金刚石切割石材锯切机理的研究

 1 引言

     硬脆材料是指具有高硬度、高脆性的材料，通常为非导电体或半导体，如各种石材、玻璃、硅晶体、石英晶体、硬质合金、陶瓷等。随着科学技术和现代工业的发展，硬脆材料的应用领域日益扩展，硬脆材料加工技术也不断发展。在各种硬脆材料加工方法中，切割加工占有重要地位。例如，在建筑装饰板材和岩石材质精密零部件的加工中，锯切加工是机械加工的第一道工序，锯切加工成本占整个加工成本的 50%以上。目前，石材等硬脆材料的切割加工主要采用各种金刚石切割工具。由于金刚石是自然界已知的最硬物质，其优异性能决定其在石材等硬脆材料切割加工领域具有广阔的发展前景。

     应用金刚石工具锯切硬脆材料的加工方式主要有：圆锯片切割、金刚石带锯切割、金刚石框架锯切割、金刚石串珠锯切割等。尽管每种方法各有其不同特点和应用范围，但其切割机理和金刚石磨损机理都大致相同。由于岩石切割是金刚石切割工具最主要的用途，因此，深入研究石材锯切机理和金刚石切割工具的磨损机理对于金刚石切割工具的合理制造与正确使用具有重要意义。长期以来，国内外专家学者对金刚石工具锯切花岗岩的加工机理、金刚石工具的磨损机理以及锯切加工过程中的锯切力作了大量试验和研究，取得了令人瞩目的成果，对岩石锯切加工以及金刚石工具的研究开发起到了积极的理论指导作用。

     2 金刚石切割石材锯切机理的研究

     金刚石磨料通常通过烧结或电镀的方式制成切割工具。金刚石工具的切割过程类似于磨削加工，但由于受材质影响，岩石、陶瓷等硬脆材料的加工机理与金属加工机理不同，且加工过程更为复杂。由于金刚石切割工具最早应用于石材切割，因此对金刚石切割石材的机理研究较多。国内外学者对金刚石工具锯切花岗岩的加工机理进行了长期研究：从早期应用岩石在压头侵入下的断裂理论、单颗粒金刚石划伤表面形貌观察法逐渐发展到综合应用偏光显微镜和扫描电镜观察岩石加工表面形貌以及裂纹的产生和扩展规律、用声发射信号评价岩石的切削状态等。但由于岩石等硬脆材料的切割状态及切割过程非常复杂，因此对其切割机理的研究至今尚未形成统一的认识。

     与磨削加工的研究类似，人们首先研究了切割加工时单颗金刚石颗粒与石材之间的作用机理。早期的试验研究表明：单颗粒金刚石在不同条件下切削花岗岩时，岩石的破坏方式主要以脆性崩碎为主；同时，根据不同的矿物成分，岩石中仍有塑性变形产生。

     众所周知，在现代金属切削加工中，刀具成本在整个的制造成本中只占有部分比例，但是综合加工成本却占有至关重要的部分。因此，除了控制刀具自身费用以外，更好的合理使用刀具、充分提高生产效率、缩短加工时间、通过降低加工成本从而最终降低成本。