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超薄天然石材的对剖式切割加工技术

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  一、超薄天然石材的加工方法:

  超薄天然石材的大批量、自动化生产自上世纪七十年代末实验成功金刚石圆盘锯多片组合加工技术后,便在世界各地迅速推广。

  1、采用金刚石圆盘多片组合锯加工薄型石材。采用的金刚石圆锯片的直径从¢900mm~¢1800mm,组合锯片数量从3片至57片不等,采用组合锯加工的薄型石材厚度一般为8mm~12mm;其有如下特点:美观和耐久性;规格精确,锯切后公差可达±0.5mm;可以减少运费和减轻包覆结构的栽重量28kg/mm2,也较容易搬运,故可减少装卸费用;荒料出材率提高30%以上,更有效地利用了珍贵的天然石材资源,综合经济效益较好。

  金刚石组合锯机加工技术基本有两种方式:一种是采用同一规格的相同直径的圆盘锯多片组合而成。如加工板宽300mm~400mm的薄型板材,常采用¢1000mm的圆锯片组合加工等。另一种是采用“子母片”的组合方式。在锯机主轴上同时安装直径大小不一的多种锯片,先由较小的直径锯片锯切出槽宽,然后由大直径锯片对准已切出的槽缝继续切完。如加工600mm宽的薄型石材板,采用¢1000~¢1600mm锯片组合即可。还有一种国外加工技术,称为串联式的多片组合锯,每个锯片安装在各个主轴上,由石料通过每个锯片,使切深逐渐增大,达到预定规格,常用于花岗岩的薄板加工。如加工400毫米宽的花岗岩薄板,锯片直径范围从¢250mm~¢900mm,此种加工技术的优点:各个锯片相继切割同一槽缝,锯片厚度较小,仅为3.5mm,为薄型锯片,,可以较好地定位,保证薄板加工精度,并可节省贵重的原材料,提高出材率,减少功率消耗和降低工具成本等。

  2、利用金刚石带锯剖切加工技术进行超薄天然石材的加工:采用的金刚石锯带厚度为0.9~1.2毫米,宽度为20~50毫米,切割槽缝宽度在3.5毫米左右,锯条以单向巡回快速转动,荒料或板材作往复直线运动。该加工方式的特点:按带锯切割机的规格不同可分割大小不同的超薄板,切割大理石的效率较高,最薄可达2毫米厚度。目前国产的金刚石带锯剖切机最大加工规格为1500毫米×1250毫米,而且由于锯带技术的不断创新,现国产锯带的使用寿命已大为延长,这也较好地推动了国产带锯剖切机加工技术在超薄天然石材加工中的应用和推广使用。目前,我国的石材加工业,大部分已采用国产石材加工设备进行生产,有条件的加工业已经引进了大量的国外的生产线和技术装备,整体加工水平不算落后。使用量最多的为卧式半自动薄板分切机和立式半自动薄板分切机,能加工2mm厚的大理石薄板,最大规格为1200毫米*2400毫米,切割花岗石时由于硬度大,切割带锯条受热大,带锯条易磨损、成本高、冷却液跟不上等原因,目前还不能经济地切割花岗石超薄板材。不管是何种类型的分切机,由于其使用的是金刚石带锯条,又称为大理石金刚石带锯机,一般用于将大理石等需要分切的石材两面复合轻质材料后进行一分为二。

