專利名稱：切割花崗巖的框鋸以及提高切割花崗巖的框鋸的性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切割花崗巖板(slab)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
擺動(dòng)式(swing-type)框鋸已經(jīng)廣泛用于將大塊花崗巖切割成板。這些框鋸采用多達(dá)250片鋼鋸片，這些鋼鋸片在張力(例如，80kN)下安裝在框架上?？蚣芤话憷@兩個(gè)樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了切割花崗巖，鋼鋸片與含有鋼丸(steel shot)和散布在水中的石灰的漿液一起工作。只有幾cm/小時(shí)的切割速度使這種技術(shù)成為緩慢的技術(shù)。例如，以平均3cm/小時(shí)的向下走刀切割2m高的花崗巖塊(block)，幾乎要花費(fèi)3天時(shí)間。用于切割花崗巖的鋼丸處理和時(shí)間要求都是消耗大量對(duì)環(huán)境有害的鋼丸/水/石灰漿液的原因。而且，鋼鋸片平均有效期限為2-3塊(block)，這影響切割花崗巖所涉及的成本。
美國(guó)專利No.4,474,154描述了具有三角直棱柱形框的鋸床，所述框被安裝成帶動(dòng)兩片鋸片繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在該現(xiàn)有技術(shù)的切割方法中(在圖11中也有說(shuō)明)，要向鋼鋸片噴水和研磨砂，例如，沙子、鋼丸、碳化硅等。一般鋼丸的尺寸范圍是0.1-8mm，形狀從近似球形到多角顆粒(參見http//www.wheelabrator.com/wha/weben，nsf/OfferProductsSummary/$First？opendocument)。一般用于框鋸(frame sawing)花崗巖的鋼丸為1-2mm級(jí)并且有角(angular)。
題為“切割花崗巖的方法和裝置”的已公開國(guó)際申請(qǐng)WO0078517(所公開的內(nèi)容特別在此引入作為參考)的申請(qǐng)人公開了花崗巖切割水平框鋸的使用，該框鋸相鄰和間隔開的鋸片包括安裝在切割邊緣(cutting edge)的含金剛石片段(segment)。為了用一種采用含金剛石的片段的方法來(lái)取代使用擺動(dòng)型框鋸的花崗巖常規(guī)切割方法，必須滿足兩個(gè)主要要求。第一，操作成本應(yīng)該與常規(guī)方法類似。第二，切割的花崗巖板應(yīng)該具有最小厚度變化。在其他因素中，操作成本主要受片段壽命的影響。關(guān)于板厚度的均勻性/變化，期望厚度的變化小于10％的名義板厚度。
申請(qǐng)人驚訝地發(fā)現(xiàn)了有助于實(shí)現(xiàn)上述要求的金剛石成分(composition)和含磨料片段設(shè)計(jì)的組合，從而獲得鋸片上含金剛石片段的更好性能，沿給定鋸片長(zhǎng)度的片段磨損的更好均勻性，以及花崗巖板的更好成品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于切割花崗巖、石材(stone)、大理石、磚及其復(fù)合材料的鋸切裝置，所述裝置配備有多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片，用于切割花崗巖的，每片鋸片具有多個(gè)安裝在其上的切割片段，每個(gè)切割片段彼此以一個(gè)中心到中心(center-to-center)距離間隔開，其中切割片段中的每一個(gè)包括浸滲(impregnated)有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和其組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相；并且其中切割片段最大中心到中心距離和最小中心到中心距離之間至少有10％的間隔變化。
本發(fā)明涉及用于切割花崗巖、石材、大理石、磚及其復(fù)合材料的鋸切裝置，所述裝置配備多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片，每片鋸片具有多個(gè)安裝在其上的片段，每個(gè)切割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和其組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相，并且其中至少一個(gè)片段的抗磨損特性被優(yōu)化，以獲得在切割過(guò)程中沿每片鋸片的片段的均勻磨損，而且其中優(yōu)化的變量至少是下列變量之一a)沿鋸片長(zhǎng)度的中心到中心距離；b)在每個(gè)片段中的超級(jí)研磨材料的濃度；c)在每個(gè)片段中以壓縮斷裂強(qiáng)度測(cè)量的超級(jí)研磨材料等級(jí)d)在每個(gè)片段中超級(jí)研磨材料的成分(composition)；e)在每個(gè)片段中超級(jí)研磨材料的尺寸；f)片段結(jié)合材料的類型；g)片段結(jié)合(bond)材料的等級(jí)；h)片段的尺寸(dimension)。
