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生产场地、设备


第一节  影响石材加工性能的因素

一. 工艺内容:锯切、定厚(铣平)、表面加工(研磨、抛光、机刨、火烧、锤击、剁斧、喷砂、酸洗…)、切断、铣边、磨边、倒角、钻孔、开槽、修补、优化处理…

二. 影响石材加工性能的因素

1.岩石类型、矿物成分与含量:

(1)花岗石与大理石在锯切工艺参数上的差异,在磨抛材料上的不同;(2)花岗岩与辉长岩、玄武岩、角岩在火烧效果上的差异

(3)岩石结构构造的影响:粗粒结构易崩边,条带构造易断裂…

(4)石英含量高低对锯切效率的影响…;

(5)片状矿物对磨抛效果的影响

(6)沉积岩中胶结物成分对锯切磨耗率的影响,P63表1、表2中的试样8

2.切削力的大小与方向

试验结果表明:

(1)锯切石材时水平方向的切削力大大地小于垂直方向的切削力

(2)锯片磨耗率的大小与垂直切削力的大小有着完全一致的关系

3.加工设备与工具

三.加工工艺

4.1-3    石材的加工工艺分类

    

                          

              

大理石

一类

石质软、SiO2 含量小于5%

汉自玉、松香黄、雪花白

二类

石质不均匀、含硅酸盐矿物、SiO2 含量大于5%

丹东绿、莱阳绿、大花绿

 

花岗石

一类

HS<90 ,不含或只含少量石英,SiO2 含量较低

济南青、山西黑、芝麻黑

二类

HS 85100 ,石英含量中等,SiO2 含量中等

芝麻白、崂山灰、惠东红

三类

HS95 SiO2 含量高,石英含量高且颗粒粗

石棉红、龙田黄、九龙璧

 

 

 

 

           4.1-4    金刚石圆锯片锯切花岗石工艺参数

  

    

 

 

        

圆周速度

m/s

 吃刀深度

 mm

 走刀速度

 m/min

锯切效率

m2/h

 一 类

 1

非洲黑、蓝珍珠、济南青

 3540

   12.5

   3

  2.3

  

1.8

粉红麻、英国棕、蓝翡翠

 3035

    8.5

   3

  1.5

  

3.5

南非红、印度红、四川红

 2530

    5

   3

  0.9

 

表3、表4对于购买设备时比较设备技术性能的作用

四.石材可锯性的综合影响因素

综合测评的经验公式为:

Y=27.77-0.168B-0.12C0.10D

式中:Y-锯片的抗磨损性能;  

      B-岩石的磨蚀性;

      C-岩石的肖氏硬度;

      D-石英体积的百分含量。

上述公式表明石材的磨蚀性、肖氏硬度和石材中石英的含量都影响到石材的可锯性,在这三者中尤以石材的磨蚀性对石材的可锯性影响最大(举例开刃材料与大洋红锯切)。

 

第二节  石材的通用加工设备与主要技术性能

一.石材的锯切设备

1. 框架式砂锯

(1)上摆式砂锯

① 基本结构:主电机、飞轮、连杆、曲柄;

锯框悬臂、锯框、锯条、四立柱框架、螺杆、升降电机

辅助设备:砂浆泵、洒浆车、钢砂添加器、钢砂分离器、液压张紧器、荒料台车

② 工作原理

③ 技术性能:

优点:可使用较薄的锯片,低能耗、低锯耗,出材率高,运动方式简单、设备磨损较小,成本低。

缺点:空行程占比例大(3/4~4/5)、效率低(10~20mm/h)

 (2)平移式砂锯

① 基本结构:主电机、飞轮、连杆、曲柄;

锯框、锯框导轨、锯条、四立柱框架、螺杆、升降电机

辅助设备:砂浆泵、洒浆车、钢砂添加器、钢砂分离器、液压张紧器、荒料台车。

② 工作原理

③ 技术性能:

缺点:应使用较厚的锯片,高能耗、高锯耗,高成本,低出材率。

优点:无空行程、效率高(30~40mm/h)。

  (3)复摆式砂锯

① 运动特点:

② 结构特点:如何实现复合曲线运动

a. 交叉式杠杆悬吊系统——Breton砂锯

b. 安装悬臂活节——Pellegrini砂锯

c. 增大或缩小锯框悬挂点——Gaspari下摆式砂锯

d. 由吊臂箱改变运动曲线——Tema、Simec砂锯

③ 技术性能:

集中了上述两类砂锯的优点,克服了这两类砂锯的缺点,因而具有高效率、低能耗、低锯耗、高出材率的优点,但是由于摆动系统结构较复杂,磨损大,维护工作量大。

 (4)框架式砂锯存在的问题与改进方向

2. 金刚石框架锯

(1)基本结构

(2)锯条

(3)技术性能

3. 金刚石圆盘锯

(1)分类:

① 结构分类:单臂式、双柱式(龙门式)、框架式(四柱式或六柱式)

② 根据锯片直径:普通型(≤160cm)、中型(160~200cm)、大型(200~250cm)、巨型(≥250cm)

③ 根据锯片数量:单片锯、组合锯

  (2)单臂式金刚石圆盘锯

① 基本结构

② 工作原理

③ 技术性能

  (3)双柱式金刚石圆盘锯

  (4)框架式(双向)金刚石圆盘锯

  4.金刚石绳锯

① 基本结构

② 工作原理

③ 技术性能

④ 优点:P76

a. 锯机的结构与安装基础比较简单,辅助设备少,厂房占地面积可减少1/2~2/3

b. 锯切效率高,锯切中等硬度的花岗石板材,一天可锯切250m2,相当于两台各装有120根锯条的大型框架锯的效率;

c. 操作方便,锯切精度高,多绳式金刚石串珠锯可快速地变換加工板材的厚度;

d. 板材的锯切面平整,而且杜绝了钢砂残粒嵌入板材锯切面的可能性,因此使磨抛的时间降低20%;

e. 锯切噪音小,工作环境好;

f. 能耗低,与框架式砂锯相比约可降低30%的电能消耗;

g. 消耗材料大为减少,对环境污染小。框架锯每锯切l㎡的花岗石板材需消耗3kg钢砂、1.5kg锯条、2kg石灰,而金刚石绳锯只消耗0.01kg金刚石绳。粗略估计,使用框架锯每年需弃置32.5万公斤废砂浆,对环境污染的严重性可想而知。以年产5万㎡的花岗石大板为例,金刚石绳锯产生的废渣只有框架式砂锯的1.5%左右,且废渣成分单一、外理方便。所以说金刚石绳锯是锯切石材大板的环保型机械设备。

  5.金刚石带锯

  6.金刚石筒锯

二.石材的磨抛设备

  1.磨抛的目的与要求

  2.检测方法与标准

  3.影响因素

  4.有关清晰度问题

  5.石材的抛光机理

  6设备类型

(1)手扶摇臂磨机

     ① 基本结构(普通磨机与升降磨机)

     ② 工作原理

     ③ 技术性能

     ④ 适用条件

  (2)小圆盘磨机

① 基本结构

   ② 工作原理

   ③ 技术性能

   ④ 适用条件

(3)桥式磨机

  ① 基本结构

  ② 工作原理

  ③ 技术性能

  ④ 适用条件

  (4)自动化连续磨机

① 基本结构

② 工作原理(重点分析磨头摇动的作用机理)

③ 技术性能

④ 适用条件

⑤ 基本要求:当连续磨机用于花岗石的研磨抛光时磨机的磨头数应不少于12个,而用于大理石磨抛加工的连续磨机磨头数不少于8个就可以了。

磨头的加压方式有液压的或气压的,当加工花岗石时宜用液压式加压,当加工大理石时宜用气压式加压。

  (5)定厚机(铣平机——Grinding Machine )

    ① 用途:纠正厚度误差;消除沟槽纠正平整度;为磨光作准备。

    ② 类型:盘式与辊式

    ③ 基本结构

 ④ 工作原理

(介绍意大利布拉公司、Barsanti公司和Pedrini公司以及长荣公司的五种定厚机的结构、原理并比较其优缺点)

三.石材的切断设备

1. 切断工艺对设备的要求(切断与锯切的差异):切断是低功率的精加工,对材料的规格尺寸、角度误差有较高的精度要求,并要求切面平整不崩边掉角,切断工序对成材率的高低影响较大。

