1前言

　　近年來(lái)，金剛石串珠繩鋸以其準(zhǔn)備時(shí)間短、切割靈活、低噪聲、低粉塵、低污染、節(jié)能等特點(diǎn)，在石材行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。串珠繩本身結(jié)合了金剛石超強(qiáng)的剛性和繩索的柔性，使其能適應(yīng)諸如荒料開(kāi)采，這種獨(dú)特鋸切模式，是其它金剛石工具所無(wú)法達(dá)到的;另外，串珠繩在長(zhǎng)度上的幾乎不受限制，使其適用性加強(qiáng)，在一些特殊場(chǎng)合如水下加工、建筑物的拆除等將發(fā)揮獨(dú)特的作用。為了促進(jìn)我國(guó)石材工業(yè)的發(fā)展，筆者對(duì)金剛石串珠繩的應(yīng)用及一些使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行討論，以供石材加工企業(yè)借鑒和參考。

　　2金剛石串珠繩鋸的構(gòu)成與制造

　　2.1金剛石串珠繩鋸的構(gòu)成

　　串珠繩的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在一根多股鋼絲繩上面按比例穿套有一定數(shù)量的金剛石串珠顆粒，相鄰串珠間由起支撐固定作用的隔離套分隔(類(lèi)似項(xiàng)鏈)。金剛石串珠繩鋸加工是由直接參與切割用的金剛石串珠繩和驅(qū)動(dòng)串珠繩運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)機(jī)械設(shè)備(即繩鋸機(jī))共同完成，加工前，利用銅套等對(duì)接套將一定長(zhǎng)度的串珠繩首尾對(duì)接，形成閉合圈。加工時(shí)，張緊在繩鋸機(jī)導(dǎo)輪組上的閉環(huán)串珠繩，在驅(qū)動(dòng)力的帶動(dòng)下串珠繩作高速運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)串珠的磨削運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切割。

　　2.2金剛石串珠繩的制作工藝

　　(1)金剛石串珠

　　從金剛石串珠繩發(fā)明到現(xiàn)在，對(duì)串珠制作工藝的改進(jìn)從未停止過(guò)。目前金剛石串珠制造工藝還是以電鍍法和熱壓燒結(jié)法為主，且后者占主導(dǎo)地位。盡管臺(tái)灣有學(xué)者利用釬焊方法成功地制造出釬焊金剛石串珠，但目前尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用。圖為分別采用這三種工藝制備的金剛石串珠樣品。燒結(jié)型串珠具有較高的耐磨性。通過(guò)調(diào)整胎體中各金屬成份比例或選用不同品級(jí)、粒度、濃度的金剛石磨料可以實(shí)現(xiàn)胎體磨耗速度和金剛石磨料磨損速度的調(diào)控，從而制造出具有不同的出刃高度和空間的串珠，以適應(yīng)不同材質(zhì)的切割。與熱壓燒結(jié)串珠相比，電鍍金剛石串珠制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而且更有利于串珠小直徑化。由于金剛石鍍層較薄，胎體耐磨性較差，其鍍覆金屬對(duì)金剛石磨粒的把持力有限，金剛石磨粒易提前脫落，故總體性能不如燒結(jié)型串珠，不適合切割花崗石，目前主要用于大理石等較軟材質(zhì)的切割。

