金刚石有序排列锯片切割性能研究

　　在传统金刚石锯片刀头的制造工艺中，绝大部分都是采用金刚石包覆制粒和预合金胎体粉末三维混料工艺，为了预防金刚石偏析，采用加入浸润剂液体石蜡或蒸馏水等方法，但这都无法从根本上解决金刚石在胎体中随机分布的问题。胎体中随机分布的金刚石很容易产生堆积和偏析。在金刚石堆积区，金刚石得不到有效利用导致浪费，特别是零距离多颗粒金刚石由于把持力不牢固，在切削过程中几乎不工作而自行脱落;在金刚石稀少区，金刚石浓度过低，单颗粒承受工作载荷大，冲击力变大，金刚石颗粒受冲击破碎而过早脱落。韩国SHINHAN金刚石工业公司于2004年完成ARIX金刚石自动排布系统的研制，可在金刚石刀头生产中自动以最优间距均布排列金刚石[1]。金刚石在锯片刀头中有序排列的设计，使得上述影响金刚石工具性能的问题得到初步解决，它能保持刀头中的金刚石连续自锐和出刃，合理调节刀头中的金刚石参数和排列模式，能有效提高锯片的切割性能[2]。

　　在锯片刀头中采用金刚石有序排列的技术与工艺，可以使金刚石在工具中得到充分有效利用，既能提高锯片效率，又能延长工具寿命，同时可节约金刚石[3]，降低生产成本。

　　1 有序排列金刚石锯片制备

　　1.1 实现金刚石有序排列的工艺

　　(1) 首先加工自动冷压模的上压头，在上压头顶部分布着预先设计好的点阵小球柱;

　　(2) 将预合金胎体粉末和金刚石分别制粒，金刚石在包覆制粒过程中，需制成大小均匀的球状颗粒;

　　(3) 调整、改造自动冷压机的程序，将金刚石和胎体粉末分别装入自动冷压机的料斗中，实现胎体粉末和金刚石分别进料;

　　(4) 胎体粉末单边进料后，把胎体粉末压成小薄片，由于上压头带有预定排列式凸起的球性，因此胎体薄片表面压有与预定排列形式相对应的小圆坑;

　　(5) 驱动金刚石料车进料，随后把多余的金刚石刮走，再轻轻复压一次，金刚石有序排列式薄压坯完成成型。

　　1.2 锯片制备

　　金刚石有序排列薄压坯是在型号为VP-32A-ED的均布机上实现的，组装薄压坯在手动冷压机上复压形成刀头形式，然后放入热压烧结炉中进行热压烧结，其烧结温度为900℃，压力25Mpa，保温时间3min;最后在激光焊接机上将刀头焊接在基体上形成型号为YX-218C的激光焊接锯片。

　　1.3 锯片参数

　　YX-218C锯片外径Φ350mm，刀头规格为12mmⅹ3.2mmⅹ40mm，如图2所示，薄压坯5层;胎体粉末为预合金粉，金刚石浓度20%(相当于金刚石体积分数为5%)，粒度35/40。同时为了做切割对比试验，制备了与金刚石有序排列锯片JB-218C规格相同(同胎体、同金刚石品级和浓度)的常规锯片CG-218C，以及同胎体、同品级、不同金刚石浓度(25%金刚石浓度，相当于体积分数为6.25%)的常规锯片CG-218D。

　　2 实验过程与结果

　　2.1 锯片试验

　　试验用切割设备是型号K950的手持锯，功率4.5KW，转速4700r/min;切割对象为钢筋混凝土块体，规格为500mmⅹ50mm，内部含3根Φ20mm钢筋。用3种锯片分别对混凝土块体切割10次，记录实验数据。

　　2.2 试验结果及分析

　　用秒表记录每次切割钢筋混凝土块体的时间，换算出每种锯片的切割速度，每种锯片的平均切割速度。

　　经过10次切割后，测量3种锯片刀头的径向磨损量分别为0.73mm，0.96mm和0.89mm，按照刀头工作面高度12mm计算，可推算出3种锯片的理论使用寿命。

　　有序排列式锯片与同胎体、同金刚石品级和浓度的常规锯片相比，无论是切割速度还是使用寿命都有一定程度的提高，其中切割速度较常规锯片提高23.6%，使用寿命提高31.5%;不仅如此，有序排列锯片与同胎体、金刚石浓度高5%(体积分数记1.25%)的常规锯片相比切割速度仍能提高18.8%，寿命提高21.9%，充分体现了金刚石有序排列的优越性。

　　在常规锯片胎体中由于金刚石颗粒是无序排列的，有些出刃高的金刚石颗粒受到很大的荷载或冲击，导致这些颗粒在初始阶段就易于碎裂;同一平面上剩余的金刚石颗粒必定会承受更大的荷载，这种恶性循环必定会加大金刚石脱落速度，降低锯片的使用寿命。而在有序排列金刚石颗粒的锯片上，同一平面上金刚石的出刃高度是相同的，每颗金刚石均匀承受荷载，很大程度上降低了金刚石的碎裂速度，提高了锯片的使用寿命。

　　3 结论和展望

　　(1) 进行了金刚石有序排列刀头的制备，并详细介绍了锯片刀头中实现金刚石有序排列的方法。

　　(2) 通过本次有序排列金刚石锯片和常规锯片的切割实验对比可知，同等条件(同胎体、同金刚石品级和浓度)下，有序排列金刚石锯片较普通锯片在切割效率和使用寿命上至少提高20%;金刚石有序排列锯片在节省金刚石用量、减少锯片成本的基础上，仍能提高锯片的效率和寿命，体现了有序排列金刚石刀头的优越性。

　　(3)只选用了金刚石一和中排列方式进行实验对比，今后仍需要深入研究金刚石有序排列的方式，总结出金刚石在横向和纵向最优的间隔，最大程度的提高锯片的切割效率和使用寿命。

　　参考文献：

　　[1]　PARK M. ARIX-a major advance in diamond segment design[J].IDR,2005,2:40-42.

　　[2] 张绍和，叶宏煜，杨仙，等.有序排列金刚石锯片中排列参数的设计[J].金刚石与磨料磨具工程，2008(2)：29-32.

　　[3]　张绍和，杨仙，谢晓红，等.金刚石有序排列对锯片性能的影响[J].粉末冶金技术，2008，26(6)：448-451.

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