背景技术
摆动式(swing-type)框锯已经广泛用于将大块花岗岩切割成板。这些框锯采用多达250片钢刀片，这些钢刀片在张力(例如，80kN)下安装在框架上。框架一般绕两个枢轴点转动。为了切割花岗岩，钢刀片用含有分散在水中的研磨砂(如沙子，钢丸，碳化硅)和石灰的浆液喷洒(sprinkle)。
仅仅只有几厘米每小时的切割速度使这种技术成为缓慢的技术。例如，以平均3cm/小时的向下进刀切割2m高的花岗岩块，几乎要花费3天时间。用于切割花岗岩的时间要求和含有磨料的浆液的使用都是消耗大量对环境有害的钢丸/水/石灰浆液的原因。而且，钢刀片平均有效期限为2-3块，这影响切割花岗岩所包括的成本。
当钢丸在浆液中使用时，一般它的尺寸范围是0.1-8mm，形状从近似球形到高度有角的颗粒，举例来说，如在商业上可以从http://www.wheelabr.com/获得。在把大块的花岗岩切割成板的摆动型框锯操作中，携带有一系列在张力(tension)下安装的平行、间隔的钢刀片的水平直角框架绕两个枢轴点摆动(oscillate)并且降下到被固定的块上。在该现有技术的操作中，当刀片摆动和降下时，含有分散在水中的钢丸和石灰的浆液连续地提供给在刀片和块之间的接触区域。刀片由此以它们来拉动(pull)浆液的研磨成分(element)，所述成分通过向块内磨出狭槽(slot)来提供切割作用。这些磨料颗粒(例如钢丸)，必须在刀片和切口(cut)的壁之间移动，以到达目标表面(target surface)。当所述的钢颗粒在刀片和切口之间的空间时，它们摩擦狭槽的壁。这个动作产生了两个有害的结果：第一，磨损造成了狭槽变宽；第二，所述动作造成了花岗岩表面变粗糙。
参考使用配备有多个一般为平行、间隔的刀片的水平框锯来切割花岗岩板的典型操作，在框锯中相邻刀片之间的间距，tspacing，由目标板厚度(target slab thickness)tslab和过量切割(excess cut)宽度txs来确定，如图1中所示。所述间距可由如下关系式所定义：
tspacing＝tslab+txs(式1)
如所述关系所描述的，过量切割宽度越大，刀片必须间隔得更远以获到目标板厚度。
参考在现有技术中使用带有典型的磨料颗粒磨料浆液的现有技术操作，例如，用于框锯花岗岩的钢丸是大约1-2mm的并且是有角的。如图2中所示，独立于可能影响切割宽度的其它因素，例如刀片的振动或脱离平面的偏斜，在刀片和壁之间捕获的磨料颗粒造成大概是最大平均颗粒大小的二倍的切割宽度增加。
在采用浆液中的平均颗粒大小为1-2mm的磨料的现有技术实施例中，过量切割宽度，txs，可以被预计是平均颗粒大小的二倍，或最小是约2-4mm。然而，实际上，通常会观察到至少5mm的过量切割宽度txs。比预计的过量切割宽度大的原因如下：首先，可能在刀片和块之间的空间里发现有多层颗粒；第二，颗粒是高度不规则的并且因此最大的颗粒尺寸将是对于预计的过量切割宽度更好的估计。因为在该现有技术的花岗岩切割操作中，包含大小不同的磨料的浆液是连续地提供给在刀片和块之间的连接区域上的，过量切割宽度随着当时被提供来切割板的浆液中的颗粒大小而变化。因此，磨料浆液或钢丸的使用影响了花岗岩板的质量，使用钢丸和/或其它磨料的切割花岗岩板的厚度变化超过1mm是普遍的。
再回到图1，生产一块板所需的块宽度的总量可以被以下关系式来表示：
Wblock＝tslab+tcut＝tslab+tblade+txs(式2)
作为一个实施例，考虑目标板厚度为22mm，刀片厚度大约4mm，并且过量切割宽度5mm。在这种情形下，单块板所需的块厚度为大约31mm。如以上所示，除影响板表面光洁度之外，在现有技术中用于切割花岗岩板的方法是效率十分低且浪费的，过量切割宽度几乎是最后花岗岩板的25％。
除了花岗岩切割的宽度之外，花岗岩表面的质量同样被磨料颗粒大小所影响。当摩擦切口的壁时，磨料颗粒(如钢丸)典型地产生一个粗糙的表面，如图5所示，图5是说明在现有技术操作中花岗岩板切口的表面的SEM。通常，表面粗糙度随着在操作中使用的磨料颗粒大小的增加而增加。
