金刚石锯片锋利性试验分析

杨晓军等

摘 要：随着石材厂家对利益最大化的不断追求，加上人们对石材加工质量要求在不断提高，因此，人们不在追求寿命的最大化，而是将目光逐渐放在金刚石锯片的锋利性方面。由于我国针对金刚石锯片的研究起步比较晚，大多数研究只是停留在试验探索阶段，从理论上进行研究分析的比较少。因此，本研究通过对三种切割花岗岩石的金刚石锯片锋利性进行研究对比，分析其锋利性的影响因素。

关键词：金刚石锯片；锋利性；试验分析

1 金刚石锯片锋利性试验方法

金刚石锯片锋利性实验主要是在自动切割机中开展的，其试验的工件需要放置在水平工作台面上，确保金刚石锯片以一定的转速运转，在电动机带动的前提下，需要以常规的切割速度均匀开展切割工件，并且需要通过电流显示计算锯片消耗的功率。在通常情况下，走刀速度一致的时候，锯片越锋利，其所消耗的功率就会越小，因此，在分析锯片锋利性的时候，可以根据功率消耗的大小来分析研究[2]。本研究的试验材料主要是选取芝麻灰花岗岩为切割对象，并选取胎体成分一致的三种配方的金刚石锯片，三种配方金刚石锯片所设置的参数如表1所示。这三种锯片的规格是一致的，均为φ350mm的锯片，节块的数量为24个，其尺寸为40mm×3.5mm×6mm。

2 试验结果

金刚石锯片切割的厚度均为17毫米的同一种材质的花崗岩，其切割长度为70米。切割走刀的速度为每秒42毫米，其锯片的运转速度为每分钟1460圈。待切割10米之后，需要开始观察并记录锯片的切割功率值，每切割10米记录一次，总记录6次，并根据6次的记录值取平均数。三种金刚石锯片锋利性实验结果如表2所示。三种锯片的锋利性对比排序为：锯片b>锯片c>锯片a。并根据金刚石参数的设置值就可以看出，在金刚石粒度以及粒度组成成分不变的情况下，可以通过降低金刚石的浓度来提高其锋利性。另外，还可以在金刚石浓度不变的情况下，通过加大金刚石的粒度来提高其锋利性。

表2 三种锯片锋利性试验结果

3 试验分析与讨论

3.1 金刚石锯片切割的原理

金刚石锯片的主要成分是金刚石，其具有锋利的尖刃，得到结块合金胎体的包裹与支持，主要是在锯片高速度运转并且横向给进力的作用下切割岩石。单颗金刚石锯片切割工作时有两种情况，一种是锯片在开始切割的时候，金刚石在横向给进力以及切向刀的作用下会直接压入岩石表面，导致岩石表面产生细小破碎现象，能够促进金刚石锯片顺利进入岩石中。另一种情况是金刚石从空转状态进入到工作状态的瞬间，将岩石进行冲击破碎，从而更快的进入切削状态[3]。

3.2 金刚石锯片锋利性的影响因素

其一，锯片锋利性与金刚石浓度有关。锯片越锋利指的是在相同的切割速度下，切割机的功耗就越小。锯片切割所消耗的功率可以通过切割机工作时的功率减去切割机空转时的功率得出，即380×（切割机切锯时的电流值-空转时的电流）。分析可以看出，在确保金刚石粒径不变的情况下，通过减少其浓度，可以提高锯片的锋利性，但是其浓度减少的量需要适中，并不是浓度越小越好。当金刚石空转转变为切割工作的时候，金刚石破碎岩石的瞬间，金刚石所承受的反作用力与剪断的岩石厚度有关，而岩石的水平厚度指的是锯片旋转时，两颗相邻金刚石对应弧度的时间内，其锯片水平位移值，如图1所示。其中1、2表示两颗相邻的金刚石，L1为胎体基面，L2表示金刚石2刚接触岩石胎体基面时L1移动到的新位置。要想确保锯片正常运转，就需要确保金刚石之间满足一个最大间距，从而避免胎体参与切割，避免锯片锋利性的降低。

由图1可以通过理论推导得出，金刚石最大间距的计算公式为：最大间距=fd=cf+cd=金刚石出刃高度×cotθ+（2πRn×金刚石出刃高度）/vsinθ=[金刚石出刃系数×（vcosθ+2πRn）d]÷vsinθ

在上述公式中，d表示金刚石粒径；v表示锯片走刀速度，即2500mm/min；n表示锯片转速，即每分钟1460圈；R表示锯片半径，即175毫米；如果金刚石出刃系数为1/5，将其带入上述公式中，可以得出锯片相邻两颗金刚石之间的最大间距为317d。通常分析得出，在减少金刚石浓度来提高其锋利性的时候，减少的数量应该确保在最大间距范围内，以便确保其有效性。

其二，锯片锋利性与金刚石粒度有关。通过实验研究可以得出，在浓度不变的情况下，金刚石的粒度越大，锋利性越好。但是其粒度在增大的时候，需要考虑到粒度加大的成本、胎体包裹金刚石的能力、花岗岩的性质等方面的要求，并结合实际情况进行适当的调整。

4 结束语

金刚石锯片的锋利性与金刚石的浓度和粒度有关，可以通过两种方式来提高金刚石锯片的锋利性。一种是在浓度不变的情况下，加大金刚石粒度来提高锋利性，但是加大粒度时，其成本也随之增加，金刚石颗粒太粗的情况下，石材的崩边更加严重。另一种是在粒度不变的情况下，减少金刚石的浓度来提高锋利性，但是其减少的浓度值需要确保在相邻两颗金刚石之间的最大间距范围内。

参考文献

[1]李云妹，谢祖华.金刚石对锯片使用性能影响的探讨[J].福建农机，2012，14（4）：155.

[2]张绍和.干切花岗岩的金刚石小锯片试验研究[J].金刚石与磨料磨具工程，2009，21（1）：217.

[3]翟富刚.交变磁处理对金刚石锯片切割性能的影响[J].金刚石与磨料磨具工程，2010，32（6）：65.

作者简介：杨晓军（1982-），男，河南禹州市人，工作单位：河南黄河旋风股份有限公司，职务：研究员，研究方向：超硬材料。