专利名称：板件生产和加工的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及板件产品及其制造方法。
背景技术：
目前，水泥质产品的加工，如小型独立模具加工砖瓦件(以下统一简称为砖块)，其生产方法与过去50年里的所采用的生产方法大体相同，并仍然在世界范围内普遍采用。然而，在过去的二十年中，为了迎合现代建筑和室内设计的潮流和趋势，更具现代气息的砖块产品应运而生。目前，市售的水泥板件产品由通常包括水泥、石英砂、大(或粗)骨料、减水剂和水的混合物制成。大骨料(或大集块)用来形成大块，其大小可在从约3毫米到10毫米或更大的范围内变动。碎石常作为大骨料使用。减水剂可以是基于聚羧酸醚类聚合物的塑化剂。近期砖块产品中所用材料的强度增加，从而允许砖块可由整块大而薄的板件制成，类似大理石或花岗岩石板件，它可以根据所希望的尺寸切割成正方形或矩形的砖块。独立模具制作大块板件须接着经受振动工序。这将导致最细小的颗粒移动到模具底部。板件的形式或形状取决于模具表面的形式或形状。这就是所知的“失准”材料。这样的生产方法允许方形和/或矩形砖块在尺寸和厚度上具有更大的灵活性。从单个板件切割砖块可以得到不同尺寸的方形和/或矩形砖块，而这在以前必须通过小型独立模具生产。这种生产上的灵活性允许得到客户要求的各种尺寸的砖块，而不需要大量地更换工具或保存大量的各种模具尺寸。此外，精密机械允许对砖块进行更准确卓越的修整。除了上述优点外，大块板件切割为更小的砖块还具有获得大块规格板件固有的天然美学特征的优点。当分开时，较小的砖块具有独特的外观，其增加了诸如该较小的砖块覆盖的墙壁和地面的大平面的视觉效果。材料混合后被放置于大型模具中，混合物振动入位。对于其中添加流体以激活粘结过程的湿混，混合物倒入模具中，经充分固化使得板件可从模具中取出。对于其中粘接过程始于对混合物的加热的干混，倒入混合物并压入模具。干混通常包括具有相对高熔点的树脂，并且一旦施加足够的热量，树脂熔化使得剩余材料在干混料中粘结在一起。冷却模具中的材料，液化的树脂凝固，从而允许板件从模具中抽出。模具通常存储在允许切割前凝固和硬化材料的位置。板件充分固化以进行切割材料前，湿混板件的贮存期约为一至四个星期。对于自然固化的大型板件，一旦硬化充分即脱模并堆放固化。固化可能需要高达4周的时间，取决于固化方法和固化工序的有效性。当然，切割工序前需要足够的时间使板件材料固化，这就要求浇注板件从浇注生产线转移到存储区域。一般情况下，板件脱模后搁置在框架上并打包准备固化。除了增加与将板件从模具中脱模和将其存库以固化相关的这些人工密集工序外，这还造成制造工序的中断以及需要为固化提供足够的存放场地来存储板件。切割成砖块前，需要校正板件的厚度。切割后，砖块被“修整”，以产生更精确的侧边，砖块的边缘被倒角或倒棱，从而消除通常在切割过程中所产生的碎片损坏。单个的砖块在出售前须经包括清洁、干燥和包装的工序。切割工序以及随后的操作通常在连续的自动化生产线中进行。因此，水泥或混凝土砖块可以像大理石、花岗石和/或瓷质砖块那样排列安装。另夕卜，以这种方式加工的砖块一般具有更高质量的安装效果。然而，目前生产砖块的方法具有许多明显的问题。例如，板件的加工(切割、校正、倒棱和/或修整)一般受诸如切割刀片的金刚石切割工具、修整工具等的使用的影响。切割作为非常硬的材料的板件时，切口的边缘会有不同程度的缺口和毛边。此外，板件和/或砖块在切割和修整过程中容易破裂或断裂。应力可能导致缺口和破损，特别是在水泥质板件或砖块最脆弱的角落处。缺口、开裂和/或破损导致材料的浪费或者需要对损害材料进行修复。这费钱且费时。另一个缺点是，加工困难并需要熟练工操作，以改善由缺口、裂缝和/或破损所导致的浪费。这样的熟练工费用高昂，且从板件中生产砖块费时并且制造过程不连续。修整和切割工序之后，板材通常再次存放以得到完全固化，在它们被运至安装地前可能还需要在特定环境中放置三至四个星期的时间。为了最后固化的板件产品的进一步存放意味着处理和存放成本的增加。目前的生产技术中存在的缺点包括需要昂贵的切割设备(包括金刚石工具和大型固定设备)，消耗大量能源(例如，电力)和大量的水，这些均在板材加工为产品的处理过程中被消耗。耗资40万美元或更多的修整工具且耗资预计大约70万美元至100万美元的切割生产线很常见。切割和修整工序还导致大量的废料，其在切割和修整过程中材料被去除时所产生。然后，废物必须从工序中使用的水中分离，之后水才能重新利用。