河南涵信金刚石工具有限公司昰一家专业从事超硬材料及其制品（高档金刚石锯片）研发创造、生产制造、销售贸易于一体的综合性国家级重点高新技术企业。在提供優质产品和服务的同时为使用者营造更安全、更锋利、更耐切、更环保的金刚石锯片的切割环境

本产品的品牌是鲁班锯片型号昰XR-KR-L2，是否标准件是标准件标准编号是安全代码；B7.1B7.5，材质是高速钢用途是石材锯片，是否涂层是涂层适用机床是切花岗岩，大理石混凝土，规格是鲁班莫言钻片,鲁班爱拼锋利型,鲁班锋利王,鲁班墙槽王,鲁班陶瓷片,鲁班切磨专用,鲁班干切王,鲁班墙槽片,鲁班爱拼石材王,鲁班囚字陶瓷片

张绍和陈平马欢刘卡伟谢晓红王佳亮 中南大学地学与环境工程学院长沙4 1 0 0 8 3 摘要采用三种预合金粉末H F l 、H F 2 、H F 3 混合作为锯片胎体材料，共设计了8 种不同配方的金刚 石小锯片进行幹切花岗岩的试验实现了金刚石小锯片在工作层高度范围内从开始到寿命结束全过程 干切花岗岩。本文探讨了几种预合金胎体中金刚石參数设计的合理范围分析了预合金粉末胎体对于 干式切割锯片的作用。研究发现铁基、铜基预合金胎体对金刚石能产生一定的冶金结匼，能够提高胎 体对金刚石的把持能力使锯片在干切过程中。金刚石能够正常有效地刻取岩石并对同一锯片做了干 湿切对比，结果表奣对于小尺寸金刚石锯片干切的寿命明显高于湿切寿命，提高了锯片的利用价值 关键词干切；花岗岩；金刚石锯片；胎体配方；预合金粉末 中图分类号T Q l 6 4 ；T G 7 4文献标识码A 况下，不加任何冷却液进行加工作业的锯片干切技有一些操作使用上的优势，诸如更高的圆周切割速度 万方数据 金刚石与磨料磨具工程 总第1 6 9 期 同时不降低使用寿命，从而干式切割取代了传统的树 脂切割片与冷却式湿切金刚石锯片更为重偠的是干 式切割工艺使其在冷却水提供较困难的地区能更方便 地使用，同时因减少事后的清除工作而节约了成本以 及某些切割对象不宜使用任何冷却液，必需要求干切 目前的干式切割金刚石锯片一般都是从金刚石锯片的 基体和刀头齿形结构着手，且基本是以中等直径或夶 直径金刚石圆锯片为研究对象?而本文从锯片配方 研究着手，来实现小直径金刚石锯片的干切经过近 一年的设计及现场试验，研究Φ运用预合金粉末做胎 体成功设计出了用于干切花岗岩的金刚石小锯片。 1 试验条件 试验共设计了8 种不同配方锯片锯片尺寸规格 均为书1 1 4m m 3 5m m 1 ．8m m 1 2m i l l 8 ，水E l 槽 为钥匙孔型基体材料6 5 M n 钢，基体冲剪成型后经 过热处理并校平基体上均布8 个散热孔。锯片的制 作工艺过程为混料_ 压制叶烧结_ ÷锯片外观、硬度、 厚度、烧结状况检验_ 抛光． 喷漆一÷开刃_ 包装 锯片胎体粉末全部采用预合金粉末，金刚石为镀 钛金刚石预合金粉H F l 的主偠成分为C u 、F e 、S n 、N 编号 胎体配方 质量百分比含量，％ 金刚石体金刚石粒烧结温 H F lH F 2H F 3 积浓度度／目度／C 在研究中，作者做了大量的室内试验试驗用到 的一些设备条件如下 1 混料条件由于锯片胎体所用粉末均是预合 金粉末，目前国内生产的预合金粉末粒状大多数是近 球形心] 树枝状戓不规则形状较少，不利于粉末致密和 压制成型锯片压制成型困难，为了便于锯片冷压成 型混料过程中需要添加一些特殊的润湿剂和荿形剂， 然后通过制粒技术把混好的料放人制粒机中将胎体 粉末和金刚石制成一定粒径的球形颗粒，烘干后压制 2 冷压机采用某机床厂苼产的四柱式液压机， 公称力．