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在眾多的建筑裝飾石材中，花崗石質地堅硬密實、不易風化，而且其天然礦物結晶紋理形成了絢麗的顏色，所以很受青睞，多用作建筑物外墻和廳堂、走廊、浴室、廚房、泳池等的墻面磚或地板磚。
一般采石場開采花崗石荒料以及將花崗石荒料鋸切成板材都普遍采用了金剛石串珠繩鋸。但在小規格花崗石板材和花崗石貼面磚的生產中主要還是采用金剛石圓鋸片。例如鋸切厚度在10?15mm以下，寬度不大于400mm的板材時，大多使用直徑為1000mm的金剛石圓鋸片。原因是這種鋸切方法可靠，具有較高的生產效率和較好的鋸切質量。不過，目前常用的金剛石圓鋸片的厚度較大。因此，對被鋸切石材的損耗也較大，據估計幾乎占到50％［1］。眾所周知，花崗石是不可再生的天然資源，特別是品種稀缺的花崗石彌足珍貴，在加工過程中應盡量減少原料的損耗。另外，在小規格板材的生產過程中，金剛石圓鋸片的鋸切成本約占2／3［1］。因此，采用盡可能薄的金剛石鋸片以減小鋸縫寬度，既可減少石材資源的浪費，又可提高石材荒料的成材率。但是，薄型金剛石鋸片的剛性較差，在鋸切過程中往往引起鋸片撓曲而降低鋸切質量。提高薄型金剛石鋸片的轉速，由于離心力增加就有可能提高它在鋸切過程中的軸向剛性。德國漢諾威大學J·Bockhorst博士在這方面進行了實驗研究工作［1］。有些技術問題值得探討。

1 關于臨界速度問題
Bockhorst指出，迄今為止，金剛石圓鋸片鋸切試驗時的線速度只達到60m／s，遠未達到其臨界速度。
在旋轉機械設計中，應用坎貝爾圖（Campbell Diagtam）可以避免在機器運行速度范圍內發生共振。Bockhorst根據坎貝爾圖原理繪制出直徑為1000mm，芯片厚度分別為3mm和5mm的金剛石圓鋸片的坎貝爾圖，如圖1所示。圖中虛線代表芯片厚度為5mm的鋸片頻率曲線；實線代表芯片厚度為3mm的鋸片的頻率曲線。

旋轉著的鋸片有無數個本征頻率，在此頻率鋸片以一定方式振動。鋸片的臨界速度直接取決于鋸片的本征頻率。芯片越薄的鋸片其第一本征頻率也越低。從圖1中可看出，芯片厚度為5mm的鋸片的臨界速度范圍在105?130m／s之間，而芯片厚度為3mm的鋸片的臨界速度則低得多，在64?90m／s之間，這是因為芯片較薄的鋸片的第一本征頻率低得多。如圖1所示，芯片厚度為3mm的鋸片的第一本征頻率為?e＝20.4Hz；而芯片厚度為5mm的鋸片的第一本征頻率為?e＝36.0Hz。鋸片在臨界速度范圍內旋轉會引起嚴重撓曲變形，因為其軸向剛性急劇下降。
任何物體都有它的本征頻率。本征頻率由物體的結構、形狀、大小、材質等因素決定。圖1中的臨界速度范圍所對應的鋸片的物理特性是：鋸片直徑為1000mm，刀頭數為70，芯片厚度分別為3mm（實線）和5mm（虛線），芯片材料為50CrV4鋼。
應指出的是，理論上所確定的臨界速度應通過實際鋸切試驗來核實。為此Bockhorst做了如下試驗：取芯片厚度為3mm的鋸片鋸切大理石。因為在大理石這樣的軟石材中的鋸切偏斜現象比在花崗石這樣的硬石材中更容易看出來。試驗時鋸切深度較小，取ae＝2.5mm，所以施加的鋸切力也很小，雖然會引起鋸片振動，但不會影響鋸片的動態特性。鋸片的技術規格為：直徑1000mm，芯片厚3mm，芯片材質50CrV4鋼，刀頭寬4.2?3.8mm，刀頭數70，金剛石粒度40／50目。鋸切時的進給速度為2m／min。在不同的鋸切速度下，與鋸切速度相關的鋸縫偏斜狀況如圖2所示。

從圖2 中可以看到，鋸切速度達到臨界速度70?84m／s時，鋸縫明顯偏離直線。以鋸切速度Vc＝50m／s時的鋸縫為參照，用3D坐標測量儀對其它鋸切速度下鋸縫的平行度作定量測量的偏差小于圖3。
從圖3可以看出，鋸切速度越高，鋸縫偏斜越大。偏斜量可達到6mm，最大達到10mm。原因是鋸片的轉速在臨界速度范圍內時其剛性降低。鋸片對軸向力的作用很敏感，在臨界速度范圍內只要一個小的軸向力就足以使鋸片明顯偏斜。因此，鋸出來的板材出現不符合要求的厚度偏差，特別是使用薄型鋸片進行高速鋸切時其轉速不應超過臨界速度。

2 關于高鋸切的可能性
Bockhorst認為，在以下邊界條件范圍內以常用金剛石鋸片進行高速鋸切是可行的，其條件應為：
芯片厚度為5mm的常用鋸片的臨界速度大于100m／s；
為了保住鋸片刀頭的自磨銳效果，采用特定切屑厚度（heu）是必要的，這需要優化加工參數。
鋸切過程的作用力決定鋸片鋸切過程的特性。作用力的大小取決于特定切屑厚度。
Bockhorst以直徑為dc＝1000mm的常用鋸片的常用鋸切參數即鋸切速度Vc＝30m／s，鋸切深度ae＝10mm，以及進給速度V?t＝4m／min，按照T?nshoff／Warnecke［2］模型用以下公式計算出特定切屑厚度hcu＝10.5μm。

