用量及磨具的制造工艺。磨具的硬度与结合剂用量的关系尤为密切，一般结合剂用量较多时，磨具硬度就高；结合剂用量少时，磨具硬度则低。 （3）磨具硬度的测定：手推法、喷砂硬度机测定法、洛氏硬度计测定法和声频法 （4）硬度等级与代号（略）,5.5 磨具的选用 1. 磨料粒度的选择： 磨料粒度选择（即磨块号的选择）的原则是使用最少的工序将板面磨平磨光，使之达到所需要的质量要求。 连续磨机各个磨头上磨块号的配置方法，这种方法对于用各种不同磨头数的磨机加工毛板粗糙度不同的石材都是适合的、都能达到所要求的磨光效果。,2. 磨块硬度的选择： 根据加工条件（石材表面的平整度、粗糙度、石材的类型和性质以及加工设备的类型与自动化程度等因素）选择磨具硬度： （1）磨具太软，则磨料的磨削能力还没有充分发挥作用的时候就脱落了，使磨具损耗增大，造成浪费； （2）磨具太硬，则磨料已经磨钝还不脱落，造成磨具与板面之间摩擦力增加，导致板面发热，产生“烧板” 现象，严重时磨具工作面被堵塞形成光滑的釉状，失去磨削能力。 （3）如果选择的磨具硬度适中，使磨料磨钝就脱落露出新的锋刃来则可提高磨削效率和加工质量。,3. 磨块组织结构的选择： 磨具组织的松紧程度直接影响石材的加工效率与质量： （1）粗粒度、组织紧密的磨具参加磨削的磨粒较多，磨削效率高，但容易划伤石材表面，影响表面质量，所以这种磨具只适合粗磨。 （2）而粒度细、组织疏松的磨具，所磨削的石材表面平整、光泽度高，适用于精磨，但效率较低。 （3）粗磨时，为增大石材的磨削量，提高磨削效率采用低硬度、紧密的磨具；精磨时为了提高板材的表面质量，采用高硬度、疏松的磨具。而细磨阶段所采用的磨具硬度和组织介于上述两者之间。 （4）随着磨削工序由粗磨-细磨-精磨-抛光的过程，磨具的硬度应逐渐提高，而其组织应逐渐疏松。,4. 磨抛的工艺：压力、磨盘转速、移动速度、冷却水量,磨抛时所加压力应当与磨石的硬度和石材的性能以及毛板的厚度和平整度来调整（4-6kg/cm2)。,粗磨时增大压力有利于提高研磨效率，精磨时适当减小压力有利于改善研磨效果；抛光时适当增大压力可以提高抛光效率和质量，但压力过大，磨削作用加强，不利于光泽面的形成。,粗磨时磨头的压力一般是精磨和细磨时的1.2-1.5倍。,本 章 要 求,1、基本概念,磨粒、磨具硬度、磨粒率、气孔率、磨削效率与磨削质量,2、金刚石圆锯片的性能受什么因素影响？如何选用金刚石圆锯片？,性能因素：锯片性能与所加工的石材性能相适应 尺寸因素：所加工的石材的规格与圆锯片尺寸和类型相适应 设备因素：,金刚石 结合剂,3、金刚石圆锯片使用前为什么要进行预应力处理？,4、磨具的硬度受什么因素的影响？,结合剂的性能、用量以及制造工艺,5、磨具组织概念及意义,磨粒率、气孔率表示磨具组织的松紧程度,6、如何根据石材的性质和加工要求选择磨具的硬度与组织？,粗磨到抛光的各工序磨具组织应逐渐疏松和硬度应逐渐提高，具体值根据石材性质和设备、工艺参数通过实验确定,花岗石 与大理石,