硬脆非金属材料和岩石的切削加工（下）
锯切机
15.切割石材的设备和工具有哪些？
石材的加工主要是锯切、磨削和抛光，它们占石材加工量的95％以上。其中磨抛又是最复杂、最关键的工序，约占工作量的一半左右。常用锯切石材的设备按其结构、运动形式、切割工具的材料，分类如下：
锯机：1.框架式：1)摆式——摆式框架锯机
2)平移式： ①砂锯——平移式框架锯机
②金刚石锯条——金刚石平移式框架锯机
2.圆片式：1)双向切机：①桥式切断机
2)切断机： ②多刀切断机
(1)摆式框架锯机：见图14-5，它可以安装30～120根锯条。锯框受吊臂的约束，在曲柄连杆机构驱动下，锯框带动锯条一起作往复运动。在摆动最低点处，锯条带动并压紧散装的磨料，使之运动而切割荒料。锯框往复摆动一次，在进刀机构的作用下，往下进给，这样往复连续进行，完成切割。这种切割机，结构简单，效率较低。它切割花岗岩的落锯速度为lO～20mm/h，切割大理石的落锯速度为30～40mm/h。它加工荒料的尺寸为2300mm×1500mm×1400mm左右。
(2)平移式框架锯机：它的结构见图14-6，加工荒料的尺寸为3000mm×1600mm×2000mm。由曲柄连杆机构驱动锯框，锯条压紧磨料，使锯框作直线往复运动，切割石料。这种锯机工作平稳，切割时，磨料通过供给系统，均匀地和水一起洒在被切的石料上，切割的生产效率较高。这种锯机最适合用金刚石锯条，锯切中等以下硬度的石材。它切割花岗岩的进给速度为30～50mm/h，用金刚石锯条切割大理石的进给速度可达80～200mm/h。
(3)圆片式锯机：双向切机的机构见图14-7，它可切割3700mm×2000mm×2000mm的石材。双向切机均用金刚石锯片，垂直锯缝由大锯片切割，它的直径最大可达3000mm，一般的切割深度为锯片直径的1/3左右。水平锯片是从石材上切下一块毛板。金刚石锯片的切割速度和切割效率都比较高。
(4)桥式切断机：它是采用金刚石锯片，将板材切割成所需要的尺寸。在桥式切断机头架上装一个锯片，切完一边后，转动工作台，再切另一边。
(5)多刃式切断机：它是在机上装有许多圆形金刚石锯片，可以同时进行工作，锯片间的距离有固定式和可调式两种。
(6)锯条：它是摆式框架锯机和平移式框架锯机的工具，用它的往复运动和散装磨料及切削液来切割石材。锯条的长度是根据锯框而定的，宽度为70～180mm，厚度3～6mm。钢锯条采用轧钢带，通常采用低碳钢、中碳钢和65Mn钢带。两种锯机所用的锯条也有不同的地方，平移式框锯机的锯条不能离开切割工作面，为了保证有足够的磨料供给，必须在锯条上穿孔，孔径为30～40mm，孔距200mm，交错排列，横向孔距小于孔径，以保证下一排孔全部磨除后，使上一排孔出现缺口，送进充足的磨料。所有的锯条必须在张紧条件下使用，才能保证锯切质量。张紧的方法有楔块张紧、螺旋张紧和液压张紧等。
(7)供砂系统：摆式框架锯机和平移式框架锯机，必须有供砂系统(磨料和切削液)。常用的供砂方法有人工供砂法、喷射法和泵压法。
桥式磨机
16.磨削石材的机械有哪？
(1)圆盘式磨机：它的工作原理是在铸铁的圆盘上布满磨料或磨石，被磨的石材压向盘面，通过圆盘旋转将石质板材磨光。
(2)摇臂式手扶磨机：该机由两节摇臂组成，如图14-8所示。一端同立柱铰接并沿立柱上下移动，另一端装有磨头和手把，用手把将磨头沿板材表面移动，进行磨削。它的最大加工尺寸为2000mm×1000mm。它可与大圆盘磨机配合使用，操纵灵活，但板材磨后平面度不高。