2. 常用设备

(1)桥式切机

① 主要用途:

② 基本结构工作原理

③ 技术性能

  (2)纵向切机

① 主要用途:

② 基本结构(单刀或多刀切机)

③ 工作原理

④ 技术性能

  (3)横向切机

① 主要用途:

② 基本结构(图)(单刀或多刀切机)

③ 工作原理(比较纵向切机在运动原理上的差异)

④ 技术性能

(4)手拉切机

① 主要用途:除了可用于切断工序外还是碑石、外栅、条石、灯笼、台板等异形石材的重要造形设备。

② 基本结构

③ 工作原理

④ 技术性能

四.异形加工设备

  1.数控金刚石绳锯

  (1)用途

  (2)性能

  (3)优缺点

  2.数控铣床

  (1)用途:异形边部加工

  (2)性能

  (3)优缺点

  3.电脑水射流切割机

  (1)用途

  (2)性能

  (3)优缺点

  4.电脑加工中心

  (1)用途

  (2)性能

  (3)优缺点

 

第三节  薄板的加工设备与工艺过程

薄板:指厚度小于2cm的规格板

一.薄板的加工工艺及其适用条件

A工艺(先切后磨):选料装車—锯切毛条板—定厚—研磨抛光—切断(纵切、横切)—磨边倒角—清洗—烘干—检验—修补—分色—包装。

B工艺(先磨后切):选料装車—锯切毛条板—切断(纵切、横切)—定厚、研磨、抛光—磨边倒角—清洗—烘干—检验—修补—分色—包装。

C工艺(MAKRON加工法):选料装車—锯切块料—锯切规格毛条板—定厚、研磨、抛光—横切—磨边倒角—清洗—烘干—检验—修补—分色—包装。

二.选料装车

原则:

1. 荒料的最大尺寸不能超过锯切设备的加工能力,荒料的最小尺寸必须满足锯切稳定性的要求;

2. 工程用料应根据工程所需的品种选用荒料,应使得同一工程的荒料在花色上协调一致,以保证良好的装饰效果。

3. 工程用料应根据所需的数量、荒料的成材率、加工中产品的合格率选用数量适宜的荒料,在保证工程用量的前提下尽量减少多余的加工量,以免造成浪费。

4. 根据产品的规格尺寸选用几何尺寸适宜的荒料,以免在荒料的长度和高度方向上留有过多的余量,使得荒料的利用率最高,提高成材率。 

5. 装車时荒料的大面应当平行于锯切面,以保证板材的花纹一致,并具有较好的力学性能,同时能提高锯切效率。

6. 荒料装車时,底部必须备有垫木,垫木必须垂直于锯切方向。垫木的截面应不小于20×15cm,以保证垫木能够承受荒料的压力;垫木的长度应与台車的宽度基本相等。

7. 当荒料表面不规整时,应当对荒料进行整形,以提高锯切效率,并减少无用的锯切。

三.锯切

1.选择锯片

要点:根据板材的规格选择直径适宜的锯片;

      根据荒料的岩石类型和矿物成分选用适宜的刀头。

2.安装锯片

(1)砝兰盘的作用与直径选择

(2)锯片的旋转方向要始终一致

(3)锯片的安装精度要求与检测方法

3.锯切

(1)操作要点

(2)参数设定

四.定厚

控制厚度、修正平度

定厚的厚度控制=薄板的标准厚度+允许的正公差+磨抛工艺的加工余量

五.研磨抛光

  1.选择磨石:粒度、结合剂、组织、硬度;

要点:磨石性能应与毛板的粗糙度、成品板的光泽度以及磨抛设备、磨抛工艺相适合。

  2.磨抛工艺:

  (1)磨盘转速:高硬度、高石英含量的石材取低转速(6~12m/s)

  (2)压力:粗磨与抛光压力增大,石英含量高、硬度高压力大(4~6kg/cm2

  (3)磨盘移动速度:磨盘运动轨迹应当尽量少重叠,但不能不复覆盖。

  石英含量高、硬度高移动速度慢(0.2~0.6/min)

