刀头偏摆对多层焊接陶瓷锯片拖尾的影响

邹新光, 刘一波, 梁 甫, 崔博超

(安泰科技股份有限公司 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司,北京 102200)

0 引言

陶瓷岩板的主要成分有天然黏土、二氧化硅及长石粉等无机氧化物,是由天然原料经过特殊工艺压制成型后,再经过高温烧制而成的超大规格新型瓷质材料。其优点:(1)大、薄、硬;(2)表面无气孔;(3)化学性能优异;(4)天然石材纹理。这些优点符合家庭对于装修的期待,也替代了部分天然石材,近年来已逐步进入大众的视野。但是陶瓷岩板的大、硬、脆、内应力等特点是后期加工的难点[1]。

机械企业围绕陶瓷岩板产品的加工研发了一系列设备,例如五轴加工中心、五轴桥切机、五轴水刀机、岩板专用倒边机、岩板专用双刀桥切机等;市场上也出现了很多陶瓷岩板切割片,有烧结片也有焊接片,规格样式和性能各不相同;归根结底还是解决陶瓷岩板后期难加工问题。在切割过程中,陶瓷岩板常见问题主要有以下形式:炸板、崩边、拖尾、掉角、不走直线、切不动等现象。经过了几年的发展,陶瓷岩板的用途越来越广,切割加工要求也在提升。目前3～5 cm宽的陶瓷岩板应用较为普遍[2],其常见问题主要表现为拖尾。大部分厂家切割片的偏摆在0.15～0.4 mm之间,切割片越薄偏摆越大。3～5 cm宽的陶瓷岩板抵抗切割片的摆动力是比较弱的,所以拖尾现象已成为客户比较关注的问题。

目前市面上焊接切割陶瓷岩板片居多,不担心基体变形的风险,并且以多层结构的刀头为主,因为可以通过刀头多层结构上的设计来保证切边的稳定性。由于客户对切边的效果期望越来越高,厂商一般通过石墨来弱化胎体,降低锯片与被切割材料之间的摩擦,确保下层金刚石可以借助胎体的自然磨损而及时出刃,保证切割速率[3-5]。然而,通过这些方式大部分陶瓷岩板锯片还是无法解决拖尾的问题。

拖尾是切割片在出刀时,材料的底部有小部分未切到,从而在材料的切过平滑面上留有尾巴的现象。出现拖尾现象通常有以下几点原因:(1)切割片不锋利;(2)切割片偏摆;(3)基体强度不够;(4)材料有无背网等问题。本文针对多层焊接切割陶瓷锯片拖尾形式进行了研究,通过对多层焊接陶瓷锯片偏摆影响因素分析,验证了偏摆对拖尾影响的有效性。

1 拖尾的形式

通过观察实际切割情况,拖尾现象主要是切割片在切断剩余3～5 mm厚度时,材料就已经断开,切割片在切过后,会把材料挤到两边,从而切割平面出刀位置留有多余废料的现象。如断裂形式(图1)与拖尾形式(图2)。

图1 断裂形式

图2 拖尾形式

拖尾的形式按切割平面可分为单边拖尾、两面拖尾现象,单边拖尾即切割材料断口平滑面的一面留有尾巴;两面拖尾即切割材料断口平滑面的两面留有尾巴。偏摆可以由拖尾形式来表现:(1)拖尾的大小可以判断出偏摆的大小;(2)单面/双面拖尾可以判断出切割片单面/双面偏摆;(3)切割材料的宽度可以判断出切割片的偏摆的状态。偏摆大小不一拖尾的大小也不一,偏摆大拖尾也大。偏摆的大小与切割材料的宽度也相关,如Φ350 mm×2.8 mm厚陶瓷岩板切割片偏摆为0.2 mm,切割5 cm宽的材料无拖尾,切割3 cm宽的砖就会有拖尾,说明材料越宽抵抗偏摆的力越大。

由于陶瓷岩板的硬度和脆性决定了它的加工难度,根本原因是陶瓷岩板抵抗偏摆力的大小。

2 影响偏摆因素

金刚石圆锯片在其平衡位置附近做往复横向运动,导致锯片旋转过程中产生中面偏摆的现象[6]。此现象主要是由于锯片在设计、加工以及安装在锯切机驱动轴上产生的误差所引起石材对锯片的冲击振动,导致锯片旋转过程中产生中面偏摆的现象。而锯片在加工石材过程中周期性地冲击石材,产生周期性的轴向力,轴向力使锯片产生轴向振动,这些都能够产生金刚石圆锯片的横向振动[7]。本文偏摆定义为锯片生产过程中形成的偏摆大小,即锯片刀头在偏摆仪上测量的端面跳动。影响偏摆的因素主要有:

(1)基体的偏摆。多层焊接切割片是通过多层刀头与基体的钎焊链接构成的整体,所以基体的偏摆过大也会影响焊接切割片的偏摆[8]。

(2)焊接对称度。对称度是指切割片刀头与基体在端面方向上高度差值的绝对值。对称度分为两种形式,一种为切割片刀头相对于基体平面统一向一侧偏移,此种情况对于偏摆的影响不大(图3);另一种为切割片相对于基体平面向两侧偏移,此种情况对于偏摆的影响较大(图4),后续修磨难度加大,因为多层刀头修磨量过大会造成切割过程中刀头顶部两侧塌边的情况[9]。

图3 一侧偏移

图4 两侧偏移

(3)焊接平行度。平行度是指锯片刀头的左右之间对称度的差值。平行度对切割片偏摆影响也比较大,整体来看刀头切割不在一个平面。

这些因素最终会体现在切割片偏摆上,所以通过偏摆的大小可以评判切割片的制造工艺水平。

3 实验方案

本文设定多层切割陶瓷岩板锯片的铁基胎体作为实验配方,选取5层结构刀头,切割方式为湿切。多层切割陶瓷岩板片实验方案一主要分为基体偏摆、两侧偏移对称度、刀头平行度3种。本文主要分析刀头偏摆对多层焊接陶瓷锯片拖尾的影响,设定3种方案对刀头偏摆的影响,刀头偏摆的大小对拖尾的影响。五层结构主要分为带金刚石层1、3、5层和不带金刚石层2、4层,其断面如图6所示,多层焊接陶瓷锯片如图7所示。

图7 多层焊接陶瓷锯片

根据上述的实验方案,选用300 mm×2.6 mm厚规格、同粉类、同浓度的焊接陶瓷切割锯片,选取金刚石粒度为100/120,使用7.5 kW的台式锯在实验平台上湿切陶瓷岩板,转速3000 r/min,自动切割速度为1.5 m/min,规格为长600 mm×厚15 mm,设定切割5 cm宽砖为例,查看锯片出刀留尾巴的情况。3种方案测得的数值与刀头偏摆数值的关系,以及刀头偏摆与拖尾的关系见表1。

表1 方案测量数值

从表1数据上看,基体偏摆、两侧偏移对称度、刀头平行度过大都会影响刀头偏摆,刀头偏摆超过一定的数值就会影响锯片出刀留有拖尾的现象,拖尾有无见图8、图9。

图8 无拖尾

图9 有拖尾

针对试验方案一的结果,设计试验方案二:使用7.5 kW的台式锯在实验平台上湿切陶瓷岩板,转速3000 r/min,自动切割速度为1.5 m/min,规格为长600 mm×厚15 mm,取偏摆0.2 mm、5 cm宽砖留有拖尾的锯片再次进行验证砖宽的大小对拖尾的影响,见表2。

表2 方案测量数值

从表2数据上看,刀头偏摆0.2 mm切割10.5 cm以上宽砖是没有拖尾现象的,如图10,切割9.0 cm宽砖以下是有拖尾现象的,如图11。说明刀头偏摆超过一定的数值切割砖的宽度要加宽才能无拖尾现象,即砖宽度越大,抵抗刀头偏摆的能力越大。

图10 无拖尾

4 结论

本文通过分析多层焊接陶瓷锯片的刀头偏摆影响因素,验证了刀头偏摆对陶瓷岩板片的影响。刀头偏摆的大小与基体偏摆、两侧偏移对称度、刀头平行度相关,而拖尾现象与刀头偏摆的大小、砖的宽度相关。由于国内大部分桥切机切割,陶瓷岩板砖是不固定的,砖带背网的也较少,锯片的精度差,不可避免的会产生拖尾现象,所以为了避免拖尾的现象,要把锯片的精度控制好。

本文只是考虑了同等条件下的刀头偏摆对多层焊接陶瓷锯片拖尾的影响,锯片的锋利度、刀头的厚度、刀头两端厚度差、切割的工艺、板材的好坏、设备的精度等都会引起拖尾的现象,还需要国内外学者进一步分析。