本發(fā)明還涉及用于切割花崗巖、石材、大理石、磚及其復(fù)合材料的鋸切裝置，所述裝置配備多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片，每片鋸片具有多個(gè)安裝在其上的片段，每個(gè)切割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和其組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相，并且其中所述研磨材料包括不同尺寸和等級(jí)特性的兩種或更多種組分(component)。這些特性在本文的正文中描述。


圖1是本發(fā)明的水平框鋸的截面圖，所述框鋸切割通過(guò)花崗巖塊。
圖2是鋸片和不均勻間隔的金剛石片段的剖視圖；圖3是針對(duì)于第一片段間隔分布測(cè)試，沿鋸片的片段間隔相對(duì)于在鋸片上的位置的曲線圖；圖4是針對(duì)于第二片段間隔分布測(cè)試，沿鋸片的片段間隔相對(duì)于在鋸片上的位置的曲線圖；圖5是針對(duì)于第三片段間隔分布測(cè)試，沿鋸片的片段間隔相對(duì)于在鋸片上的位置的曲線圖；圖6是針對(duì)于第四片段間隔分布測(cè)試，沿鋸片的片段間隔相對(duì)于在鋸片上的位置的曲線圖；圖7是片段中金剛石的等級(jí)差相對(duì)于金剛石的尺寸差的曲線圖，用于確定磨損性能(m2/mm)；圖8是片段中金剛石的等級(jí)差相對(duì)于金剛石的尺寸差的曲線圖，用于確定花崗巖板的厚度變化(mm)；圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的曲線圖，以獲得滿足磨損性能和板厚度變化標(biāo)準(zhǔn)的金剛石晶體。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于切割花崗巖的、具有金剛石片段的金屬鋸片的水平框鋸，該框鋸不需要現(xiàn)有技術(shù)中的鋼丸漿液?；◢弾r切割水平框鋸使用的詳細(xì)描述公開在本申請(qǐng)人已經(jīng)公開的題為“切割花崗巖的方法和裝置”的國(guó)際申請(qǐng)No.WO0078517中，所述水平框鋸采用含金剛石片段的切割邊緣的。
申請(qǐng)人驚訝地發(fā)現(xiàn)很多在本領(lǐng)域不為知曉的金剛石片段變量大大影響鋸片的使用壽命以及切割完成后的花崗巖板的質(zhì)量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，如圖1和2所示，水平框鋸10配備有多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片88的鋸片組件16，用于切割花崗巖12，其中鋸片88中的每片具有在其上安裝有金剛石切割片段90-104的切割邊緣，用于隨著擺動(dòng)動(dòng)作來(lái)與花崗巖接觸，以切割花崗巖。
鋸片88可以由各種鋼制成，包括本領(lǐng)域已知的高性能鋼合金。一般鋸片可以由C70熱軋鋼制成。高性能合金的實(shí)施例可以是具有0.7-2.3％碳、0.08-2.0％鋁和0.7-6.5％釩的鋼。在另一實(shí)施例中，鋼合金具有0.32％碳、0.35％硅、0.70％錳、1.00％鉻、2.00％鉬、0.6％鎳、0.15％釩和0.05％鎢、其余為鐵。在第三實(shí)施例中，鋼合金含有7％-20％鎢、鉬、釩和鈮。
在一個(gè)實(shí)施方案中，每片鋸片88具有大約50-500mm的高度范圍。鋸片可以具有本領(lǐng)域已知的各種形狀，在大多數(shù)實(shí)施方案中的矩形，雙凹(沙漏形)，凸/直，凹/直，、雙凸，凸/凹及其它們的組合。
如PCT申請(qǐng)No.WO0078517所公開的，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)使用在鋸片中包括金剛石的片段使得切割花崗巖不需要鋼丸漿液。應(yīng)該指出，在本發(fā)明中，在此使用的“金剛石”是指超級(jí)研磨材料，例如，天然金剛石、人造金剛石或立方氮化硼。
在一個(gè)實(shí)施方案中，切割片段90-104由包括超級(jí)研磨材料的硬連續(xù)相材料制成，即，天然金剛石、人造金剛石和立方氮化硼。在另一實(shí)施方案中，連續(xù)相材料包括金屬碳化物、難熔金屬合金(refractory metal alloy)、陶瓷、銅、銅基合金、鎳、鎳基合金、鈷、鈷基合金、錫、鎢、鈦、鈦基合金、鐵、鐵基合金、銀、或銀基合金或它們的組合。
在另一實(shí)施方案中，超級(jí)研磨材料是天然或人造金剛石顆?；蚱浣M合，尺寸范圍從20目至400目。在另一實(shí)施方案中，超級(jí)研磨顆粒尺寸在25/30目-70/80目之間。
在片段中金剛石量的范圍從10con至50con。單位“con.”是濃度的簡(jiǎn)寫，在本領(lǐng)域定義為4倍體積百分比。例如，具有100con的刀具具有0.25cm3金剛石每cm3，或25vol％金剛石。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在片段中的金剛石具有在大約26和88之間范圍的韌度(toughness)指數(shù)(“TI”)。韌度指數(shù)用本領(lǐng)域已知的標(biāo)準(zhǔn)易碎性(friability)試驗(yàn)來(lái)測(cè)量。易碎性試驗(yàn)涉及在控制狀態(tài)下球磨一定量的產(chǎn)品并篩選被磨的材料，以測(cè)量所述產(chǎn)品的破碎。所報(bào)告的“韌度指數(shù)”(“TI”)是指大于域值尺寸的金剛石的重量份。