  3、采用金刚石圆盘锯对剖式加工技术进行超薄天然石材的加工,一般有两种方式:一种是采用单轴单片式的金刚石圆盘锯石机;一种是采用多轴单片式结构的金刚石圆盘锯石机(又称为“串联式”的组合圆盘锯石机)。目前切割花岗岩超薄板的专用设备为花岗岩超薄板剖切机,该机可以不用复合任何材料的花岗岩的剖分,使用量在逐年增加,本文介绍的就是其中的一种类型。花岗岩板材厚度最薄可达3mm,规格最大可做到1000mm×1000mm,成为目前最薄的大理石、花岗岩石材面砖,超薄天然石材目前在国内常见的加工规格有:305mm×305mm、600mm×400mm、600mm×600mm、600mm×900mm、800mm×800mm、1050mm×1050mm、1200mm×1200mm、1200mm×2400mm等各种规格,厚度从2mm至10mm不等,根据用户的需求,基本能满足各种需求。现在超薄板加工已分布与全国各地,东部沿海省份居多,如辽宁的大连,山东的日照、莱州、潍坊,江苏的常州和福建的厦门,广州的顺德等。有的石材加工企业已经成为天然石材超薄板的专业生产厂家,不仅加工各类大理石复合板、铝塑板,而且加工各种规格花岗岩超薄板等,已经成为当地石材加工的龙头企业。

  二、超薄天然石材的金刚石圆盘锯对剖式加工技术

  单片式的金刚石圆盘锯对剖机是采用旋转剖切的原理来实现双倍的切割效率,既可以与专业配套的单片锯石机同时使用,又可以利用单片圆盘锯或单片石材切割机进行改造加工,特别适合国内中小型石材加工企业使用,不但投资少,而且提高石材产品档次,增加出材率,效益特别高。多片式对剖圆盘锯石机一般采用倾斜对剖的方式,对剖效率较高。据报道国外有一种14个锯片的花岗岩对剖机,产量可达对剖花岗岩每小时27平方米,从而实现每小时54平方米的对剖板材产量。目前国产的单片花岗岩对剖机每小时产量一般为每小时4~6平方米(硬花岗岩),可获得每小时8~12平方米的产量。但不论是哪种对剖方式,都要求板材必须经过定厚机定厚,以达到厚度一致,并经两面磨光后才可进行对剖。目前国产单片金刚石圆盘锯对剖机已能加工5毫米以上的花岗岩板材,2毫米以上的大理石板材(复合板材),最大规格可达1200毫米×2400毫米。

  旋转剖切举例说明:切割600毫米×600毫米的花岗岩板材,对剖后要求厚度为5.5毫米,可使用钢质直径为1000毫米,基体厚度为5.5毫米(普通),焊接刀头后,切割槽宽为8毫米(超薄基体槽宽约5~6毫米),在切割深度达到300毫米后,退出锯片,使板材旋转180°,继续切割另一半,最终剖切出两片600×600×5.5毫米的花岗岩超薄板材。

  (一)、超薄型天然石材对剖加工前的准备

  目前,天然石材板材的加工基本是采用框架锯和金刚石圆盘锯进行加工的,也有使用带锯机和串珠绳锯进行加工的。经上述设备加工的石材板材由于平面度和厚度误差较大,装夹比较困难,对剖后板材厚薄不均,破碎率较高,不易直接进行对剖加工。必须经精密定厚机(或校平机)进行定厚后,再经精密桥式磨抛机或多头连续磨抛机进行双面磨光,根据客户要求合理选择石材品种,由于石材材质结构各地差异较大,类似花色的石材,产地不同,则材质不同,石材的物理特性差别较大,因此必须选择即满足客户需要又要适合超薄加工的物理特性较好石材品种,经过试剖切确定选择加工或采购,按照订单要求用精密石材切割机将板材切割成各种所需规格的石材工程板后,就可以进行下一步的超薄石材对剖加工了。

  (二)、超薄天然石材对剖加工设备的选型

  加工超薄天然大理石板材和复合大理石板材,可以根据本企业生产经营长远规划和经营目标,依据常期加工板材规格进行选取金刚石带锯卧式半自动(自动)薄板分切机或金刚石带锯立式半自动(自动)薄板分切机。目前针对大理石薄板分切的金刚石带锯加工设备已经比较成熟,技术比较过关,大、中、小型的各类规格板材基本都能够进行分切,厚度最薄可达2mm。

