謝志剛，王智慧，張延軍

（1.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，廣西桂林541004；2.桂林特邦新材料有限公司，廣西桂林541004）

1 組鋸繩概述

石材以其優(yōu)良的物理力學(xué)性能以及天然華貴、典雅大方的裝飾效果，使其在建筑裝飾、生活用具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)是石材大國(guó)，花崗石及大理石資源豐富。在各種各樣的石材產(chǎn)品中，應(yīng)用最多的是板材制品。據(jù)介紹，2010年，我國(guó)花崗石板材的產(chǎn)量為30826萬(wàn)平方米，大理石板材產(chǎn)量達(dá)5477萬(wàn)平方米，據(jù)《石材行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》提出：到2015年，花崗石板材產(chǎn)量將達(dá)到6.5億至7億平方米，大理石板材產(chǎn)量將達(dá)到8500至9500萬(wàn)平方米。

在花崗石規(guī)格大板的批量鋸切加工領(lǐng)域，傳統(tǒng)的加工設(shè)備主要是花崗石砂鋸。在大理石規(guī)格大板的批量鋸切加工領(lǐng)域，傳統(tǒng)的加工設(shè)備主要是金剛石平移鋸或簡(jiǎn)易的搖擺鋸。在花崗石及大理石規(guī)格小板的批量鋸切加工領(lǐng)域，傳統(tǒng)的加工設(shè)備主要是金剛石圓鋸片。

《石材行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》提出：石材加工重點(diǎn)是發(fā)展精細(xì)化加工、石制品加工以及節(jié)能、節(jié)材型新技術(shù)，推廣大型現(xiàn)代成套技術(shù)工藝與裝備，包括數(shù)控機(jī)械、加工中心、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與加工、智能化控制等，以及超薄板生產(chǎn)、復(fù)合板生產(chǎn)、廢料綜合利用、應(yīng)用護(hù)理等新技術(shù)。多繩金剛石串珠繩鋸在石材板料加工中的應(yīng)用符合石材行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要的要求。

多繩金剛石串珠繩鋸主要用于石材板材的批量鋸切加工，產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代，目前對(duì)多繩金剛石串珠繩鋸設(shè)備的研發(fā)主要集中在意大利等石材加工強(qiáng)國(guó)。最開(kāi)始的多繩金剛石串珠鋸是一種由意大利Wire Engineering公司生產(chǎn)的可安裝十根串珠繩的長(zhǎng)繩式多繩鋸。由于當(dāng)時(shí)串珠繩成本過(guò)高，設(shè)備的基礎(chǔ)投資過(guò)大，限制了它的推廣應(yīng)用。隨后意大利的Pellegrini和Bideseimpianti公司相繼推出了自己的短繩式多繩鋸，在市場(chǎng)上得到了一定程度的應(yīng)用。國(guó)外生產(chǎn)組合繩鋸機(jī)的廠家主要有Gaspary Menotti S.P.A，PELLGRANIT，PEDRINI，其中銷(xiāo)售量最多的是Gaspary Menotti S.P.A。根據(jù)石材展會(huì)的調(diào)查和行業(yè)客戶(hù)反映，巴西擁有15臺(tái)花崗巖組鋸設(shè)備，組數(shù)以30組，40組，60組為主，27.5米的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，印度擁有12臺(tái)金剛石組合繩鋸機(jī)，意大利擁有25臺(tái)金剛石組合繩鋸機(jī)。目前多繩鋸安裝串珠繩的數(shù)量最多可達(dá)133根。

2 發(fā)展金剛石組鋸繩的意義

石材板材具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)，與傳統(tǒng)框架砂鋸相比（設(shè)備如圖1、所示），用金剛石組鋸繩圖2鋸切花崗巖大板具有下述意義。

