石材的加工工艺与设备

1、第四章石材的加工工艺与设备第一节 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、优化处理二. 影响石材加工性能的因素花岗石与大理石在锯切工艺参数上的差异，在磨抛材料上的不同； 花岗岩与辉长岩、玄武岩、角岩在火烧效果上的差异 岩石结构构造的影响：粗粒结构易崩边，条带构造易断裂 石英含量高低对锯切效率的影响；片状矿物对磨抛效果的影响沉积岩中胶结物成分对锯切磨耗率的影响，P63表1、表2中的试样81. 岩石类型、矿物成分与含量：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2. 切削力的大小与方

2、向 试验结果表明：(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3. 加工设备与工具三. 加工工艺表4.1-3石材的加工工艺分类石材类别特征实例大理石一类石质软、SiO2含量小于5%汉自玉、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 95，SiO2含量高，石英含量高且颗 粒粗石棉红、龙田黄、九 龙璧表4.1-4金刚石圆锯片锯切花岗石工艺参数花 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/mi n)锯切效 率(m/h)一类1非洲黑

3、、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 30530.9表3、表4对于购买设备时比较设备技术性能的作用四. 石材可锯性的综合影响因素综合测评的经验公式为：丫=27.77 0.168B 0.12C 0.10D丫一锯片的抗磨损性能；-岩石的磨蚀性；岩石的肖氏硬度；-石英体积的百分含量。式中：D上述公式表明石材的磨蚀性、肖氏硬度和石材中石英的含量都影响到石材的 可锯性，在这三者中尤以石材的磨蚀性对石材的可锯性影响最大(举例开刃 材料与大洋红锯切)。.石材的锯切设备1.框架式砂锯(1) 上摆式砂锯第二节

4、石材的通用加工设备与主要技术性能基本结构：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、荒料台车工作原理技术性能：优点：可使用较薄的锯片，低能耗、低锯耗，出材率高，运动方式简 单、设备磨损较小，成本低。缺点：空行程占比例大(3/44/5 )、效率低(1020mm/h(2)平移式砂锯基本结构：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。工作原理技术性能： 缺点：应使用较厚的锯片，高能耗、高锯耗，高成

5、本，低出材率。 优点：无空行程、效率高（ 30 40mm/h、。3、复摆式砂锯运动特点： 结构特点：如何实现复合曲线运动（图示说明、a. 交叉式杠杆悬吊系统 Breton 砂锯b. 安装悬臂活节 Pellegrini 砂锯c. 增大或缩小锯框悬挂点 Gaspari 下摆式砂锯d. 由吊臂箱改变运动曲线Tema Simec砂锯技术性能：集中了上述两类砂锯的优点，克服了这两类砂锯的缺点，因而具 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。（4 、框架式砂锯存在的问题与改进方向（观看录象、2. 金刚石框架锯（图、（ 1 、基本结构（2、锯条（3 、技

6、术性能3. 金刚石圆盘锯（ 1 、分类：结构分类：单臂式、双柱式（龙门式） 、框架式（四柱式或六柱式） 根据锯片直径：普通型（w 160cm、中型（160200cm、大型（200 250cm、巨型（250cm根据锯片数量：单片锯、组合锯（ 2、单臂式金刚石圆盘锯 基本结构（图、 工作原理 技术性能（3 、双柱式金刚石圆盘锯（图、（4 、框架式（双向、金刚石圆盘锯（图、4. 金刚石绳锯（观看录象、 基本结构（图、工作原理技术性能 优点： P76 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2250m,相当于a.1/2 2/3 ;天可锯切b. 锯切效率高,锯切中等硬度的花岗石板材,

7、一 两台各装有 1 20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換加工板材 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I rf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rf的花岗石大板为例，金刚石 绳

8、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6. 金刚石筒锯二. 石材的磨抛设备1. 磨抛的目的与要求2. 检测方法与标准3. 影响因素4. 有关清晰度问题5. 石材的抛光机理6 设备类型（1 ）手扶摇臂磨机（2）小圆盘磨机基本结构（普通磨机与升降磨机） （图示） 工作原理 技术性能 适用条件基本结构（图示）工作原理 技术性能 适用条件3）桥式磨机基本结构（图示）工作原理 技术性能 适用条件（4）自动化连续磨机（观看录象）基本结构（图示） 工作原理（重点分析磨头摇动的作用机理） 技术性能 适用条件 基

9、本要求：当连续磨机用于花岗石的研磨抛光时磨机的磨头数应不少 于 12 个，而用于大理石磨抛加工的连续磨机磨头数不少于 8 个就可以了。磨头的加压方式有液压的或气压的， 当加工花岗石时宜用液压 式加压，当加工大理石时宜用气压式加压。（ 5）定厚机（铣平机 Grinding Machine ） 用途：纠正厚度误差；消除沟槽纠正平整度；为磨光作准备。 类型：盘式与辊式 基本结构 工作原理 （介绍意大利布拉公司、 Barsanti 公司和 Pedrini 公司以及长荣公司的五 种定厚机的结构、原理并比较其优缺点）三. 石材的切断设备1. 切断工艺对设备的要求（切断与锯切的差异） ：切断是低功率的精加工