(3)桥式磨机：如图14-9所示，它能加工2800mm×1400mm×200mm左右的石材。磨头直径350～500mm，磨头移动速度0.6～10m/min，它可以升降并在导轨上作往复运动。通常装有快换磨头、磨盘和磨石，在一次安装的情况下，能完成粗磨、细磨、精磨和抛光等工序。
磨石
17.石材磨削加工时怎样选择磨具？
目前加工石材的磨具分两类：一类是研磨盘加散装磨料，它的性能取决于磨料的种类、粒度的大小和研磨盘的材质，使用的磨料有钢砂、铁砂、石英等，其粒度为20号～30号，主要用于粗磨和半细磨。第二类是磨石，它由磨料加添加剂、结合剂固化而成，磨石在磨头上固定的方法有机械式固定、粘接式固定和压入式固定，磨石的性能及选择见表14-8。
18.选择锯机和锯条的一般原则和锯切的注意事项是什么？
加工石材时，选择锯机和锯条应根据石材的加工性、毛板的规格和设备情况而定，一般原则是：
(1)对于中等硬度以下的石材，应选金刚石锯机；对于高硬度石材，应选砂锯，用钢砂作磨料。
(2)如果要求锯切大规格的板材，必须选用金刚石框架锯机。如要求生产小规格板材，应选用双向切机，它切出的板材平面度好，表面粗糙度低，可以免去粗磨工序，而且效率高、成本低。
(3)锯切纯白色的石材(如纯白色大理石和白云石等)，应选用金刚石锯机或选用砂锯，使用不得污染石材的磨料。
锯切的注意事项有：选择金刚石锯片或锯条的硬度、金刚石浓度、粒度要和石材的加工性相适应。石材硬度高，应选金刚石硬度、浓度高、粒度粗的金刚石锯片或锯条。砂锯锯条完全切入石料后，每隔30min将进给速度提高5～10mm/h，逐渐转入正常进给速度。金刚石锯条完全切入石料后，每隔15min将进给速度提高10～20mm/h，逐渐转入正常进给速度。钢锯条两端出现台阶撞击石料时，应采用气割将台阶去掉。当锯条离石料底部100mm左右时，应当将石料上部捆牢，防止毛板倾倒，同时要降低进给速度，为正常进给速度的l/2左右。当锯条离石料底部20～30mm时，应停止进给，结束锯切。在锯切的过程中，每隔30min分离一次钢砂，同时添加一定数量的新的钢砂和石灰。
19.怎样对石材进行切块加工？
切块加工，就是用金刚石锯片把石材切成一定规格的板材。大理石的加工，通常是先把毛板切成所需规格的块，然后再进行板面的磨抛加工。花岗岩则是先进行磨抛后，再切成所需要的块，其目的是为了防止板材掉边崩角。
(1)选择锯片：选择锯片要使金刚石节块的金刚石浓度、粒度、结合剂、硬度与石材的硬度和磨蚀性相适应。金刚石锯片有宽水口和窄水口两种。宽水口的锯片用于切厚度大的板材，窄水口的锯片适用于切割厚度小的石材和硬度高的板材。
(2)切割速度：金刚石锯片切割花岗岩的最佳切削速度为20～35m/s，切割大理石的最佳切削速度为35～50m/s。选择金刚石圆锯片时，应考虑最佳线速度。
(3)切割深度：板材厚度超过30mm以上时，应当进行分层切割，以减少金刚石耗量。一般每次切深不得超过30mm。为了保证切割出的板边面平直，切入深度应超过所切割板材厚度5～10mm。
(4)进给速度：根据我国石材的加工性，切割厚度为20mm板材的推荐进给速度，大理石为1～2m/min，花岗岩为0.3～0.5m/min。切入切出时应适当降低进给速度，并保持平稳，以防止崩边掉角。
(5)操作：板材切块时，磨光的表面向上，锯片的速度方向和进给方向一致。新锯片和不能自锐的锯片，应先切耐火砖使之锋利，否则就会造成切割阻力大、切割中跑偏等现象。
20.怎样对石材进行磨削和抛光加工？
板材表面的加工，要经过粗磨、半细磨、细磨、精磨和抛光等一系列工序才能完成。粗磨主要去除板面凸起的部分，保证板面的厚度和平面度。半细磨、细磨、精磨是逐次减小磨粒尺寸，去除上道工序留下的沟痕，使板面达到所要求的平面度和一定的光泽度，为抛光作准备。抛光是将板面抛出镜面光泽。
