談高壓水流切割技術(shù)在建筑裝飾中的應(yīng)用

康志涌

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

高壓水流切割技術(shù)是一種新型的切割工藝。雖然它問(wèn)世很短，但是在切割工藝領(lǐng)域比起電鋸、電弧、激光切割等已經(jīng)體現(xiàn)出了很多的優(yōu)勢(shì)。而建筑裝飾中的石材拼花，是人們通過(guò)藝術(shù)構(gòu)思，用石材來(lái)代替顏料拼接出來(lái)的精美的藝術(shù)圖案，并且具有媲美天然石材的自然紋理和色澤，是目前裝飾材料當(dāng)中比較上檔次的產(chǎn)品。水刀拼花采用高壓水流切割技術(shù)來(lái)切割拼花板材，是石材拼花切割方法中的一種形式。本文從水刀石材拼花的技術(shù)原理、應(yīng)用特性、石材選擇、產(chǎn)品加工等多方面來(lái)分析高壓水流切割技術(shù)在建筑裝飾中的應(yīng)用。

1 高壓水流切割技術(shù)

1.1 工作原理

將水流通過(guò)一個(gè)高壓加壓器加壓至4 000 bar，使高壓水通過(guò)一個(gè)直徑很小的噴嘴(產(chǎn)生速度最高可達(dá)900 m/s的水柱)，以此來(lái)產(chǎn)生巨大的沖擊力。此水柱可以切割各種非金屬物質(zhì)(塑料、紙類(lèi)、玻璃、纖維等)。若要切割較硬的物質(zhì)和金屬材料，需在水柱中混以砂料，這樣通過(guò)摩擦效應(yīng)，增強(qiáng)水柱的切割能力。

1.2 應(yīng)用特性

1)切割范圍廣:大部分材料都可以被切割(如:石材、金屬、塑料等)。2)切割質(zhì)量好:平滑的切口，不會(huì)產(chǎn)生粗糙的，有毛刺的邊緣。3)切割精度高:其切割工件之精度介于0.1 mm～0.25 mm之間。工件之精度決定于機(jī)器之精度、切割工件之大小及厚度。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1)無(wú)切割方向之限制，可以完成各種不同的切割形狀。2)只用一種機(jī)器就可以完成鉆孔切割等多種功能，同時(shí)還可以降低加工成本，縮短加工時(shí)間。3)不產(chǎn)生有毒氣體，不污染環(huán)境，保證操作人員的身體健康。4)不需要二次加工，不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)。5)切口細(xì)不會(huì)產(chǎn)生毛邊，切口光滑無(wú)熔渣，節(jié)約制造成本。6)無(wú)強(qiáng)光、刺耳噪聲及震撼感，既安全又環(huán)保。

1.4 工具選購(gòu)

一套水切割設(shè)備主要由三個(gè)部分組成:工作平臺(tái)，數(shù)控控制柜和超高壓系統(tǒng)。

工作平臺(tái):進(jìn)行水刀切割的操作平臺(tái)，由程序控制帶動(dòng)切割刀頭，對(duì)工件進(jìn)行切割處理。

數(shù)控控制柜:是運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與工作平臺(tái)分體，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)控系統(tǒng)遠(yuǎn)離電機(jī)，減少對(duì)系統(tǒng)的干擾，減少平臺(tái)的工作環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響，從而更加保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)控工作平臺(tái)的選擇:有龍門(mén)式和懸臂式兩種，主要根據(jù)切割材料尺寸的大小而定。

超高壓系統(tǒng):通過(guò)高壓加壓器加壓至300 MPa～400 MPa，以此來(lái)產(chǎn)生巨大的沖擊力。不同的超高壓系統(tǒng)對(duì)零部件的加工在切割精度、切割效果、切割效率等方面有著直接的影響。超高壓系統(tǒng)的選擇，主要根據(jù)切割材料的品種、厚度、切割表面質(zhì)量和切割速度等方面的要求而定。

2 水刀石材拼花

1)水刀石材拼花:

水刀石材拼花是采用高壓水流切割技術(shù)來(lái)切割拼花板材，是一種拼花板材的切割方式，水刀機(jī)是一種技術(shù)先進(jìn)、工藝精良、方法獨(dú)特的加工設(shè)備，無(wú)論在加工質(zhì)量、加工難度、加工效率，還是裝飾效果上都是目前加工復(fù)雜高難度拼花的最佳選擇。

2)石材水刀拼花選材要求:

a.不宜品種:

大花紋且價(jià)格高的石材。拼花的意義在于把幾種相對(duì)純色的價(jià)錢(qián)便宜的石材進(jìn)行搭配組合達(dá)到華美的裝飾效果。因此那些價(jià)錢(qián)昂貴的本身色彩變化艷麗的石材不適用于拼花，或者說(shuō)把它們用于拼花是一種浪費(fèi)，而且使用之后有混亂、眩暈的感覺(jué)。

材質(zhì)疏松容易掉皮的石材。由于材質(zhì)疏松原因?qū)е掳肽甑揭荒陜?nèi)掉皮或者爆裂吃灰等現(xiàn)象，容易引起業(yè)主索賠的材料盡量不要在拼花中選用。