在一個(gè)實(shí)施方案中，片段含有涂敷有一層MCxNy材料組分的金剛石顆粒，其中M是金屬，C是具有第一化學(xué)當(dāng)量計(jì)算系數(shù)x的碳，N是具有第二化學(xué)當(dāng)量計(jì)算系數(shù)y的氮，并且0≤x，y≤2，其中M是一種或多種過(guò)渡金屬，IIIA族金屬或IVA族金屬。已知這種金屬涂層增加超級(jí)研磨材料與連續(xù)相材料結(jié)合的強(qiáng)度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，片段中連續(xù)相材料可以浸滲有各種研磨材料的組合，即，第二(secondary)研磨材料例如陶瓷、氧化鋁。連續(xù)相材料和超級(jí)研磨劑(即，金剛石或CBN)可以用已知方法聚集成最終的片段形狀，所述已知方法將連續(xù)相材料和超級(jí)研磨劑/研磨劑顆粒結(jié)合在一起，諸如燒結(jié)、熱均衡壓制、激光熔化或離子束熔化。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在鋸片上的金剛石切割片段尺寸范圍是大約長(zhǎng)5-100mm×高5-30mm×4-8mm厚。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，金剛石片段的厚度大于鋸片的厚度。在另一實(shí)施方案中，鋸片包括多個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)，以容納至少部分片段。
在一個(gè)實(shí)施方案中，金剛石片段間隔開(中心到中心)大約80mm-150mm。在另一實(shí)施方案中，中心到中心間隔是大約100-140mm。在另一實(shí)施方案中，中心到中心間隔是大約120-130mm。
片段可以是任何適宜的形狀，例如，包括矩形、錐形、夾層結(jié)構(gòu)、齒形、L形、半圓形等。片段可以用本領(lǐng)域已知技術(shù)來(lái)成形，例如燒結(jié)、鑄造、鍛造或機(jī)加工。
片段用本領(lǐng)域已知的方法安裝到鋸片邊緣，包括銅焊、焊接、激光熔焊、粘接、機(jī)械連接等。
在PCT申請(qǐng)No.WO0078517公開中的暗示是假定沿給定鋸片的長(zhǎng)度的片段都以相同的速率磨損，并且片段沿鋸片長(zhǎng)度等間隔，例如，根據(jù)特定擺動(dòng)鋸操作的行程(stroke)長(zhǎng)度，為20mm(中心到中心)至約40mm(中心到中心)。在申請(qǐng)中還暗示片段具有相同的材料，也即，具有相同的性能。但是，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)金剛石片段以不同速率磨損。因?yàn)榈谝黄蜗耐陼r(shí)鋸片的有效壽命就到期，現(xiàn)有技術(shù)中金剛石片段的均勻間隔和一致特性導(dǎo)致相對(duì)短的壽命以及更昂貴的框鋸操作。
期望在框鋸鋸片上的金剛石片段盡可能以一致的速率磨損。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了改進(jìn)的方法，該方法最小化沿鋸片長(zhǎng)度的片段磨損率的變化并延長(zhǎng)采用金剛石片段的水平框鋸鋸片的使用壽命。
通常，片段壽命可以表示為用于切割花崗巖的這些片段的平均磨損性能。該磨損性能是通過(guò)將被切割花崗巖面積除以片段的高度降低來(lái)確定的，一般以m2/mm的單位來(lái)給出。
改變金剛石片段的間隔。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)花崗巖塊相對(duì)給定鋸片的位置和框鋸的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致片段一塊(segment-block)相互作用，這種相互作用隨沿鋸片長(zhǎng)度的位置不同而改變。例如，鋸片長(zhǎng)度中點(diǎn)附近的片段相對(duì)兩端附近的片段有更多的擺動(dòng)路徑部分與塊保持接觸。另外，當(dāng)接觸石塊時(shí)，這些在鋸片端部附近的片段相對(duì)那些接近鋸片長(zhǎng)度中間的片段明顯經(jīng)受更高的沖擊力。
有助于提高和沿長(zhǎng)鋸片的使用壽命，或具體地說(shuō)，是提高鋸片金剛石片段的使用壽命的令人吃驚的簡(jiǎn)單解決方法是優(yōu)化沿鋸片的金剛石片段的間隔。在本發(fā)明的水平框鋸中，金剛石片段沿鋸片長(zhǎng)度以非均勻間隔分布。在沿長(zhǎng)度傾向于較高磨損率的位置，每單位長(zhǎng)度安裝較多數(shù)量的片段。相反，在沿長(zhǎng)度傾向于較低磨損率的位置，每單位長(zhǎng)度安裝較少數(shù)量的片段。
在此使用的“非均勻間隔”表示從最小中心到中心間距X1(鋸片上兩相鄰金剛石片段之間)到從最大中心到中心間距X2(鋸片上兩相鄰金剛石片段之間)至少有1mm的變化，即，X1比X2小1mm。
在此使用的中心或中心附近片段是指在中心或位于離鋸片中心在25％鋸片長(zhǎng)度的距離內(nèi)的片段。