分离的废料必须被收集、处理和处置，这样会带来不便和/或造价昂贵。考虑到这一点，水过滤系统的成本预计将达到约100，000至200，000美元。另外，运营成本中有关所有设备的电力消耗通常很显著，因为大多数的设备需要多用途的电力供给。当切割小砖块或马赛克片时，随着金刚石切割刀每次切下约3毫米至5毫米的材料，这样的切割工序尤为浪费。当从板件中生产多块砖块时，在切割工序中去除的材料的总体积是显著的。由于现有工序中存在的问题，认为生产小砖块、马赛克片以及弯曲或其他非四边形形状的砖块是有问题的。对于生产马赛克的情况，目前的生产方法通常导致约50%至60 %的材料浪费，而只有40 %至50 %的产量。这主要是因为生产相对小的砖块时切割工序中材料的大量浪费以及破损率的提高所致。不幸的是，相对小的砖块造成缺口的发生率增加，这是因为从板件中分离所产生的运动和振动所致，而大的砖块由于其更大的重量其在分离过程中产生的运动没有那么显著。此外，切割其他类型的板件材料、例如石膏板同样有问题，因为这样的材料通常在制造后处于硬化状态下切割。典型地，准备一个生产板件和砖块的工厂是一项昂贵的工作，需要大量的策划、筹备、建设和安装时间。必须采用特殊的工厂车间以容纳重型设备，每个工厂需要排水系统和污水罐以用于从水中收集、分离和处理废料。除了所有的上述缺点外，建造自身具有特殊用途的排水系统的工厂造价高昂并且对于生产设备的建造也会带来障碍。由于侧边或表面处具有粗糙边缘和/或大骨料的外观，目前的工序所生产的砖块不适合用于某些场合，如创建马赛克、台面、厨房岛和/或家具等。目前，这些场合优选使用问题较少的其他材料。目前的板件和砖块生产存在的至少另一个缺点在于，所生产的产品具有高的抗弯强度。高抗弯强度的缺点在于砖块裂缝不易显现，而只有产品被安装后才变得明显。这会导致更换产品、例如已安装砖块的高支出。此产品即使在受到坚实冲击的情况下裂缝也不易显现。这些裂缝不易显现是因为粗骨料的互锁结构各易将广品的材料保持在一起。由此生产的板件和砖块产品的替代品是天然石材。然而，天然石材具有许多可变性，这是很难控制的。石材可能太软、太硬、具有太多的孔或太多的纹理而不适合特定用途。此外，这样的材料可能并不美观，从而达不到客户的要求或者不适合特定的场合。本发明的一个目的是提供一种至少减轻上述与板件和砖块生产相关的缺点的中的一个或更多的方法和产品。说明书中对任何现有技术或已知技术的引用不是、也不应该看作是这些引用构成本发明涉及领域内技术人员的普通常规知识的一部分的承认或者暗示。
发明内容
一方面，本发明提供了一种切割板件材料的方法，其包括在材料处于半凝固状态时使用以预选频率振动的切割工具切割板件。在一个实施例中，板件材料为水泥质材料，构成材料包括水泥和其他材料，结合的混合物具有足够小的颗粒尺寸(粒径)，从而允许使用振动切割工具切割材料。水泥质材料被浇注入模具中，然后允许其固化至半凝固状态，当充分固化后，可以使用切割工具将板件分离成较小的块(或从板件中去除材料)，无论是在操作切割工具的过程中或者之后都不会产生材料的变形。在一个实施例中，振动切割工具的预选频率为超声波频率。振动频率可以调整或选定成最适合板材件的构成材料。在一个实施例中，切割工具为安装在机械臂(机械手或机器人臂)上的直刀片，并在操作所述机械臂的控制系统的方向下操纵。虽然刀片通常会大致垂直布置以切割基本上水平放置的板件，然而刀片和板件之间的这种几何布置并不是必须的。例如，板件可以设置成具有一定的角度，而刀片可相对于板件呈一定角度设置，这样可以切出斜面或创建砖块的斜切边缘。在另一实施例中，切割工具是弯曲的刀片，其可用于创建所需的型廓或外形。切割工具不一定局限为刀片，在实施例中，切割工具包括磨碎设备或者可以是用于除去精细材料层的往复运动的切割工具。型廓可能为了实现某种功能或者仅仅是简单地达到美学效果。在这点上，市场上对地砖和墙砖的新型或者有趣形状的需求不断增加。为了满足创新产品的需求，高分辨率数字印刷技术已被用于增加砖块的复杂表面装饰，本发明特别适合于满足人们对占主导地位的方形和/或矩形砖块的美学差异要求。在一个实施例中，板件材料为水泥质材料，构成材料不包括大骨料，否则该大骨料将妨碍切割工具在材料中通过和/或导致材料的撕裂或起皱。水泥质材料被浇注入模具中，然后允许其固化至半凝固状态，该状态为可以使用切割工具将板件分离成较小的块(或从板件中去除材料)的充分固化状态，无论是在切割工具处理的过程中或者之后都不会产生材料的变形。