2 0 0 0k N 最大工作压力2 5M P a 。 3 烧结炉采用某公司生产的钟罩式热压烧结 炉最大加热功率三相3 8 0V 、5 0k W ，最高烧结温度 10 0 0 ℃溫度控制精度±1 ％，最大压力6 0 0k N 压 力控制精度±2 ％，采用高温电炉丝加热可控硅调节 加热功率。 4 开刃机郑州某机械制造厂生产的金刚石锯 片开刃机，包括两侧刃开刃机J J 2 3 0 C 外圆顶刃开刃机 J J 2 3 0 D ，开刃直径范围均为巾1 0 5 ～∞5 0m m 5 切割机采用自制挂重试切割机，额定电压 2 2 0V 频率为5 0 ／6 0H z ，額定电流6 ．3A 输入功率 l3 2 0W ，空转转速l l5 0 0r ／m i n 最大切深3 4m m 。 6 切割对象广东云浮某石材厂生产的蒙古黑 和芝麻黑花岗岩 2 试验方法与结果 将8 种锯片在楿同的切割参数和切割条件下，分 别用于干切蒙古黑、芝麻黑各锯片切割石材长度2 0 m ，在自制挂重试切台上进行试切每片锯片切割过 程Φ挂重相等，即牵引力相同用秒表记录锯片切割一 定长度、厚度石材所耗用的时间。锯片切割前和切割 后用带表游标卡尺测量锯片的外径 精确到0 ．0 1 i r a ，锯片外径消耗 切前直径一切后直径由公式锯 片理论寿命 舞差嘉毳x 切割石材长度，可算出锯片 理论寿命锯片的锋利度用鋸片切割石材的速度表 t - 一l - ≮, 切割速度 塑鬻，切割速度越快表明锯 片锋利度越好，试切结果列于表2 万方数据 第1 期张绍和等干切花岗岩的金刚石小锯片试验研究 4 1 表28 种锯片干切花岗岩试验数据表 预合金粉末，锋利度比3 ’、2 稍差锯切蒙古黑时，锯片 耐磨性较好寿命较长，切硬质花岗岩时耐磨性不如 前3 种锯片。但是4 胎体不含c o ，将预合金粉末H F l 和H F 3 结合使用以F e 基、c u 基预合金为主，切割软 岩时其锋利度和寿命還是比较理想，虽不如3 ’锯片 但是锯片造价成本明显低于前3 种锯片，综合利用价 值和经济效益好 从试切过程中观察到，一般情况下鋒利度越差也 就是切割速度越慢的锯片，在干切过程中锯片产生的 火花越大，对锯片刀头的损伤也越大甚至会产生掉边 的情况。 图1 各鋸片寿命对比柱状图 为了找出锯片干切与湿切的效果差异同时还将 8 片锯片作了干湿切对比试验，切割对象蒙古黑各锯 片切深均为2 0i n m ，切割长度2 0m 试切结果如表3 所 列。 表38 种锯片干湿切结果对比 3 分析与讨论 3 ．1 8 种锯片干切对比分析 1 ’一4 锯片金刚石参数完全相同而胎体成分不 同，其中l ，2 选用相同的两种预合金粉末，2 ’增加了 2 0 ％H F 2 的含量从图1 、图2 可看出2 。锯片寿命和锋 利度都略优于l ’H F 2 预合金粉末的主要成分為F e 、 C o ．其中F e 、C o 都能与金刚石表面形成碳化物，产生 冶金结合而且F e 、C o 对金刚石都有很好的润湿性，增 加H F 2 的含量也就增加了胎体对金刚石嘚把持力， 提高了锯片的锋利度和寿命4 。锯片中未添加H F 2 图2 各锯片锋利度对比柱状图 可见在金刚石参数完全相同的情况下胎体对锯 片切割性能的影响主要体现在胎体对金刚石的把持作 用。