而且，在此使用的端部或端部附近片段指的是位于端部或離鋸片端部在25％或1/4鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的片段。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在鋸片中心或中心部分附近片段的中心到中心間隔“X”至少小于在鋸片兩端或端部附近片段的中心到中心間隔1mm。在第二實(shí)施方案中，在鋸片中心或中心部分附近片段的中心到中心間隔“X”至少小于在鋸片兩端或端部附近片段的中心到中心間隔2mm。在第三實(shí)施方案中，在鋸片中心或中心部分附近片段的中心到中心間隔“X”至少小于在鋸片兩端或端部附近片段的中心到中心間隔3mm。在第四實(shí)施方案中，在鋸片中心或中心部分附近片段的中心到中心間隔“X”至少小于在鋸片兩端或端部附近片段的中心到中心間隔5mm。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，片段間中心到中心間隔“X”從鋸片中心部分到鋸片端部逐漸變化，例如，位于鋸片中心25％長(zhǎng)度內(nèi)的金剛石片段具有至少1mm間隔變化；位于離中心25-30％鋸片長(zhǎng)度距離的金剛石片段具有至少2mm間隔變化；位于離中心30-35％距離的金剛石片段具有至少3mm間隔變化；位于離中心35-50％距離的金剛石片段具有至少5mm間隔變化；在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在鋸片中心或中心部分附近片段的中心到中心間隔“X”至少保持在鋸片兩端或端部附近片段的中心到中心間隔的50％。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，片段間中心到中心間隔“X”從鋸片中心部分到鋸片端部逐漸變化，位于鋸片中心25％長(zhǎng)度內(nèi)的金剛石片段具有“X”間隔距離；位于離中心25-30％鋸片長(zhǎng)度距離的金剛石片段具有“125％X”間隔距離；位于離中心30-35％距離的金剛石片段具有“150％X”間隔距離；并且位于離中心35-50％距離的金剛石片段具有“200％X”間隔距離。
改變金剛石片段的耐磨損性能。結(jié)合金剛石片段的間隔變化，或作為延長(zhǎng)鋸片使用壽命的獨(dú)立方法，不同性能的金剛石片段沿鋸片長(zhǎng)度分布(具有均勻或非均勻間隔)。在沿長(zhǎng)度傾向于較高磨損率的位置，安裝具有較高耐磨損能力的片段。相反，在沿長(zhǎng)度傾向于較低磨損率的位置，安裝具有較低耐磨損能力的片段。
在此使用的“可變耐磨損性能“是指影響鋸片上的金剛石片段的耐磨損能力的變量，從相同鋸片上的一個(gè)金剛石片段到另一個(gè)金剛石片段，至少有10％的變化。由于金剛石的耐磨損取決于下列幾個(gè)變量，這些變量中的至少一個(gè)可以在一個(gè)片段到另一片段(鋸片上的所有片段)之間發(fā)生變化，以獲得更均勻的磨損率。
金剛石濃度通常，耐磨損能力隨著結(jié)合的金剛石濃度增加而增加。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，位于鋸片中心或中心附近的片段至少具有比位于鋸片端部或端部附近的片段多1vol％的金剛石晶體。在另一實(shí)施方案中，中心或中心附近的片段至少包括比端部或端部附近的片段多2vol％的金剛石晶體。
金剛石尺寸通常，耐磨損能力隨著結(jié)合的金剛石顆粒尺寸減小而增加。對(duì)于給定的金剛石濃度，每單位體積的金剛石顆粒數(shù)量隨顆粒尺寸的減少而增加。這樣導(dǎo)致在切割操作過(guò)程中單個(gè)顆粒的負(fù)荷降低。負(fù)荷降低導(dǎo)致更長(zhǎng)的有效晶體壽命，從而提供增加了耐磨損能力的片段。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，位于經(jīng)受相對(duì)高磨損率區(qū)域或附近的片段含有的金剛石平均顆粒尺寸至少比位于經(jīng)受相對(duì)低磨損率區(qū)域或附近的那些片段小10％。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段含有的金剛石平均顆粒尺寸至少比位于鋸片端部或附近的那些片段小15％。
在本發(fā)明的又一實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段含有的金剛石平均顆粒尺寸至少比位于鋸片端部或附近的那些片段小20％。
金剛石等級(jí)通常，耐磨損能力隨著金剛石等級(jí)增加而增加，例如，用壓縮斷裂強(qiáng)度“CFS”來(lái)測(cè)量。壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)是通過(guò)測(cè)量和記錄使在兩根碳化鎢輥之間的晶體破損所要求的力來(lái)確定。在此使用的CFS值指的是至少600晶體樣品的平均CFS。
晶體強(qiáng)度和形狀一般表征金剛石的等級(jí)。尺寸和等級(jí)的混合可以用來(lái)影響金剛石的類型和其CFS。在一個(gè)實(shí)施方案中，鋸片可以包括具有金剛石混合的一些片段，所述混和從80％粗顆粒(和20％非粗顆粒)至20％粗顆粒(和80％非粗顆粒)以及介于兩者之間。。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，位于經(jīng)受相對(duì)高磨損率的區(qū)域或附近的片段含有的金剛石平均CFS至少比位于經(jīng)受相對(duì)低磨損率的區(qū)域或附近的那些片段高10％。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段含有的金剛石平均CFS至少比位于鋸片端部或附近的那些片段高15％。
