硬质石材锯解机理及其可锯解加工性研究——基于框架式锯机单行程锯解

本书在介绍石材锯解技术研究现状的基础上，针对往复锯解方式中产生的锯齿磨损问题，重点讲解了一种新的锯解方式——单行程锯解，深入分析了利用这种方式锯解硬质石材的锯解力特征和锯齿磨损机理。这对完善和发展硬质石材锯解加工新技术，寻求高效锯解加工新工艺具有重要的意义。另外，设计了一种新型分层锯齿，并基于FAHP-TOPSIS评价方法，建立了石材特性与评价指标之间的关系模型，为硬质石材的可锯解加工性评价提供依据。

随着建材装饰行业对石材制品需求量的不断增大，全球石材产量平均每年增长速度超过7%。但硬质石材产量下降，原因是在用传统的锯解设备锯解硬质石材的过程中，存在资源利用率低、环境污染严重等问题，而研究新的锯机和锯解方式是解决该问题的有效方式之一。框架式锯机具有高效、绿色的优势，因此受到广泛的关注。
本书在系统分析框架式锯机往复锯解石材工艺特点的基础上，提出一种新的锯解方式，为应用框架式锯机锯解硬质石材创造了条件。本书研究分析了锯解工艺参数和石材特性对锯解力的影响规律，进而研究了锯齿磨损机理及石材特性对锯齿磨损的影响规律，进一步设计制备了一种新型锯齿，最后试验验证了硬质石材可锯解加工性评价方法的可行性。
本书共分为6 章。第1 章重点介绍了石材锯解技术的研究背景、研究现状以及目前石材锯解技术存在的问题。第2 章采用金刚石锯齿工作表面微观形貌观察研究方法，分析框架式锯机往复锯解硬质石材过程中锯齿的磨损特征及存在的问题，为新型锯解方式的设计提供理论依据。第3 章对框架式锯机往复锯解硬质石材过程中存在的问题，提出一种单行程框架式锯解方式，完成试验样机的设计、优化和试制工作，并搭建了试验平台，为应用框架式锯机锯解硬质石材创造了条件；采用正交试验方法，研究飞轮转速、荒料车进给速度和锯解石材长度对锯解力的影响规律，建立锯解力回归数学模型；最后应用单因素和多因素统计方法，分析石材特性对锯解力的影响规律，建立锯解力预测数学模型。第4 章依据锯解硬质石材过程中锯齿工作表面微观形貌特征，深入研究单行程锯解方式下金刚石锯齿的磨损机理；应用单因素和多因素统计分析方法，研究石材特性对锯齿高度磨损的影响规律，建立锯齿磨损预测数学模型。第5 章针对锯解过程中锯齿磨损存在问题，设计并制备了一种新型分层锯齿，主要从锯齿磨损量和锯解板材平面度两个方面与传统的两种锯齿进行了对比分析。第6章选择锯齿磨损作为评价指标，选取石材特性作为输入参数，采用FAHP-TOPSIS 相结合的方法对硬质石材的可锯解加工性进行评价。通过接近程度对框架式锯机锯解硬质石材的可锯解加工性进行了分级。
本书由山东交通学院孙芹、李作丽撰写，书中的研究成果受到山东省自主创新成果转化专项项目（2014GGZH0802）、泰山产业领军人才项目（tscy20150228）、山东交通学院博士科研启动基金宽幅面硬质石材高效锯切加工技术的基础研究（BS201901040）、氧化铝基陶瓷刀具材料微观结构晶界设计研究（BS201901041）、山东交通学院“攀登计划”重点科研创新团队——高端装备与智能制造（sdjtuc18005）、山东省交通建设装备与智能控制工程实验室的资助。
由于笔者水平有限，书中难免存在不足之处，欢迎广大读者批评指正。

著 者

本书在介绍石材锯解技术研究现状的基础上，针对往复锯解方式中产生的锯齿磨损问题，重点讲解了一种新的锯解方式——单行程锯解，深入分析了利用这种方式锯解硬质石材的锯解力特征和锯齿磨损机理。这对完善和发展硬质石材锯解加工新技术，寻求高效锯解加工新工艺具有重要的意义。另外，设计了一种新型分层锯齿，并基于FAHP-TOPSIS 评价方法，建立了石材特性与评价指标之间的关系模型，为硬质石材的可锯解加工性评价提供依据。
本书可供从事超硬材料、硬脆性材料加工技术研究的科研人员参考。