  加工花岗岩超薄天然石材时,由于花岗岩硬度大,切割带锯条受热大,带锯条易磨损、成本高、冷却液跟不上等原因,金刚石带锯加工设备目前还不能经济地切割花岗石超薄板材。

  针对天然花岗岩硬而脆的特点和建筑市场对超薄天然花岗岩面砖的需求,我们经过多年的跟踪设计和开发,设计了单片金刚石圆盘锯花岗岩超薄石材对剖加工设备,可以根据用户的不同需求,针对不同石材和不同规格板材的特点进行主机和辅机的设计加工与定制。

  单片金刚石圆盘锯花岗岩超薄石材对剖加工设备主机的选取:(1)、对于加工小型超薄花岗岩面砖来讲,采用单片金刚石圆盘锯对剖设备时,只要时加工的面砖规格不超过400mm,可以选择采用经过精密设计和制造的单臂石材大切机或精密桥式小型石材切割机作为主机即可,此类金刚石圆盘锯石材切割机一般安装锯片直径在¢600mm以下,按照旋转剖切的原理,锯片直径减去锯片法兰直径(一般不超过¢150mm)后,可对剖的板材幅面应为450mm以内。此类主机购买容易,价格较低,市场保有量和生产量较高。比较适合一些小型石材加工企业和刚起步的薄板石材经营加工者,亦适合一些建筑施工单位根据工程量的大小进行自行加工,经济实惠。同时对于困难企业和闲置设备较多的企业来讲,也可以在原来的石材切割机上进行技术升级改造,达到加工超薄石材的要求。

  (2)、对于加工中型超薄花岗岩面砖来讲,采用单片金刚石圆盘锯对剖设备时,只要时加工的面砖规格在400mm~1000mm内,可以选择采用经过精密设计和制造的单臂石材圆盘锯或精密桥式小型石材圆盘锯作为主机即可,此类金刚石圆盘锯石材切割机一般安装锯片直径在¢1200mm以下,按照旋转剖切的原理,锯片直径减去锯片法兰直径(一般不超过¢200mm)后,可对剖的板材幅面应为1000mm以内。此类主机结构紧凑,价格适中,精度较高,可以到又一定规模和技术实力的较正规的石材机械制造企业购买或订做。比较适合一些中小型石材加工企业和有一定经济基础和石材加工基础的薄板石材经营加工者,亦适合一些建筑工程承包企业根据工程量的大小进行自行加工,成本较低,经济实惠。同时对于困难企业和闲置设备较多的企业来讲,也可以在原来的单臂石材圆盘锯和中小型桥式金刚石圆盘锯的基础上进行技术升级改造,达到加工超薄石材的要求。

  (3)、对于加工大型超薄花岗岩面砖来讲,加工的花岗岩面砖规格在一般在1000mm以上,采用单片金刚石圆盘锯对剖设备时,可以选择采用经过精密设计和制造的单臂石材圆盘锯或精密桥式金刚石圆盘锯作为主机,此类金刚石圆盘锯石材切割机一般安装锯片直径在¢1200mm以上,按照旋转剖切的原理,如果对剖的板材幅面为1200mm,则安装的金刚石圆锯片应为¢1600mm左右。如果剖切规格大于1500mm时,由于超薄花岗岩易崩碎,装夹和卸料比较困难,建议不要在使用旋转剖切法,而采用直接装夹对剖的方式即可。此类主机结构比较合理,技术比较成熟,制造精度较高,可以到有一定规模和技术实力的较正规的石材机械制造企业购买。比较适合一些中型以上石材加工企业和有一定石材加工基础的薄板石材经营加工者,亦适合一些大型建筑工程承包企业根据工程量的大小进行自行加工,规模经营,经济实惠。同时对于困难企业和闲置设备较多的企业来讲,也可以在原来的单臂石材圆盘锯和桥式金刚石圆盘锯的基础上进行技术升级改造,达到加工超薄石材的要求。

