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[转帖] 硬脆非金属材料和岩石的切削加工

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发表于 2009-5-11 07:21:33 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国浙江温州

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非金属材料
% `' v  {2 c1 P$ |+ A

) j5 l2 e( [( T: M1.切割硬脆非金属材料有哪些方法?各适用于什么范围? # N* h) t0 q8 h- L8 l" ?' r
切割是加工硬脆非金属材料应用最广泛的方法之一。目前主要的切割方法和它们的应用范围见表14-1。
/ B! u1 ~' y, O) w" ^
非金属材料
2.怎样用线锯、带锯和圆锯切割硬脆非金属材料?
线锯和带锯的切割原理,是将金属丝或宽度很窄的薄钢带适当地张紧,并以一定的速度和压力,相对于切割的工件作往复运动,在切割的过程中,在金属丝或钢带与工件之间不断添加混有磨料的切削液,便可对工件进行切割。- J3 z; y* V& m$ L) c. |& `( |( X+ w
手动弓锯是人工使φ0.5~0.7mm的铁丝或钢丝做往复运动,并在切割部位不断浇注混有磨料的切削液,从而进行切割。机械线锯的金属丝由机械传动做往复运动的,工件做进给运动。为了减小切口的宽度,金属丝一般使用φ0.1~0.25mm的钨丝或钢丝。金属丝的速度可高达1000m/min。磨料可根据被切工件的硬度,选用碳化硅、氧化铝和金刚石,粒度为150号~180号,混在机油、煤油或水中使用。
& ]1 Q8 M! {# y) \. F线锯和带锯均有单刃和多刃的切割机,多刃的切割机用于成批生产。图14-1是多线切割机原理示意图。导线由微电机驱动,做往返运动。在工件上加适当的荷重,使其自动进给。在切割过程中,金属丝逐渐磨损,在金属丝传送的过程中,有杠杆机构控制,不断供给新线,以防断线。
5 C; e. f% v2 _$ i2 e5 ^$ j图14-2是多刃带锯原理图,锯片用0.1~0.3mm的弹簧钢带,锯片的切削刃可多达200~300个。切割效率较高,发热量少,被切割表面质量好,工件变形小。要求在锯片安装时有较高精度,否则影响工件的平行度和平面度。
% g- \2 ?3 v/ R2 R+ w% [. U圆锯切割的原理与线锯和带锯的原理基本相同。圆锯的锯片材料是低碳钢或铜的薄片,厚度为0.8~1.5mm,直径为200~300mm。切削速度为150~400m/min,在切割区要充分供给混有磨料的切削液。磨料一般选用80~100粒度号的碳化硅或碳化硼,将它与水或油混合使用。为了提高粘度,可在切削液中加些粘土。切削液可以浇注,也可以浸在切削液中切割。圆锯盘的线速度不高,切割效率较低,适用于小批量生产。
* ^, N7 d5 B) n; g* A
金刚石锯片
3.怎样用金刚石锯片切割硬脆非金属材料?
9 f. O2 f* v, X4 G金刚石锯片的切割原理与金刚石磨轮磨削原理相同。它分外圆切割和内圆切割两种。它是将一定粒度的金刚石粉,电镀或烧结在高强度合金钢圆片上,如图14-3和图14-4所示。! w8 i6 j& |* `6 x: o' g. r) z
(1)外圆切割:外圆切割所用金刚石锯片的结构如图14-3所示,直径为φ50mm~φ400mm,锯片厚度为0.15~1.5mm。切割速度为28~40m/s左右。工件用机械夹紧或粘结剂(松香、虫胶和沥青等的混合剂)固定在衬板或夹具上。利用重锤或液压、气压实现自动进给。外圆切割主要用于玻璃(液晶元件用的基片、棱镜等)、石英玻璃、陶瓷材料和铁氧体的切割。对于石材等具有特殊需要的切割,金刚石锯片可以特制,厚度增大,最大直径可达4m。
