金刚石绳锯的研发与应用

采用金刚石绳锯开采石材的设想是英国人D.H.Prowse于1968年提出的。第一台实用机由LuigMadrigali于1977年10月在意大利研制成功。不到几年时间，生产数百台锯机，意大利200多个采石场全部推广使用绳锯，因此，金刚石串珠绳锯机在意大利首先使用，被称为“大理石矿山开采革命”。在1969-1970年度的意大利VERONA的S.Ambrogio石材博览会上，首次展出了带电镀串珠的串珠绳和加工设备。从此以后，这一深具潜力的工具得到了很快的发展。

经过二十年的研究与开发，金刚石绳锯不但广泛应用于大理石的开采，还可用于砂岩、花岗石等硬岩的分离切割；不但用于露天开采，还可用于地下窄矿脉及有爆炸危险的南非地下金矿的开采；不但用于异型石材制品的加工，还可用于建筑与道路工程的建筑和钢筋混凝土的拆除与修整。

金刚石串珠绳锯在采石与建筑工程中的创造性使用，使金刚石串珠绳锯从采石场到石材加工厂，从大块切割到修整成形，从板材切割到异型制品加工以及建筑工程中的应用越来越多。

金刚石绳锯作为金刚石工具发展过程中的第三代产品，经过20多年的研发与改进，目前广泛应用于各种工程。这主要是它具有以下的优点：

(1)设备简单、易于安装，不受场地与空问的限制，可进行水平、垂直与倾斜方向的切割，锯切面积可达200m2，加工质量好,石材损耗低，切割速度快，噪音低，震动小工作环境好，适应性强，可根据锯切对象与工作条件选用不同规格与尺寸的金刚石绳锯设备。 (2)显著提高石材开采的荒料率，保护珍贵的石材资源。 (3)可加工各种形状的花岗石和大理石异形制品，其附加值高，可显著提高经济效益。

(4)可开采出大尺寸的大块荒料，增加成材规格，进而增加先进石材加工设备的板材产品规格，提高切割效率与经济效益。

(5)上述金刚石串珠绳锯的优越性，无疑对解决我国石材工业中出现的荒料率低，大规格板材短缺，异形制品满足不了国内外要求的矛盾，能产生很大的推动。积极开发与推广绳锯，是发展我国石材工业的重要环节。

金刚石绳锯问世以来，是绳锯制造工艺不断革新的过程，也是绳锯不断发展和扩大应用过程。目前全世界开采大理石有2000多台绳锯机，开采花岗岩有1000多台绳锯机，荒料整形与板材锯切绳锯机不断增加，绳锯机多达50-100台。用于建筑折修与维护，交通工程改建使用绳锯不断增多。研究表明，金刚石串珠仍然是金刚石绳锯切割中成本与效益的主要因素。因此，国内外围绕串珠制造工艺做了一系列革新。

(1).串珠种类形成了电镀、烧结与高温钎焊多个产品种； (2).KPV218、WPD20冷压机显著提高串珠冷压生产效率，国内手动冷压工艺也不断完善； (3).串珠烧结工艺不断完善； (4).串珠注塑或硫化橡胶； (5).高温钎焊获得应用； (6).金刚石绳锯向小直径发展； (7).采用粉末塑“在线”加工技术生产小直径金刚石绳锯; (8).绳锯开刃，Dr．Fritsch公司为此推出SAMl50绳锯开刃机，可对10-50m长的绳锯进行开刃。

建筑材料几乎对我们生活的每一部分都是非常重要的。根据房屋建筑的特定用途，要使用大量不同性质的材料。由于这些建筑需要不断改造与装修，这些材料需要用线性切割工具切割与改建。绳锯锯切系统在锯切金属、石材和混凝土方面获得广泛应用。在上述现场，当前使用的绳锯机械尺寸过大，不易操作。其原因是，其传动部件所提供的额定功率太大，其设计过于笨重，因而开发一种特别小型的绳锯锯切系统显得十分必要。为开发一种先进的绳锯系统以便满足市场需要，在EC为基础的 CRAFT项目中形成欧洲领先企业的联合攻关，不但有绳锯终端用户和研究院所，而且有设备与工具制造公司都积极参与了该攻关项目。新型机器的开发研制主要由绳锯系统供应商CEDINA，FerdinandKoller＆Sohn和汉诺威大学生产工程和机械工具学院密切合作完成。Cedima绳锯系统供应商承担新型机器多种部件，特别是诌高频马达的设计与开发。FerdinandKoBer&Shon制造厂负责新绳锯机的制造。串珠绳锯由HB金刚石绳锯厂生产。Robuco(绳锯用户)以其在绳锯锯切方面的丰富知识与经验全力支持整个绳锯系统的开发与研制。

为研发新型细小的金刚石绳锯而装配了小尺寸的锯切串珠。这些较小尺寸的串珠不可能采用通常使用的先冷却，然后高温热压的方法制造，这种生产工艺目前已完全实现了自动化。使用的新的制造方法是HＩP热等静压方法。 由于新型绳锯直径减小，作为众所周知的具有毒性的材料钴在胎体中减少了。在小直径绳锯中，对人体健康有害的材料钴减少了75%，由此减少了环境污染。

采用细绳锯和普通绳锯进行锯切钢筋混凝土的试验，结果表明，与常用的直径11.5mm和8.5mm绳锯比较，采用直径6.5m(细小的)绳锯锯切，由于进给压力比较低，故其锯切力和能耗要低得多。