申请人已经发现，配备有含金刚石片段的水平框锯刀片的使用经济地并且令人吃惊地使用每板更少的块来生产目标厚度的花岗岩板，同时产出的花岗岩板具有改进的表面质量。每板所需的块宽度的减少是在操作中减少的过量切割宽度txs的结果。
发明内容
本发明涉及采用锯切设备由花岗岩块切割成板，所述设备包括多个一般为平行、间隔的锯片，每片锯片具有多个安装在其上的切割片段，每个切割片段包括浸渍(impregnated)有选自天然金刚石，人造金刚石，立方氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相；其中这样从块上切割下来的每个花岗岩板具有1000μ-in的表面粗糙度Ra，以及小于标称板目标(nominal slab target)的厚度的10％的厚度变化。
本发明还涉及一种把花岗岩块切割成板的方法，所述板具有切割成的少于1000μ-in的表面粗糙度Ra，以及少于标称板目标的厚度的10％的厚度变化，所述的方法通过采用包括多个一般为平行、间隔的锯片的切割设备，每片刀片具有多个安装在其上的片段，切割片段中的每个包括浸渍有选自天然金刚石，人造金刚石，立方氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相；至少一个所述片段的耐磨损性能被优化，通过变化至少下列变量之一以获得在切割过程中沿每片刀片的片段的均匀磨损：a)沿刀片长度的中心到中心距离；b)在每个片段中的超级研磨材料的浓度；c)在每个片段中以其压缩断裂强度测量的超级研磨材料等级；d)在每个片段中超级研磨材料的成分；以及e)片段的尺寸。
本发明还涉及用带有多个相邻的和间隔的刀片的水平框锯切割花岗岩的方法，每个刀片包括安装在其切削刃(cutting edge)上的金刚石切割片段，其中至少一个片段变量被优化/控制，以获得在切割过程中沿每片刀片的片段的均匀磨损。
本发明的一个方面提供一种采用锯切设备由花岗岩块切割成的板，所述设备包括多个一般为平行、间隔的刀片，每片所述的刀片具有多个安装在其上的切割片段，每个所述的切割片段包括浸渍有选自天然金刚石，人造金刚石，立方氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相；其中，每个从所述的块切割成的花岗岩板具有小于1000μ-in的表面粗糙度Ra。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于500μ-in的表面粗糙度Ra。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于标称板目标的厚度的20％、优选小于10％的平均厚度偏差。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于10,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于10,000μ-in的最大的峰谷高度Rmax；优选法地，每个所述切割成的花岗岩板具有小于5,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于5,000μ-in的最大峰谷高度Rmax；更优选法地，每个切割成的花岗岩板具有小于4,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于4,000μ-in的最大峰谷高度Rmax。
