中國是世界上最大的石材生產(chǎn)國和消費(fèi)市場。中國石材協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年中國石材行業(yè)的市場規(guī)模超過1萬億元。石材行業(yè)作為我國重要的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)，其加工設(shè)備的提升將對石材產(chǎn)業(yè)整體水平的提升起到至關(guān)重要的作用。大部分的石材粗加工，首先需要把大塊石材荒料切割成15mm、20mm等厚度的板材。現(xiàn)在中國包括全世界所使用的傳統(tǒng)石材加工刀具都采用金屬合金刀頭，例如采用在圓鋸片、鋼帶上焊接合金刀頭或燒結(jié)串珠的方式，通過設(shè)備帶動合金刀頭高速運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)石材的切割，達(dá)到分離石材的效果。
       一、傳統(tǒng)石材設(shè)備和刀具的缺點(diǎn)
       1）加工鋸縫大，成材率低。由于燒結(jié)的刀頭焊接在金屬基體上，基體需要有一定的厚度來保證強(qiáng)度，基體厚度一般達(dá)到2~7mm，而刀頭的厚度則需要略大于基體，因此傳統(tǒng)的石材加工方式將形成3~8mm的鋸縫。石材的鋸縫就是損耗掉的石材，石材在切割過程中被磨削，從而形成廢水、廢渣和粉塵。
具體包含兩方面：一方面，鋸縫的存在影響了石材的成材率。以較普遍的花崗巖圓盤鋸鋸切15mm厚度板材為例，鋸切形成了5mm左右的鋸縫。這樣的圓盤鋸加工方式，成材率僅僅為75%，其余25%的原材料將成為廢棄物，這些廢棄物不僅浪費(fèi)原材料，而且廢渣風(fēng)干之后還容易成為粉塵，加工廢水中的有害化學(xué)物質(zhì)也容易污染地下水，可以說鋸縫的存在就是石材加工中造成污染的最根本源頭。另一方面，鋸縫還造成了石材的浪費(fèi)，降低了利潤。如何減小鋸縫、提高成材率，是石材從業(yè)人員永恒的探討話題。
       2）金屬基體在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)抖動大，對石材沖擊力強(qiáng)，使得鋸切的石材必須保持一定的強(qiáng)度，不然很容易破損石材。天然石材屬于脆性材料，其天然地存在一定的裂紋、雜質(zhì)，這使得傳統(tǒng)設(shè)備目前最薄只能加工到10mm，無法一次性在石材荒料上加工出超薄的板材。
       3）較大尺寸的鋸切基體使得帶動切割工具的設(shè)備體積和功耗也隨之變大，同時(shí)剛性金屬基體刀頭與石材直接的剛性碰撞，由此產(chǎn)生的噪聲可以達(dá)到130dB以上，且尖銳刺耳的聲音大大降低了從業(yè)人員的工作舒適度。剛性基體高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的慣性使得設(shè)備本身振動大，機(jī)身必領(lǐng)加重、加大，以保證切割的穩(wěn)定性，隨之帶來了設(shè)備的較大占地面積和對安裝設(shè)備預(yù)埋基礎(chǔ)要求的提高。橋式龍門鋸石機(jī)最大鋸片直徑3.3m，每片超過500kg，一組鋸片超過1T，整機(jī)設(shè)備也超過15T。鉆石拉鋸每臺設(shè)備自重超過50T，有的多股繩鋸機(jī)自重更是超過60T，功率超過200KW。單單是安裝設(shè)備時(shí)混凝土基礎(chǔ)就是一筆不小的開支，進(jìn)一步增加了成本。二、金剛石線鋸的特點(diǎn)和優(yōu)勢
       1）金剛石線鋸，是一種在直徑為0.035~0.50mm的鋼絲線上面電鍍一層金剛石顆粒，并通過鍍鎳層包裹金剛石形成的硬脆材料切割工具。早已廣泛應(yīng)用于光伏行業(yè)加工硅晶片，現(xiàn)在已經(jīng)普及至藍(lán)寶石、磁性材料、光學(xué)玻璃、石墨、陶瓷和泡沫鋁加工等領(lǐng)域。從目前金剛線的應(yīng)用領(lǐng)域上來看，所加工硬脆材料的莫氏硬度等級為2~9級。天然石材的硬度為：大理石在2~5級，花崗巖硬度4~6級，少數(shù)花崗巖和石英石的硬度達(dá)到7級。從金剛線和多線切割機(jī)的原理上分析，金剛線切割具有線徑小、柔性切割、加工精度高等特點(diǎn)。
       2）如果能夠研發(fā)并普及專用的石材金剛線多線切割機(jī)，并且使之穩(wěn)定高效生產(chǎn)，以金剛線線徑小、高速柔性的特點(diǎn)那將會改變傳統(tǒng)石材設(shè)備鋸縫大和難以直接在荒料上加工出超薄板的痛點(diǎn)，對行業(yè)起到一個(gè)顛覆式創(chuàng)新的作用。
       3）現(xiàn)有金剛線設(shè)備的加工對象主要是硅晶片、磁性材料、光學(xué)玻璃等較小巧的對象，絕大多數(shù)加工尺寸低于300mm。而在單線環(huán)形金剛線設(shè)備領(lǐng)域，目前在天然石材領(lǐng)域使用的僅有翡翠、寶石的加工，但是切割效率低，且環(huán)形金剛線的成本相較于開環(huán)金剛線要高上幾十倍，只適合高價(jià)值的天然昂貴寶石，并不適用于常規(guī)普通石材的加工，是無法普及到普通飾面石材的加工。而天然的石材應(yīng)用領(lǐng)域尺寸則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過300mm。
       在荒料大板加工領(lǐng)域，加工尺寸往往需要達(dá)到能夠加工3000mm×2000mm的大板，現(xiàn)有的針對小規(guī)格硅晶片的金剛線多線切割機(jī)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒辦法直接應(yīng)用的。同時(shí)，硅片切割的金剛線直徑在0.035~0.07mm，張力控制在4~9N，切割厚度僅有或不到0.2mm，一次性切割超過2000片。而天然石材尺寸長寬高一般超1500mm×2500mm×1500mm，重量超過20T。傳統(tǒng)設(shè)備的加工尺寸能夠達(dá)到3000mm×2000mm×2000mm，厚度一般為15~25mm，一次性切割80~120片。因此，對金剛線多線切割石材也需要針對石材的特點(diǎn)作一些特殊的改進(jìn)。例如，切割的石材跨度大，為了保證金剛線的強(qiáng)度，需要把金剛線加粗，使得金剛線切割時(shí)候張力加大，降低斷線率；需要把加工行程加大，一次切割的片數(shù)控制在50~120片；加大切割的厚度，這樣才能滿足石材行業(yè)的需求。
       節(jié)選自《金剛線多線切割機(jī)在天然石材荒料板材加工領(lǐng)域的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化可行性分析》