  单片金刚石圆盘锯花岗岩超薄石材对剖加工设备主机剖切锯片的选取:由于超薄花岗岩石材一般都是比较珍贵和稀缺的优质石材,节约石材资源,提高出材率是最大目标,同时也提高了利润率,因此,对于单片金刚石圆盘锯对剖机来讲,一般要选取超薄金刚石圆锯片进行加工,特别是中小型超薄石材面砖的剖切,尽量不用或少用普通金刚石圆锯片,以达到充分合理利用资源,最大限度提高石材利用率和经济效益的目的。

  单片金刚石圆盘锯花岗岩超薄石材对剖加工设备工作辅机(板材装夹机构)的选取和制造:
  对于加工小型超薄石材的对剖设备,工作台只要能够满足对剖石材的规格要求,一般不需要在进行改动(但是工作台的传动精度必须达到一定的要求),只要根据对剖石材的规格要求做好足够正常生产循环使用装夹工具即可,一般一种规格最低要做10副左右;装夹夹具生产厂家一般根据客户要求随机附带1副,多者客户可订购,也可以自行委托机械厂家加工,有能力的石材厂也可以自己加工组装,相对成本较低一些。

  对于加工大中型超薄石材的对剖设备,要随主机一起预先打好地基基础,按照厂家要求按地基图铺好工作台车导轨,铺好足够用的硬化地面,作为工作场地和板材存放地,建好沉淀过滤池、贮水池和地下水道;同时要根据加工的超薄石材规格要求订购适合配套的工作台车和板材装夹夹具旋转工作箱以及与之相配套的真空泵、真空管、各种开关和阀类零件,按照厂家产品安装要求进行安装使用。

  对于超薄石材对剖的装夹夹具的安装和制作,即可以委托机械厂家随主机加工,也可以有石材厂委托加工或自行制造组装。但是一定要注意无论是装夹还是卸料,均应注意使用柔性加紧和柔性托拿运输,以防止超薄石材在对剖和对剖后卸料运输时的破碎和崩裂,以减少不必要的损失。

  三、超薄石材对剖板材厚度的计算

  选好对剖石材加工设备后,根据订单需要的超薄石材规格选择合适厚度的金刚石圆锯片,试切板材,测量对剖设备安装选取的锯片后的切口宽度t,然后选取符合订单要求的经过定厚准确的工程板,计算被剖切板材的厚度B,设定对剖后超薄石材的厚度为h,那么被剖切板材的厚度B=2h+t。例如:要求剖切后的超薄型板材的厚度为5.5mm,外形尺寸为600mm×600mm,金刚石圆锯片基体厚度为4mm,外圆为φ1000mm,金刚石刀头焊接后宽度为5 mmn,经实切后切口宽度为6mm,则选取的被剖切板材的厚度B=6+5.5×2=17mm,即为600mm×600mm×17mm的定厚双面磨光工程板。

  四、应用超薄石材对剖切割技术加工超薄板时应注意的几个问题

  1、在选择对剖工程成型板材时,必须注意所选用石材加工板材的物理性能,以保证有较高的出材率和较好的综合经济效益,特别是超薄板在抗压、抗折、抗风力等方面的强度应符合建筑工程及施工标准,以保证建筑及施工质量。

  2、由于超薄板厚度大大减少,重量较轻,约为普通板材的1/3。超薄石材板材强度受到较大影响,因此在装卸、运输、安装时极易破碎,必须注意采取安全包装和柔性软隔离措施。

  3、天然石材超薄板目前在室内外装修作贴面板方面,在国外和国内沿海城市得到较好使用,但用作铺地面板、外墙贴面板时,还应特别注意与建筑装饰设计部门、建筑商等进行协作,从施工工艺、产品的规格系列等方面适应建筑市场的需求,根据客户订单进行加工,以避免建筑物建成后再铺设装饰带来的困难和不符合客户要求而造成的成品货物积压。