本发明的另一个方面提供一种将花岗岩块切割成板的方法，所述方法包括将所述的块置于切割设备的步骤，所述切割设备包括：多个一般为平行、间隔的刀片，每片所述的刀片具有安装在其上的多个切割片段，每个所述的片段彼此以从中心到中心距离间隔开，每个所述的片段包括浸渍有选自天然金刚石、人造金刚石、立体氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相；其中，在所述片段的最大中心到中心距离和最小中心到中心距离之间有至少1mm的间隔偏差，其中每个通过所述的切割设备从所述的块上切割成的所述花岗岩板具有小于1000μ-in的表面粗糙度Ra。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于500μ-in的表面粗糙度Ra。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于标称板目标的厚度的20％、优选地小于10％的平均厚度偏差。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于10,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于10,000μ-in的最大峰谷高度Rmax；优选地，每个所述切割成的花岗岩板具有小于5,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于5,000μ-in的最大峰谷高度Rmax；更优选地，每个所述切割成的花岗岩板有小于4,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于4,000μ-in的最大峰谷高度Rmax。
本发明的另一个方面提供一种通过使用一种切割设备将花岗岩块切割成板的方法，所述切割成的花岗岩板具有少于1000μ-in的切割成的表面粗糙度Ra，以及小于标称板目标的厚度的20％的平均厚度偏差，所述的切割设备包括：多个一般为平行、间隔的刀片，每片所述的刀片具有安装在其上的多个切割片段，每个所述切割片段包括浸渍有选自天然金刚石，人造金刚石，立体氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相；所述切割片段中的每个具有不同于安装在同一个刀片上的至少另一个片段至少10％的耐磨损性能，其中所述的不同的耐磨损性能选自下列组：a)沿所述刀片长度的所述片段的中心到中心距离；b)在每个片段中的超级研磨材料的浓度；c)在每个片段中以其压缩断裂强度测量的超级研磨材料的等级；d)在每个片段中超级研磨材料的组成；和e)所述片段的长度。
在一些实施方案中，所述切割成的花岗岩板具有小于标称板目标的厚度的10％的平均厚度偏差。
在一些实施方案中，每个所述切割成的花岗岩板具有小于10,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于10,000μ-in的最大峰谷高度Rmax；优选地，每个所述切割成的花岗岩板具有小于4,000μ-in的ISO 10-点高度参数Rz以及小于4,000μ-in的最大峰谷高度Rmax。
本发明的另一个方面提供一种将花岗岩块切割成具有小于2mm的过量切割宽度(txs)板的方法，所述方法包括把所述花岗岩块置于切割设备的步骤，所述切割设备包括：多个一般为平行、间隔的刀片，每片所述的刀片具有安装在其上的多个切割片段，以及每个所述切割片段包括浸渍有选自天然金刚石、人造金刚石、立体氮化硼和其组合之一的超级研磨材料的连续相。
在一些实施方案中，所述的过量切割宽度(txs)小于1mm。
具体实施方式
本发明涉及切割花岗岩的改进方法，以获得有改进的表面质量和均匀厚度的花岗岩板，所述方法不需要现有技术中的钢丸浆液。
以采用超级磨料片段的框锯来切割花岗岩板的方法。在本发明的改进方法中，带有包含金刚石片段的切削刃的水平框锯被用来切割花岗岩板。在本发明的一个实施方案中，如图3和4所示，水平框锯10装备具有多个一般为平行、间隔的刀片88的刀片组件16，用于切割花岗岩12，其中刀片88中的每片具有在其上安装有金刚石切割片段90-104的切削刃，用于随着摆动运动来与花岗岩接合(engage)，以切割花岗岩。
