石材工艺学第四章__石材的加工工艺与设备

第四章石材的加工工艺与设备4.1石材加工概述4.2石材的通用加工设备与主要技术性能4.3薄板的加工设备与工艺过程4.4大板的加工设备与工艺过程4.1石材加工概述一.影响石材加工性能的因素工艺内容：锯切、定厚（铣平）、表面加工（研磨、抛光、机刨、火烧、锤击、剁斧、喷砂、酸洗…）、切断、铣边、磨边、倒角、钻孔、开槽、修补、优化处理…石材加工性能:锯、切、磨、琢等物理加工的难易程度可加工性受多种因素影响：岩石类型、矿物成分与含量、化学成分、硬度、岩石结构构造（矿物颗粒大小、均匀程度与结晶程度、致密度）石材可锯性的判断：国外有些学者提出用锯切过程产生的力来判断石材的可锯性（1）锯切石材时水平方向的切削力大大地小于垂直方向的切削力；（2）锯片磨耗率的大小与垂直切削力的大小有着完全一致的关系。为指导制定最优加工工艺规范，对大理石、花岗石进行加工性能分类。石材类别特征实例大理石一类石质软、SiO2含量小于5%汉白玉、松香黄、雪花白二类石质不均匀、含硅酸盐矿物、SiO2含量大于5%丹东绿、莱阳绿、大花绿花岗石一类HS＜90，不含或只含少量石英，SiO2含量较低济南青、山西黑、芝麻黑二类HS＝85～100，石英含量中等，SiO2含量中等芝麻白、崂山灰、惠东红三类HS＞95，SiO2含量高，石英含量高且颗粒粗石棉红、龙田黄、九龙璧花岗石类型指数典型石材圆周速度（m/s）吃刀深度（mm）走刀速度（m/min）锯切效率（m2/h）一类1非洲黑、蓝珍珠、济南青35～4012.532.3二类1.8粉红麻、英国棕、蓝翡翠30～358.531.5三类3.5南非红、印度红、四川红25～305.030.9金刚石圆锯片锯切花岗石工艺参数（德国winter公司)三.石材可锯性的综合影响因素综合测评的经验公式为：Y=27.77－0.168B－0.12C－0.10D式中：Y－锯片的磨损指数；B－岩石的磨蚀性；C－岩石的肖氏硬度；D－石英体积的百分含量。莆田的大洋红（火山凝灰岩）具有极强的磨蚀性四.加工工艺、加工设备与工具工艺内容：锯切、定厚（铣平）、表面加工（研磨、抛光、机刨、火烧、锤击、剁斧、喷砂、酸洗…）、切断、铣边、磨边、倒角、钻孔、开槽、修补、优化处理…加工设备与工具：锯切加工：框架式锯机、金刚石盘式锯机金刚石绳锯机、金刚石带锯机磨抛加工：手扶式磨机、多头式连续磨机、桥式磨机异型加工：数控金刚石串珠绳锯与高压水射流刀、数控加工设备、异型磨边机切断加工：横向切机、对剖机、桥式切机4.2石材的通用加工设备与主要技术性能一.石材的锯切设备1.框架式砂锯(排锯或拉锯)根据锯框运动轨迹可分为上摆式（或称摆式砂锯）、平移式和复摆式。（1）上摆式砂锯基本结构：见图主电机、飞轮、连杆、曲柄、锯框悬臂、锯框、锯条、四立柱框架、螺杆、升降电机辅助设备：砂浆泵、洒浆车、钢砂添加器、钢砂分离器、液压张紧器、荒料台车•上摆式砂锯工作原理：电机带动大连杆，推动锯框作简单的往复摆式运动，从而使钢锯条带动钢砂磨料挤压、磨削石材，完成锯切工作技术性能：（见文献1jghgsdbsjzxfz.pdf）优点：可使用较薄的锯片(4.2-4.8mm)，低能耗、低锯耗，出材率高，运动方式简单、设备磨损较小，维修成本低。缺点：空行程占比例大（3/4～4/5）、效率低（10～20mm/h）（2）平移式框架锯（金刚石框架锯和平移式砂锯）按锯框运动方式还分成水平式和垂直式，水平式框架锯锯机其锯条作水平运动，而垂直式框架锯机其锯条作垂直运动。基本结构：少了锯框悬臂，多了锯框导轨主电机、飞轮、连杆、曲柄；锯框、锯框导轨、锯条、四立柱框架、螺杆、升降电机辅助设备：砂浆泵、洒浆车、钢砂添加器、钢砂分离器、液压张紧器、荒料台车。工作原理：电机带动连杆推动锯框沿锯框导轨作水平往复直线运动。运动过程中锯条始终挤压着钢砂磨削石材，不存在无效空行程。技术性能：缺点：应使用较厚的锯片（6mm)，高能耗（需较大功率主电机驱动）、高锯耗，高成本，低出材率。