  (4)用水量:水的用途:冷却、排屑、调节磨石硬度。

六.切断

 1.技术要求:根据  GB/T18601—2001标准规定

 2.设备要求:高精度、高稳定性、振动偏摆小、切缝细、直、平、不崩边

 3.锯片选择:常用直径200~400mm,窄槽型、锋利型锯片,配置大直径砝兰盘(约为锯片直径的1/2)

 4.锯片安装:精度要求与检测方法(P100表5)

 5.工艺参数:

 6.切割定位:重点介绍

七.磨边倒角:(略)(看录象解说)

八.粘结修补:(略,在优化处理时详述)

九.检验:

 1.标准依据:

 2.可量化标准与不可量化标准:由天然材料的特点作重点讲述;与贸易纠纷的关系。

 3.检验方法:

十.分色包装:

 1.分色的依据与技巧:(以G682为例)

 2.包装的目的:保护石材不受损、保证分色效果、便于搬运、贮存、保管、销售、使用…

 3.包装的要求:牢固、科学、经济、适销、方便、环保(塑料泡沫盒的白色污染与木质包装箱的熏蒸要求)

 4.包装形式:以外贸出口标准的305mm薄板为例。

 

第四节  大板的加工设备与工艺过程(配合录象)

一.锯切

 1.重要性:成本比例与成材性比例,

 2.设备:大直径金刚石圆盘锯、多绳式金刚石绳锯、框架式砂锯分别评述其优缺点与适用性;以框架式砂锯为主。

 3.工艺过程:框图表明十一道工序的关系。

 (1)选料:重点介绍

① 根据工程需求量与产品成材率备料,防止不足与过剩;

② 根据设备的技术性能与产品的规格尺寸选择荒料规格,既避免无用锯切、提高成材率,又使设备满负荷工作提高生产效率。

③ 同一台车的荒料必须高度相近、可锯性相同。(以P110、P111例1、例2说明)

④ 荒料大面平行于锯切面(从荒料的力学特征与石材的使用性能分析)。

⑤ 先整形、后锯切,减少无用加工量。(成方性与相对成方性概念及计算方法,P112-113

 (2)吊装荒料(略)

 (3)固定荒料:详述三部分混凝土的作用与优缺点。

 (4)安装锯条:简介安装精度要求与锯条技术性能要求,详述两种安装方法的利弊。间隔板的计算方法,新安装的锯条先锯较长的荒料,第二、三车荒料长度递减。

 (5)下锯:简述锯切参数选择,分析锯切早期的下锯速度

 (6)出台车:分析为什么不能在锯镗内彻底清洗毛板

 (7)吊卸、清洗、检验毛板同时进行(检验的要点,以G611荒料为例)

 (8)清洗锯台、卸锯片、保养润滑…

二.砂锯的辅助设备及操作要点

 1.砂浆泵

 (1)作用

 (2)使用技术:

   ① 重点分析功率选择的重要意义,解析为什么配置与实用不一致;

   ② 通过计算说明选用适宜功率的砂浆泵对节能的意义;

   ③ 砂浆需求量计算方法说明

 (3)砂浆回流管与砂浆井的位置关系

 2.钢砂添加器

 (1)作用

 (2)影响钢砂需求量的因素

①荒料的长度;

②锯条数;

③落锯速度;

④岩石类型与力学性质;

⑤钢砂的硬度与耐磨性。

 (3)计算方法

Y=5N·L·W·V

式中:

Y-砂浆需求量;m3/h  

N-锯条数;      

L -荒料长度;  m

W-锯缝宽度;  m

V -下锯速度;  m/h

 3.钢砂回收器(分离器)

 (1)作用:

 (2)钢砂的最佳粒度范围

 (3)钢砂回收器调控技术

当废浆中大于0.4mm钢砂多于8%时表明排浆持续时间太长;

当砂浆中小于0.4mm钢砂多于55%时表明排浆间隔时间太长。

 4.石灰混合器和灰浆搅拌桶(略)

5.液压张紧系统

 (1)作用:

(2)结构:

(3)锯条受力分析:计算方法见P122~123要求学生重点掌握。

(4)使用要点:

① 根据剩余锯条宽度选择适宜的荒料高度

② 根据剩余锯条截面积调整液压张紧器拉力,使得既能张紧锯条,又不拉断锯条。

③ 选用宽度不同的锯条减少锯条浪费。

 例题:

已知每锯切下1m高度的荒料锯条宽度磨损18mm,厚度磨损0.25mm假设锯条的磨损是均匀的,如果液压张紧器使每根锯条受到55000N的拉力,锯条的抗拉强度为750MPa,当锯条的宽度为65mm,厚度为3.5mm时请计算这种锯条能锯下高度为多少的荒料?如果要锯切高度为1.50m高度的石材应如何调整液压张紧器?