5 Z* v7 n' S# ~+ \* o(2)内圆切割:内圆切割用的金刚石锯片如图14-4所示。目前我国生产有φ50mm、φ75mm、φ100mm、φ125mm和φ150mm各种规格的锯片和相应的机床。锯片厚度为0.2~0.35mm。切割速度宜在16m/s以上。内圆切割切片的平行度和平面度可达0.01mm,最薄的切片厚度可达0.1mm。切割时,锯片固定在机床主轴上旋转,工件用重锤或液压、气压实现自动进给。它主要用于切割电子工业材料,如硅片、石英振子基片、GaP、InP、GaAs、铁氧体、蓝宝石、陶瓷等各种硬脆非金属材料。
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金刚石锯片
4.用金刚石锯片切割时必须注意哪些事项?- e" q6 n8 y( Z% @& C5 e! v5 G0 v- d
(1)锯片安装要与主轴同轴,张紧力要适当,不能过紧也不能过松。
+ B8 u% h& O5 t: h(2)锯片回转要平稳,不得有振动。8 g3 s3 L  q+ c* n
(3)开始切割前必须先使锯片转动,等达到正常速度后,方可开始进给。注意不要在工件倾斜面切割,以免使锯片变形或损坏。0 W, U2 f8 K0 F! I0 z/ O
(4)切割时必须使用切削液,进行充分冷却与润滑,防止切屑粉末堵塞锯片,以提高锯片的使用寿命。在可能的情况下,应使用矿物油作切削液,以提高生产效率。' [. M( `% g3 B9 N/ y
(5)被切割的工件,一定要安装牢固、可靠,否则如在切割过程中松动,会引起严重事故。
6 r( Q; O0 Y9 a. M. l0 X' l# e2 f
金刚石磨轮
5.用金刚石磨削硬脆材料有哪些特点?
  C+ b, _  S9 `% o" L各种硬脆材料的磨削,基本上都采用金刚石磨轮来磨削,磨削时有以下特点:% d3 }9 X+ T# O( V% e3 A% c
(1)法向磨削力大:磨削硬脆材料时的法向磨削力比切向磨削力大5~10倍。尤其是采用端面磨削时,它的法向磨削力比切向磨削力大30倍左右,所以要求机床要有足够的刚度。
$ J  b' u) P7 t( P4 G(2)工件材料的抗弯强度增高,磨削比将减小:硬脆材料的磨削比与工件材料的抗弯强度和组织致密度成反比。如TiC、TiN、WC—Co硬质合金比陶瓷的抗弯强度高,它的磨削比将成倍减小。
, X( _& l7 e. S$ O1 P) T+ e4 c, y(3)工件材料的硬度和临界压力成正比:磨削硬脆材料时,磨轮与工件之间的压力只有超过某一临界压力时,磨轮才能正常磨削。5 m, d5 I8 [- B0 T# M
(4)各种硬脆材料的磨削性能:见表14-2。2 @0 V0 ?- j! _" H
人造金刚石磨料
6.磨削硬脆材料时怎样选择磨轮?
(1)金刚石磨料的选择:我国生产的人造金刚石磨料分四种型号:人造金刚石I型,代号RVD(JR1),粒度46号~280号,主要用于制造树脂结合剂磨具,磨削硬质合金及硬脆非金属材料;人造金刚石Ⅱ型,代号MBD(JR2),粒度为46号~280号,主要用于制造金属结合剂磨具,磨削硬质合金及硬脆非金属材料;人造金刚石Ⅲ型,代号SCD(JR3),粒度为36号~120号,主要用于制造切割硬脆材料的工具及一般地质钻探的钻头;人造金刚石Ⅳ型,代号SMD(JR4),粒度为30号~120号,主要用于制造硬脆非金属材料的加工及修整工具和硬地质层钻探的钻头。$ Q+ Q6 s  C4 y( Y( v3 ~* `
(2)粒度的选择:金刚石磨轮粒度的大小对磨削比、磨削效率和工件表面粗糙度影响很大。粗粒度磨轮,它的磨削比和磨削效率高,工件表面粗糙度也大,反之则低。一般情况下粒度的选择是:切割时为60号~80号,精切割时为80号~240号,粗磨时为60号~120号,半精磨时为120号~180号,精磨时为240号~W40。. G6 l1 l! J- a1 d* r8 y+ D( X
(3)结合剂的选择:金刚石磨料通过结合剂固定在磨轮上,它对磨削特性有很大影响。应根据不同的磨削对象、磨削要求、磨削方法来选择结合剂。树脂结合剂和金属结合剂的磨削比,比陶瓷结合剂的磨轮高5倍以上。树脂结合剂磨轮的磨削表面粗糙度低,而且工件棱角崩碎的情况最小。陶瓷结合剂的磨削力比其他两种结合剂的磨轮磨削力小。