优点：锯切速度快，无空行程、效率高（30～40mm/h）。平移式砂锯（3）复摆式砂锯基本结构：在锯框的悬臂上作了改进工作原理：直线和曲线复合的运动轨迹改变锯框悬挂点位置、在锯框与悬臂之间安装活节、采用锯框吊架技术性能：优缺点：具有高效率、低能耗、低锯耗、高出材率的优点，但是由于摆动系统结构较复杂，磨损大，维护工作量大。复摆式锯机的悬挂系统复摆式砂锯的吊臂与吊臂箱砂锯的防撞击设施砂锯防撞设施示意图2.金刚石框架锯1.飞轮2.大连杆3.主电机4.框架、立柱5.荒料台车6.总控制台7.喷水冷却器2.金刚石框架锯（1）基本结构：与平移式砂锯结构相似，不同的是它没有加砂装置，只有冷却水的喷淋装置（2）锯条：焊在锯条上的金刚石刀头（3）技术性能：3.金刚石圆盘锯:适合各种石材的锯切加工（1）分类：①结构分类：单臂式、双柱式、框架式②根据锯片直径：普通型：直径小于160cm中型：直径160—200cm大型：直径200—300cm巨型：直径大于300cm③根据锯片数量：单片锯、组合锯（2）单臂式金刚石圆盘锯①基本结构1—主电机2—机座3—锯片4—控制屏5—横向移动台车6—纵向移动台车7—垂直运动滑轨8—台车牵引机构②工作原理a:主电机通过皮带轮带动锯片旋转；b:锯片在垂直升降装置带动下做垂直方向的从上到下的锯切；c:台车在牵引机构带动下作纵向往复运动，完成荒料从前到后的锯切；d:水平移动螺杆带动锯片移动或由料车移动来完成荒料从左到右的锯切。③技术性能（不同类型的技术性能相差较大）锯片直径：900-1600mm锯片数量：1-12可锯切板材的宽度（mm）：锯片直径900300，3051200300，305，400，4501600300-6101800300-700（3）双柱式（龙门式）金刚石圆盘锯机技术性能（不同类型的技术性能相差较大）锯片直径：1800-3500mm锯片数量：1或大、中、小3张组合锯片与单臂式锯机相比，龙门式锯机具有较好的锯切稳定性。（4）框架式（双向）金刚石圆盘锯1.台车2.垂直锯片3.水平锯片4.主电机5.锯机框架6.控制屏7.升降电机（使纵横导轨作升降运动）8.纵向导轨9.横向导轨技术性能：与单臂式锯机、龙门式锯机相比，双向切机具有较好的锯切稳定性和锯切精度；以水平锯切替代人工凿板，大大提高了生产效率。锯片数量可以是单片或多片。4.金刚石绳锯单绳式金刚石绳锯多绳式金刚石绳锯①基本结构：机体框架、串珠绳驱动轮、导向论、横梁框架升降驱动和导向系统、串珠绳张紧系统、电控系统等②工作原理利用串珠内含有的金刚石颗粒切割石料③技术性能(与框架锯相比较）a.锯机的结构与安装基础比较简单，辅助设备少，厂房占地面积可减少1/2～2/3；b.锯切效率高，锯切中等硬度的花岗石板材，一天可锯切250m2，相当于两台各装有120根锯条的大型框架锯的效率；c.操作方便，锯切精度高，多绳式金刚石串珠锯可快速地变换加工板材的厚度；d.板材的锯切面平整，而且杜绝了钢砂残粒嵌入板材锯切面的可能性，因此使磨抛的时间降低20％；•e.锯切噪音小，工作环境好；•f.能耗低，与框架式砂锯相比约可降低30%的电能消耗；g.消耗材料大为减少，对环境污染小。框架锯每锯切l㎡的花岗石板材需消耗3kg钢砂、1.5kg锯条、2kg石灰，而金刚石绳锯只消耗0.01kg金刚石绳。粗略估计，使用框架锯每年需弃置32.5万公斤废砂浆，对环境污染的严重性可想而知。以年产5万㎡的花岗石大板为例，金刚石绳锯产生的废渣只有框架式砂锯的1.5%左右，且废渣成分单一、外理方便。所以说金刚石绳锯是锯切石材大板的环保型机械设备。5.金刚石带锯：名贵石材的小规格石材锯切金刚石带锯的基本形状类似于锯木板的木工带锯，所不同的是金刚石带锯是在钢带一侧焊有金刚石锯齿。钢带两个端头焊合成一体，形成闭合环带，故称带锯。其与排锯的主要区别在于其基体为柔性钢带，既要求金刚石镶焊、粘结牢固，又要能够象皮带一样转动弯曲。带锯一般很薄（厚度在1.0～2.0mm），而且很长（约5～8m），多由电镀方法制造。