刀頭偏擺對多層焊接陶瓷鋸片拖尾的影響

鄒新光, 劉一波, 梁 甫, 崔博超

(安泰科技股份有限公司 北京安泰鋼研超硬材料制品有限責任公司,北京 102200)

0 引言

陶瓷巖板的主要成分有天然黏土、二氧化硅及長石粉等無機氧化物,是由天然原料經過特殊工藝壓制成型后,再經過高溫燒制而成的超大規格新型瓷質材料。其優點:(1)大、薄、硬;(2)表面無氣孔;(3)化學性能優異;(4)天然石材紋理。這些優點符合家庭對于裝修的期待,也替代了部分天然石材,近年來已逐步進入大眾的視野。但是陶瓷巖板的大、硬、脆、內應力等特點是后期加工的難點[1]。

機械企業圍繞陶瓷巖板產品的加工研發了一系列設備,例如五軸加工中心、五軸橋切機、五軸水刀機、巖板專用倒邊機、巖板專用雙刀橋切機等;市場上也出現了很多陶瓷巖板切割片,有燒結片也有焊接片,規格樣式和性能各不相同;歸根結底還是解決陶瓷巖板后期難加工問題。在切割過程中,陶瓷巖板常見問題主要有以下形式:炸板、崩邊、拖尾、掉角、不走直線、切不動等現象。經過了幾年的發展,陶瓷巖板的用途越來越廣,切割加工要求也在提升。目前3～5 cm寬的陶瓷巖板應用較為普遍[2],其常見問題主要表現為拖尾。大部分廠家切割片的偏擺在0.15～0.4 mm之間,切割片越薄偏擺越大。3～5 cm寬的陶瓷巖板抵抗切割片的擺動力是比較弱的,所以拖尾現象已成為客戶比較關注的問題。

目前市面上焊接切割陶瓷巖板片居多,不擔心基體變形的風險,并且以多層結構的刀頭為主,因為可以通過刀頭多層結構上的設計來保證切邊的穩定性。由于客戶對切邊的效果期望越來越高,廠商一般通過石墨來弱化胎體,降低鋸片與被切割材料之間的摩擦,確保下層金剛石可以借助胎體的自然磨損而及時出刃,保證切割速率[3-5]。然而,通過這些方式大部分陶瓷巖板鋸片還是無法解決拖尾的問題。

拖尾是切割片在出刀時,材料的底部有小部分未切到,從而在材料的切過平滑面上留有尾巴的現象。出現拖尾現象通常有以下幾點原因:(1)切割片不鋒利;(2)切割片偏擺;(3)基體強度不夠;(4)材料有無背網等問題。本文針對多層焊接切割陶瓷鋸片拖尾形式進行了研究,通過對多層焊接陶瓷鋸片偏擺影響因素分析,驗證了偏擺對拖尾影響的有效性。

1 拖尾的形式

通過觀察實際切割情況,拖尾現象主要是切割片在切斷剩余3～5 mm厚度時,材料就已經斷開,切割片在切過后,會把材料擠到兩邊,從而切割平面出刀位置留有多余廢料的現象。如斷裂形式(圖1)與拖尾形式(圖2)。

圖1 斷裂形式

圖2 拖尾形式

拖尾的形式按切割平面可分為單邊拖尾、兩面拖尾現象,單邊拖尾即切割材料斷口平滑面的一面留有尾巴;兩面拖尾即切割材料斷口平滑面的兩面留有尾巴。偏擺可以由拖尾形式來表現:(1)拖尾的大小可以判斷出偏擺的大小;(2)單面/雙面拖尾可以判斷出切割片單面/雙面偏擺;(3)切割材料的寬度可以判斷出切割片的偏擺的狀態。偏擺大小不一拖尾的大小也不一,偏擺大拖尾也大。偏擺的大小與切割材料的寬度也相關,如Φ350 mm×2.8 mm厚陶瓷巖板切割片偏擺為0.2 mm,切割5 cm寬的材料無拖尾,切割3 cm寬的磚就會有拖尾,說明材料越寬抵抗偏擺的力越大。

由于陶瓷巖板的硬度和脆性決定了它的加工難度,根本原因是陶瓷巖板抵抗偏擺力的大小。

2 影響偏擺因素

金剛石圓鋸片在其平衡位置附近做往復橫向運動,導致鋸片旋轉過程中產生中面偏擺的現象[6]。此現象主要是由于鋸片在設計、加工以及安裝在鋸切機驅動軸上產生的誤差所引起石材對鋸片的沖擊振動,導致鋸片旋轉過程中產生中面偏擺的現象。而鋸片在加工石材過程中周期性地沖擊石材,產生周期性的軸向力,軸向力使鋸片產生軸向振動,這些都能夠產生金剛石圓鋸片的橫向振動[7]。本文偏擺定義為鋸片生產過程中形成的偏擺大小,即鋸片刀頭在偏擺儀上測量的端面跳動。影響偏擺的因素主要有:

(1)基體的偏擺。多層焊接切割片是通過多層刀頭與基體的釬焊鏈接構成的整體,所以基體的偏擺過大也會影響焊接切割片的偏擺[8]。

(2)焊接對稱度。對稱度是指切割片刀頭與基體在端面方向上高度差值的絕對值。對稱度分為兩種形式,一種為切割片刀頭相對于基體平面統一向一側偏移,此種情況對于偏擺的影響不大(圖3);另一種為切割片相對于基體平面向兩側偏移,此種情況對于偏擺的影響較大(圖4),后續修磨難度加大,因為多層刀頭修磨量過大會造成切割過程中刀頭頂部兩側塌邊的情況[9]。

圖3 一側偏移

圖4 兩側偏移

(3)焊接平行度。平行度是指鋸片刀頭的左右之間對稱度的差值。平行度對切割片偏擺影響也比較大,整體來看刀頭切割不在一個平面。

這些因素最終會體現在切割片偏擺上,所以通過偏擺的大小可以評判切割片的制造工藝水平。

3 實驗方案

本文設定多層切割陶瓷巖板鋸片的鐵基胎體作為實驗配方,選取5層結構刀頭,切割方式為濕切。多層切割陶瓷巖板片實驗方案一主要分為基體偏擺、兩側偏移對稱度、刀頭平行度3種。本文主要分析刀頭偏擺對多層焊接陶瓷鋸片拖尾的影響,設定3種方案對刀頭偏擺的影響,刀頭偏擺的大小對拖尾的影響。五層結構主要分為帶金剛石層1、3、5層和不帶金剛石層2、4層,其斷面如圖6所示,多層焊接陶瓷鋸片如圖7所示。

圖7 多層焊接陶瓷鋸片

根據上述的實驗方案,選用300 mm×2.6 mm厚規格、同粉類、同濃度的焊接陶瓷切割鋸片,選取金剛石粒度為100/120,使用7.5 kW的臺式鋸在實驗平臺上濕切陶瓷巖板,轉速3000 r/min,自動切割速度為1.5 m/min,規格為長600 mm×厚15 mm,設定切割5 cm寬磚為例,查看鋸片出刀留尾巴的情況。3種方案測得的數值與刀頭偏擺數值的關系,以及刀頭偏擺與拖尾的關系見表1。

表1 方案測量數值

從表1數據上看,基體偏擺、兩側偏移對稱度、刀頭平行度過大都會影響刀頭偏擺,刀頭偏擺超過一定的數值就會影響鋸片出刀留有拖尾的現象,拖尾有無見圖8、圖9。

圖8 無拖尾

圖9 有拖尾

針對試驗方案一的結果,設計試驗方案二:使用7.5 kW的臺式鋸在實驗平臺上濕切陶瓷巖板,轉速3000 r/min,自動切割速度為1.5 m/min,規格為長600 mm×厚15 mm,取偏擺0.2 mm、5 cm寬磚留有拖尾的鋸片再次進行驗證磚寬的大小對拖尾的影響,見表2。

表2 方案測量數值

從表2數據上看,刀頭偏擺0.2 mm切割10.5 cm以上寬磚是沒有拖尾現象的,如圖10,切割9.0 cm寬磚以下是有拖尾現象的,如圖11。說明刀頭偏擺超過一定的數值切割磚的寬度要加寬才能無拖尾現象,即磚寬度越大,抵抗刀頭偏擺的能力越大。

圖10 無拖尾

4 結論

本文通過分析多層焊接陶瓷鋸片的刀頭偏擺影響因素,驗證了刀頭偏擺對陶瓷巖板片的影響。刀頭偏擺的大小與基體偏擺、兩側偏移對稱度、刀頭平行度相關,而拖尾現象與刀頭偏擺的大小、磚的寬度相關。由于國內大部分橋切機切割,陶瓷巖板磚是不固定的,磚帶背網的也較少,鋸片的精度差,不可避免的會產生拖尾現象,所以為了避免拖尾的現象,要把鋸片的精度控制好。

本文只是考慮了同等條件下的刀頭偏擺對多層焊接陶瓷鋸片拖尾的影響,鋸片的鋒利度、刀頭的厚度、刀頭兩端厚度差、切割的工藝、板材的好壞、設備的精度等都會引起拖尾的現象,還需要國內外學者進一步分析。