在另一实施例中，板件为挤出成型的瓷制品。陶瓷板件可能用于生产单烧(一次烧成)砖块或双烧(二次烧成)砖块。在这种情况下，任何两次烧制(或预烘焙)的板件材料，降低板件的水分含量的第一次烧制或烘烤工序不应使板件材料硬化到无法使用振动切割工具切割的程度。在本发明的另一实施例中，板件是与前述材料具有相似物理特性的复合石材，其包括聚酯树脂或作为细硅质或钙质骨料的粘接剂使用的聚合物。使用超声波切割工具、例如直刀片(通常由机械臂或数控机床控制)会导致之后的挤压和振动，但这些在材料的加热/固化之前进行。在这点上，可使用一个或更多的振动切割工具将材料切割成所要求的尺寸和形状。挤压状态下的干材料代表这种特殊材料的半凝固状态，并在该状态下完成材料的切割。该材料随后被放置到烘箱中，其中树脂粘接剂被激活并粘结干材料。一旦烘烤工序完成，冷却过的材料变为能够承受大的冲击的非常硬的材料。在另一实施例中，模具包括牺牲材料层，用以吸收切割工具可能带给模具的切割损害。牺牲材料层(模具衬里)可在材料注入(或压入)模具之前施加，并可在切割工序之后脱模时移除。模具衬里减少了模具表面的磨损，减少了日常清洁和/或维护的需求，因此减少了废料和/或成本和/或提高了板件产品的质量。在另一实施例中，所述材料包括石膏。在本实施例中，板件可进一步包括挂面纸板。挂面纸板可在材料处于半凝固状态时被切割，从而可以获得现行方法不可能得到的形状和/或大小的挂面纸板。另一方面，本发明提供一种切割装置，其包括振动切割工具和微处理器，该处理器可操作地连接至存储指令的存储器。切割工具的位置由所存储的指令确定，所述微处理器执行所存储的指令，从而指挥控制系统使振动切割工具通过处于半凝固状态的板件材料。在另一个方面，本发明提供了一种制品，包括其上存储有控制本发明所述的切割装置的指令的计算机可读介质。在另一个方面，本发明提供了一种根据本发明的方法制成的板件产品。应当理解，术语“固化”可以与术语“凝固”互换。也应当理解，术语“半凝固”与“半塑化”或“半硬化”具有基本上类似的意思。
图1是透视图，示出本发明的切割工序的一个实施例；图2是具有一系列直线切口从而在脱模后形成一系列方形或矩形砖块的板件材料的透视图。为了图解目的，图中略去了模具壁；图3是板件材料的透视图，示出对板件材料进行斜切割从而得到具有倾斜侧壁的砖块，这有利于单个砖块避免对顶表面的缺口损害或者出于某种设计目的；图4A是具有一系列曲线切口从而形成一系列圆形砖块的板件材料的透视图；图4B是沿平面4B-4B的图4的板件的剖视图，详细示出了斜切口，其形成具有倾斜壁的圆形砖块；图5A至5F是一系列板件产品的横截面的图形表不,不出了使用本发明的实施例中的振动切割工具可形成的各种可能的型廓。
具体实施例方式值得注意的是，所有下面的讨论中，与所描述的特定实施例无关，其在本质上是示例性的，而不是限制性的。本发明涉及板件的制造，该板件可被分割成更小的产品，如砖块(内部、外部、地板和墙壁砖块；常规和替代型砖块)；墙壁铺设覆盖(包括内墙和外墙)马赛克(包括地板马赛克)；厨房台面；厨房柜台、厨房凳子和厨房岛；台面；用于倾斜面板的整体浇注产品，包括斯科特系统；幕墙和具有可选配件的外部覆盖层，包括含有纤维的产品；隔热砖块；板件市场上的其他板件产品；家具；屋顶砖(瓦)块或板件和/或适合其他场合的砖块。生产包括水泥质(胶凝)材料的板件的一种示例性方法包括将水泥、细骨料材料、超细骨料材料和水混合的步骤。细骨料材料和/或超细骨料材料可以是硅质材料，包括砂。另外，水泥质混合物可能还包括压碎的骨料材料和/或粉料，其中所述压碎的骨料也可以是砂。为了减少水泥质混合物中的水含量，可以添加减水塑化剂，其可以是聚羧酸醚类聚合物。减水塑化剂的含量约占混合物中水泥重量的1%至5%。例如，水泥质混合物中水泥的重量是100公斤，减水塑化剂的量可在约I公斤和5公斤之间。使用减水塑化剂后，水灰比约为0.26。水泥、细骨料、超细骨料的比例可为2: 2: I。例如，水泥质混合物可包含100公斤水泥、100公斤细骨料和50公斤超细骨料。此外，在一个实施例中，其中水泥质混合物包括压碎骨料或粉料，水泥、细骨料、超细骨料、碎砂或粉料的比例可以是10: 10: 5: 2。例如，水泥质混合物中可包含100公斤水泥、100公斤细骨料、50公斤超细骨料以及20公斤压碎骨料或粉料。当然，将产生最佳结果的任何混合物中的材料准确比率取决于材料的质量和匹配性、聚羧酸剂料的质量以及混合装置的效率。