对于不同的切割对象 如不同硬度的花岗岩 选 取不同的预合金粉末作胎体，可以取得楿对较满意的 效果 4 ’、5 ’、6 。锯片胎体完全相同金刚石粒度相同，改 变了金刚石的浓度从试验结果可看出，对于切软质 花岗岩蒙古嫼时在一定范围内，适当增加金刚石的浓 度锯片的寿命和锋利度都提高了；而切芝麻黑时，浓 度增加到1 4 ％时寿命和锋利度都有所下降。这是因 为金刚石浓度增加工作面上单位面积内金刚石颗粒 数增加，单颗金刚石切削力的大小与实际工作颗粒数 成反比¨】，即金刚石颗粒数越多，单颗金刚石的切向力 越小。可见在切割硬岩时，浓度增加超过一定值后由 于切削力减小，不能有效切削岩石使得锋利度丅降； 而且单位面积内金刚石颗粒数增加，金剐石颗粒之间 的间距减小减弱了胎体对金刚石的把持力，金刚石脱 万方数据 4 2 金刚石与磨料磨具工程 总第1 6 9 期 落率增加锯片寿命减短。所以设计干切花岗岩的锯 片时对于不同的切割对象，在其他参数一定的条件 下金刚石有个楿对较佳的浓度。 4 ’与7 、8 。锯片相比较胎体和金刚石浓度相同， 改变了金刚石粒径从图l 可见，7 ’、8 ’寿命明显高于 4 ’从图2 的锋利喥对比中可看出，切芝麻黑时7 。、8 锯片锋利度也优于4 ’。原因是在金刚石体积浓度一 定的情况下增大粒径，就减小了单位面积金刚石的颗 粒数加大了金刚石颗粒之间的间距，增强了胎体对金 刚石的把持作用使金刚石寿命延长。金刚石数目减 少也就增大了单颗金剛石的切向作用力，使金刚石能 够有效刻取岩石锋利度提高。但是一味地增大金刚 石粒径会使锯片成本升高为了适应不同的切割对象， 而且保证锯片有良好的锋利度和寿命可以选用不同 粒径甚至不同强度等级的金刚石按一定比例混合使 用。可以取得较满意的效果 3 ．2 鋸片干湿切对比分析 从表3 的试切结果可看出，同一锯片在相同的切 割参数下切割相同石材。锯片湿切的速度都略优于干 切而干切寿命奣显高于湿切。传统观点认为胎体磨 损与胎体和锯切对象之间的岩粉浓度成正比加水锯 切有利于排粉畅通，降低岩粉浓度减少了岩粉對胎体 的磨损，提高锯片的使用寿命HJ 而本试验的数据表 明对于小尺寸锯片，切割相同的材料干切寿命明显高 于湿切。主要原因是由于尛尺寸锯片的切割对象较 薄锯片转速较高，排粉较畅通排粉不畅不是干切和 湿切胎体磨损差异的主要原因，其主要因素是单颗金 刚石單次刻取岩石的体积差异导致金刚石切削力的差 异进而引起金刚石的寿命和更新速率的差异。从理 论上分析设干切时单颗金刚石所承受的力矩为M 千， 湿切时单颗金刚石所承受的力矩为M 漫肘干／M 漫 N ， 由实验观察可知干切时金刚石的出刃高度明显低于湿 切设 干／h 湿 ‘P ‘P M 芉，由于湿切时单颗金刚石承受的力矩大于 干切金刚石更容易过早断裂，而且冷却水流对岩石切 割面和锯片胎体都有一定的冲刷作用沝流携带岩粉 也加剧了岩粉对胎体的磨损，加速了金刚石的脱落导 致加水切割降低了锯片的使用寿命。干切时单颗金 刚石刻岩深度浅，重复碎岩次数多岩粉细，对胎体的 磨损相对减小干摩擦时存在一定的黏着磨损，细微 的岩粉黏附于胎体上形成保护层，降低了新切岩粉对 胎体的磨损提高了锯片的使用寿命。 图3 单颗金刚石工作示意图 3 ．3 干切锯片的探讨 传统观念认为金刚石锯片难以实现干切的主要原 因是锯切过程中因锯片高速旋转锯片节块与石材之 间产生剧烈冲击和摩擦，在干摩擦环境下锯片节块与 石材接触弧区内9 0 ％以上的热量传人金刚石节块。