# `7 S. I& \+ X8 f5 \9 u: E6 b3 l- G(4)浓度的选择:金刚石磨轮的浓度,是指磨轮的金刚石层中,单位体积内的金刚石含量。浓度与金刚石含量的换算关系见表14-3,几种结合剂的金刚石磨轮常用的浓度见表14-4。
+ S; y7 w- f& ]8 a" r0 C对于工作面宽的磨轮和成形磨及粗磨,应选较高的浓度。半精磨和精磨应选中等浓度。对于低粗糙度、高精度磨削,应选低浓度。: _& l8 n& g% o, E. E. m
7.怎样确定磨削硬脆材料的工艺参数?6 G8 F. H0 v% r- h. C0 t, ~
硬脆非金属材料的力学性能差异很大,在确定磨削的工艺参数时,应注意下列事项:% }" q7 I  S' m; S) Z1 v
(1)磨轮的磨削速度增加,磨粒的脱落将减少,但磨损的磨粒会增加。
" `3 R; `9 i# ~* g5 I: h6 l(2)一般的情况下,青铜结合剂的磨轮速度选为15~25m/s;树脂结合剂的磨轮速度选为20~30m/s;工件的进给速度为1~15m/min;磨削深度为1~20μm。磨削效率要求高时,可选大值。
* g: X$ `% Y( r6 F7 [' c' K- z, q3 t(3)磨削硬脆材料时的进给速度与被磨表面的粗糙度成正比。9 C) ?$ ]$ ?! y& q+ D7 j
(4)当磨削高精度、低粗糙度的表面或镜面时,应分成粗磨、半精磨、精磨和终磨等几个阶段进行,而且金刚石磨粒的粒度将逐渐减小。! e0 E  Y# o6 C
(5)磨削硬脆材料应使用切削液,以防止被磨下的粉状切屑残留在工件和磨轮表面上,使磨轮失去锋锐性。一般情况下,选用水溶性乳化液或粘度低的油类。
 楼主| 发表于 2009-5-11 07:22:09 | 显示全部楼层 来自: 中国浙江温州
8.研磨的机理是什么?常用研磨和抛光的硬脆材料有哪些?
3 T/ r! @" t5 S+ ?' l" I* n研磨和抛光是加工硬脆非金属材料的主要方法之一。研磨的过程是通过介于工件和研具之间的磨料及切削液,在工件和研具间产生机械摩擦或机械化学作用去除余量,使工件达到所需要的加工精度和表面质量。硬脆材料的研磨与金属的研磨不同,它是通过磨料在外力的作用下,使工件表面产生微小龟裂,并逐渐扩张和崩碎,从母体材料上脱离而进行加工的。但是随着加工去除单位的减小,加工机理也不同。开始粗粒度磨料研磨时,主要是脆性破坏。改用细微磨料(W5以下)时,研磨则是以塑性破坏为主。一般用硬质研具的加工方法称为研磨,用软质材料作研具的称为抛光。在精密加工中,研磨和抛光是难于区分的。常用研磨和抛光的硬脆材料见表14-5。 ! \8 R7 O' R4 F7 ?% ^! V6 E
9.研磨和抛光硬脆材料的工艺参数有哪些?
+ V: v& M. X3 L0 P, Q6 j/ f在研磨和抛光中,研磨压力、相对速度与加工精度、研磨工具的硬度、磨料的粒径与研磨表面质量有着密切的关系。研磨压力小,相对速度低,加工精度就高。磨料粒度小,研具的材料软,加工后的表面粗糙度就小。研具的压力高,相对速度高,磨料的粒径大,研具的材质硬,加工的效率就高。研磨和抛光的工艺参数见表14-6。
$ [/ v7 B4 Y, R' W10.常用的研磨抛光的磨料有哪些?& \" X" a) ?$ E6 n
常用来研磨和抛光的磨料可分为一般磨料和特殊用途磨料。一般磨料有:二氧化硅( SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化铬(Cr2O3)、金刚石(C)。特殊用途的磨料有:氧化镁(MgO)、氧化钍(ThO2)、氧化锌(ZnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锰(MnO2)、碳酸钙(CaCO3)等。
3 v  x  \2 h: u- `9 B% L( ]) I$ j
超精密研磨机
11.超精密研磨与抛光的方法和特点有哪些?