在进一步的实施例中，水泥质混合物可包括醋和/或乙醇(缓冲溶液)，用于减少水泥质混合物中的空气含量。水泥质混合物中的空气可能以气泡形式存在，醋和/或乙醇用于减少水泥质混合物中的气泡含量。醋和/或醇对水泥的比例可为约0.075。材料被混合至一定的塑性稠度。混合时间可为约3-5分钟。水泥质混合物混合后，材料然后被置于模具中以制造水泥质板件。模具可以具有各种形状和大小，并且可以由各种材料制成，包括铝、钢、木材、塑料和/或丙烯酸。在一个实施例中，模具由玻璃制成。由于切割设备可能会损坏模具表面，模具上可以使用牺牲材料层(或模具衬里)，以防止或至少减少模具的损坏。模具衬里可在脱模工序后去除并替换，其材质可以是塑料、蜡纸或任何适合于防止损坏模具表面的材料，这种损坏可能在使用切割工具切割板件时发生。除了防止切割工具损坏模具，模具衬里也可以防止浇入到模具的材料直接接触模具表面。在这点上，模具衬里还可以避免板件产品脱模后对模具表面的清洁。不用清洗模具表面缩短了时间，降低了否则可能产生的成本。此外，避免损害以及模具表面上的任何材料沉积保证了模具制造的板件产品在外观上的一致性。水泥质混合物在模具中可自调平。随着水泥质混合物中的空气和气泡脱离，自调平可能需要约2分钟至6分钟的持续时间。在自调平过程中预计约80%至95%的空气脱离而不需要人为干预。为了进一步减少空气和气泡，可以轻轻振动含有水泥质混合物的模具。可振动水泥质混合物，直到空气和气泡基本上不再出现在水泥质混合物的表面。在这点上，轻轻振动可持续约3至10秒。在任何情况下，该混合物需要振动的程度与现有生产水泥质材料板件的方法相比显著减少。减少所要求的振动的程度显著减少了生产过程中不确定性。当然，减少生产过程中的任何不确定性可以提高产品的质量和再现性。水泥质混合物在自调平和振动之后，允许其凝固，直到基本上半凝固(或基本上半硬化)状态。半凝固状态时，水泥质板件可以切割成砖块或其他所需产品。水泥质材料在半凝固状态可被以预选频率振动的切割工具、例如刀或锋利的工具切割。预选频率可以是超声波频率，其可以在20千赫至40千赫的范围内。超声波切割工具可以是手持型或者可结合到自动化机器、如计算机控制的自动切割机械中。使用以超声波频率振动的刀片在切割时应很少或基本上不会使水泥质材料粘结到刀片上。这样，将导致叶片无需清洗，且在切割过程中很少或者不会从板件去除水泥质材料。当然，这也有助于确保板件材料在切割过程中不被撕裂或起皱，使得分离平顺，否则会引起变形。如图1所示，水泥质板件(2)可以在模具⑴中成型，并且可以使用诸如被安装在切割装置(5)上的刀片(4)的切割工具将其切割。切割装置(5)可以是超声波切割装置。刀片(4)将水泥质板件(2)切割成希望的形状。在如图1所示的实施例中，切口
(3)具有不规则的形状，其为曲线形状。由于板件在半凝固状态下被切割，切口(3)可以为许多不同的形状，包括曲线和尖角。当需要曲线形状时这是特别有用的，例如用于安装厨房台面的水槽或水龙头时需要从板件中去除一部分。图1还示出了模具的各种其他部件，包括基底7、形成模具衬里的材料层9和模具保持壁10。基底7为浇注材料提供表面，对于“失准”模具也可接受。在图1所示的实施例中，基底7是为浇注材料提供非常均匀表面的玻璃板。为了避免切割工具4损害基底7，在基底7的表面上施加模具衬里9。在图1所示的实施例中，使用工具将模具衬里9施加到基底7上，以确保模具衬里9和基底7之间的空气被基本上除去。施加衬里9后,保持壁10形成。在图1所示的实施例中，保持壁10由丙烯酸材料制成，其具有可延展性(或可塑性)和速干性。一旦固化，壁10保持相对软和可延展性，使得它可以容易地除去。超声波切割工具可以是薄的刀片，其能够对半凝固状态的水泥质材料进行切割。另外，切割材料的速度可以达到每分钟约4至8米或更大。水泥质材料自调平和/或振动后固化至基本上半凝固状态。在约21摄氏度的环境温度下固化过程约持续30分钟至I小时。较高的环境温度可能会加速固化时间。需要理解的是，水泥质板件的切割可能发生在水泥质材料放置到模具中后的任何时间，但是水泥质材料需要调平，空气和/或气泡可以被消除或去除，水泥质材料充分固化至半凝固状态。在水泥质材料上使用切割刀具并观察切割时切口上方或周围的材料不发生变形和/或融合到一起，以此方式评估水泥质材料适合切割。将认识到，由于水泥质板在半凝固状态被切割，与先前方法中使用金刚石镶尖锯片切割硬化状态下的材料相比，大幅减少了水泥质材料上的应力。