片段長(zhǎng)度通常，耐磨損能力隨著片段長(zhǎng)度增加而增加，其中長(zhǎng)度定義為在安裝后平行于鋸片長(zhǎng)度的片段尺寸，如圖2所示。在一個(gè)實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段具有至少比位于鋸片端部或附近的片段長(zhǎng)10％的片段長(zhǎng)度。
結(jié)合劑(bond)耐磨損能力通常，耐磨損能力隨構(gòu)成結(jié)合劑的材料的耐磨損能力增加而增加，即，包括金屬碳化物、難熔金屬合金等的連續(xù)相材料。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，構(gòu)成位于鋸片中心或附近的片段和位于鋸片端部或附近的片段的結(jié)合劑材料的組成有差別，構(gòu)成位于鋸片中心或附近的片段和位于鋸片端部或附近的片段的結(jié)合劑材料的耐磨損性能至少有10％的差別。
第二研磨劑的存在通常，耐磨損能力隨著第二研磨劑的濃度增加而增加。用于金剛石刀具的一般第二研磨劑包括碳化鎢(WC)、碳化硅(SiC)和氧化鋁(AL2O3)和其他物質(zhì)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段至少比位于鋸片端部或附近的片段多10wt.％的第二研磨劑。在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，位于鋸片中心或附近的片段至少比位于鋸片端部或附近的片段多15wt.％的第二研磨劑。
金剛石混合(blending)在PCT申請(qǐng)No.WO0078517公開中，假定片段含有單一尺寸和等級(jí)的金剛石。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于金剛石的、用于切割花崗巖的框鋸的整體性能可以利用包含不同平均尺寸和等級(jí)的兩種或多余兩種組分(component)的金剛石混合來(lái)優(yōu)化。這些混合大致包括粗顆粒(coarse)和細(xì)顆粒(fine)組分，其中粗顆粒組分具有高于細(xì)顆粒組分的等級(jí)。另外，粗顆粒組成分包括在20％和80％之間的總金剛石重量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，混合包括粗晶組分和細(xì)顆粒組分金剛石。在另一實(shí)施方案中，金剛石混合包括20-60wt.％粗顆粒組分，其平均顆粒尺寸至少大于細(xì)顆粒組分的300μm，平均CFS至少大于細(xì)顆粒組分的70N。在另一實(shí)施方案中，金剛石混合包括30-50wt.％粗顆粒組分，其平均顆粒尺寸至少大于細(xì)顆粒組分的200μm，平均CFS至少大于細(xì)顆粒組分的50N。
本發(fā)明框鋸的應(yīng)用。本發(fā)明的框鋸可以方便地用于在較長(zhǎng)時(shí)間周期中將大的花崗巖塊切割成板(從而稱為切板)。
應(yīng)該注意刀，本發(fā)明的框鋸還可以用于切割花崗巖以外的材料，包括但不限于石材，例如，混凝土、大理石、砂巖、燒結(jié)磚或類似材料，以及用于切割由石頭或大理石碎片用結(jié)合材料結(jié)合在一起形成的復(fù)合材料塊。
實(shí)施例。在此提供的實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1和2-改變片段間隔。為了證明改變片段間隔對(duì)沿鋸片長(zhǎng)度的磨損性能的影響，利用幾種分布來(lái)做試驗(yàn)，在此詳細(xì)描述其中兩種。
在實(shí)施例1中，片段以幾乎均勻的間隔分布安裝在鋸片上(如圖3和5所示)。在實(shí)施例2中，片段在鋸片中點(diǎn)附近的相互隔比較密而在端部附近的間隔比較疏(如圖4和6所示)。
在每次試驗(yàn)中，實(shí)施例1和2的大約50片鋸片用來(lái)在擺動(dòng)型框鋸上將Rose Beta花崗巖(III級(jí))切割成板。切割的最小深度為50cm。然后，測(cè)量每個(gè)片段的高度并計(jì)算在整個(gè)鋸片上每個(gè)片段位置的平均值。所有片段具有相同成分，在每次試驗(yàn)中，除了間隔，所有因素如下片段對(duì)于每個(gè)實(shí)施例重復(fù)多次試驗(yàn)，其中每個(gè)試驗(yàn)的片段濃度在15-30金剛石晶體濃度之間變化，金剛石尺寸范圍從20-40目，采用的鈷基結(jié)合劑在商業(yè)上可從OMG，Eurotungstene或其他制造商獲得。
每次試驗(yàn)使用相同尺寸的片段，其中各次試驗(yàn)改變片段尺寸，其范圍是長(zhǎng)度10-15mm、寬度4-8mm和高度10-30mm，每片鋸片有20-30個(gè)片段。
鋸片碳合金鋼鋸片。
操作條件30mm/h向下進(jìn)刀速度；13l/min水輸送到每片鋸片。
圖3和圖4分別表示實(shí)施例1和實(shí)施例2兩次試驗(yàn)的片段間隔分布。圖5和圖6分別表示實(shí)施例1和實(shí)施例2的測(cè)量的片段高度結(jié)果。
可以觀察到對(duì)于具有均勻片段間隔的鋸片(圖3間隔)而言，與鋸片的外端相比，接近鋸片中心的片段的平均高度顯著降低。這表明接近鋸片中心的片段經(jīng)歷更多的磨損。