刀片88可以由本领域已知的高性能钢合金制成。在一个实施例中，钢合金具有0.7到2.3％的碳、0.08到2.0％的铝和0.7到6.5％的钒。在另一实施例中，钢合金具有32％的碳、0.35％的硅、0.70％的锰、1.00％的铬、2.00％的钼、0.6％的镍、0.15％的钒和0.05％的钨，其余为铁。在第三实施例中，钢合金含有7％到20％的钨、钼、钒和铌。在一个实施方案中，刀片88的每片具有从大约50到500mm范围的高度。刀片可以具有本领域已知的各种形状，在大多数实施方案中为矩形，以及双凹(沙漏形)，凸/直，凹/直，、双凸，凸/凹及其它们的组合。
在一个实施方案中，切割片段由浸渍有超级研磨材料即天然金刚石、人造金刚石或立方氮化硼的硬连续相材料制成。
在另一实施方案中，连续相材料还包括金属碳化物、难熔金属合金(refractory metalalloy)、陶瓷、铜、铜基合金、镍、镍基合金、钴、钴基合金、锡、钨、钛、钛基合金、铁、铁基合金、银、或银基合金或它们的组合。
在再一实施方案中，片段中连续相材料可以浸渍有各种研磨材料的组合，即，第二研磨材料例如陶瓷和铝氧化物。连续相材料和超级磨料(即，金刚石或CBN)可以用已知方法聚集成最终的片段形状，所述已知方法将连续相材料和超级磨料/磨料的颗粒结合在一起，诸如烧结、热均衡压制、激光熔化或离子束熔化。
在片段中的超级研磨材料浓度的范围从10到50浓度(concentration)。在一个实施方案中，所述浓度在15-40浓度之间。在另一个实施方案中，在20到30浓度之间。如在此使用的，100浓度在本领域按照惯例地被定义为4.4克拉/立方厘米，1克拉等于0.2g，其中超级磨料粒的浓度与它的克拉每单位体积含量线性相关。
在一个实施方案中，超级研磨材料是天然或人造金刚石颗粒或其组合，尺寸范围从20目至400目。在第二个实施方案中，超级磨料颗粒尺寸在大约25-100目之间。在再一实施方案中，超级磨料颗粒尺寸在25/30目-70/80目之间。
在一个实施方案中，在切割片段中的金刚石具有在大约25和90之间范围的韧度指数(toughness Index，“TI”)。在第二个实施方案中，金刚石有范围在大约25到80之间的TI。韧度指数(“TI”)用标准易碎性(friability)试验来测量。易碎性试验涉及在受控状态下球磨一定量的产品并筛选残余物(residue)，以测量所述产品的破碎。TI可计算为大于目标尺寸的剩余物的重量除以起始重量，然后乘以100。
在再一实施方案中，片段含有涂敷有一层组合物材料(MCxNy)的金刚石颗粒，其中M是金属，C是具有第一化学计量系数x的碳，N是具有第二化学计量系数y的氮，并且0≤x，y≤2，其中M是一种或多种过渡金属，IIIA族金属或IVA族金属。已知这些金属涂层增加了强度，通过此强度，超级研磨材料结合到连续相材料。
在框锯的一个实施方案中，在锯片上的金刚石切割片段的尺寸范围是大约5到100mm长，乘以5到30mm高，乘以4到8mm厚。在另一实施方案中，金刚石片段厚于刀片的厚度。在再一个实施方案中，锯片包括多个被成形的凹进部分，以容纳至少部分片段。
在一个实施方案中，金刚石片段间隔开(中心到中心)大约80mm到150mm。在另一个实施方案中，中心到中心间隔是大约100到140mm。在再一个实施方案中，中心到中心间隔是大约120到130mm。
片段可以是任何容易达到的形状，包括，例如，矩形、锥形、夹层结构、齿形、L形、半圆形等。片段可以用本领域已知技术来成形，例如烧结、铸造、锻造或机加工。
片段用本领域已知的方法连接到刀片边缘，包括铜焊、焊接(soldering)、熔焊(welding)、粘接、机械连接等。
在水平框锯刀片上的金刚石片段，如在切割金刚石板中使用的，的确以不同的速率磨损。因为想要使在锯片上的金刚石片段以尽可能均匀的速率磨损，在本发明的一个实施方案中，金刚石片段的间隔沿锯片以非均匀间隔来优化。在沿长度有较高磨损率倾向的位置，每单位长度安装较多数量的片段。相反，在沿刀片长度具有较低磨损率倾向的位置，每单位长度安装较少数量的片段。在此使用的“非均匀间隔”表示从最小中心到中心间距X1(锯片上两相邻金刚石片段之间)到锯片上两相邻金刚石片段之间的最大中心到中心间距X2至少有1mm的偏差，即，X1比X2小1mm。在本发明的另一个实施方案中，在同一个锯片上，从在两相邻片段之间的最小中心到中心间距到在两个不同的相邻片段之间的最大中心到中心间距之间的间隔偏差至少是2mm。