（1）金剛石組鋸繩用途廣泛，功能性強(qiáng)。金剛石繩鋸組鋸繩可同時(shí)具備切割大理石，花崗巖，人造石材的功能，靈活地切割不同厚度的板材。

（2）板材的表面質(zhì)量好。用繩鋸切割的板材表面光滑，平直，可提高拋磨生產(chǎn)線(xiàn)效率30%～40%，平面度公差可控制在0.5mm以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)小于EUTC246 and ASTM規(guī)定的平面度偏差要求。

圖1 傳統(tǒng)框架砂鋸Fig.1 Traditional gang saw

圖2 金剛石組鋸Fig.2 Diamond multiwire saw

（3）石材利用率高及對(duì)環(huán)境友好。因用繩鋸切割的板材表面質(zhì)量好，單位體積花崗巖荒料的出板率比砂鋸高，石材損失少，可節(jié)省寶貴的石材資源。而且，金剛石繩鋸組鋸繩工作噪音水平大約比砂鋸減少50%，并無(wú)需清理鋼砂，有效減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

（4）生產(chǎn)效率高。其切割速度可以達(dá)到單條2～2.5m2／h，對(duì)趕交貨期具有積極的意義。

（5）操作人員少，人工成本低。金剛石繩鋸組鋸繩無(wú)需經(jīng)常更換繩鋸，而砂鋸需要頻繁的更換和調(diào)整鋸條，花費(fèi)大量時(shí)間，按照相同生產(chǎn)能力核定，金剛石繩鋸組鋸繩的操作人員減少了70%。

（6）砂鋸及金剛石組鋸繩性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 金剛石砂鋸及金剛石組鋸繩性能對(duì)比表Table 1 Comparison of diamond gang saw and diamond multi wire performances

3 組鋸機(jī)介紹

3.1 主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式及張緊機(jī)構(gòu)

組鋸機(jī)根據(jù)主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式可分為四輪鼓結(jié)構(gòu)、三輪鼓結(jié)構(gòu)和兩輪鼓結(jié)構(gòu)。圖3是多繩鋸的四輪鼓結(jié)構(gòu)圖片。對(duì)于多繩鋸的四輪結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪中其中一個(gè)是主動(dòng)輪，另外三個(gè)是從動(dòng)輪，或二個(gè)是主動(dòng)輪，另外二個(gè)是從動(dòng)輪。四個(gè)輪鼓直徑在1～1.4m之間。為了實(shí)現(xiàn)每根串珠繩的單獨(dú)張緊，需要左右兩套組合式張緊輪。每套張緊輪由多片可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的張緊輪組成，各片張緊輪由液壓缸驅(qū)動(dòng)對(duì)每根串珠繩進(jìn)行分別張緊。

對(duì)于多繩鋸的兩輪鼓結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其中一個(gè)輪是主動(dòng)輪，另一個(gè)輪是從動(dòng)輪。二個(gè)輪鼓直徑約2.3m，主動(dòng)輪是整體式結(jié)構(gòu)，從動(dòng)輪是分片式結(jié)構(gòu)，每片從動(dòng)輪可以單獨(dú)張緊串珠繩，具有張緊輪的功能。

對(duì)于多繩鋸的三輪鼓結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪中其中一個(gè)是主動(dòng)輪，另外二個(gè)是從動(dòng)輪。主動(dòng)輪直徑約2.3m，從動(dòng)輪直徑在1～1.5m之間，為了實(shí)現(xiàn)每根串珠繩的單獨(dú)張緊，需要一套組合式張緊輪及一套整體張緊輪。每套組合式張緊輪由多片可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的張緊輪組成，各片張緊輪由液壓缸驅(qū)動(dòng)對(duì)每根串珠繩進(jìn)行分別張緊，整體張緊機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)對(duì)每根串珠繩同時(shí)進(jìn)行張緊，如圖4所示。以上三種主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2。

圖3 組鋸機(jī)四輪結(jié)構(gòu)Fig.3 The four－wheel structure of multi wire machine

圖4 三輪鼓組合式張緊機(jī)構(gòu)及整體張緊機(jī)構(gòu)Fig.4 Combined tensioning system and integral tensioning system