10、，对 材料的规格尺寸、角度误差有较高的精度要求，并要求切面平整不崩边掉 角，切断工序对成材率的高低影响较大。2. 常用设备（1）桥式切机 主要用途： 基本结构（图）工作原理 技术性能（2）纵向切机主要用途： 基本结构（图）（单刀或多刀切机） 工作原理技术性能（3）横向切机 主要用途： 基本结构（图）（单刀或多刀切机） 工作原理（比较纵向切机在运动原理上的差异） 技术性能4）手拉切机主要用途：除了可用于切断工序外还是碑石、外栅、条石、灯笼、台 板等异形石材的重要造形设备。基本结构（图）工作原理技术性能四. 异形加工设备1. 数控金刚石绳锯（图）（1）用途（2）性能（3）优缺点2. 数控铣床（图）

11、（1）用途：异形边部加工（2）性能（3）优缺点3. 电脑水射流切割机（图）（1）用途（2）性能（3）优缺点4. 电脑加工中心（图）（1）用途（2）性能（3）优缺点第三节 薄板的加工设备与工艺过程（配合录象）薄板：指厚度小于2cm的规格板一. 薄板的加工工艺及其适用条件A 工艺（先切后磨）：选料装車锯切毛条板定厚研磨抛光切断 （纵切、横切）磨边倒角清洗烘干检验修补分色包装。B 工艺（先磨后切）：选料装車锯切毛条板切断（纵切、横切）定厚、 研磨、抛光磨边倒角清洗烘干检验修补分色包装。C工艺（MAKRO加工法）：选料装車一锯切块料一锯切规格毛条板一定厚、 研磨、抛光横切磨边倒角清洗烘干检验修补分色

12、包装。二. 选料装车原则：1. 荒料的最大尺寸不能超过锯切设备的加工能力，荒料的最小尺寸必须满足 锯切稳定性的要求；2. 工程用料应根据工程所需的品种选用荒料，应使得同一工程的荒料在花色 上协调一致，以保证良好的装饰效果。3. 工程用料应根据所需的数量、荒料的成材率、加工中产品的合格率选用数 量适宜的荒料，在保证工程用量的前提下尽量减少多余的加工量， 以免造成浪费。4. 根据产品的规格尺寸选用几何尺寸适宜的荒料，以免在荒料的长度和高度 方向上留有过多的余量，使得荒料的利用率最高，提高成材率。5. 装車时荒料的大面应当平行于锯切面，以保证板材的花纹一致，并具有较 好的力学性能，同时能提高锯切效率

13、。6. 荒料装車时，底部必须备有垫木，垫木必须垂直于锯切方向。垫木的截面 应不小于20X 15cm以保证垫木能够承受荒料的压力；垫木的长度应与台車的 宽度基本相等。7. 当荒料表面不规整时，应当对荒料进行整形，以提高锯切效率，并减少无 用的锯切。三. 锯切1. 选择锯片 要点：根据板材的规格选择直径适宜的锯片；根据荒料的岩石类型和矿物成分选用适宜的刀头。砝兰盘的作用与直径选择 锯片的旋转方向要始终一致 锯片的安装精度要求与检测方法(P97)(图示说明)2. 安装锯片(1)( 2) ( 3 )3. 锯切操作要点参数设定( P97)(1)( 2)四. 定厚控制厚度、修正平度定厚的厚度控制 =薄板的

14、标准厚度 +允许的正公差 +磨抛工艺的加工余量五. 研磨抛光1. 选择磨石：粒度、结合剂、组织、硬度； 要点：磨石性能应与毛板的粗糙度、 成品板的光泽度以及磨抛设备、 磨抛工艺相适合。2. 磨抛工艺：(1) 磨盘转速：高硬度、高石英含量的石材取低转速(612m/s) (P99第22 行订正)( 2)压力：粗磨与抛光压力增大，石英含量高、硬度高压力大(4 6kg/cm2)（ 3）磨盘移动速度：磨盘运动轨迹应当尽量少重叠，但不能不复覆盖。石英含量高、硬度高移动速度慢（0.20.6/min ）（4）用水量：水的用途：冷却、排屑、调节磨石硬度。六 . 切断1. 技术要求：根据 GBT186012001

