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新型金刚石锯片研究

作者 :李东海更新时间:2012-11-1

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(常州轻工职业技术学院,江苏 常州 213164) 摘 要:本文研制开发了一种既锋利又耐磨的新型金刚石锯片,其主要成分为Fe-Ni-Cu,探讨了刀具各成分对产品的使用效率和产品性能的影响,提出通过改变配方中的金属粉比例及金刚石的粒度、强度来调节刀头的锋利性和耐用度。试验结果表明:该锯片的寿命平均提高23%,效率提高32%;在制造成本上,刀头粉料成本下降为原成本的42%,提高了锯片在市场上的竟争力。
关键词:金刚石 锯片 切削效率

1 前言
金刚石圆锯片广泛用于切割天然花岗石。影响锯片使用寿命的因素很多,对确定的花岗石品种,提高锯片性能的关键是锯片耐磨,同时保持锋利性,而锯片刀头性能主要决定于金刚石的数量、目数、品质及其配比和胎体的强度、韧性、耐磨性。
上世纪九十年代锯片刀头多采用钴基胎体。但钴的价格昂贵,所以人们致力于铁、镍代钴的研究。但由于其成形压力大,烧结温度高,保温时间长,工艺过程难以控制等原因,难以实现工业化生产。目前,国内的金刚石锯片生产尚存在不少缺陷[1]。主要表现为切削效率较低、使用寿命较短、锯片质量稳定性较差、综合效益不高。为了降低生产成本、提高生产效率,生产石材的厂家对锯片性能提出了更高的要求,希望能开发出一种既锋利又耐磨的新型锯片。
本实验主要就金刚石锯片刀头铁基胎体研究情况进行探讨。

2 实验部分
2.1 金刚石刀头组成及配比(以质量分数表示)
球墨铸铁粉,300目 35% ~40% 铜粉,300目 30% ~35%
镍粉, 300目 4 % ~8 % 锡粉,200目 5 % ~8 %
碳化钨, 200目 4 % ~6 % 锌粉,200目 3 % ~5 %
金刚石,30/40、50/60粒度、12—14kg级 4 % ~6 %
2.2 生产工艺
按以上配方称取金属粉的重量,添加1%硬脂酸锌后放在塑料盒中搅拌均匀,放入混料机旋转搅拌,转速为6O转/分,运转1小时后取出,放入配制的金刚石再运转半小时,取出料粉;称取一定重量以上粉料于石墨模具中,将模具放到热压机上780℃~840℃加压成型,同时充氮保护;取下模框放空气中冷至室温,脱模[2]。
2.3 性能测试
采用万能材料试验机测定其抗弯强度,采用JB一5型冲击试验机测定冲击韧性, 胎体的硬度采用HR一150A型洛氏硬度试验计测定,其耐磨性的测试,系在一定的压力和时间条件下,让胎体与砂轮对磨,然后根据对磨前后胎体的重量差,确定其耐磨性。具体测得其性能如表l所示。

表l 金刚石锯片性能测试
3 结果讨论
3.1 金刚石的选择
金刚石选择分粒度、强度及浓度的选择。粒度粗且单一粒度时,锯片刀头锋利,锯切效率高,但耐用度可能下降[3],金刚石粒度细,则锯片刀头耐用度高,但效率低,为了解决金刚石锯片的寿命和效率问题,在金刚石使用方面,根据粗细金刚石不同的功能分工来进行设计,其中粗颗粒起切削岩石作用,其浓度不高,锯片可实现较高速切割;细颗粒的加入,使金刚颗粒之间的距离变小,大于金刚石间距的砂粒腐蚀不到胎体,减少了砂粒对胎体的磨损,提高了锯片寿命[4]。金刚石强度是保证切割性能的重要指标,过高的强度,会使晶体不易破碎,锋利度下降,而强度不够时,受冲击后易破碎。在一定范围内,当金刚石浓度由低到高变化时,锯片锋利性和锯切效率逐渐下降,而使用寿命则逐渐延长。通过实验对比最终金刚石选择如表2所示。

表2金刚石选择情况
3.2 烧结工艺条件的选择
由于铁是一种强碳化物形成元素,在高温下能强烈熔蚀金刚石,形成Fe3C,而Fe3C又很不稳定,随着温度的降低,随之发生分解,变成铁和石墨,即通常所说的石墨化,从而影响胎体的性能。为了解决这些问题,在烧结过程中,通入氮气以防止铁的氧化;将铁粉改为羰基铁和铁的预合金粉末[5];此外,添加低熔点元素Sn,使烧结温度降为840℃以下,比普通锯片低50-100℃左右,保温时间降为3-4分钟;为了提高锯片的耐磨性,加入一定量的碳化钨;同时对金刚石表面进行Ni-Cr复合镀膜, 以避免金刚石的石墨化。通过改变烧结工艺条件,有利于减小金刚石高温热损及强度损失,提高锯片寿命及切割效率。
3.3 刀头成份的选择
根据金相学和冶金学原理,胎体合金中的合金组份要能够使金刚石单晶被良好浸润,并通过允许加入的微量元素的作用使合金与金刚石间产生化学键结合,提高金刚石的把持力。故在大量实验研究工作的基础上确定了铁基锯片胎体配方,采用Fe—Ni—Cu合金系作为金刚石锯片刀头胎体合金,因为其主要组分间:Fe—Ni、Cu—Ni可以实现完全互溶,Fe、Ni元素对金刚石有良好的亲合性。通过组分配比的调整,发现Ni在4~8%左右强度与硬度综合性能较好,结果如图1;为降低烧结温度,加入Sn以降低熔点,但Sn超过10%发现硬度和强度急剧下降,实验结果如图2所示,故Sn的加入以5~8%为宜;另外加入碳化钨4~6%左右以提高锯片的耐磨性。
4 结论
基于上述结果与分析,参考实际生产中的经验,以合金系为基础,在有针对性调整组分配比及工艺后,试验制作了性能优异的新型金刚石锯片。通过加入细粒度、低强度的金刚石,加入大量价格便宜的铜粉和球墨铸铁粉,取代价格昂贵的钴粉和镍粉,并加入锡粉和碳化钨,调整生产工艺,降低烧结温度,减小金刚石高温热损及强度损失,提高锯片寿命及切割效率。使得制作的金刚石锯片在使用上,寿命平均提高23% ,效率提高32% ;在制造成本上,由于不采用钴粉,刀头粉料成本下降为原成本的42% ,提高了锯片在市场上的竟争力。

参考文献

[1 ]金戈.我国金刚石锯片的应用前景与发展对策[J].工业金刚石,2002,(2):17-20.
[2] 王秦生.金刚石烧结制品[M].北京:中国标准出版社,2001.
[3] 田先辉,华丽,李宝膺.对优质金刚石切边锯片的分析研究[J].超硬材料工程,2005.17(1)39-41.
[4] 陈建亚.金刚石锯片刀头的成分分析[J].金刚石与磨料磨具工程,2004,(4):57-59.
[5] 隆威.新型优质铁基金刚石锯片的研制与应用[J].金刚石与磨料磨具工程,2002,(4):15-17. 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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