如果與鋸片端部相比，片段向中心集中(圖4的間隔)，接近鋸片中心的片段的平均高度明顯高于接近鋸片端部的片段的平均高度。這些結(jié)果表明片段的磨損率可以僅僅受片段沿鋸片長(zhǎng)度的位置的影響。
實(shí)施例3-金剛石混合。在這個(gè)實(shí)施例中，申請(qǐng)人進(jìn)行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)(DOE)，以了解和量化改變金剛石片段性能對(duì)片段磨損率的影響。驚訝地發(fā)現(xiàn)花崗巖切板(切割)的性能改進(jìn)通過(guò)在用于切板操作的鋸片片的片段中混合不同尺寸和不同等級(jí)的金屬結(jié)合的鋸切金剛石來(lái)實(shí)現(xiàn)。性能改進(jìn)導(dǎo)致鋸片中的片段的更長(zhǎng)操作/使用壽命。
根據(jù)混合不同金屬結(jié)合的鋸切金剛石的金剛石尺寸/等級(jí)，下列方案用來(lái)定義DOE。
對(duì)試驗(yàn)3進(jìn)行三組試驗(yàn)，采用的混合在20-80的組分1比組分2，或在其之間的組合，例如，60-40和80-20的范圍變化。
用相同尺寸并且在4-6m長(zhǎng)、4mm-6mm厚、30-60mm高的范圍變化的鋸片進(jìn)行試驗(yàn)；每次試驗(yàn)鋸片張力從80-100kN變化。
在每次試驗(yàn)中片段保持相同尺寸，其中從一次試驗(yàn)到下一次試驗(yàn)時(shí)改變尺寸。片段尺寸從長(zhǎng)度10-15mm、寬度4-8mm、高度10-30mm變化，片段采用上述因素來(lái)制備，并切被銅焊到鋼鋸片上。
組分包括20-80目大小以及CFS范圍從75-300N的金剛石晶體。
組分2的等級(jí)和尺寸相對(duì)組分1的等級(jí)和尺寸來(lái)變化。
組分2的CFS總是比組分1的CFS低。
組分2總是比組分1更細(xì)。
固定所有其他變量來(lái)進(jìn)行每次試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，25個(gè)14片鋸片的組每個(gè)根據(jù)DOE技術(shù)要求來(lái)準(zhǔn)備。這些因素是(1)等級(jí)差，是指“組分1的平均CFS-組分2的平均CFS”；(2)尺寸差，是指“組分1的平均尺寸-組分2的平均尺寸”；以及(3)粗顆粒百分比，或組分1的重量百分比。
被切割的花崗巖是III級(jí)Rose Beta(尺寸大約2.85m長(zhǎng)×1.8m高×2.85m寬)。
使用的鋸是擺動(dòng)型、花崗巖排鋸(gang saw)，其在行程500-700mm、每分鐘60-80個(gè)周期的范圍操作，以獲得范圍從大約從1-1.5m/s的試驗(yàn)切割速度。
每次試驗(yàn)開始用低速向下進(jìn)刀(1-3cm/h)，直到所有片段進(jìn)入巖塊中(1-3hrs)。然后，向下進(jìn)刀量增加到大約3cm/h，直到片段顯示出可測(cè)量的磨損。通過(guò)測(cè)量每片鋸片的典型數(shù)量的片段的磨損來(lái)進(jìn)行估算。
在設(shè)計(jì)的試驗(yàn)中，CFS差變量設(shè)定為兩個(gè)水平，在50-65N之間以及在70-90N之間。尺寸差變量設(shè)定在兩個(gè)水平，在150-180μm之間以及在220-280μm之間。
表1 表示片段的平均磨損性能和成品花崗巖板平均厚度變化。

利用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)方法分析上面獲得的結(jié)果，以確定每個(gè)參數(shù)如何影響磨損性能和板厚度變化。得到的磨損性能和板厚度變換函數(shù)也被推斷以確定所述混合成分，所述成分同時(shí)實(shí)現(xiàn)大于或等于1.5m2/mm的磨損性能和小于或等于1mm的板厚度變化。
采用固定在20％的粗顆粒百分比，磨損性能和板厚度變化的響應(yīng)表面(responsesurface)分別在圖7和8中給定。特別是，圖7表示如下幾種磨損性能區(qū)區(qū)12 4.00-5.00m2/mm區(qū)14 3.00-4.00m2/mm區(qū)16 2.00-3.00m2/mm區(qū)18 1.00-2.00m2/mm區(qū)20 0.00-1.00m2/mm圖8表示如下板厚度變化區(qū)
區(qū)22 3.00-4.00mm區(qū)24 2.00-3.00mm區(qū)26 1.00-2.00mm區(qū)28 0.00-1.00mm在粗顆粒百分比固定在20％的這個(gè)實(shí)施方案中，滿足磨損性能和板厚度變化標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域在圖9中圖示和分析可以確定。區(qū)32表示通過(guò)混合金剛石等級(jí)和尺寸所獲得的磨損性能和板厚度最優(yōu)區(qū)域。但是，在區(qū)域26和28與區(qū)域16和18相交的邊界區(qū)域之內(nèi)，可以通過(guò)操作人員來(lái)實(shí)現(xiàn)可操作的磨損性能和板厚度。盡管沒(méi)有明確地作為一個(gè)實(shí)施例而被包括進(jìn)來(lái)，采用包括更高百分比例如40wt.％的粗顆粒組分已經(jīng)獲得了類似的性能結(jié)果。