锯缝宽3mm，可切割2mm厚板材６金刚石圆弧板锯机（筒锯）作业:1.了解国内大型石材企业（企业规模、管理模式、产品及销售等）。2.比较摆式、平移式和复摆式砂锯的技术性能。3.比较金刚石绳锯与砂锯的技术性能。二.石材的磨抛设备磨光分为铣平（定厚）、粗磨、中磨、细磨、精磨和抛光六道工序。1.磨抛的目的与要求：天然石材的研磨抛光，其目的有两个，一是为了获得表面的平整度和光泽度，二是通过表面加工使石材内在的颜色、花纹、光泽充分显露出来2.检测方法与标准：光泽度仪3.影响因素:石材矿物组成、结构构造、磨抛设备与工艺5.设备类型:单机作业和连续作业设备（1）手扶摇臂磨机①基本结构（普通磨机与升降磨机）②工作原理主电机带动主轴转动，主轴转动带动磨盘旋转，手柄可以使磨盘沿石材表面做平面移动并在一定的范围内做上下移动，加压装置使磨石对石材表面产生一定的磨削压力。手扶磨机与手扶升降磨机③技术性能厂家和设备型号;通常体现在可加工石材的规格、磨盘直径和转速、摇臂的升降行程④适用条件当石材的尺寸小于磨盘直径时,难于加工,适合于先磨后切工艺（2）小圆盘磨机①基本结构②工作原理：板材固定于转盘，主电机带动转盘水平旋转，压杆下压，磨盘在弹簧压力作用下紧压在石材板上，随摆动臂移动完成整个板面的研磨。③技术性能厂家和设备型号;通常盘面直径约700-800mm④适用条件可加工石材的尺寸小,适合于先切后磨工艺（3）桥式磨机:有单磨头和双磨头两种类型①基本结构:见图②工作原理③技术性能磨盘直径：250-450mm,每个磨头可装４－６个磨块；需更换磨盘完成各道工序④适用条件:较大规格的大理石、花岗石板材或碑石的加工桥式磨机（4）自动化连续磨机①基本结构：主要分为磨头主轴系统,横梁运动系统,连续工作台三大部份②工作原理磨头相对于石板材的运动包括：纵向（由传送带带动）、横向（由承载磨头的磨机大梁的横向摆动完成）、旋转（磨头电机带动主轴旋转）、摆动（行星轮系机构使磨头左右摆动）③技术性能：对于大理石：磨头＞８；花岗石：磨头＞１２④适用条件⑤基本要求：（4）自动化连续磨机①基本结构：主要分为磨头主轴系统,横梁运动系统,连续工作台三大部份②工作原理磨头相对于石板材的运动包括：纵向（由传送带带动）、横向（由承载磨头的磨机大梁的横向摆动完成）、旋转（磨头电机带动主轴旋转）、摆动（行星轮系机构使磨头左右摆动）摆动磨头加大了切削力、加快磨屑的排弃，易于清水发挥作用③技术性能：对于大理石：磨头＞８；花岗石：磨头＞１２磨抛质量稳定磨头结构图5）定厚机（铣平机——GrindingMachine）①用途：纠正厚度误差；消除沟槽纠正平整度，为磨光作准备②类型：盘式与辊式③工作原理盘式:铣盘呈碟形构造，盘的边缘镶焊着一圈金刚石刀头，工作时铣盘做旋转运动，并以一定的压力紧压在石材上，通过铣盘与石材的相对运动，铣盘上的刀头铣削石材达到铣平定厚的目的。辊式：铣辊上镶嵌着螺旋状金刚石刀头，工作时铣辊绕自身的轴线旋转，并以一定的压力压在石板上，垂直石板的纵向作相对运动，达到铣削石板的目的。DHJ型定厚机刀盘直径Φ680mm刀盘升降高度100mm台车行程3300mm最大加工尺寸2400×600mm耗水量120L/min三.石材的切断设备1.切断工艺对设备的要求：切断与锯切设备的工作原理基本相同，差异主要在于两类设备的加工精度要求不同。2.常用设备（1）桥式切机①主要用途：可用于大理石、花岗石规格板材以及三角形、梯形等不规则形状的板材的切断加工。最适合大规格的板材的切断。②基本结构：见图③工作原理金刚石锯片由主电机驱动旋转，刀架升降机构可以使锯片下降，借助于纵向行走机构桥可以前后移动，刀架沿桥身可以左右滑动。有的刀架可以绕桥旋转，因而使锯片倾斜；有的工作台可以旋转、翻转倾斜。④技术性能如400型一体桥式切割机（机头90度旋转,工作台360度旋转)，主要技术参数：最大加工范围：3500×1900㎜；锯片直径：Φ350-Φ500㎜刀片升降行程：350㎜；切割