由于水泥质材料上应力的减少，水泥质板件碎裂和断裂的可能性消除或至少显著减少。另外，本发明的切割工序中基本上没有水泥质材料附着在切割工具上。水泥质板件可被切成具有一系列不同尺寸和形状的砖块。该形状包括曲线和圆形形状，也可生产带尖角的砖块。参照图2，示出了没有保持壁、基底和模具衬里的情况下的板件。然而，图2示出了被切割有两个纵向直切口(14和16)和多个横向直切口(18，20，22和24)的板件12，使得板件12被切割成15个分离的正方形或矩形砖块产品。当然，振动切割工具还可用于以不同于与浇注板件的顶表面基本上垂直的角度切割板件材料。参照图3，示出了同样没有保持壁、基底或模具衬里的情况下的板件26。然而，图3示出了具有纵向切口(28，30)和四个横向切口(31，32，33和34)的板件26，每个识别的纵向切口涉及与板材26的表面呈一定角度设置的振动刀片的两条行进路线。例如，纵向切口 28实际上包括振动刀片的两个分离行进路线，由此形成一个倒“V”形切口。从模具中取出的各板件产品将具有与各板件产品的表面相比倾斜的壁。与从图2所示的板件12中得到的各砖块相比，从图3所示的板件26中得到的各砖块具有倾斜的边壁，其对砖块的顶表面(浇注板件的底表面)的缺口形成或切下具有更大的回弹力或适应力。本领域技术人员可以理解，与目前板件产品的制造方法相比，半凝固状态下使用振动切割工具切割板件提供显著更大的灵活性。例如，参照图4A，示出了板件被制成各种形状的板件产品。在这点上，各板件产品具有各种形状，包括圆形、三角形和菱形。这些产品中的每一个可以由板件被切割为具有倾斜壁，在该特定的例子中，清楚地表明了本发明所提供的灵活性，根据任何时间点的特定制造要求，单块板件可以被切割成一系列不同形状的板件产品。另外，图4A所示的板件36包括各种形状和构造的板件产品，这些板件产品很难通过目前的生产方法制造出来，或至少制造时不产生大量的废物是极其困难的。例如，菱形砖块是特别罕见的，因为使用金刚石镶尖锯片从板件中切割出菱形砖块非常困难。在这点上，根据目前的生产方法生产菱形砖块非常困难，因为在使用金刚石镶尖切割刀片的切割过程带给砖块的物理应力通常导致菱形砖块区域中一定点处形成缺口形式的破损，所述点处砖块壁的交界部形成锐角。由于该原因，目前制造具有曲线形状和/或尖角部分的砖块的方法是使用高压水流射束由板件切割出所需的特定形状。但是，这种方法具有很多缺点，致使该方法生产诸如砖块的板件产品在商业上并不可行。一般来说，使用这种方法生产砖块仅用于某种特殊需求或者仅用于预计将有额外支出的设计中。从图4A中可以看出，根据本发明的该实施例由板件切割特定形状的板件产品具有相当的灵活性，其仅受到控制振动切割工具的位置和行进路线的限制。在一个实施例中，振动切割工具由机械臂或数控机床控制，对于任何特定的生产要求，仅需要选择合适的控制程序以限定从板件上切割下来的板件产品的形状和/或配置。控制系统确定切割刀具通过板件的路径，还可以控制针对板件的任何特定区域对特定切割工具的选择。控制系统包括微处理器和存储控制机械臂的指令代码的存储器装置。指令代码可以确实地体现在信息载体上，例如⑶-ROM、DVD-ROM、半导体存储器或硬盘上。这种计算机程序产品可以使得数据处理装置执行本说明书中所描述的一个或多个操作。存储器可以对一个或多个程序编码，使所述处理器执行本说明书中所描述的一个或多个方法步骤。此外，在本说明书中描述的主题可以利用各种机器实现。上述选定的方面、特征以及组件的实施如上所述存储在存储器中。然而，该装置和/或系统的全部或部分，包括用于执行方法的逻辑运算或语言(例如计算机可执行指令)可以存储在、分布于或者读取于各种机器或计算机可读介质。介质可以包括存储设备，诸如硬盘、闪存、软盘或未来开发的产品。逻辑运算也可编码成短暂或者非短暂信号，当信号从信号源传播到目的地时再编码逻辑运算。执行或实施所述装置和/或系统的逻辑运算可包括任何硬件和软件的结合，其执行起来可能区别很大。例如，处理器可以通过微处理器或微控制器、DSP、专用集成电路(ASIC)、离散逻辑器件或者其他类型的电路或逻辑器件的组合实现。类似地，存储器可以是DRAM、SRAM、闪存或任何其他类型的存储器。装置和/或系统的功能可以分布在多个计算机系统中。参数、数据库和其他数据结构可以分别存储和管理，可以并入单个存储器或数据库中，或者可以以许多不同的方式逻辑地和物理地组织。所述的任何形式的逻辑运算可以通过程序实现，该程序可以是单个程序中的一部分，其作为独立程序使用，或者分布在多个存储器和处理器中。