如上述實(shí)施方案所示，申請(qǐng)人驚訝地發(fā)現(xiàn)a)混合不同尺寸和等級(jí)的鋸金剛石可以是獲得更高磨損性能和/或更低板厚度變化的途徑；和b)利用不同混合的金剛石(粗顆粒材料等級(jí)高于細(xì)顆粒材料)是獲得更高磨損性能和/或更低板厚度變化的另一種途徑。
盡管參照優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明的范圍，可以做出各種變化，并且可以構(gòu)成對(duì)于其中元素的等同物。本文的所有引用在此明確被結(jié)合到本文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于將塊切割成板的裝置，所述裝置包括多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片，其中每片所述鋸片具有的鋸片長(zhǎng)度，所述鋸片長(zhǎng)度具有兩個(gè)端部和中心，每片所述鋸片具有安裝在其上的多個(gè)切割片段，所述切割片段彼此以中心到中心距離間隔開，每個(gè)所述切割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和它們組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相；以及其中所述切割片段在最大中心到中心距離和最小中心到中心距離之間至少有1mm的間隔變化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個(gè)位于所述鋸片每端或離所述鋸片每端10％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段具有中心到中心間隔，其與至少一個(gè)位于所述鋸片中心或離所述鋸片中心10％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段的中心到中心間隔至少差1mm。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中至少一個(gè)位于所述鋸片每端或離所述鋸片每端25％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段具有中心到中心間隔，其與至少一個(gè)位于所述鋸片中心或離所述鋸片中心25％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段的中心到中心間隔至少差2mm。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中至少一個(gè)位于所述鋸片每端或離所述鋸片每端25％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段具有中心到中心間隔，其與至少一個(gè)位于所述鋸片中心或離所述鋸片中心25％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段的中心到中心間隔至少差5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個(gè)所述切割片段具有耐磨損性能，其與安裝在相同鋸片上的至少一個(gè)其他切割片段的耐磨損性能至少差10％。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個(gè)所述切割片段具有至少一個(gè)耐磨損變量，其不同于安裝在相同鋸片上的至少一個(gè)其他切割片段，其中所述至少一個(gè)耐磨損變量選自下列組所述超級(jí)研磨材料的濃度，通過(guò)壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)性能測(cè)量的所述超級(jí)研磨材料的等級(jí)；至少一個(gè)所述片段的尺寸；在所述片段中的第二研磨劑的量；在所述片段中的第二研磨劑的濃度；和所述超級(jí)研磨材料的顆粒尺寸。
7.一種用于將塊切割成板的裝置，所述裝置包括多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片，每片所述鋸片具有多個(gè)安裝在其上的切割片段，所述切割片段彼此中心到中心距離間隔開，每個(gè)所述切割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和它們組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相；其中至少一個(gè)所述切割片段具有耐磨損性能，其與安裝在相同鋸片上的至少一個(gè)其他切割片段的耐磨損性能至少差10％。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中至少一個(gè)所述切割片段具有至少一個(gè)耐磨損變量，其不同于至少一個(gè)其他切割片段，所述至少一個(gè)耐磨損變量選自下列組所述超級(jí)研磨材料的濃度，通過(guò)壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)性能測(cè)量的所述超級(jí)研磨材料的等級(jí)；至少一個(gè)所述片段的尺寸；在所述片段中的第二研磨劑的量；在所述片段中的第二研磨劑的濃度；和所述超級(jí)研磨材料的顆粒尺寸。