　　(2)隔離套

　　隔離套用于定距隔離和固定相鄰串珠。目前工程中常用的隔離套有三種。彈簧墊圈式是最早使用的隔離套形式。由于彈簧墊圈式隔離套在加工時(shí)磨屑很容易從串珠、彈簧、墊圈之間的間隙進(jìn)入并在繩鋸彎曲運(yùn)動(dòng)作用下對(duì)鋼絲繩進(jìn)行磨蝕，從而造成串珠繩斷繩失效。尤其在加工含石英成份較高的花崗石時(shí)，由于石英硬度高，對(duì)鋼絲繩磨蝕性相當(dāng)嚴(yán)重，因此這種隔離套適用于較軟材質(zhì)的切割。目前已較少采用。為了適應(yīng)高硬度材質(zhì)切割的需要，發(fā)展了注塑式和注膠式隔離套。注塑、注膠式的隔離套是以耐磨塑料、橡膠充當(dāng)串珠間的隔離墊。串珠與鋼絲繩之間完全被塑料、橡膠所充填，從而避免了磨屑進(jìn)入串珠與鋼絲繩間而磨蝕鋼絲繩。正是它的出現(xiàn)，使得串珠繩鋸的應(yīng)用范圍拓展到花崗石類(lèi)高硬度材料的切割加工。其中，注塑式應(yīng)用最廣，而以壓注橡膠為隔離套的串珠繩鋸則主要用于攝氏零度以下、比較寒冷地區(qū)的石材礦區(qū)，這是因?yàn)橄鹉z的低溫性能比塑料好，在低溫下仍能保持較好的柔韌性和強(qiáng)度，不致脆裂。 [Page]

　　(3)鋼絲繩

　　由于串珠是定距固定在鋼絲繩上并在其帶動(dòng)下行切割的，故鋼絲繩可視為串珠繩的“脊粱”。串珠繩鋸在使用過(guò)程中，鋼絲繩經(jīng)常會(huì)因疲勞磨損、磨屑磨蝕、化學(xué)腐蝕等原因而出現(xiàn)斷繩現(xiàn)象，特別是當(dāng)加工面積達(dá)到一定量時(shí)，斷繩現(xiàn)象更為頻繁。斷繩不僅影響生產(chǎn)，而且還帶來(lái)甩珠傷人等不安全隱患，因此鋼絲繩的性能對(duì)串珠繩使用至關(guān)重要。除了鋼絲本身性能外，鋼絲繩的壽命還與加工過(guò)程中的預(yù)緊拉力、各導(dǎo)輪最小曲率、加工過(guò)程中串珠的軸向載荷以及沖擊載荷等因素有關(guān)，故應(yīng)選用專(zhuān)業(yè)鋼絲繩生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品，且使用時(shí)應(yīng)參考鋼絲繩的相關(guān)說(shuō)明。

　　3繩鋸加工石材的一般過(guò)程

　　實(shí)際工作中，用串珠繩所鋸切的石材多種多樣，鋸切的條件有很大的不同，在礦山開(kāi)采、異形石材加工和建筑物拆除等使用中，其鋸切過(guò)程很難進(jìn)行類(lèi)比，本文僅就串珠繩鋸切一般荒料這一典型加工過(guò)程來(lái)分析串珠繩鋸切石材時(shí)鋸切曲線的變化和有關(guān)規(guī)律。

　　3.1由尖趨平

　　串珠繩切割機(jī)理和過(guò)程是非常復(fù)雜的，為了方便說(shuō)明，對(duì)串珠繩作如下假定：在其徑向方面是完全的柔軟，即不承擔(dān)任何彎曲應(yīng)力;在軸心方向上完全的剛性，不能有任何的拉伸變形。在這一條件下，串珠繩最初的鋸切曲線與被鋸石材方料的表面完全重合，如圖2中的第一條曲線，包括AB，BC，CD三部分線段組成。此時(shí)AB，BC，CD的內(nèi)部由于半徑R值趨向于無(wú)窮大，所受鋸切力為零，磨損速度為零。鋸切實(shí)際上只在A，B，C，D四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行，使得四個(gè)角上的尖刃很快被磨平，并向相鄰部分?jǐn)U展，，弧AB，BC，CD變成一條平滑的曲線，如圖2中的曲線2。這一過(guò)程可稱(chēng)為“由尖趨平”。