逻辑运算可以组织成软件库，包括动态链接库(DLL)、应用程序编程接口(API)或其他库。图4A所示的板件36中限定的每块板件产品具有倾斜壁，这在通过线4B-4B限定的平面的剖面图的图4B中进一步示出，其与板件的顶表面呈一定角度延伸穿过板件36。参照图4B，板件36具有两个圆形砖块(38，40)，其已经从板件36上切下。除了在板件36上施加圆形切口以限定圆形砖块38和40外，振动切割刀片与板件36的顶表面呈一定角度布置，使得从板件36上切下圆形砖块38和40时带有倾斜的壁。每个圆形砖块38和40的倾斜壁由图4B中的切口 42，44，46和48示出。除了以相当程度的灵活性从板件上切割不同形状的砖块产品外，本发明还可以产生具有除了图3、图4A和图4B的倾斜壁外的各种型廓的板件产品。在这点上，参考图5A-5F,不出了一系列板件产品型廓。图5A中，板件产品例如从图3所示的板件中脱模，其具有倾斜壁，该倾斜壁与水平方向的夹角约为80度。正如前面所指出，产生具有倾斜壁的砖块可以使得砖块更加适应或顶表面(50)与该壁的交界点的砖块的缺口破坏。然而，本发明提供了对于具有所需型廓的各种砖块或板件产品的生产的很大程度的灵活性。
例如，图5B示出了一端具有倾斜壁的板件产品，该倾斜壁与垂直方向呈约45度的角度。这种型廓对于覆盖墙壁角落的墙砖尤为有用，倾斜的切割边缘可以使得具有相似型廓的两块墙砖在墙角处彼此抵接在一起，从而使得墙角周围形成相对连续的砖块外观。此外，建造楼梯踏板时，图5B所示的型廓可能有用，其中倾斜的切割边缘将用于使得具有相似型廓的板件产品彼此抵接从而形成楼梯的竖板。在这点上，本发明也可以形成图5C所示的型廓，其同样可用于楼梯踏板，该型廓通常被称为“牛鼻子”，其具有圆角型廓，当用户下跌撞在楼梯踏板的该圆角表面时可以降低安全风险。当然，在形成图5C所示的型廓时，优选使用圆角或曲线振动刀片形式的振动切割装置。另外，在形成如图5C所示的型廓时，可能有必要使振动切割工具沿着板件产品边缘来回行进多次，这样通过连续行进形成所需的型廓并且从板件材料上去除的材料相对较少。参照图5D,示出了具有倒角边缘的砖块型廓。另外，图5E示出了具有台阶状边缘的砖块，这可能有用和/或产生所希望的美学效果。在图5E所示型廓的情况下，可能需要使振动切割工具沿着板件产品的边缘来回行进多次，可能需要当产生这种边缘型廓时在切割过程中或者之后除去板件材料，这样可以使振动切割工具获得足够的可用空间，以便实施板件材料的附加所需切割，从而形成所需型廓。参照图5F，示出了另一个板件产品型廓。在该特定的例子中，振动切割工具可以采取圆柱状或半圆柱状设备的形式，其具有沿圆柱状或半圆柱状设备的周边延伸的锋利边缘。对于图5A至5F中所示型廓中的任何一个或全部，可优选制造具有大致所需宽度的模具，这样在各自的板件产品的边缘切割便可形成图示的型廓。这一点对于图5C、5D、5E和5F所示型廓尤为适用，其中所述型廓要求从形成为浇注板件的底表面的砖块的顶表面开始延伸。在这些例子中，板件一旦固化至半凝固状态，可使用振动切割工具除去由可延展丙烯酸材料制成的保持壁，以暴露板件材料的边缘，从而允许振动切割工具经过而得到所需的边缘型廓。在实现该特定方法的本发明的一个实施例中，当切割、修整模具保持壁和任何多余材料以形成板件产品的边缘时，可在使得不想要的材料与板件分离的切割过程中或之后去除希望去除的材料。可通过操纵切割装置和切割刀具的机械臂实现板件材料的去除。然而，在本发明的其他实施例中，一旦板件被浇注且初始固化过程开始，便处理浇注板件的顶表面，以使得其可以接受呈现为板件产品的顶表面。在这点上，可以刮擦或冲洗浇注板件的顶表面，以使得呈现出用于板件产品的合适的表面。在这样的表面可以接受作为板件产品的顶表面的情况下，形成图5B至5F所示的型廓在一定程度上变得更加容易。在半凝固状态时切割水泥质板件不需要使用昂贵的切割设备，例如金刚石工具，并减少切割时间。此外，切割所需的水量大幅减少或者可能完全不用。进一步的优点在于没有流出物产生，这在以前需要昂贵的处理和/或处置费用。与现有的切割方法相比，在半凝固状态时切割水泥质板件耗能显著减少。许多上述优点也可以降低生产成本。这在生产马赛克砖块(即相对小尺寸的砖块)的情况下尤为明显。目前，使用金刚石镶头锯片从板件上切割马赛克砖块时所产生的废料是可观的。因此，马赛克砖块价格更高，由于生产过程中的损坏以及锯片切除的材料，在利用目前接受的方法生产期间所产生的废料高达50%至60%。