结合金刚石片段的间隔变化，或者作为延长锯片使用寿命的独立方法，不同性能的金刚石片段可以沿刀片长度分布(具有均匀或非均匀间隔)。在沿长度具有较高磨损率倾向的位置，安装具有较高耐磨损能力的片段。相反，在沿长度具有较低磨损率倾向的位置，安装具有较低耐磨损能力的片段。
在此使用的“可变的耐磨损性能”是指，从同一个锯片上的一个金刚石片段到另一个金刚石片段，影响锯片上的金刚石片段的耐磨损能力的变量至少有10％的差异。可变耐磨损性能的实施例包括a)结合物中金刚石的浓度；b)金刚石尺寸；c)金刚石等级，其中耐磨损能力随着金刚石等级增加而增加，例如用压缩断裂强度“CFS”来测量；d)晶体强度和形状；e)以长度衡量的片段尺寸，在其中耐磨损能力随着片段长度增加而增加，其中长度定义为在如图4那样连接(attach)后平行于刀片长度的片段尺寸；f)构成结合物的材料的结合物耐磨损能力；和g)第二磨料的存在，其中耐磨损能力随着第二磨料浓度的增加而增加。
完成的花岗岩板的改进的质量：在锯片中的包括金刚石的片段的使用令人吃惊地使得花岗岩被切割而不需要钢丸浆液。这种使用还令人吃惊地使得被切割的花岗岩板具有改进的表面。
正如在领域技术人员所已知的，完成(finished)表面的粗糙度依赖于多种因素，包括磨料介质的颗粒尺寸。通常，表面粗糙度随着在操作中使用的磨料颗粒尺寸的增加而增加。如先前引用的，在现有技术中用于把花岗岩切成板的钢丸颗粒的标称尺寸大概可以是1-2mm的范围。在摩擦切口壁时，钢丸产生典型的粗糙表面。石材(stone)产品例如花岗岩板、块等等的粗糙度性质，可以通过本领域中的多种分析仪器来测量，包括使用用于表面形貌测量的轮廓仪，例如在样品上横跨一段距离的Ra，Rmax和Rz-d。
轮廓仪的灵敏触针横过样品的宽度，记录表面形貌的变化。这些变化的算术平均值被显示/记录。Ra是算术平均粗糙度值。Rz是ISO 10-点高度参数，在单个采样长度上测量并且其本身是几个峰值的平均。Rmax是在采样长度内最大的峰谷高度。
在本发明的一个实施方案中，采用本发明金刚石片段的框锯允许把花岗岩切割成具有小于1000μ-in的表面粗糙度Ra，小于7,000μ-in的Rz值，和小于10,000μ-in的Rmax值的板。在另一个实施方案中，使用本发明的包含金刚石的片段所切割的花岗岩板显示小于800μ-in的表面粗糙度Ra，小于6000μ-in的Rz和Rmax值。在第三个实施方案中，所切割的花岗岩板显示了＜500μ-in的表面粗糙度Ra，和小于5000μ-in的Rz和Rmax值。在第四个实施方案中，就表面粗糙度Ra＜400μ-in，并且，Rz和Rmax值小于4000μ-in而言，与现有技术钢丸工艺相比，所测的表面粗糙度有至少70％的改进。
如以上所指出的，本发明的框锯允许切割成(as-cut)的(或者有时叫做初步的)花岗岩板有比用现有技术的框锯所切割的板具有精细得多的表面粗糙度，更少的材料要被去除以达到目标表面光洁度(target finish)。这减轻了对精整抛光系统的要求，其中初始抛光步骤可以从抛光操作中被完全被取消。在这种情形下，可以减少抛光操作的成本，同时也提高了速度和生产能力。本发明的框锯的另一个附加的优点是带给具有改进的表面质量/抛光质量的花岗岩的损坏更少，因为在包含花岗岩的相的邻近颗粒之间产生了更少的裂缝。
在切割板时提高的块利用率：同样发现本发明的框锯允许更加经济的操作。可以使用更少的块来生产目标宽度的板，这归因于过量切割宽度txs的减小。