　　3.2由平趨圓

　　串珠繩加工石材，其鋸切曲線的變化基本上是一個(gè)由方趨圓的過(guò)程。在曲線2中，尖角雖然被磨平，但整條鋸切曲線的曲率半徑相差仍然非常大，原先四個(gè)角的位置及附近，R值比其它地方小得多，其鋸切速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其它部位，于是使這些部位的曲率半徑逐步增大，而遠(yuǎn)離這些部位的部分R值相應(yīng)變小，及至整條磨損曲線各部分的曲率半徑和磨損速度達(dá)成某種均衡，如圖2中的曲線3。這時(shí)磨損曲線的頂端近似于圓弧狀，故稱(chēng)這一過(guò)程為“由平趨圓”。這一過(guò)程在石材方料的鋸切中可能要花很長(zhǎng)的時(shí)間，由于鋸切初始條件的不一樣，也可能無(wú)法形成曲線3那樣的穩(wěn)定狀態(tài)。在這一鋸切過(guò)程中，A，B兩點(diǎn)的曲率不斷減少，減為零曲率而停止鋸切，這時(shí)弧AB，弧DC與不參加鋸切的松邊、緊邊組成兩條直線。在B，C兩處，較大的鋸切速度使其曲率半徑不斷增大，弧BC鋸切速度漸趨均衡，接近于半圓形，而線AB，DC成為弧BC的切線，切點(diǎn)分別為B，C。在鋸切曲線由平趨圓的過(guò)程中，其所對(duì)應(yīng)的圓心角越來(lái)越小，由最初的大于1800逐步下降，當(dāng)鋸切曲線的側(cè)面AB，DC段鋸切速度逐漸變慢并成為直線而停止鋸切，其對(duì)應(yīng)的圓心角為180℃。此時(shí)串珠繩的實(shí)際鋸切曲線僅限于切點(diǎn)上的圓弧BC部分，鋸切曲線的實(shí)際長(zhǎng)度顯著縮短。

　　3.3穩(wěn)定鋸切

　　曲線3是一種非常有意思的穩(wěn)定鋸切狀態(tài)，它頂端接近于半圓弧，而在B，C兩點(diǎn)的切線與松邊、緊邊重合成直線，這兩條直線的距離跟主動(dòng)輪的直徑d一致此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)在縱向(即AD方向)上停止了鋸切，在橫向上，各點(diǎn)的鋸切速度相等，從而保持了鋸切曲線形狀的穩(wěn)定。在串珠繩鋸切石材的整個(gè)過(guò)程中，鋸切曲線的形狀在大多數(shù)階段處于調(diào)整變化之中，鋸切曲線的內(nèi)部因鋸切速度的不同而不斷調(diào)移其曲率，而邊界條件的變化又對(duì)鋸切曲線進(jìn)行著影響，只有在曲線3這一情況下，種種因素達(dá)到了平衡而保持了形狀的穩(wěn)定。

　　串珠繩鋸切曲線的頂端的形狀接近于圓形，因鋸切力所引起的串珠繩張力在松邊小而在緊邊大，張力的不同，勢(shì)必導(dǎo)致串珠繩對(duì)石料壓力的不同，壓力大的緊邊的鋸切速度快于松邊，使得其曲率進(jìn)一步減少而略小于圓弧;與之相反，松邊的曲率將略大于圓弧。以此保持整條鋸切曲線的平衡。同時(shí)，緊邊由于張力的增大，弧線前移，使切點(diǎn)C更加靠近D點(diǎn)，而B(niǎo)點(diǎn)的情況相反，使得AB線段的長(zhǎng)度大于DC0穩(wěn)定鋸切階段鋸切曲線的實(shí)際鋸切曲線的長(zhǎng)度和形狀都保持不變，因而曲線受力情況穩(wěn)定，不用調(diào)節(jié)系統(tǒng)的初始張力等參數(shù)，是一種較為理想的鋸切狀態(tài)。