材質(zhì)過(guò)軟或者過(guò)硬的石材(見(jiàn)圖1)。由于質(zhì)地太軟或者太硬無(wú)法整體打磨的材料，如爵士白質(zhì)地太軟，花崗石質(zhì)地太硬，整體打磨容易蹦邊，如安哥拉棕。砂巖無(wú)法拋光，也不宜用于拼花。

圖1 質(zhì)地不同的石材

有很多孔洞的石材(見(jiàn)圖2)。

圖2 不同種類(lèi)的洞石

洞石一般都不作為拼花石材，原因是在整體打磨過(guò)程中石材粉末會(huì)進(jìn)入洞石孔洞中形成無(wú)法清潔的污染。

b.常用選材:

大多數(shù)的石材拼花都是由大理石制作而成的。因?yàn)樘烊淮罄硎哂匈|(zhì)地細(xì)密、硬度適中、花紋豐富的特點(diǎn)，非常適合拼花的加工，同時(shí)還有一些新開(kāi)發(fā)的砂巖和板巖用于拼花制作。

3)價(jià)格要素:

a.水刀拼花價(jià)格=材料費(fèi)+加工費(fèi)。

材料費(fèi)=大板價(jià)格/出材率。

出材率=正常切割出材率(可重復(fù)利用越少切割出材率越小)+破損出材率(加工難度越大破損出材率越小)。

加工費(fèi):與切割長(zhǎng)度正相關(guān)，圖案越復(fù)雜切割長(zhǎng)度越大。

b.成本控制思路:

通過(guò)常用形成“常用材料帶”控制大板價(jià)格、提升正常切割出材率，從而控制材料費(fèi)。

通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化降低圖案復(fù)雜程度，控制破損出材率，間接降低加工費(fèi)。

c.加工難度定性描述:

固定畫(huà)面里，整體尺寸越小加工難度越大;

曲線(xiàn)比直線(xiàn)加工難度大;

曲線(xiàn)越多越復(fù)雜加工難度越大;

線(xiàn)條越細(xì)加工難度越大，線(xiàn)條越長(zhǎng)加工難度越大;

使用材料品種越多加工難度越大。

3 石材水刀拼花工藝流程

現(xiàn)在大多數(shù)的加工過(guò)程是利用電腦制圖軟件CAD和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制程序CNC，把設(shè)計(jì)好的圖案通過(guò)CAD軟件轉(zhuǎn)化成NC程序，然后將NC程序再傳輸給數(shù)控水切割機(jī)，之后根據(jù)設(shè)計(jì)要求將選好的天然石材用數(shù)控水切割機(jī)切割成獨(dú)立的圖形組件，再由人工將各個(gè)組件組合拼接、修補(bǔ)粘貼成一個(gè)整體，最后打磨拋光。

石材拼花的加工主要分為5個(gè)步驟:模版設(shè)計(jì)、分件制作、調(diào)節(jié)拼組、添縫加固、打磨拋光。

1)模版設(shè)計(jì):拼花模版的制作主要是根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，在三合板上畫(huà)出拼花圖案并標(biāo)明各個(gè)圖案需要的石頭種類(lèi)。然后根據(jù)各個(gè)圖案的順序編號(hào)連接。接著用銳利的介刀，沿著圖案的外緣分別切割出每個(gè)圖形的模具。

2)分件制作:傳統(tǒng)方法是把之前所做模具的規(guī)格、形狀，準(zhǔn)確的刻畫(huà)在選好的石板上，依次切割下來(lái)。不過(guò)目前大部分都是采用水刀(高壓水流)進(jìn)行切割，而不需要制作模版，把所需要的各種數(shù)據(jù)輸入水刀數(shù)控設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，直接在板材上切割所需要的拼花圖案。

3)調(diào)節(jié)拼組:把割切好的拼花組件的預(yù)留部分慢慢磨至連接線(xiàn)位，使各個(gè)部分都能完美的貼合，再用較少的粘合劑確定位置，等到整幅拼花完成后再依次粘拼為整體圖案。

4)添縫加固:粘拼完成的整體圖案難免會(huì)存在一些縫隙或者留有加工時(shí)的一些小瑕疵，這時(shí)就需要對(duì)石材拼花進(jìn)行添縫和修補(bǔ)。通常使用環(huán)氧樹(shù)脂、色料和石粉拌合調(diào)成所要修補(bǔ)添縫的石材顏色，等與石材顏色差不多相同的時(shí)候，加入一些催干劑混和，快速填補(bǔ)有縫隙的地方，等粘合劑干了之后去除表面色料。最后在整個(gè)石材拼花的背面覆蓋纖維紗網(wǎng)，涂上石粉淋樹(shù)脂，并進(jìn)行抹平，使紗網(wǎng)與石板緊密粘合，起到加固拼花板面的效果。

5)打磨拋光:將粘貼好的石材拼花板材背面整理干凈平整，拼花板面朝上放在打磨臺(tái)上，打磨平滑直到?jīng)]有縫隙，最后用蠟拋光，這樣石材水刀拼花就完成了。

［1］藺寶鋼，陳雪華.城市雕塑藝術(shù)的成型與制作［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008:20-22.

［2］侯建華.建筑裝飾石材［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:58.