由于马赛克砖块生产的40% -50%的平均产量，马赛克砖块价格高出很多，因此很少用于建筑结构中。当然，与使用金刚石镶头锯片从板件上切割马赛克砖块相比，使用本发明的系统和方法生产马赛克砖块的产量显著提高，而且几乎没有废物(或至少大大减少废物量)。可烧注水泥质板件以生产厚度为约的板件产品。这可为创造新颖、仓1J新的产品带来可能性。此外，由于加工过程中所产生的应力更小，材料强度可大为提高。反过来，这样可使得产品安装时产生的问题、如角部破碎等更少。此外，由于水泥质材料的生产中未使用大骨料，可减少裂纹(包括发丝裂纹)缓慢扩展带来的安装后问题。细和/或超细材料可以包括石灰石、花岗岩或大理石。水泥质混合物可以包括这些材料或其他硅质材料中的任意或全部的组合。也可对水泥质板件的厚度一致性进行评估和/或校正。厚于(高于)所需厚度的任何水泥质板件区域可被去除。可使用奶酪磨碎机类型的设备作为切割工具进行去除。然而，应当认识到，通过本发明的板件制造方法，对于评估和/或校正水泥质板件的厚度和/或从较厚板件区域去除材料的需求已被显著最小化或消除。可以在板件被切割成砖块之前或之后评估和/或校正厚度和/或除去水泥质材料以使得厚度均匀。然而，与硬化的产品相比，在水泥质板件处于半硬化(半凝固)状态时评估和/或移除水泥质材料可以减小广品受:到的应力。水泥质板件切割之后，砖块被存储约20至24小时，这允许诸如砖块的广品进一步硬化。砖块被硬化，从而使得其可从模具中取出。在一个可选实施例中，本发明可用于生产石膏板。在本实施例中，可在模具中生产石膏板，其中第一侧石膏板挂面纸板被放置于模具中，石膏材料(包括石膏)被浇注到模具中而位于第一挂面纸板上，然后将第二侧石膏板挂面纸板放置于石膏材料上，从而形成挂面纸板中间夹有石膏材料的“三明治”结构。在石膏材料处于半凝固状态时使用以预选频率振动的刀片进行切割。刀片也切割通过第一和第二侧挂面纸板。通过这种方式可以形成各种形状的石膏板，如果在石膏材料完全或基本上完全凝固时切割石膏板，其显著低更难以形成。与现有工艺相比，本发明具有各种优点，尤其是能够提高效率、降低板件产品的制造成本。例如，半凝固状态下切割板件材料无需等到板件被硬化到足够的程度来承受金刚石镶头刀片在切割板件时所带来的应力和冲击。还具有在浇注和切割之间不中断板件的加工以及无需使用目前制造工艺中常用的昂贵的混合、校正/切割设备的优点。另外，由于切割过程从板件除去的材料减少或基本上消除，这种制造工艺无需使用水俘获和冲走切割表面所产生的多余材料。从而不需要任何水过滤设备或车间以及相应进行的维护。不需要大型和重型设备，不需要排水和污水处理系统，因此，板件产品的制造不需要在专门建造的工厂内完成。相反，根据本发明的制造板件产品的方法可在能够容纳用于在半凝固状态下切割板件材料的必要设备的任何工厂内进行。在这点上，操作此类设备消耗的电能与目前的要求相比大为减少。另外，通过使浇注工序后不久便可进行切割工序，避免了为固化而进行临时存放的人工密集处理，也避免了板件一直存放至可能进行切割时。本领域技术人员可以理解，上述方法也可用生产水泥质板件或石膏板以外的板件材料。虽然描述了特定的示例性实施例，可以理解，这些实施例仅是说明性的，并不对本发明构成限制，并且本发明并不限于上述特定结构和配置，因为除了上文所列出的内容外，各种其他改变、组合、省略、修改和替换都是可行的。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以构想出所述实施例的各种修改和改进。因此，可以理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以通过这里特别描述的内容以外的方式实现。
权利要求
1.一种切割板件材料的方法，包括当所述材料处于半凝固状态时利用以预选频率振动的切割工具切割所述板件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板件材料是水泥质材料，构成材料包括水泥和其他材料，其中结合起来的混合物具有足够小的颗粒尺寸，从而允许利用所述振动切割工具切割所述板件材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水泥质材料被浇注到模具中，并随后允许其固化至半凝固状态，所述半凝固状态为水泥质材料充分固化以允许所述切割工具分离所述板件而不会在切割工具的操作过程之中或者之后发生材料变形的状态。