15、 标准规定2. 设备要求：高精度、高稳定性、振动偏摆小、切缝细、直、平、不崩边3. 锯片选择：常用直径200400mm窄槽型、锋利型锯片，配置大直径砝兰盘 （约为锯片直径的 1/2）精度要求与检测方法（Pi00表5）重点介绍（图示说明）略）（看录象解说） 略，在优化处理时详述）4. 锯片安装：5. 工艺参数：6. 切割定位：七. 磨边倒角：八. 粘结修补：九. 检验：1. 标准依据：2. 可量化标准与不可量化标准：由天然材料的特点作重点讲述；与贸易纠纷的 关系。3. 检验方法： 十. 分色包装：1. 分色的依据与技巧：（以G682为例）2. 包装的目的：保护石材不受损、保证分色效果、便于搬运、

16、贮存、保管、销售、使用3. 包装的要求：牢固、科学、经济、适销、方便、环保（塑料泡沫盒的白色污染与木质包装箱的熏蒸要求）4. 包装形式：以外贸出口标准的 305mn薄板为例。第四节 大板的加工设备与工艺过程（配合录象）一. 锯切1. 重要性：成本比例与成材性比例， 重点分析 P109 表 5.3-12. 设备：大直径金刚石圆盘锯、多绳式金刚石绳锯、框架式砂锯分别评述其优 缺点与适用性；以框架式砂锯为主。3. 工艺过程：框图表明十一道工序的关系。（1）选料： 重点介绍根据工程需求量与产品成材率备料，防止不足与过剩； 根据设备的技术性能与产品的规格尺寸选择荒料规格， 既避免无用锯切、 提高成材率，

17、又使设备满负荷工作提高生产效率。同一台车的荒料必须高度相近、可锯性相同。（以P110、P111例1、例2说 明） 荒料大面平行于锯切面（从荒料的力学特征与石材的使用性能分析） 。2）3）4） 先整形、后锯切，减少无用加工量。 （成方性与相对成方性概念及计算方 法， P112-113） 吊装荒料（略）间隔板的计算方法， 新安装的锯条先锯较长的荒料， 第二、三车荒料长度递减。 下锯：简述锯切参数选择，分析锯切早期的下锯速度 出台车：分析为什么不能在锯镗内彻底清洗毛板吊卸、清洗、检验毛板同时进行（检验的要点，以G611荒料为例）清洗锯台、卸锯片、保养润滑固定荒料：详述三部分混凝土的作用与优缺点。 安

18、装锯条： 简介安装精度要求与锯条技术性能要求， 详述两种安装方法的 利弊。（5）（6）（7）（8）二. 砂锯的辅助设备及操作要点1. 砂浆泵（1）作用（2）使用技术： 重点分析功率选择的重要意义，解析为什么配置与实用不一致； 通过计算说明选用适宜功率的砂浆泵对节能的意义； 砂浆需求量计算方法说明（3）砂浆回流管与砂浆井的位置关系 2. 钢砂添加器（1）作用（2）影响钢砂需求量的因素 荒料的长度； 锯条数； 落锯速度； 岩石类型与力学性质； 钢砂的硬度与耐磨性。（3）计算方法Y=5N L WV式中：m3/h丫砂浆需求量；N锯条数；条L 荒料长度；mV锯缝宽度；mV 下锯速度；m/h3. 钢砂回收

19、器（分离器）1）作用：（ 2）钢砂的最佳粒度范围（ 3）钢砂回收器调控技术当废浆中大于0.4mm钢砂多于8%寸表明排浆持续时间太长； 当砂浆中小于0.4mm钢砂多于55%寸表明排浆间隔时间太长。4. 石灰混合器和灰浆搅拌桶（略）作用：结构：（图示说明）锯条受力分析：计算方法见Pi22123要求学生重点掌握。使用要点： 根据剩余锯条宽度选择适宜的荒料高度 根据剩余锯条截面积调整液压张紧器拉力，使得既能张紧锯条，又不拉断 锯条。选用宽度不同的锯条减少锯条浪费。5. 液压张紧系统（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）（ 4） 例题：已知每锯切下1m高度的荒料锯条宽度磨损18mm厚度磨损0.25mm假设 锯条

20、的磨损是均匀的，如果液压张紧器使每根锯条受到 55000N的拉力，锯条 的抗拉强度为750MPa当锯条的宽度为65mm厚度为3.5mm时请计算这种锯 条能锯下高度为多少的荒料？如果要锯切高度为 1.50m 高度的石材应如何调 整液压张紧器？锯条的极根強度（T p=750X 0.5=375 Mpa锯条断裂时的极限截面积A=F/（T p=55000/375=146.67mm 设该锯条可锯切Xm高的荒料，贝65-18X）（3.5-0.25X ） =146.67X1=1.087 X 2=16.524（不合题意）锯切1.50m高度的石材后锯条截面积为：（65-18X1.5）（3.5-0.25 X1.5）