第1 章 石材锯解技术概述      1
1.1 石材锯解技术研究背景        1
1.1.1 石材板材需求分析       1
1.1.2 硬质石材主要锯解加工设备   3
1.2 国内外石材锯解技术研究现状     8
1.2.1 金刚石工具锯解过程中石材去除机理研究        8
1.2.2 金刚石工具锯解石材过程中金刚石锯齿磨损特征研究   15
1.2.3 金刚石工具锯解石材过程的研究           22
1.2.4 石材可锯解加工评价体系研究 25
1.3 目前石材锯解技术存在的问题    25

第2 章 框架式锯机往复锯解硬质石材过程中锯齿磨损特征  29
2.1 金刚石锯齿磨损特征        30
2.1.1 金刚石磨粒的主要磨损形式  30
2.1.2 金刚石锯齿的磨损过程    37
2.2 往复锯解方式锯解硬质石材锯齿磨损试验平台        38
2.2.1 试验锯机及锯解工具     38
2.2.2 锯解石材特性        40
2.2.3 金刚石锯齿微观形貌检测仪器 41
2.3 锯齿磨损试验结果分析       42
2.4 锯解板材平面度          53
2.5 锯解过程中石材去除机理      58

第3 章 框架式锯机单行程锯解硬质石材锯解力特征     61
3.1 金刚石磨粒平均切屑厚度      62
3.2 框架式锯机单行程试锯解硬质石材分析           66
3.2.1 单行程框架式锯机运动特点  66
3.2.2 锯解板材平面度       68
3.3 单行程锯解方式锯解硬质石材金刚石磨粒磨损特征      70
3.3.1 金刚石磨粒磨损形式     70
3.3.2 金刚石磨粒的其他磨损特征  73
3.4 单行程锯解方式锯解硬质石材锯解力试验平台        76
3.4.1 试验锯机及锯解工具     76
3.4.2 锯解石材特性        77
3.4.3 正交试验设计        79
3.4.4 锯解力数据采集       80
3.5 锯解力试验结果分析        84
3.5.1 单行程框架式锯机锯解轨迹验证           84
3.5.2 锯解工艺参数对锯解力的影响规律          84
3.5.3 垂直锯解力和水平锯解力回归分析          87
3.5.4 石材特性对垂直锯解力的影响规律          88

第4 章 框架式锯机单行程锯解硬质石材锯齿磨损机理    97
4.1 锯齿磨损理论模型         98
4.2 单行程锯解方式锯解硬质石材锯齿磨损试验平台      104
4.2.1 锯齿磨损高度测量      104
4.2.2 金刚石锯齿微观形貌检测仪器 104
4.3 锯齿磨损试验结果分析       105
4.3.1 金刚石锯齿磨损机理     105
4.3.2 石材特性对锯齿磨损的影响规律          113

第5 章 一种新型金刚石锯齿锯解硬质石材试验研究    119
5.1 金刚石锯齿磨损          119
5.2 锯齿设计  123
5.2.1 锯齿结构的设计       123
5.2.2 金刚石磨粒粒度的选择    128
5.2.3 金刚石浓度的确定      131
5.2.4 锯齿胎体结合剂配方的确定  131
5.3 新型锯齿与传统锯齿对比试验平台  134
5.4 试验结果分析           135
5.4.1 锯齿工作表面上金刚石磨粒分布及锯齿磨损量对比   135
5.4.2 锯解板材表面平面度对比   137

第6 章 基于FAHP-TOPSIS 方法的硬质石材可锯解加工性研究        140
6.1 可锯解加工性评价方法概述     140
6.2 FAHP 和TOPSIS 评价方法    142
6.2.1 三角模糊函数和模糊层次法分析步骤        142
6.2.2 TOPSIS 优劣解距离评价法分析步骤        146
6.3 硬质石材可锯解加工性的FAHP-TOPSIS 评价方法    147
6.3.1 模糊层次法分析       148
6.3.2 硬质石材可锯解加工性的TOPSIS 评价       151
6.4 试验结果分析           154

参考文献  158