Bockhorst進行了如下高速鋸切花崗石的試驗：在保持特定切屑厚度hcu＝10.5μm不變和保住鋸片刀頭自磨銳效果的條件下，將鋸切速度從30m／s提高到60m／s，根據上述公式則需調整鋸切深度ae和進給速度V?t兩個參數。減小鋸切深度有利于減小鋸切力從而降低鋸片的偏斜，但也應考慮到鋸切率的大小。在上述試驗中取鋸切深度ae＝4mm，則進給速度需提高至V?t＝12.65m／min。若將鋸切速度提高到90m／s，則進給速度要提高到V?t＝19m／s。
試驗證實，提高鋸切速度是可行的。當鋸切速度為30m／s時，鋸切率（材料切除率）為400cm2／min，鋸切速度提高到60m／s和90m／s時，鋸切率可分別提高到560cm2／min和760400cm2／min。
值得注意的是，采用上述不同參數鋸切時，法向上和切向上的鋸切力相差很小。前者在940?1010N范圍內，后者在155?180N范圍內。這是由于保持切屑厚度不變，刀頭上每一顆金剛石上的負荷幾乎是相等的。但是，當鋸切速度Vc＝60或90m／s時，軸向力在90?125N之間，而鋸切速度較低即Vc＝30m／s時，軸向力反而較大，為200N。其原因是當鋸片以＞50m／s的鋸切速度工作時，芯片受到較大的張緊力。
3 關于鋸片的磨損問題
Bockhorst的試驗證實，當常用鋸切速度Vc＝30m／s時，測得鋸片徑向磨損為△r＝88μm／m2，鋸片壽命為AT＝114m2（刀頭高hs＝10mm）。在最高鋸片速度Vc＝90m／s時，鋸片徑向磨損增加到△r＝150μm／m2，導致鋸片壽命降至62.5m2，降低45％。Bockhorst認為在高鋸切速度條件下，刀頭上的金剛石受到較大的動態沖擊載荷，在胎體中的保持力不足以防止金剛石粒的脫落。因此，加大了鋸片的徑向磨損。此外，在高鋸切速度條件下，金剛石受到的熱沖擊也大得多。若冷卻水量不足則金剛石往往遭到熱損壞。
4 關于鋸切質量問題
采用高鋸切速度可提高板材的鋸切質量。上述試驗證明，鋸切速度Vc＝30m／s時，鋸出的板材厚度差為△Wp＝0.73mm，而鋸切速度提高到Vc＝90m／s時，板材厚度差可降至△Wp＝0.46mm，同時鋸切率也提高一倍，也就是說提高鋸切速度不但減少了鋸切時間，提高了生產效率，而且也提高了板材質量。
5 關于能量消耗問題
除了鋸片磨損和鋸切質量，能量消耗也與生產成本有密切關系。據Bockhorst的試驗，用直徑1000mm，芯片厚5mm，刀頭寬7mm的常用金剛石鋸片鋸切花崗石荒料時，平均鋸切功率為5300W。采用較薄芯片厚度為4mm，刀頭寬5.5mm，提高鋸切速度同時提高進給速度，則鋸切功率可降低30％以上。顯然，使用尺寸小的刀頭由于材料切除量較小，所以功率消耗也較少。當鋸切深度減小，由于刀頭與石材的接觸長度減少也會減少功率消耗。
對于芯片厚度為3.3mm此類薄型金剛石鋸片而言，要提高其剛性就必須將鋸切速度提高到50m／s，但所需功率也加大了。不過，比起常用鋸片以常規鋸切速度鋸切時的功率消耗還是降低了15％。
Bockhorst還做了這樣的對比試驗，使用直徑1000mm，芯片厚度3.3mm，刀頭寬帶4.2mm的薄型金剛石鋸片以鋸切深度4mm鋸切花崗石，將進給速度由10m／min提高到15m／min，相應的鋸切率由400m2／min增加到600m2／min，功率消耗只是從4600W增加到4750W。也就是說鋸切率提高50％，而功率消耗只增加3.2％。Bockhorst認為，鋸切過程中所需的功率大部分消耗在鋸切機主軸的旋轉運動，只是小部分消耗在鋸切作用本身。所以說采用薄型金剛石鋸片以較高鋸切速度進行鋸切可降低功率消耗，同時也提高了鋸切率。
6 結論
提高金剛石鋸片的速度是可行的。常規鋸片以較高的鋸切速度90m／s鋸切可使鋸切率幾乎提高一倍，而且由于高轉速有助于芯片軸向剛性的提高從而提高了鋸切質量，因而在板材與飾面磚的生產過程中可更有效和更經濟進行最后的研磨加工。
使用薄型鋸片時須考慮鋸片的臨界轉速。鋸片越薄，其臨界轉速越低。臨界轉速直接取決于芯片的第一本征頻率。較薄的鋸片的第一本征頻率比普通厚度鋸片的第一本征頻率低。最大的適用鋸切速度受第一臨界轉速的限制。
采用高鋸切速度時，為了保持鋸片刀頭的自磨銳效果，需要適當的切屑厚度配合，通過提高進給速度而無需加大鋸切力來增加材料切除率是可能的。在Bockhorst的試驗中，材料切除率增加90％，但鋸片壽命降低45％［1］，這是由于試驗中使用的是普通金剛石鋸片和一般冷卻系統，在高鋸切速度下鋸片的磨損較快。不過隨著耐磨粘接材料的發展與高品質抗沖擊金剛石相結合制成高性能刀頭，降低鋸片的磨損是可能的。

來源：石材雜志