金剛石鋸片鋒利性試驗分析

楊曉軍等

摘 要：隨著石材廠家對利益最大化的不斷追求，加上人們對石材加工質(zhì)量要求在不斷提高，因此，人們不在追求壽命的最大化，而是將目光逐漸放在金剛石鋸片的鋒利性方面。由于我國針對金剛石鋸片的研究起步比較晚，大多數(shù)研究只是停留在試驗探索階段，從理論上進(jìn)行研究分析的比較少。因此，本研究通過對三種切割花崗巖石的金剛石鋸片鋒利性進(jìn)行研究對比，分析其鋒利性的影響因素。

關(guān)鍵詞：金剛石鋸片；鋒利性；試驗分析

1 金剛石鋸片鋒利性試驗方法

金剛石鋸片鋒利性實驗主要是在自動切割機中開展的，其試驗的工件需要放置在水平工作臺面上，確保金剛石鋸片以一定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，在電動機帶動的前提下，需要以常規(guī)的切割速度均勻開展切割工件，并且需要通過電流顯示計算鋸片消耗的功率。在通常情況下，走刀速度一致的時候，鋸片越鋒利，其所消耗的功率就會越小，因此，在分析鋸片鋒利性的時候，可以根據(jù)功率消耗的大小來分析研究[2]。本研究的試驗材料主要是選取芝麻灰花崗巖為切割對象，并選取胎體成分一致的三種配方的金剛石鋸片，三種配方金剛石鋸片所設(shè)置的參數(shù)如表1所示。這三種鋸片的規(guī)格是一致的，均為φ350mm的鋸片，節(jié)塊的數(shù)量為24個，其尺寸為40mm×3.5mm×6mm。

2 試驗結(jié)果

金剛石鋸片切割的厚度均為17毫米的同一種材質(zhì)的花崗巖，其切割長度為70米。切割走刀的速度為每秒42毫米，其鋸片的運轉(zhuǎn)速度為每分鐘1460圈。待切割10米之后，需要開始觀察并記錄鋸片的切割功率值，每切割10米記錄一次，總記錄6次，并根據(jù)6次的記錄值取平均數(shù)。三種金剛石鋸片鋒利性實驗結(jié)果如表2所示。三種鋸片的鋒利性對比排序為：鋸片b>鋸片c>鋸片a。并根據(jù)金剛石參數(shù)的設(shè)置值就可以看出，在金剛石粒度以及粒度組成成分不變的情況下，可以通過降低金剛石的濃度來提高其鋒利性。另外，還可以在金剛石濃度不變的情況下，通過加大金剛石的粒度來提高其鋒利性。

表2 三種鋸片鋒利性試驗結(jié)果

3 試驗分析與討論

3.1 金剛石鋸片切割的原理

金剛石鋸片的主要成分是金剛石，其具有鋒利的尖刃，得到結(jié)塊合金胎體的包裹與支持，主要是在鋸片高速度運轉(zhuǎn)并且橫向給進(jìn)力的作用下切割巖石。單顆金剛石鋸片切割工作時有兩種情況，一種是鋸片在開始切割的時候，金剛石在橫向給進(jìn)力以及切向刀的作用下會直接壓入巖石表面，導(dǎo)致巖石表面產(chǎn)生細(xì)小破碎現(xiàn)象，能夠促進(jìn)金剛石鋸片順利進(jìn)入巖石中。另一種情況是金剛石從空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入到工作狀態(tài)的瞬間，將巖石進(jìn)行沖擊破碎，從而更快的進(jìn)入切削狀態(tài)[3]。

3.2 金剛石鋸片鋒利性的影響因素

其一，鋸片鋒利性與金剛石濃度有關(guān)。鋸片越鋒利指的是在相同的切割速度下，切割機的功耗就越小。鋸片切割所消耗的功率可以通過切割機工作時的功率減去切割機空轉(zhuǎn)時的功率得出，即380×（切割機切鋸時的電流值-空轉(zhuǎn)時的電流）。分析可以看出，在確保金剛石粒徑不變的情況下，通過減少其濃度，可以提高鋸片的鋒利性，但是其濃度減少的量需要適中，并不是濃度越小越好。當(dāng)金剛石空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榍懈罟ぷ鞯臅r候，金剛石破碎巖石的瞬間，金剛石所承受的反作用力與剪斷的巖石厚度有關(guān)，而巖石的水平厚度指的是鋸片旋轉(zhuǎn)時，兩顆相鄰金剛石對應(yīng)弧度的時間內(nèi)，其鋸片水平位移值，如圖1所示。其中1、2表示兩顆相鄰的金剛石，L1為胎體基面，L2表示金剛石2剛接觸巖石胎體基面時L1移動到的新位置。要想確保鋸片正常運轉(zhuǎn)，就需要確保金剛石之間滿足一個最大間距，從而避免胎體參與切割，避免鋸片鋒利性的降低。

由圖1可以通過理論推導(dǎo)得出，金剛石最大間距的計算公式為：最大間距=fd=cf+cd=金剛石出刃高度×cotθ+（2πRn×金剛石出刃高度）/vsinθ=[金剛石出刃系數(shù)×（vcosθ+2πRn）d]÷vsinθ

在上述公式中，d表示金剛石粒徑；v表示鋸片走刀速度，即2500mm/min；n表示鋸片轉(zhuǎn)速，即每分鐘1460圈；R表示鋸片半徑，即175毫米；如果金剛石出刃系數(shù)為1/5，將其帶入上述公式中，可以得出鋸片相鄰兩顆金剛石之間的最大間距為317d。通常分析得出，在減少金剛石濃度來提高其鋒利性的時候，減少的數(shù)量應(yīng)該確保在最大間距范圍內(nèi)，以便確保其有效性。

其二，鋸片鋒利性與金剛石粒度有關(guān)。通過實驗研究可以得出，在濃度不變的情況下，金剛石的粒度越大，鋒利性越好。但是其粒度在增大的時候，需要考慮到粒度加大的成本、胎體包裹金剛石的能力、花崗巖的性質(zhì)等方面的要求，并結(jié)合實際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4 結(jié)束語

金剛石鋸片的鋒利性與金剛石的濃度和粒度有關(guān)，可以通過兩種方式來提高金剛石鋸片的鋒利性。一種是在濃度不變的情況下，加大金剛石粒度來提高鋒利性，但是加大粒度時，其成本也隨之增加，金剛石顆粒太粗的情況下，石材的崩邊更加嚴(yán)重。另一種是在粒度不變的情況下，減少金剛石的濃度來提高鋒利性，但是其減少的濃度值需要確保在相鄰兩顆金剛石之間的最大間距范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]李云妹，謝祖華.金剛石對鋸片使用性能影響的探討[J].福建農(nóng)機，2012，14（4）：155.

[2]張紹和.干切花崗巖的金剛石小鋸片試驗研究[J].金剛石與磨料磨具工程，2009，21（1）：217.

[3]翟富剛.交變磁處理對金剛石鋸片切割性能的影響[J].金剛石與磨料磨具工程，2010，32（6）：65.

作者簡介：楊曉軍（1982-），男，河南禹州市人，工作單位：河南黃河旋風(fēng)股份有限公司，職務(wù)：研究員，研究方向：超硬材料。