与直径11.5mm的绳锯相比，其锯切力和能耗减少40%;与直径8.5mm绳锯相比，锯切力和能耗减少30%。

对不同直径绳锯下噪声级别进行的测定表明，绳锯直径减小，其噪声级别降低。噪声级别还取决于锯切速度，但其影响不是很大。最主要的影响因素是绳锯的直径。对于d—11mm的绳锯，其锯切速度Vc=16.7m／s时，lm远处噪声平均为92dB(A)。对于中等尺寸的绳锯，在相同的锯切速度下，其噪声下降为89dB(A)。而使用较小直径绳锯，其噪声约为87dB(A)。这就意味着使用较小直径的绳锯，噪声下降可达到5dB(A)。

从试验中最重要的发现之一是采用较小直径的绳锯将显著降低进给压力。减小25%直径的绳锯将使给进压力减少25%以上。锯切过程中与普通绳锯运转相比较，其绳锯的磨损与偏斜都降低到最低水准。 总之，当前用于建筑工地的绳锯锯机结构过大，从易于操作和搬移角度来说，不符合人机工程学要求。为此需要一种小而轻巧的具有多功能绳锯锯机。新研制的绳锯锯机一个上人即可完成全部安装和操作整个系统，机器的各个部件易于安装与拆卸，每个部件重量不大于25Kg。该机由于采用新研制绳锯工具，将产生更少的废料，更低的噪声和更少的污染，从而使该绳锯机的优越性能更为突出。

金刚石绳锯最初只用于开采天然石材，第一代金刚石绳锯串珠为电镀型，后又开发出烧结型。电镀串珠上的金刚石足用镍粘结剂把持；烧结型串珠上的金刚石是用金属粘结剂(如钴)把持。前者含有一层金刚石，而后者为多层金剐石。电镀型金刚石串珠在初始切削阶段其切削速度较快，但很快就会磨损，特别是在切削硬岩时尤为如此；烧结型金刚石串珠的切削速度比较慢，但寿命非常高。这两类型串珠上，金刚石在胎体中随意分布，靠机械方式把持。其缺点是金刚石颗粒不能完全出露进行有效切削，而且还会因拉拔力的作用使其严重损耗。另外，金刚石颗粒的随意排列常使金刚石分布不均匀，其结果是在金刚石浓度高的区域，许多金刚石不能充分有效地利用，造成浪费，并往往会堵塞排屑通道；而在金刚石浓度低的区域，一些金刚石颗粒由于得不到邻近金刚石的补强．负荷过重，因此易于破碎．不能进行有效切削。

与电镀金刚石串珠绳锯相比，热压金刚石串珠胎体性能调整范围大，胎体对金刚石的把持力强，适于切割花岗岩和钢筋混凝土等硬质切割对象，因而在绳锯市场中占有2／3的份额。

实践发现，国内研发热压金刚石串珠绳锯普遍存在如下问题： (1).胎体性能与切割对象不匹配，使用过程中金刚石掉粒严重，切削效率和寿命与国际先进水平存在较大差距； (2).串珠胎体与基体粘结不牢，胎体部分掉块及整体脱落的现象较为严重； (3).串珠固定效果差，部分串珠存在绕钢丝转动及沿钢丝绳轴向串动的现象; (4).钢丝绳断绳频繁，寿命短;

为解决使用过程中存在的问题，经大量探索性研究后认为，在研发热压烧结金刚石串珠绳锯过程中，必须解决的关键技术问题是;

(1).串珠胎体配方设计，包括如何提高金属结合剂对金刚石的把持力及胎体与基体粘结强度; (2).串珠制造工艺，包括串珠冷压、热压及相应的模具设计； (3).串珠固定材料与固定技术。在这三项技术中，胎体配方设计和制造工艺尤为重要。

为了解决上述问题，台湾中国磨轮公司(KINIK)己研制出一种钎焊型金刚石绳锯串珠。这种串珠上的金刚石是通过钎焊使其牢固地把持在基体上，这种方法可使金刚石颗粒均匀分布。每粒金刚石都能有效地切削，从而减少了金刚石的用量，避免浪费，同时还可使切屑畅通无阻。实践表明，DicGrid 钎焊型金刚石串珠的切削效率是普通型金刚石串珠的4倍。

钎焊与电镀制造金刚石工具对比： 常规电镀工艺与钎焊工艺同样专长于制造单层金刚石工具，比较一下两种工艺的特点就可以预计各自应用的前景。

尺寸精度：电镀(外镀)和钎焊两种工艺都是以钢基体为衬底。各自以不同的工艺在钢基体上涂覆一层金刚石，林增栋认为二者金刚石涂覆精度是相近的，但是，对于尺寸较大的工具，电镀工艺较钎焊工艺更精确一点。原因是钎焊工艺不可避免地承受的高温加热(如800-1000℃)，从而钢基体在热胀冷缩的过程中发生微量形变，而足以影响工具的尺寸精度。

磨削效率：钎焊金刚石工具出刃可以是金刚石高度的2／3，所以磨削效率高，且有利于冲刷磨屑，表面磨粒不易因堵塞而失去磨削能力。

金刚石颗粒排列：电镀单层金刚石以埋砂法上砂，金刚石均呈密集而无序状态排布。钎焊法金刚石颗粒可有序排列，金剐石可稀可密。既节省金刚石，又有利于适应不同的磨削或其它使用要求。

金刚石工具寿命：钎焊是金刚石颗粒与钎焊合金冶金结合，即被牢固地焊接，而电镀金刚石工具中金刚石颗粒仅仅被电镀金属沉积嵌镶，两者之间没有冶金结合，当金刚石磨损超过最大截面，必然脱落，所以钎焊金刚石工具寿命更高。

对金刚石性能的影响：钎焊金刚石工具中的金刚石必须承受高温，虽然时间很短．但足以使合壬全金刚石强度下降，所以必须选用热稳定性好的金刚石，以及