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中至少兩個(gè)所述切割片段包括具有不同尺寸和等級(jí)的超級(jí)研磨材料。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述切割片段含有至少兩種組分的混合具有不同壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)性能的粗顆粒金剛石晶體和細(xì)顆粒金剛石晶體，并且其中所述粗顆粒金剛石晶體具有的CFS至少大于所述細(xì)顆粒金剛石晶體約70N。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中在所述粗顆粒金剛石晶體和所述細(xì)顆粒金剛石晶體之間的所述CFS性能差在約70N和100N之間。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述粗顆粒金剛石晶體至少大于所述細(xì)顆粒金剛石晶體約300μm。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述粗顆粒金剛石晶體和細(xì)顆粒金剛石晶體之間的尺寸差在大約300μm和400μm之間。
14.一種用于將花崗巖、混凝土、大理石、砂巖、石灰石、燒結(jié)磚或它們的復(fù)合材料的塊切割成板的方法，所述方法包括把所述塊置于包括多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片的切割裝置的處理之下，每片所述鋸片具有安裝在其上的多個(gè)切割片段，所述切割片段彼此以中心到中心距離間隔開，每個(gè)切所述割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和它們組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相；其中至少一個(gè)所述切割片段具有高于安裝在相同鋸片上的至少一個(gè)其他切割片段的耐磨損性能。
15.一種用于將花崗巖、混凝土、大理石、砂巖、石灰石、燒結(jié)磚或它們的復(fù)合材料的塊切割成板的方法，所述方法包括把所述塊置于包括多個(gè)一般為平行、間隔的鋸片的切割裝置的處理之下，每片所述鋸片具有鋸片長(zhǎng)度，所述鋸片長(zhǎng)度具有兩個(gè)端部和中心，每片所述鋸片具有安裝在其上的多個(gè)切割片段，所述切割片段彼此以中心到中心距離間隔開，每個(gè)所述切割片段包括浸滲有選自天然金剛石、人造金剛石、立方氮化硼和它們組合之一的超級(jí)研磨材料的連續(xù)相；其中所述切割片段在最大中心到中心距離和最小中心到中心距離之間至少有1mm的間隔變化。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少一個(gè)位于所述鋸片每端或離所述鋸片每端10％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段具有中心到中心間隔，其與至少一個(gè)位于所述鋸片中心或離所述鋸片中心10％鋸片長(zhǎng)度之內(nèi)的所述切割片段的中心到中心間隔至少差2mm。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少一個(gè)所述切割片段具有至少一個(gè)不同于所述至少一個(gè)其他切割片段的耐磨損變量，所述至少一個(gè)耐磨損變量選自下列組所述超級(jí)研磨材料的濃度，通過(guò)壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)性能測(cè)量的所述超級(jí)研磨材料的等級(jí)；所述片段的尺寸；在所述片段中的第二研磨劑的量；在所述片段中的第二研磨劑的濃度；和所述超級(jí)研磨材料的顆粒尺寸。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述切割片段含有至少兩種組分的混合具有不同壓縮斷裂強(qiáng)度(CFS)性能的粗顆粒金剛石晶體和細(xì)顆粒金剛石晶體，和其中粗顆粒金剛石晶體具有的CFS至少大于細(xì)顆粒金剛石晶體大約70N。
全文摘要
一種水平框鋸配備多個(gè)用于切割花崗巖的一般為平行、間隔的鋸片。每片鋸片具有安裝在其上的金剛石切割片段的邊緣，用于切入花崗巖，用擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)切割花崗巖，其中所述片段具有優(yōu)化/控制的片段變量，用于在切割花崗巖的過(guò)程中使沿每片鋸片的片段磨損均勻。片段變量包括以下一個(gè)或多個(gè)沿鋸片長(zhǎng)度的片段間隔；在每個(gè)片段中的金剛石濃度；在每個(gè)片段中的金剛石等級(jí)(通過(guò)壓縮斷裂強(qiáng)度來(lái)測(cè)量)；片段成分(結(jié)合劑，第二研磨劑)；或片段尺寸。
文檔編號(hào)B23D1/00GK1723105SQ200380105612
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者厄內(nèi)斯托·多塞納, 馬庫(kù)斯·雅各布斯, 安德列·庫(kù)恩, 庫(kù)爾特·普羅斯克, 丹尼斯·特納, 邁克爾·H·齊默爾曼 申請(qǐng)人:戴蒙得創(chuàng)新股份有限公司