& {/ t( Q, V. m: I4 r% y9 I一般情况下,加工去除的单位越小或机械的作用越小,被加工表面质量就越高。如果研磨能以原子或分子为单位去除材料,表面的粗糙度就能达到纳米(nm)级,加工的变质层很微小或没有。各种超精密研磨与抛光的磨料粒径一般在数微米以下,对半导体材料的超精密加工,多用粒径为0.02μm的磨料。为了防止工件氧化和研磨液中的杂质,引起加工表面的划伤,一般使用蒸馏水或离子水。各种超精密研磨方法和特点如下:6 a* o! r6 r* Y: f$ N
(1)超精密研磨与抛光:它的机理是以磨料的机械作用为主去除材料。研磨时采用各种细微磨料和软质磨料。研磨工具采用铸铁、玻璃、陶瓷、软金属,抛光时采用软质研具或沥青。研磨液采用机油、煤油、水溶液,抛光时采用过滤水或蒸馏水。研磨方式有手工研磨和机械研磨。主要加工对象为各种硬脆材料。$ @7 ?: B. S3 l, `, Z7 r
(2)液中研磨与抛光:它是浸在含有磨料的工作液中进行的,以磨料的机械作用为主,加上液体的冷却与分散磨料的作用,被加工工件是浮动的,在液中运动进行。研磨液是过滤水或蒸馏水。研磨工具采用合成树脂或锡等软质材料。主要加工对象是硅片等电子材料。
' `4 E& D6 I$ z. U8 V/ @3 s(3)化学研磨与抛光:它是在工件被加工的过程中,伴随着化学反应或水合反应,将化学反应或水合反应的生成物去掉,其目的是为了提高加工的效率。它的原理是以机械作用去除化学反应的生成物。采用细微磨料和水溶液或纯水及无纺布或玻璃板等研具。主要用来加工硅和蓝宝石基板。/ p' G* R& {3 g9 k
(4)EEM加工:它的加工原理是高速旋转的树脂球对工件产生一定的压力和气流,并在它们之间加上含有磨料的工作液,使树脂球冲击或擦过工件表面进行加工。这种加工方法可以加工任何形状的表面,而且质量很高,但是效率很低。
/ F- C  Q) S4 n8 z/ z8 x: ]7 D(5)浮动研磨:它是利用滑动轴承的动压效应原理,将研具做成容易产生动压效应的形状,在工件与转盘作相对运动时,由于动压效应工件浮起而脱离接触,再通过间隙进入磨料和切削液而进行加工的。这种方法可以获得很高的表面质量。
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珩磨机
12.加工硬脆材料的其他方法有哪些?) X3 ?1 G/ Q; B7 H- y: w  \2 ~
(1)珩磨:珩磨不仅适用于金属,也适用于硬脆非金属材料的精密加工。珩磨条材质为Al2O3或金刚石磨料,粒度一般选用W28,采用煤油作珩磨液。珩磨条和工件被加工表面在一定压力下作相对运动,其压力越大,加工效率越高,但被加工表面粗糙度就越大。. o9 _) a& ?8 s, T- K4 j* p
(2)砂带加工:精密加工用的砂带,多采用25~75μm厚的聚酯薄膜,粘涂粒径为0.3~30μm的氧化铬或氧化铁、氧化铝、碳化硅和金刚石微粉制成。有带状、盘状、板状、圆筒状及特殊形状等品种。它主要对电子器件中的陶瓷材料加工。在磨削中,随着速度增加,磨削量也增加,最高速度可达40m/s。磨削液一般采用水,供给量为3L/min左右。磨削玻璃时,采用黑色碳化硅比采用绿色碳化硅的效果好。用砂带磨削硬材料时,金刚石磨料最好。
' c" t' ]( l2 S0 l4 t2 X(3)复合加工:它是将加工原理不同的两种或两种以上的加工方法应用于同一表面的加工过程中,这种方法称为复合加工。8 P; O5 |0 m- S: _: V* V* \! I( c
①化学—机械加工。它是利用机械作用,使加工表面活性化,从而促进化学反应进行,同时化学的作用又促使被加工表面变质或弱化,促使机械作用容易进行,达到加工的目的。各种硬脆材料在进行化学—机械加工时,关键在于选择被加工材料产生固相反应的磨料和化学反应的液体。例如利用软质磨料通过固相反应,加工硅、蓝宝石等。
( P2 S2 l* @8 \- c+ p( ~! o②电解—机械加工。硬脆非金属材料一般是不导电的,但在被加工材料中,适当加入导电而容易电解的成分,就可以进行电解—机械加工。如在陶瓷中加入TiN,就使材料具有电解的性能,而进行电解磨削加工。6 V- U0 F9 Q7 m