21、 =118.75mm2锯条张紧力 F= C p X A=375X 118.75=44531.25N（设锯条的极根強度为抗拉強度的 0.5） 10%（1）（ 2）（ 3）（ 5）三. 砂浆工艺1. 砂浆的成分：水： 38.12% ；钢砂： 23.74% ；石灰： 5.56% ；石粉： 32.39% ；比重1.7492. 钢砂（1）成分：钢砂：钢丸=85 : 15 （ 2）粒度控制： P126 以 25 号钢砂为例说明3. 石灰：（ 1 ）作用：石灰钢砂系数（K的计算（ 2）石灰添加量的确定(3) 例题：已知使用摆式砂锯锯切比重为2.73的闪长岩时每锯切1平方米毛板消耗钢 砂2.45kg，测得锯缝

22、宽度为7.6mm请计算每锯切m毛板需要添加多少石灰 才能使砂浆始终保持在最佳状态？求石灰钢砂系数？(1) 锯切1m毛板生成的石粉重量：0.0076 X 2.73 X 1000=20.748kg(2) 锯切1m毛板需要添的石灰量：20.748 X 5.56/32.39= 3.56kg(3) K=3.56/2.45= 1.45 (即每添加1kg钢砂必须添加1.45kg石灰)4. 水量的控制：砂浆井液位感应器(图)5. 贮浆池：钢砂粒度级配的控制保障详述作用原理四. 花岗石大板的磨光设备性能一一磨头数 毛板粗糙度 成品板的光泽度要求 磨抛工艺 磨具的性能与磨具号的配置1. 影响大板磨光的因素(1)(

23、2)(3)(4)(5)2. 连续磨机各磨头上磨具号的配置(1) 磨具号与磨料的粒径：P132表5.3-8(2) 计算方法 根据毛板的粗糙度确定第一个磨头上磨料粒径31 a 1=Ra n 85度 90度 95度磨具号为1200号，抛光后可达 磨具号为1500号，抛光后可达 磨具号为1800号，抛光后可达 根据磨光板所要达到的光泽度确定最后一个精磨磨块中磨料的粒径精磨光泽度为55,磨料粒径应当为0.013，精磨光泽度为60,磨料粒径应当为0.010，精磨光泽度为65,磨料粒径应当为0.009， 计算等比系数QQ二罟怙1 计算其他磨头上的磨料粒径an a n-1 Q(3) 例题使用16磨头的自动化连

24、续磨机研磨加工粗糙度为 0.95mm的花岗石板材， 要求磨抛后板材的光泽度达到90度，請计算磨机上各磨头所用磨料的粒径。(设：使用3个磨头作抛光用)8%(1) 第1个磨头上磨料的粒度：a 1=R2=0.952=0.9025(2) 最后一个磨光磨头上磨料的粒度：因为抛光板光泽度为90度，所以最后磨光的光泽度为60度，第13个磨头上磨料的粒度a 13=0.010.01(3) 各磨头上磨料粒度的等比系数：Q 二13守 0.01=0.6871各磨头上磨料粒度：a 1=0.9025 (mm(mm(mm(mm(mma 2= a 1 Q=0.9025X 0.6871=0.6201a 3= a 2X Q=0.

25、6201 X 0.6871=0.4261a 4= a 3X Q=0.4261 X 0.6871=0.2928a 5= a 4X Q=0.2928X 0.6871=0.2012a 6=0.13833. 磨削工艺要素CIRP提出的“当量切削厚度”的根据根据国际机械生产工程研究组织 概念，可表示为以下关系：AV1式中：A可以认为是磨具以一定速度从石材上切削下的切屑的厚度；t 切削深度；V1 -磨盘相对于石材的移动速度；V磨盘转速。上式表明：要改善磨削质量，提高光泽度应当减小A;如果要提高磨削效率， 刚应当提高A。所以粗磨时应增大磨盘压力（即增大t）,同时降低磨盘转速（即 减小V2）,加快磨盘相对于石

26、材的移动速度（即增大 V1）,即可提高磨削效率；反 之细磨和精磨时，为了提高磨削质量应当减小磨盘压力， 提高磨盘转速和降低磨 盘相对于石板的移动速度。实际上在连续磨机上无论是粗磨还是精磨，磨盘相对于石板的运动速度都是 相同的。因此磨削工艺参数的选择主要考虑以下几点： 磨削压力的大小与磨石的消耗成正比，也与磨削效率成正比。粗磨工序的磨头压力约为58bar，细磨和精磨时磨头压力约为 36bar。 传送带的前进速度与磨抛质量有关，应当按毛板的粗糙程度和石材的类型性质来选择，一般磨抛花岗石类板材时传送带的进给速度为0.20.6m/min ；磨抛辉长岩、玄武岩类板材时传送带的进给速度为 0.50.8m/min。 磨机横梁的往复摆动速度约为 410m/mi n,当石板较宽时取高值，石板 较窄时取低值。五. 切断（略）1. 设备：