  五、超薄天然石材加工的市场现壮和发展前景

  超薄天然石材国外已普及使用,在国内的出现仅十年左右,虽然已逐渐得到认可但仍待大面积推广。超薄型天然石材目前世界上已有美国、意大利、法国和德国等发达国家批量生产,并广泛地应用在各类建筑上。例如位于美国阿拉斯加使用超薄型石材的一个建筑,经过多年的恶劣环境,并承受过不止一次的大地震,目前仍安全使用,无任何异常;法国的新凯旋门用的是蜂窝板,上海的金茂大厦用的是德国的超薄板。美国等国家的几个厂家年产值达10亿美元以上,近十年来,超薄天然石材在我国得到了较快发展,价值几百万的国外超薄石材加工设备不断进口到国内,而加工的产品90%以上出口到国外,这也引起了国内石材行业的震撼。超薄天然石材加工业随着国外资金和设备的不断介入,国内的使用优点也大量体现出来。随着建筑业水平、质量的提高,国家重抓节能减排,在超薄石材的加工使用上更是体现的淋漓尽致,供不应求。特别是2004年以来国家强制执行外墙保温,使国内多数建筑工程由于外墙做保温,装饰石材就必需干挂,普通石材由于板厚,重量较大逐渐不被看好,而超薄板石材由于重量比瓷砖轻10%,保温后可直接粘贴,可以降低成本近40%,更是超薄天然石材成为建筑石材科技革命创新,添补天然石材综合使用的一大空白,但是国外超薄天然石材价格昂贵,让国人望叹。只有少许城市的政府工程开始使用超薄板石材进行内外墙装修。进口的超薄石材加工设备由于价格昂贵,使用维护成本较高,导致加工超薄天然石材的成本偏高,售价惊人,影响了在国内的推广使用。但是国内石材价格低廉利润空间大,价格低是我国石材产品与国外同类产品相比的一个重要特点,不仅体现在国内的劳动力低廉,而且石材荒料价格也较低,普通板材的价格更低。而采用超薄天然石材对剖加工技术加工的超薄板价格约为普通石材的60%至80%。举例来讲:假设20mm厚的工程磨光板价格是140元/m2左右,我们要求用定厚机定厚10元/m2左右,两面磨光,单面磨光费8元/m2左右,采用对剖技术将其从中间剖开,对剖费用约18元/m2左右,那么对剖后的超薄石材的价格应是140÷2+10+8+18=106元,约为原石材价格的75%(而实际生产中的成本价格远远低于此价格比例)。可见,超薄板的加工生产附加值较高,利润空间较大,市场诱人,前景美好。采用单片金刚石圆盘锯对剖加工技术进行超薄石材的加工,省工省料省钱,投资少见效快。例如:山东威海工商局大厦(曾被网络曝光成为最豪华最牛的工商局大厦)约使用超薄石材9000平米,比干挂石材节省资金180万元人民币;重庆永川区的政府大楼,公安局大楼,文体中心等工程,青岛的石油大学教学楼医院,海湾新城十几个楼座,北海舰队司令部等工程全部使用超薄石材,节约了大量资金,提高了施工速度和工程质量,节能、绿色、环保理念深厚,同时使用超薄天然石材进行室内装修还增大了房屋建筑的使用面积,这些优势均引起了国内地产业的极大关注和高度重视。

  单片金刚石圆盘锯对剖加工技术生产超薄天然石材的利润分析:目前国内采用对剖加工技术加工超薄石材的加工费一般在50元/m2左右,利润在25元/m2左右,如果二十台设备每天一个班次(8小时)生产,可生产加工超薄石材约900平米,每天利润约22000元左右,利润相当客观。

  六、结论

  随着我国国民经济收入的大幅度增长,国内各大城市的建筑业突飞猛进,高档楼堂馆所的档次不断翻新,人们对楼房装饰档次的要求越来越高,极大地促进了超薄天然石材外墙保温粘贴薄板的流行,室内装饰天然石材超薄板已成为亮点,超薄天然石材的应用在国内越来越广泛,国内的需求量在逐年增长。可见超薄天然石材的加工具有着极其美好的发展前景,必将会成为国内石材加工业利润丰厚的一个新的经济增长点。