③电火花—机械加工。有些硬脆非金属材料,如ZrBi、Si3N4—TiN具有导电性,SiC为半导体,它们都可以进行电火花加工。这些材料可以使用电火花放电与机械加工结合起来,进行电火花磨削。对不导电的硬脆材料,要利用电解液中的电火花放电进行加工。如对金刚石、红宝石的孔加工就是利用了这一原理。
) ]; F% `" P8 y; Q6 v1 S$ @3 v④电解—电火花加工。对于不导电的硬脆材料,将其浸泡在电解液中,使金属电极与电解液之间进行电火花放电,这时放在电极附近的材料被加工。4 g5 a1 V, f0 t  A
⑤超声波—磨削加工。它是将超声波与磨削结合起来,使砂轮产生超声波振动,防止砂轮堵塞,减小磨削力,从而提高加工效率和表面质量。; K% R  d/ Q  l5 i4 o% [
岩石
13.岩石的种类有哪些?( v+ G4 q  [, D" `- B+ v1 {. I3 K% D
岩石具有许多其他材料不能相比的优良特性。如耐磨性好、耐腐蚀、精度保持性好,其制品有美丽的光泽等。石材经过加工可以制成精密平板、高精度机器零件,如三坐标测量机的工作台和立柱等。石材还可以做高级建筑的装饰材料,提高建筑的美学价值。
0 J6 N8 H  t1 n4 }% I! O岩石按形成原因可分为三大类,即岩浆岩(也称为火成岩)、沉积岩和变质岩。
. K% G' y& g  ~7 H(1)岩浆岩:在高温条件下,由岩浆或熔岩流冷凝结晶而成的岩石称为岩浆岩。岩浆喷出地表面凝固的岩石称为火成岩或喷出岩。岩浆在地壳深处凝固的岩石称为侵入岩或深成岩。如花岗岩、闪长岩、辉长岩等。组成岩浆岩的主要矿物有:石英、钾长石、辉石、角闪石、黑云母、磁铁矿、黄铁矿等。岩浆岩具有全晶体结构和半晶体结构,并有较高的硬度及强度。6 n% n5 n1 D+ B8 g- j" m: Q. X
(2)沉积岩:在地表条件下,由风化作用、生物作用和某种火山作用形成的物质经过改造(如搬运、沉积、化石作用)而形成的岩石称为沉积岩。它的特征是具有层理构造,它的硬度低于岩浆岩。用于加工的沉积岩主要是化学岩和碎屑岩。化学岩的岩种有石灰岩、白云岩和硬石膏岩等。碎屑岩主要有砂岩、灿角砾岩。( Q; G- o5 d5 M9 X
(3)变质岩:它是由已存的岩石,因物理化学条件的改变,使原来的岩石矿物成分和结构构造发生变化而形成的岩石。变质岩主要有原岩是花岗岩、流纹岩变质形成的片岩、片麻岩,原岩是石灰岩和白云岩变质形成的大理石岩等。# ~5 X# \( F8 j! s  p; J8 T, [
石材的加工业,根据岩石的基本特点,将石材分为大理石和花岗石两大类。所谓大理石是指变质的或沉积的碳酸盐岩及某些含有少量碳酸盐的硅酸盐类岩石,如大理石、石灰石、白云石、蛇纹岩、砂岩、石英岩和石膏岩等。凡属于岩浆岩和变质岩浆岩的石材统称为花岗石。它包括有花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩和片麻岩等。
5 X* W0 a, p0 e
岩石
14.岩石有哪些基本的物理性质?
) ~+ q( t0 [& v' A& o% o(1)相对密度d:它是岩石实际体积的质量与同样体积水的质量之比。所谓岩石的实际体积是不包括孔隙的体积。7 |3 {% b0 R. d; B
(2)容重γ:岩石的容重是单位体积岩石的质量。所谓单位体积,就是包括孔隙在内的岩石总体积。岩石的容重分为干容重和湿容重。" c5 U6 I' d8 l; S
(3)密度ρ:岩石的密度是单位体积岩石的质量。& `  R' a4 S0 c' Q7 f* f) c
(4)孔隙度n:岩石的孔隙度是指岩石的各种裂隙、孔隙体积总和与岩石总体积之比。
' T+ ?. m9 L/ W' d1 N. s(5)吸水率w:岩石的吸水率是指岩石在大气压力条件下,吸水质量与岩石干质量之比。) G/ e# H! _" a. u
岩石的物理性能见表14-7。" V* U( K+ `) I/ w* ~
 楼主| 发表于 2009-5-11 07:22:57 | 显示全部楼层 来自: 中国浙江温州
锯切机
15.切割石材的设备和工具有哪些?