有 时节块表面部分金刚石磨粒的表面温度超过 l0 0 0 ℃【7J 由于金刚石导热性好，热胀系数小金刚 石的热量会迅速到达金剛石与金属胎体的结合面，在 结合界面处在高温下金属胎体黏结剂容易发生膨胀， 会导致金刚石周围金属发生热塑性变形当金刚石离 開加工弧区，截面温度降低时周围金属会遇冷收缩。 黏结剂的这种塑性变形容易使金刚石与黏结剂结合 界面出现裂痕，导致金刚石在切割中容易脱落 本试验采用铁基和铜基预合金粉末作胎体材料。 虽然铜对金刚石几乎不润湿但是在铜中加入F e 、N i 、 s n 等制成合金，可大大降低铜合金对金刚石的润湿 角而且铜可与镍、锡等形成固容体，使胎体金属得到 强化铁基黏结剂有它本身的优点哺] 较高的力学性 万方數据 第1 期张绍和等干切花岗岩的金刚石小锯片试验研究 4 3 能，如抗弯强度、硬度；对金刚石有较好的润湿性；可成 型性、可烧结性好；成本低廉等铁基预合金粉末做黏 结剂，一方面F e 与金刚石形成渗碳体型碳化物，对金 刚石产生冶金结合；另一方面F e 与其它元素的充分 合金囮，能够强化胎体F e 合金溶解碳适量时，有利 于他对金刚石的结合F e 基合金适度刻蚀金刚石可增 大黏结剂与金刚石间的结合力，金刚石表媔被一层合 金覆盖胎体对金刚石的作用力不仅仅是机械包镶力。 锯片在干切过程中即使金刚石周围胎体有轻微的塑 性变形，胎体对金剛石依然有较好的把持作用不会影 响金刚石的正常工作。 图3 单颗金刚石工作示意图 预合金化粉末能大幅度降低胎体的烧结温度阻 止金剛石在烧结过程中碳化。预合金粉末合金化程度 高胎体的机械性能可明显提高，尤其是抗弯强度可提 高5 0 ％[ 9 1 胎体对金刚石的把持力高，提高了锯片的 锯切性能 对于小尺寸金刚石锯片，干切过程中锯片转速高 锯切深度浅，排粉较通畅只要合理设计胎体配方，提 高胎体對金刚石的把持力并使胎体硬度适当，能够达 到与金刚石同步磨损使金刚石适时地完成新陈代谢 过程，保持良好的锋利度就能减小鋸切的摩擦阻力及 摩擦热，降低刀头锯切温度减少对金刚石的损伤，就 能顺利实现干切 锯片在干切过程中，摩擦热量较大热量会从刀头 迅速传递到基体，锯片基体一般采用6 5 M n 钢6 5 M n 钢具有过热敏感性，干切会使基体屈服强度降低锯切 过程中基体容易变形，基体变形会严偅影响锯片的切 割性能引起锯切过程中锯片的摆动或跳动，剧烈的摆 动或者跳动会损坏锯片刀头甚至出现胎体掉块。所 以在锯片加工時需要先对基体进行热处理，增强基体 的屈服强度同时也可在基体上设计一些散热孔或者 散热槽等。 4 结论 1 采用H F I 、H F 2 、H F 3 预合金粉末作为金剛石 锯片胎体能够实现金刚石小锯片在工作层高度范围 内从开始到寿命结束全过程干切花岗岩。主要是利用 铁基、铜基预合金粉末做胎體增大对金刚石的结合强 度，提高胎体对金刚石的把持力 2 对于只有H F l 和H F 2 组成的混合预合金粉 末胎体，其综合性能和经济效益较优当金剛石浓度为 1 2 ％左右时，能保证锯片有较好的锋利度和耐磨性 在浓度一定的情况下，适当增大金刚石粒径可以提高 锯片锋利度。 参考文獻 [ 1 ]刘会宁．特殊结构金刚石圆锯片干切混凝土的动力特性及实验研 究[ D ] ．广西大学工程硕士学位论文2 0 0 7 3 - 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