表2 3種主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)組鋸機(jī)性能對(duì)比表Table 2 Comparison of performances of diamond multi wire machine of three main motion structures

3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)

進(jìn)給機(jī)構(gòu)的原理與砂鋸基本相似，由螺母螺桿機(jī)構(gòu)控制垂直升降，并配置了減輕鋸切垂直運(yùn)動(dòng)螺桿負(fù)荷的平衡油缸。如圖5所示。

圖5 平衡油缸Fig.5 Balancing cylinder

3.3 供水系統(tǒng)及荒料車(chē)

供水系統(tǒng)用于冷卻、潤(rùn)滑金剛石串珠及金剛石串珠繩，減少金剛石串珠繩與被切材料之間的摩擦，并將石屑及時(shí)排出，供水壓力為0.15～0.2MPa，流量為15～30L／min?；牧宪?chē)用于放置石料，荒料車(chē)一般可在兩條軌道上運(yùn)動(dòng)。如圖6所示。

3.4 液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)包括泵站、閥組等部分，電控系統(tǒng)包括主電控柜（含變頻器等）、控制柜、連接電纜等。用于精確控制組鋸機(jī)運(yùn)動(dòng)及組鋸繩的張力。

圖6 供水系統(tǒng)及荒料車(chē)Fig.6 Water feeding system and block tray

4 組鋸技術(shù)存在的幾個(gè)問(wèn)題

4.1 組鋸設(shè)備問(wèn)題

由于組鋸設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，要求具有很高的設(shè)計(jì)水平及制造水平，一套組鋸設(shè)備售價(jià)數(shù)百萬(wàn)元，開(kāi)發(fā)及前期投入費(fèi)用大。然而，目前由于組鋸市場(chǎng)沒(méi)有開(kāi)發(fā)、容量較少，導(dǎo)致有實(shí)力的單位不愿開(kāi)發(fā)，愿意開(kāi)發(fā)的單位又實(shí)力不足，至今國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的組鋸設(shè)備生產(chǎn)廠家，國(guó)內(nèi)也少見(jiàn)有組鋸設(shè)備成功地應(yīng)用于板材的鋸切生產(chǎn)。

4.2 組鋸設(shè)備設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)

（1）各繩恒張力控制及獨(dú)立張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證板材表面質(zhì)量及延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命，必須使各繩的張緊力變化控制在較少的范圍內(nèi)。因各繩出廠長(zhǎng)度不一致及被切材料非均質(zhì)導(dǎo)致各繩進(jìn)給速度不一致，導(dǎo)致各繩的張緊力在鋸切過(guò)程中呈動(dòng)態(tài)變化，為保證每條繩在鋸切過(guò)程中的恒張緊力，要求設(shè)計(jì)獨(dú)立張緊機(jī)構(gòu)及獨(dú)立恒張力控制系統(tǒng)。每條組鋸繩之間的最小距離不足30毫米，給獨(dú)立張緊機(jī)構(gòu)及恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大的難度。

（2）大型薄壁件的設(shè)計(jì)及制造

組鋸機(jī)需使用一些大型薄壁件，如二輪組鋸設(shè)備，因需實(shí)現(xiàn)獨(dú)立張緊，要求每條繩配一個(gè)從動(dòng)輪，而從動(dòng)輪直徑達(dá)2.3米，壁厚不足2厘米，且要求從動(dòng)輪重量輕，強(qiáng)度高，這又給設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大的難度。

（3）組鋸設(shè)備要求高的精度

組鋸設(shè)備中的輪系、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等均要求很高的精度，若精度不夠，在切割過(guò)程中就不能實(shí)現(xiàn)各繩的恒張力，容易出現(xiàn)因組鋸繩抖動(dòng)、相鄰繩鋸相互碰撞干擾等情況而導(dǎo)致板材表面質(zhì)量差，嚴(yán)重的會(huì)引起斷繩，從而導(dǎo)致整組繩報(bào)廢。

4.3 組鋸繩需解決的關(guān)鍵技術(shù)