) ?  O( W* R1 s9 K8 c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:
- L. S: c1 G; Z9 d+ O锯机:1.框架式:1)摆式——摆式框架锯机, j, k: E& N. G& `
          2)平移式: ①砂锯——平移式框架锯机9 k) u6 W! ^1 U
               ②金刚石锯条——金刚石平移式框架锯机
7 D/ t+ }7 J$ I; P   2.圆片式:1)双向切机:①桥式切断机  I4 z( v  f! A
         2)切断机: ②多刀切断机# V; _/ G$ U/ F# m* Z
(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。
# w0 E! Z' ~# V) d3 _" J0 D(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。
/ t6 A5 X# z' E( \$ o9 p(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。7 a+ {. L7 L9 G/ D( Y# ^1 S
(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。" _. P4 M6 W' V# ~* ^  t8 @
(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 f& u. i5 x! j% |(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。% z" f' k; T4 }! `  a
(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。( p% }, I  t3 g. }: l4 @, s
桥式磨机
  U; C, j; V6 [
. T2 m. k6 c& }, p
16.磨削石材的机械有哪?
! h# ]( ?0 |6 w; _(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。 " r3 c5 K  e, a: Y
(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。  [- U  @# x) p
(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。 2 e- K/ I' X" d6 x4 [
磨石
17.石材磨削加工时怎样选择磨具?4 o/ C) W3 Y5 Q
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。$ C, f8 W/ X& o, o+ e  V4 }
18.选择锯机和锯条的一般原则和锯切的注意事项是什么?+ |( \$ Z/ D2 K9 h" t- ^/ o
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:# o9 C# v* d% S, [1 y$ B) L- F) ]/ \
(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。# ]" }! f; e2 L: ~$ u
(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。
4 P! O% u! n& l% g1 s& f3 e(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。" F/ |4 F& i' U% [( ~
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。
. L. r. P: ~2 y* m* b19.怎样对石材进行切块加工?
5 x7 C7 Z1 z. ~1 G0 k# H7 I) H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。2 Z& L4 [6 o, c2 y! T! s
(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。! _3 e* q6 [  a, v0 R) L! X
(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。# K9 i! X; ]! f1 l
(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。) J/ l6 q2 R# e$ Y, C' }" X/ K
(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。
1 b/ W- m# T# _# ~& {(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。$ Q. f4 Q8 ^# |; _( D
20.怎样对石材进行磨削和抛光加工?6 r" ?. S5 {3 d1 ^$ g6 ^# _
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。
8 g8 \/ g6 i0 X8 _! u1 {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。
8 a! f  x- G7 p# Y$ d4 W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。! \- a3 \  F2 W' N5 @
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。
$ G) K1 B& K; y! P9 f0 W# m21.怎样加工高精度花岗岩平板?
: ~) {5 ^: p9 s0 ^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:
. o6 a5 Q7 V+ E+ B: l2 }) M(1)锯毛板:在框架锯机上进行,其尺寸为平板厚度。" G; ~2 T' t3 V6 J/ N' q1 V% {# C% @
(2)切块:根据平板的长和宽,用金刚石圆片式锯机切出。
; O7 {& U+ W& L2 b+ ?( N6 |(3)切边:按照平板的要求,在四边切出台阶。, ]8 m# }, O& U3 d8 ~
(4)装手把:在平板两端钻孔,安装金属手把。& E  `8 \6 h# t& m5 K7 C+ @
(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。* d/ U" T1 J% |! t
(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。
% Y' U) x0 m0 g7 P$ e; S8 F+ s(7)抛光。; t! U% p8 i1 {/ d) \
(8)检验:按平板检验要求进行。
9 a& k7 f$ `: T2 J, H# h4 P) ?) f5 ?/ ]/ n22.怎样用人造聚晶金刚石复合片铣刀铣削花岗岩?
: b* r( k; h  y! ]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。
2 Z' a- i0 [6 Z- l) B5 `# G- E+ F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。
" u" _9 c3 l! l9 L: [; k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。
' x/ H# S' w! E& n- J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。
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