　　3.4殘余鋸切

　　穩(wěn)定鋸切的后段，切點(diǎn)B，C逐漸向邊緣A，D靠近，當(dāng)緊邊上C點(diǎn)首先跟D點(diǎn)重合時(shí)，曲線的邊緣條件將發(fā)生改變，曲線3的平衡被打破，鋸切進(jìn)人殘余鋸切階段。在這一階段，鋸切曲線所對(duì)應(yīng)的圓心角從原來(lái)的1800持續(xù)減少，鋸切曲線的長(zhǎng)度被快速縮短，單位長(zhǎng)度上串珠繩的壓力增大，必須及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的初始張力，以免串珠或金剛石因?yàn)檫^(guò)大的壓力而被破壞。 [Page]

　　4繩鋸切割用于石材荒料開(kāi)采

　　4.1石材荒料開(kāi)采前的準(zhǔn)備

　　金剛石串珠繩的使用，需要一定的條件，一般在露天礦開(kāi)采，必須有電源、水源和公路，同時(shí)具備起重設(shè)備、運(yùn)輸工具、較大場(chǎng)地，礦層厚度至少有500mm及較完整的形狀等條件。采用金剛石串珠繩開(kāi)采石材要經(jīng)過(guò)一系列的準(zhǔn)備工作。

　　(1)打孔

　　打孔是一項(xiàng)關(guān)鍵的準(zhǔn)備工作，若孔打不好，直接影響串珠繩的穿通，影響繩的使用壽命及切割效率，所以打孔這一工序特別重要。

　　欲切割一大塊荒料、必須打好三個(gè)孔，即一個(gè)豎直孔和兩個(gè)水平孔。三孔相交于一點(diǎn)(如圖3)，這是最理想的打法，如果三孔不交于一點(diǎn)，那么會(huì)出現(xiàn)以下情況：a.金剛石串珠繩的穿孔比較麻煩，甚至不能穿，那么就要重新打孔，這樣降低了生產(chǎn)效率。b.即使穿通了，切割時(shí)會(huì)對(duì)串珠繩的壽命有影響，因?yàn)槔K在孔中經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)彎曲折的路線，對(duì)繩的磨損更歷害，這樣就降低了串珠繩的使用壽命，因此打孔必須根據(jù)實(shí)際情況，按操作規(guī)程進(jìn)行。

　　(2)穿繩過(guò)孔

　　目前國(guó)內(nèi)石材行業(yè)使用串珠繩時(shí)，大都采用人工穿繩法，即：將繩的一端固定多股回路軟線，從一孔穿進(jìn)，用鐵絲從另一孔引出，這樣就穿通了申珠繩。

　　(3)安裝設(shè)備

　　串珠繩穿通后，就進(jìn)行設(shè)備安裝，由于設(shè)備較重，再加上切割一平面后，需要重新調(diào)整設(shè)備，因而在其身邊必須配備一臺(tái)起重設(shè)備，隨時(shí)可以起重進(jìn)行安裝。

　　(4)供水

　　切割石材時(shí)，由于繩的線速大，與石材間的摩擦就大，如果不加水或加水不夠，繩與石材間產(chǎn)生大量的熱，不但會(huì)使彈簧和鋼絲繩變形，甚至可能使彈簧熔化而粘結(jié)在一起，失去彈性，這樣，會(huì)降低串珠繩的使用壽命。為確保繩的質(zhì)量和壽命，必須供水，供水必須沿著繩的運(yùn)動(dòng)方向加人。

　　4.2石材荒料的切割

　　用串珠繩切割大理石荒料時(shí)，必須先切割水平面，然后再切割豎直面，這樣才能保證切割的順利進(jìn)行。切割方式一般是先切割水平面，后切割豎直面。若先切割豎直面，再切割水平面，待水平面切割要完畢時(shí)，突然被切割的石材發(fā)生裂紋，壓住串珠繩，無(wú)法切割，電機(jī)空轉(zhuǎn)，并且串珠繩發(fā)生變形。

　　串珠繩不僅用來(lái)開(kāi)采荒料，而且還可以加工各種規(guī)格石材圓弧、異形、基石等，配備的繩鋸機(jī)具有高線速、高效率、高精度、曲線式、弧形式、直線式，并裝有微機(jī)控制和仿形兩種。