花岗石等硬质石板材目前广泛应用于建筑、装饰行业,需求量逐年增加,而目前常用的硬质石材锯切设备普遍存在锯切效率低、资源利用率低及环境污染严重等方面的问题。金刚石框架锯普遍应用于大理石等软质石材的宽幅面锯切,且具有加工成本低、板材质量高及加工效率高等一系列优点。然而,传统框架锯在锯切花岗石等硬质石材过程中,容易出现锯条失稳、锯齿严重磨损等现象,制约着加工效率和板材质量的提升。针对宽幅面硬质石材锯切过程中存在的问题,本文深入分析传统框架锯锯切硬质石材过程中锯条失稳及锯齿磨损严重的原因,优化锯切方式,研发往复摆动式框架锯,优化工艺参数及锯切工具,实现宽幅面硬质石材的稳定、低磨耗锯切。在综合分析传统框架锯锯切硬质石材过程中锯条失稳及锯齿磨损严重原因的基础上,提出一种往复摆动锯切方式,通过锯条的往复摆动打破锯齿与石材的同步连续接触状态,限制锯齿与石材的连续作用时长,同时有效限制同时参与锯切的锯齿数。首先,在综合分析传统框架锯锯切硬质石材过程中锯条失稳及锯齿磨损原因的基础上,提出一种往复摆动锯切方式,研究锯条摆动方式、摆动角度及锯切行程等因素对锯切轨迹的影响规律,优化结构参数。研究结果表明:锯条失稳、锯齿磨损严重的主要原因为始终保持较高的同时锯切锯齿数、锯齿与石材的连续接触以及金刚石颗粒对硬质石材的塑性划擦作用。石材高度差及相邻锯齿竖直位移差随摆动角度的增大呈逐渐增大的趋势;锯切行程的增大有助于增大锯条中部运动轨迹交叠区,从而有助于减少同时参与锯切的锯齿数,避免锯条失稳并减轻锯齿磨损,研究结果为锯机研制及锯切试验的开展奠定了基础。其次,构建单锯齿切削厚度模型及锯切行程区间模型,通过试验分析往复摆动式框架锯机锯切过程中的锯切力特征、同时参与锯切的锯齿数、石材锯切形貌及板材平面度,验证往复摆动式框架锯的锯切轨迹及其锯切硬质石材的可行性。研究结果表明:锯切力波形特征与往复摆动式框架锯锯切轨迹的理论分析一致,锯条表面锯齿的锯切力均呈周期性变化,且同步接触区锯齿的锯切力远高于依次接触区锯齿;往复摆动式锯切轨迹的应用有效减少了同时参与锯切的锯齿数,将锯切石板材的平面度提升至合格水平;石材锯切表面以脆性断裂为主,伴有一些划痕和局部塑性流动。再次,分析往复摆动锯切方式下锯齿表面金刚石颗粒的切削厚度分布特征,研究金刚石颗粒和结合剂的磨损特征及磨损机理,基于响应曲面法优化工艺参数。研究结果表明:同步接触区锯齿表面存在较高比例的宏观破碎及脱落金刚石颗粒,结合剂为典型的磨粒磨损,磨损工作面呈一定斜率的斜面,而依次接触区锯齿表面具有切削能力的金刚石颗粒明显增多,锯齿表面存在严重的冲蚀磨损,磨损工作面几乎呈平面。锯齿磨损率随进给速度的增大均呈逐渐增大的趋势。随锯齿间距的增大,金刚石颗粒的划擦长度逐渐增大,而锯切弧内瞬时参与锯切的锯齿数随之减小,从而导致锯齿磨损率增大。最后,构建三层对称结构锯齿的磨损数学模型,对锯齿进行阶梯强化设计,优化锯齿中层和边层的尺寸及金刚石粒度、浓度,确定锯齿组分及配比,通过硬质石材锯切试验对比单层均质高钴锯齿和三层阶梯强化预合金锯齿的锯切性能。研究结果表明:三层阶梯强化预合金锯齿锯切后的侧面磨损轮廓几乎呈平面状。相对于单层均质高钴锯齿,三层阶梯强化预合金锯齿的耐磨性有所提升,但锋利性略显不足,锯切板材的厚度偏差略高于单层均质高钴锯齿,但已满足优等品的标准。课题的完成将拓展和完善大幅面硬质石材锯切新技术和工艺,丰富石材锯切理论、金刚石工具的锯切性能和磨损特性等方面的研究,促进石材行业沿高效、低能耗、低碳环保的方向发展。