金剛石切割石材鋸切機理的研究

　　1 引言
　　硬脆材料是指具有高硬度、高脆性的材料，通常為非導電體或半導體，如各種石材、玻璃、硅晶體、石英晶體、硬質合金、陶瓷等。隨著科學技術和現代工業的發展，硬脆材料的應用領域日益擴展，硬脆材料加工技術也不斷發展。在各種硬脆材料加工方法中，切割加工占有重要地位。例如，在建筑裝飾板材和巖石材質精密零部件的加工中，鋸切加工是機械加工的第一道工序，鋸切加工成本占整個加工成本的 50%以上。目前，石材等硬脆材料的切割加工主要采用各種金剛石切割工具。由于金剛石是自然界已知的最硬物質，其優異性能決定其在石材等硬脆材料切割加工領域具有廣闊的發展前景。


　　應用金剛石工具鋸切硬脆材料的加工方式主要有：圓鋸片切割、金剛石帶鋸切割、金剛石框架鋸切割、金剛石串珠鋸切割等。盡管每種方法各有其不同特點和應用范圍，但其切割機理和金剛石磨損機理都大致相同。由于巖石切割是金剛石切割工具最主要的用途，因此，深入研究石材鋸切機理和金剛石切割工具的磨損機理對于金剛石切割工具的合理制造與正確使用具有重要意義。長期以來，國內外專家學者對金剛石工具鋸切花崗巖的加工機理、金剛石工具的磨損機理以及鋸切加工過程中的鋸切力作了大量試驗和研究，取得了令人矚目的成果，對巖石鋸切加工以及金剛石工具的研究開發起到了積極的理論指導作用。


　　2 金剛石切割石材鋸切機理的研究
　　金剛石磨料通常通過燒結或電鍍的方式制成切割工具。金剛石工具的切割過程類似于磨削加工，但由于受材質影響，巖石、陶瓷等硬脆材料的加工機理與金屬加工機理不同，且加工過程更為復雜。由于金剛石切割工具最早應用于石材切割，因此對金剛石切割石材的機理研究較多。國內外學者對金剛石工具鋸切花崗巖的加工機理進行了長期研究：從早期應用巖石在壓頭侵入下的斷裂理論、單顆粒金剛石劃傷表面形貌觀察法逐漸發展到綜合應用偏光顯微鏡和掃描電鏡觀察巖石加工表面形貌以及裂紋的產生和擴展規律、用聲發射信號評價巖石的切削狀態等。但由于巖石等硬脆材料的切割狀態及切割過程非常復雜，因此對其切割機理的研究至今尚未形成統一的認識。


　　與磨削加工的研究類似，人們首先研究了切割加工時單顆金剛石顆粒與石材之間的作用機理。早期的試驗研究表明：單顆粒金剛石在不同條件下切削花崗巖時，巖石的破壞方式主要以脆性崩碎為主；同時，根據不同的礦物成分，巖石中仍有塑性變形產生。


　　眾所周知，在現代金屬切削加工中，刀具成本在整個的制造成本中只占有部分比例，但是綜合加工成本卻占有至關重要的部分。因此，除了控制刀具自身費用以外，更好的合理使用刀具、充分提高生產效率、縮短加工時間、通過降低加工成本從而最終降低成本。

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