随着切割成的花岗岩板在厚度上更加均匀，过量切割宽度txs的减小有助于提高块的利用率以及完成的花岗岩板的均匀性。在本发明的一个实施方案中，切割成的花岗岩板具有小于标称板目标的厚度的20％的平均厚度偏差。在第二个实施方案中，平均厚度偏差少于标称板目标的厚度的10％。在第三个实施方案中，对于2cm的标称板目标，平均厚度偏差少于2mm。
还应该注意到的是，本发明的框锯还可以用于切割花岗岩以外的材料，包括但不限于砌体(masonry)材料，例如，混凝土、大理石、砂岩、石灰石、烧成砖或类似材料，以及用于切割由石材或大理石碎片用结合剂材料结合在一起形成的复合材料块，以获得提高表面质量以及更精确的尺寸。
实施例.在此提供的实施例用于解释本发明，但不是要限制本发明的范围。
实施例1.作为基准，采用现有技术中的钢丸框锯操作将Rosa Beta花岗岩块切割成片。板的表面质量用轮廓仪测量。在此测量中，Hommel轮廓测定仪(Model T 4000)被用来测量横跨2.5cm的采样距离的Ra，Rmax和Rz-D。结果在表1中提供：
表1：使用钢丸磨料所切割的花岗岩板的表面粗糙度
粗糙度参数
输出
Ra
1677μ-in
Rz-D
9145μ-in
Rmax
12673μ-in
使用钢丸方法所切割的板表面的压印(impression)使用乙烯基聚硅氧烷来制备。图5是显示所述表面的粗糙纹理(texture)的压印的SEM显微照片。
实施例2.为了评价提高的块利用率和改进的板表面粗糙度，在实施例2中，使用具有多个刀片的本发明的框锯，将Rosa Beta花岗岩块切割成板，其中，包含金刚石的片段连接在所述的刀片上。该试验(run)的细节包括：
片段：对于每个实施例重复多次试验，其中每个试验的片段浓度在15-40金刚石晶体浓度之间变化，金刚石尺寸范围从20-50目，采用的钴基结合剂在商业上可从OMG，Eurotungstene或其他制造商获得。
每次试验使用相同尺寸的片段，其中对各次试验来讲片段尺寸可以不同，其范围是长度10-40mm、宽度4-8mm和高度10-30mm，每片刀片有20-30个片段。
刀片：碳合金钢刀片，tblade＝4.2mm并且n＝80片。
操作条件：30mm/h向下进刀速度；13-15l/min水输送到每片刀片。标称板厚度目标20mm。
估计每板块宽度总量wblock的值。除此之外，如实施例1中使用轮廓仪测量板的表面粗糙度。
每板块宽度：每板的总块宽度，wblock，通过测量所切割的块的总宽度并除以生产的板的数目来确定，所述板的数目是刀片数目少一。所切割的总块宽度＝2233.6mm；wblock＝2233.6mm/79块板＝28.3mm/板。
在这个实验中测量的平均板厚度是<wslab>＝22.4mm。参见式2，过量切割宽度txs是：
txs＝wblock-(tslab+tblade)＝28.3mm-(22.4mm+4.2mm)＝1.7mm
当使用钢丸时每板的总块宽度大约是31mm。对于在这个实施例中的所切割的总块宽度，使用钢丸技术时只能生产72块板。因此，金刚石解决方案的块利用率比标准钢丸技术高大约10％。
板的表面粗糙度：使用Hommel轮廓测定仪(Model T 4000)测量横跨2.5cm采样距离的Ra，Rmax和Rz-D。结果在表2中提供。
表2：使用包含金刚石的片段所切割的花岗岩板的表面粗糙度
粗糙度参数
输出
Ra
342μ-in
Rz-D
2826μ-in
Rmax
3515μ-in
如所显示的，相对于钢丸方法，所测得的使用包含金刚石的片段所切割的板的表面粗糙度参数表现出在70％和80％之间的改进。
使用这种金刚石方法所切割的板表面的压印使用乙烯基聚硅氧烷制备。图6是本发明的板的压印的SEM显微照片(以如图5一样的放大倍数拍摄，图5是使用现有技术所切割的板的SEM)。相比于现有技术中的花岗岩板，SEM显示出在表面质量方面的显著提高。
尽管参照优选实施方案描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解，不脱离本发明的范围，可以做出各种变化，并且可以构成对于其中元素的等同物。本文的所有引用在此明确被结合到本文作为参考。