板材抛光的过程，可分为单块抛光和连续作业。单块作业的工艺设备有两种，一般规格尺寸的板材，粗磨在大圆盘机上进行，余下的工序在摇臂式手扶磨机上通过逐次更换磨盘完成。另一种大面积的石材，所有的磨削和抛光在桥式磨机中更换磨盘实现。连续作业适用于大批量生产，使用的设备是磨抛生产线，板材由传送带依次通过粗磨、半细磨、细磨、精磨和抛光各磨头，完成板面加工的全过程。
单块作业时，用大圆盘机粗磨加工，它的最大线速度为10m/s，最大载重为800kg左右，利用钢砂、铁砂、石英砂等散状磨料，粒度为20号～30号，它的平面精度为1000：1。再用摇臂式手扶磨抛机完成其他工序。在完成每道工序时，必须要去掉上工序所遗留的痕迹和达到所要求的平面度要求，才转入下工序。两工序的运动轨迹应交叉，并保证磨盘伸出被加工的板边外，不得超过磨盘直径的l/2。
抛光的方法有两种：一种是毛毡盘加氧化铝粉抛光，抛光时先在板面上洒少量的水，然后再均匀地洒上抛光剂进行抛光；另一种是毛毡盘加草酸抛光，它是在板面上加适量的草酸，然后加水抛光，供水量要大于10L/min，以防止草酸烧坏板面。
21.怎样加工高精度花岗岩平板？
高精度平板，通常选用济南青花岗岩作原料。这种花岗岩晶粒细小、均匀，密度大，硬度高，精度保持性好，平板的精度可达○○级。其工艺过程是：
(1)锯毛板：在框架锯机上进行，其尺寸为平板厚度。
(2)切块：根据平板的长和宽，用金刚石圆片式锯机切出。
(3)切边：按照平板的要求，在四边切出台阶。
(4)装手把：在平板两端钻孔，安装金属手把。
(5)磨削：通常在桥式磨机上进行粗磨、细磨和精磨。上述加工达到的平面精度分别为1000：0.20、1000：0.10、1000：0.05。
(6)研磨：研磨是在专门的研磨机上进行的，用三块平板加磨料对研，达到平板要求的精度。
(7)抛光。
(8)检验：按平板检验要求进行。
22.怎样用人造聚晶金刚石复合片铣刀铣削花岗岩？
花岗岩由于具有耐磨性好、成本低、不导电、不带磁、受温度影响小和精度稳定性好等特性，已从建筑装饰材料变成为精密仪器和精密机床制造中的重要材料，如精密平板，精密机床的基座、立柱、横梁、工作台和导轨等重要基础件，而引起国内外人们的重视。
人造聚晶金刚石复合片刀具的切削部分是聚晶金刚石层，它有很高的硬度和耐磨性，能始终保持刃口的锋利状态，下面有强度高的硬质合金支承，其复合后的抗弯强度可达1200～1500MPa。在切削的过程中，0.5～0.7mm厚的聚晶金刚石层，始终保持切削作用，下层硬质合金磨去后，聚晶金刚石层相当于一条αo＝0°的棱边，仍能进行切削。
将φ13.7mm×4.5mm的人造聚晶金刚石复合片，作成φ170mm的机夹铣刀。其几何参数为γf＝-10°～0°，γp＝-12°～6°。工件为济南青花岗石，工件宽度为130～150mm。切削用量是νc＝50～320m/min，ap＝0.4～1.2mm，νf＝30～190mm/min。采用不对称铣，以减少崩刃。γf和γp以负值为好，可以改善初始接触状态和减小崩刃的可能性。在选取切削用量时，尽可能以较高的切削速度和较小的进给量及切深为好，否则会使加工表面质量恶化。
铣削长300mm、宽150mm的花岗岩，在上述切削用量的条件下，走刀60次后，人造聚晶金刚石刀具的后刀面只磨损了0.28mm。
文章关键词： 切削加工
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