（1）鋼絲繩選型

要使組鋸繩取代砂鋸切割石材大板，首先要解決的問(wèn)題是如何使串珠外徑和鋼絲繩直徑變小，由于鋼絲繩直徑變小會(huì)引起鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度及拉伸疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能下降，從而導(dǎo)致鋼絲繩易斷，最終導(dǎo)致組鋸繩報(bào)廢。

（2）鋼絲繩閉環(huán)連接技術(shù)

將鋼絲繩由一個(gè)開(kāi)環(huán)連接成同等規(guī)定長(zhǎng)度的閉環(huán)，且具有承受80%鋼絲繩破斷拉力的能力，還要求每條組鋸繩長(zhǎng)度盡可能一致，以實(shí)現(xiàn)組鋸繩在使用過(guò)程的恒張力。此外，由于組鋸繩串珠外徑與鋼絲繩直徑相差較小，連接強(qiáng)度相對(duì)較弱，且要求在組鋸繩壽命期內(nèi)不斷繩，若用接頭將一個(gè)開(kāi)環(huán)繩連接成閉環(huán)繩，無(wú)法保證組鋸繩在壽命期內(nèi)不斷繩。

（3）金剛石繩鋸組鋸繩串珠工作層及串珠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金剛石組鋸因裝繩多，分配到每條繩的功率很小，如GOLD 60多繩金剛石串珠鋸，串珠繩數(shù)量為58條，裝機(jī)容量為265k W，平均每條串珠繩裝機(jī)容量為4.5k W。而一般的單條工廠用繩鋸機(jī)裝機(jī)容量約為15k W，另外，組鋸繩串珠工作層薄，一般不足1mm，只有進(jìn)行組鋸繩串珠工作層及串珠結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)壽命及效率的最佳匹配。

（4）金剛石組鋸繩串珠與鋼絲繩固定技術(shù)

由于組鋸繩串珠直徑與鋼絲繩直徑相差較小，固定塑料保護(hù)環(huán)的壁厚較薄，常常因?yàn)樽⑺苜|(zhì)量不穩(wěn)定、注塑不飽滿(mǎn)及固定強(qiáng)度不足導(dǎo)致在切割過(guò)程中鋼絲繩易受到巖屑和水的腐蝕，易出現(xiàn)串珠松動(dòng)、竄珠情況，嚴(yán)重影響組鋸的正常切割工作。

（5）組鋸繩質(zhì)量穩(wěn)定問(wèn)題

若各條組鋸繩效率相差較大，將導(dǎo)致整組繩產(chǎn)生鋸切效率低，加工板材平整度差、板材尺寸誤差大等問(wèn)題，嚴(yán)重影響板材的后續(xù)加工。若各條組鋸繩壽命相差較大，將導(dǎo)致整組繩壽命低。為保證組鋸繩正常工作，要求組鋸繩各條繩鋸質(zhì)量穩(wěn)定一致。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于天然石材及人造石大板市場(chǎng)容量巨大，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)己開(kāi)始投入資金開(kāi)展金剛石組鋸機(jī)及組鋸繩的研究。國(guó)內(nèi)金剛石組鋸機(jī)及組鋸繩一旦研究成功，將是對(duì)大板鋸切工藝的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，同時(shí)也將標(biāo)志著我國(guó)金剛石繩鋸技術(shù)全面進(jìn)入世界先進(jìn)水平行列。

［1］ 呂智，鄭超，等.超硬材料工具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］ 程勝利.十二五期間怎樣發(fā)展中國(guó)石材業(yè)［J］.石材，2010.11.

［3］ 廖原時(shí).多繩金剛石串珠鋸的技術(shù)特點(diǎn)和加工成本分析［J］.STONE，2008，108（6）：20－23.

［4］ 滕忠良.意大利金剛石串珠多繩鋸綜述（一）［J］.石材，2011.12：11－16.

［5］ 滕忠良.意大利金剛石串珠多繩鋸綜述（二）［J］.石材，2012.1：11－18.