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板件材料为非水泥质材料，随后混合的构成材料相对干燥，该混合物被压入到模具中，并在切割板件之前被加热，以使所述材料处于半凝固状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板件材料是石膏，该石膏板件材料衬有纤维素材料，所述石膏板件材料和所述纤维素材料在所述石膏材料处于半凝固状态时利用切割工具被切割。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述振动切割工具的预选频率为超声波频率。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述振动频率可被选择为与板件的构成材料最佳地匹配。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割工具为刀片。
9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割刀具为弯曲刀片。
10.如前述权利 要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割工具在控制系统的指示下被操纵，所述控制系统包括微处理器和存储指令的存储器，由此使得所述切割工具的位置和运动由微处理器执行的存储指令确定。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，处于半凝固状态的板件材料被基本上水平地设置，所述切割工具为在控制系统的指示下被操纵的直刀片，从而使得所述振动刀片穿过所述板件材料在希望的位置切割所述板件材料。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述刀片以垂直于所述板件材料的表面以外的角度设置，从而允许以倾斜的切口使板件的一些部分分离。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当切割板件材料时使用多个切割工具，根据所述板件材料的特定区域的切割要求选择最合适的切割工具。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，切割板件材料包括从所述板件材料的一个或多个表面去除精细材料层。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述板件材料为水泥质材料，所述模具由基底形成，所述基底上施设有可延展材料，从而形成用于将浇注板件材料保持在模具内的模具壁，所述可延展材料能够在切割半凝固状态的板件材料期间通过所述振动切割工具分离。
16.一种板件产品，其根据前述权利要求中任一项所述的方法从板件材料分离得到。
17.一种切割装置，包括振动切割工具、微处理器和可操作地与所述微处理器相连的存储指令的存储器，切割工具的位置由存储的指令确定，所述微处理器执行存储的指令，因而指示所述控制系统使所述振动切割工具经过处于半凝固状态的板件材料。
18.如权利要求17所述的切割装置，其特征在于，所述控制系统选择所述切割刀具的振动频率。
19.如权利要求18所述的切割装置，其特征在于，所述控制系统选择超声波频率用于所述切割工具的振动。
20.如权利要求18所述的切割装置，其特征在于，所述控制系统可操作，以选择与板件材料的切割最佳地匹配的振动频率。
21.如权 利要求17至20中任一项所述的切割装置，其特征在于，所述控制系统可操作，以从包括直刀片和弯曲刀片的多个切割工具中进行选择。
22.如权利要求17至21中任一项所述的切割装置，其特征在于，所述切割工具可操作，以通过垂直于板件的表面以外的角度切割板件材料。
23.一种制品，包括其上存储有控制如权利要求17至22中任一项所述的切割装置的指令的计算机可读介质。
全文摘要
一种切割板件材料的方法，包括当材料处于半凝固状态时利用以预选频率振动的切割工具切割板件。
文档编号B28B1/14GK103108733SQ201080068059
公开日2013年5月15日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者W·A·J·萨德勒 申请人:萨德勒Ip私人有限公司