Tổng hợp và phân tích tuổi thọ của lưỡi cưa kim cương

Lưỡi cưa kim cương là công cụ không thể thiếu trong khai thác, chế biến đá.

Hiệu quả và tuổi thọ sử dụng của chúng được xác định bởi nhiều yếu tố, có thể tóm tắt và phân tích bao gồm các thông số sau:

 

 

 

• (1) Tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa: Trong thực tế, tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa tròn kim cương bị giới hạn bởi điều kiện thiết bị, chất lượng lưỡi cưa và tính chất của đá được cưa. Để có tuổi thọ sử dụng lưỡi cưa tối ưu và hiệu quả cưa, nên chọn tốc độ tuyến tính theo đặc tính của các loại đá khác nhau. Khi cưa đá granit, tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa có thể được chọn trong khoảng 25m ~ 35m/s. Đối với đá granit có hàm lượng thạch anh cao khó cưa, nên ưu tiên giới hạn dưới của tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa. Khi sản xuất gạch granite, đường kính của lưỡi cưa tròn kim cương được sử dụng tương đối nhỏ và tốc độ tuyến tính có thể đạt tới 35m/s.
• (2) Độ sâu cưa: Độ sâu cưa là một thông số quan trọng liên quan đến độ mòn kim cương, khả năng cưa hiệu quả, ứng suất của lưỡi cưa và các đặc tính của đá được cưa. Nói chung, khi tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa tròn kim cương cao, nên chọn độ sâu cắt nhỏ. Hiện tại, độ sâu cắt để cắt kim cương có thể được chọn trong khoảng từ 1mm đến 10 mm. Khi cưa các khối đá granit bằng lưỡi cưa có đường kính{5}}lớn, độ sâu cắt thường có thể được kiểm soát trong khoảng từ 1 mm đến 2 mm và nên giảm tốc độ tiến dao. Khi tốc độ tuyến tính của lưỡi cưa đĩa kim cương lớn, nên chọn độ sâu cắt lớn. Tuy nhiên, trong phạm vi cho phép của hiệu suất máy cưa và độ bền của dụng cụ, nên sử dụng mật độ cắt lớn hơn để cải thiện hiệu quả cắt. Khi có yêu cầu về bề mặt gia công, nên sử dụng độ sâu cắt nhỏ.
• (3)Tốc độ nạp: Tốc độ tiến dao là tốc độ tiến dao của đá được cưa. Độ lớn của nó ảnh hưởng đến tốc độ cưa, lực tác dụng lên lưỡi cưa và khả năng tản nhiệt trong vùng cưa. Giá trị của nó nên được lựa chọn dựa trên tính chất của đá được xẻ. Nói chung, khi cưa những loại đá mềm hơn, chẳng hạn như đá cẩm thạch, tốc độ tiến dao có thể được tăng lên một cách thích hợp. Nếu tốc độ tiến dao quá thấp sẽ có lợi hơn cho việc cải thiện tốc độ cưa. Để cưa đá granit có hạt mịn, tương đối đồng nhất, tốc độ tiến dao có thể được tăng lên một cách thích hợp. Nếu tốc độ tiến dao quá thấp, lưỡi cắt kim cương dễ bị mòn. Tuy nhiên, khi cưa đá granite có hạt thô-có độ cứng không đồng đều thì nên giảm tốc độ tiến dao; nếu không lưỡi cưa sẽ rung khiến viên kim cương bị vỡ và giảm tốc độ cưa. Tốc độ tiến dao để cưa đá granite thường được chọn trong khoảng 9m~12m/phút.

 

 

 

 

• (1) Kích thước hạt kim cương:Kích thước hạt kim cương thường được sử dụng nằm trong khoảng 30/35 ~ 60/80. Đá càng cứng thì nên chọn cỡ hạt càng mịn. Điều này là do trong cùng điều kiện áp suất, viên kim cương càng mịn thì càng sắc nét, có lợi cho việc cắt đá cứng. Ngoài ra, lưỡi cưa có đường kính-lớn thường yêu cầu hiệu suất cắt cao và nên chọn loại có hạt thô hơn, chẳng hạn như 30/40 hoặc 40/50; lưỡi cưa có đường kính nhỏ có hiệu suất cắt thấp và yêu cầu cắt đá mịn, vì vậy, chúng nên được chọn có hạt mịn hơn, chẳng hạn như 50/60 hoặc 60/80.
• (2) Nồng độ kim cương: Nồng độ kim cương đề cập đến mật độ kim cương phân bố trong ma trận làm việc (tức là trọng lượng của kim cương trên một đơn vị diện tích). "Thông số kỹ thuật" quy định rằng khi có 4,4 carat kim cương trên một cm khối ma trận làm việc thì nồng độ là 100% và khi có 3,3 carat kim cương thì nồng độ là 75%. Nồng độ thể tích biểu thị thể tích chiếm giữ của kim cương trong khối kết tụ và người ta quy định rằng khi thể tích kim cương chiếm 1/4 tổng thể tích thì nồng độ là 100%. Việc tăng nồng độ kim cương có thể kéo dài tuổi thọ của lưỡi cưa vì tăng nồng độ sẽ làm giảm lực cắt trung bình trên mỗi viên kim cương. Tuy nhiên, việc tăng độ sâu cắt chắc chắn sẽ làm tăng giá thành của lưỡi cưa. Do đó, tồn tại nồng độ tối ưu, nồng độ này tăng theo tốc độ cắt.
• (3) Độ cứng của chất kết dính: Nói chung, độ cứng của chất liên kết càng cao thì khả năng chống mài mòn của nó càng mạnh. Vì vậy, khi cưa các loại đá có độ mài mòn cao, nên sử dụng chất có độ cứng liên kết cao; khi cưa đá mềm, nên sử dụng chất kết dính có độ cứng thấp; và khi cưa đá cứng và có độ mài mòn cao, nên sử dụng chất liên kết có độ cứng vừa phải.
• (4) Hiệu ứng lực, hiệu ứng nhiệt độ và mài mòn: Trong quá trình cắt đá, lưỡi cưa đĩa kim cương phải chịu các tải trọng xen kẽ như lực ly tâm, lực cưa, nhiệt cưa.