(设锯条的极根強度为抗拉強度的0.5)10%

(1) 锯条的极根強度σp=750×0.5=375 Mpa

(2) 锯条断裂时的极限截面积A=F/σp=55000/375=146.67mm2

(3) 设该锯条可锯切Xm高的荒料,则:

    (65-18X)(3.5-0.25X)=146.67

           X1=1.087    X2=16.524(不合题意)

(4)锯切1.50m高度的石材后锯条截面积为:

     (65-18×1.5)(3.5-0.25×1.5)=118.75mm2

(5)锯条张紧力F=σp×A=375×118.75=44531.25N

三.砂浆工艺

  1.砂浆的成分:

    水:38.12% ;钢砂:23.74% ;石灰:5.56% ;石粉:32.39% ;比重1.749

  2.钢砂

  (1)成分:钢砂∶钢丸=85∶15

  (2)粒度控制:P126      以25号钢砂为例说明

  3.石灰:

  (1)作用:

  (2)石灰添加量的确定———石灰钢砂系数(K)的计算

  (3)例题:

   已知使用摆式砂锯锯切比重为2.73的闪长岩时每锯切1平方米毛板消耗钢砂2.45kg,测得锯缝宽度为7.6mm,请计算每锯切1m2毛板需要添加多少石灰才能使砂浆始终保持在最佳状态?求石灰钢砂系数?

(1)锯切1m2毛板生成的石粉重量:0.0076×2.73×1000=20.748kg

(2)锯切1m2毛板需要添的石灰量:20.748×5.56/32.39=3.56kg

(3)K=3.56/2.45=1.45(即每添加1kg钢砂必须添加1.45kg石灰

  4.水量的控制:砂浆井液位感应器

  5.贮浆池:钢砂粒度级配的控制保障

详述作用原理

四.花岗石大板的磨光

  1.影响大板磨光的因素

  (1)设备性能——磨头数

  (2)毛板粗糙度

  (3)成品板的光泽度要求

  (4)磨抛工艺

  (5)磨具的性能与磨具号的配置

 2.连续磨机各磨头上磨具号的配置

 (1)磨具号与磨料的粒径:P132表5.3-8

 (2)计算方法

  ① 根据毛板的粗糙度确定第一个磨头上磨料粒径a1   a1=R2

② 根据磨光板所要达到的光泽度确定最后一个精磨磨块中磨料的粒径a n

精磨光泽度为55,磨料粒径应当为0.013,磨具号为1200号,抛光后可达85度

精磨光泽度为60,磨料粒径应当为0.010,磨具号为1500号,抛光后可达90度

精磨光泽度为65,磨料粒径应当为0.009,磨具号为1800号,抛光后可达95度

 ③ 计算等比系数Q

    ④ 计算其他磨头上的磨料粒径

     an a n-1Q

 (3)例题

  使用16磨头的自动化连续磨机研磨加工粗糙度为0.95mm的花岗石板材,要求磨抛后板材的光泽度达到90度,請计算磨机上各磨头所用磨料的粒径。(设:使用3个磨头作抛光用)8%

 (1)第1个磨头上磨料的粒度:

α1=R2=0.952=0.9025

 (2)最后一个磨光磨头上磨料的粒度:

     因为抛光板光泽度为90度,所以最后磨光的光泽度为60度,第13个磨头上磨料的粒度α13=0.01

 (3)各磨头上磨料粒度的等比系数:

      

 (4)各磨头上磨料粒度:

α1=0.9025(mm)

α21·Q=0.9025×0.6871=0.6201(mm)

α32×Q=0.6201×0.6871=0.4261(mm)