 

Sự mài mòn của lưỡi cưa đĩa kim cương là do tác động của lực và nhiệt độ.

a, Hiệu ứng lực:

• Trong quá trình cưa, lưỡi cưa chịu tác dụng của lực dọc trục và lực tiếp tuyến. Do các lực tác động theo hướng chu vi và hướng tâm, lưỡi cưa lượn sóng theo hướng trục và có hình dạng đĩa- theo hướng hướng tâm. Cả hai biến dạng này đều dẫn đến vết cắt đá không đều, tăng lượng đá thải, độ ồn cao hơn trong quá trình cưa và độ rung tăng cường, dẫn đến hỏng kết tụ kim cương sớm và giảm tuổi thọ của lưỡi cưa.

 

b, Hiệu ứng nhiệt độ:

• Lý thuyết truyền thống cho rằng nhiệt độ ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình lưỡi cưa theo hai cách: thứ nhất, nó gây ra hiện tượng than chì hóa kim cương trong các chất kết tụ; thứ hai, nó tạo ra ứng suất nhiệt giữa kim cương và nền, gây ra hiện tượng tách hạt kim cương sớm. Nghiên cứu mới chỉ ra rằng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt chủ yếu được truyền sang các chất kết tụ. Nhiệt độ vùng hồ quang không cao, thường từ 40 đến 120 độ. Tuy nhiên, nhiệt độ điểm mài mòn cao hơn nhiều, thường là từ 250 đến 700 độ. Chất làm mát chỉ làm giảm nhiệt độ trung bình của vùng hồ quang, ít ảnh hưởng đến nhiệt độ mài mòn. Nhiệt độ như vậy không gây ra quá trình cacbon hóa than chì, nhưng chúng làm thay đổi tính chất ma sát giữa chất mài mòn và phôi, đồng thời tạo ra ứng suất nhiệt giữa kim cương và chất phụ gia, làm thay đổi cơ bản cơ chế hỏng kim cương. Nghiên cứu cho thấy hiệu ứng nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tình trạng gãy lưỡi cưa.

 

c, Hao mòn:

• Do tác dụng của lực và sự thay đổi nhiệt độ nên lưỡi cưa thường bị hao mòn sau một thời gian sử dụng. Các dạng hao mòn chính bao gồm: mài mòn, gãy cục bộ, gãy- diện rộng, bong ra và mài mòn cơ học của chất kết dính dọc theo hướng tốc độ cưa. Mài mòn: Ma sát liên tục giữa các hạt kim cương và phôi làm mờ các cạnh, làm giảm hiệu suất cắt và tăng ma sát. Nhiệt từ quá trình cưa tạo ra một lớp mỏng than chì hình thành trên bề mặt của các hạt kim cương, làm giảm đáng kể độ cứng và làm trầm trọng thêm tình trạng mài mòn. Bề mặt hạt kim cương chịu ứng suất nhiệt xen kẽ và ứng suất cắt xen kẽ, dẫn đến các vết nứt do mỏi và vỡ cục bộ, để lộ các cạnh mới sắc nét – một kiểu mài mòn lý tưởng hơn. Vỡ vỡ diện tích lớn: Các hạt kim cương phải chịu tải trọng tác động trong quá trình đi vào và thoát ra, khiến các hạt và hạt nổi bật bị tiêu hao sớm. Tách rời: Các lực cắt luân phiên làm cho các hạt kim cương bị rung lắc liên tục trong chất kết dính, dẫn đến bị lỏng ra. Đồng thời, sự mài mòn của chất kết dính và nhiệt từ quá trình cưa làm mềm chất kết dính. Điều này làm giảm lực giữ của chất kết dính và khi lực cắt tác dụng lên các hạt vượt quá lực giữ thì các hạt kim cương sẽ rơi ra. Cả hai loại mài mòn đều liên quan chặt chẽ đến tải trọng và nhiệt độ mà các hạt kim cương phải chịu. Cả hai điều này đều phụ thuộc vào quá trình cắt và điều kiện làm mát/bôi trơn.