α43×Q=0.4261×0.6871=0.2928(mm)

α54×Q=0.2928×0.6871=0.2012(mm)

α6=0.1383

3. 磨削工艺要素

根据根据国际机械生产工程研究组织〔CIRP〕提出的“当量切削厚度” 的概念,可表示为以下关系:

式中:

A-可以认为是磨具以一定速度从石材上切削下的切屑的厚度;

t -切削深度;

V1-磨盘相对于石材的移动速度;

V2-磨盘转速。

上式表明:要改善磨削质量,提高光泽度应当减小A;如果要提高磨削效率,刚应当提高A。所以粗磨时应增大磨盘压力(即增大t),同时降低磨盘转速(即减小V2),加快磨盘相对于石材的移动速度(即增大V1),即可提高磨削效率;反之细磨和精磨时,为了提高磨削质量应当减小磨盘压力,提高磨盘转速和降低磨盘相对于石板的移动速度。

实际上在连续磨机上无论是粗磨还是精磨,磨盘相对于石板的运动速度都是相同的。因此磨削工艺参数的选择主要考虑以下几点:

①磨削压力的大小与磨石的消耗成正比,也与磨削效率成正比。粗磨工序的磨头压力约为58bar,细磨和精磨时磨头压力约为36bar

②传送带的前进速度与磨抛质量有关,应当按毛板的粗糙程度和石材的类型性质来选择,一般磨抛花岗石类板材时传送带的进给速度为0.20.6m/min;磨抛辉长岩、玄武岩类板材时传送带的进给速度为0.50.8m/min

③磨机横梁的往复摆动速度约为410m/min,当石板较宽时取高值,石板较窄时取低值。

五.切断(略)

  1.设备:桥式切机

  2.工艺参数:

3.要点:放线——提高成材率

        配色——保证装饰效果

第五节  异形石材的加工设备与工艺过程(配合录象)

一.异形石材的类型

二.异形石材的加工特点

三.加工设备

四.工艺过程

五.质量标准

六.包装特点

 

第六节 石材厂的设计依据与设计方法

一.石材厂的类型及设备配置

  1.薄板厂

  2.大板厂

  3.碑石厂

  4.石雕厂(传统工艺与现代技术相结合的发展方向)

  5.异形石材厂(福建省异形石材的地位与优势)

  …

二.石材厂的组成

  1.生产设施

  2.生活设施

  3.管理设施

  4.仓库

三.设计内容

  1.厂区平面布置(以福州永德吉石材厂和莆田仁兴石材厂为例)

  2.车间平面工艺布置(以圣和、裕盛石材厂为例)

  3.生产工艺设计

  4.设备的选型与配套

  5.主体构筑物设计

  6.水循环系统设计

  7.环保措施

  8.技术经济分析

四.设计依据

1. 委托方的要求:产品结构

规格尺寸(最大与最小尺寸)

产量

质量标准

荒料品种及其可加工性能

投资总额

服务年限

基建时间

2.设计方应收集的资料:

基建用地面积、形状及周边环境

水、电、路三通条件与给排水条件

建厂所在地的工资标准

地方政府的有关规定

环保要求

生产设备的技术参数、工艺性能、价格、质量、安装与操作要求、装机容量、能耗高低

交通运输条件

原材料供应条件

设备维修保养条件

技术工人的工艺素质与供应情况

五. 设备选型依据:

产品纲领与产品的规格尺寸

产量与质量要求

生产工艺要求与车间的工艺布置

原材料的可加工性能

设备的技术性能与价格

资金来源、投资金额

服务年限

六. 厂区布置原则

生产、生活、管理分区明确,有利各自使用目的,互不干扰;

美观、整洁、环保

例如:

荒料堆场不宜安排在厂区正面,应靠近锯切车间

生活区应远离锯切、造形等噪音大、粉尘多的车间

管理区(办公楼)应安排在厂区前面,污水沉淀池应靠近厂区后部或边部

仓库应紧临通道

宿舍楼应坐北朝南

七. 车间工艺布置原则:

节省投资

缩短基建周期

整齐有序、满足生产工艺要求、提高生产效率

总图运输合理,避免重复、交叉运输

生产安全、满足环保要求、合理的水循环系统

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