金剛石有序排列技術在大功率馬路鋸片上的應用

徐良,劉一波,羅曉麗,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰鋼研超硬材料制品有限責任公司,北京 102200)

金剛石有序排列技術在大功率馬路鋸片上的應用

徐良,劉一波,羅曉麗,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰鋼研超硬材料制品有限責任公司,北京 102200)

金剛石有序排列能很好地提高鋸片的鋒利性、增加壽命,尤其在大功率馬路鋸片的應用上,更能體現其優越性。文章簡單分析了鋸片有序排列金剛石的工作機理,并就公司生產的金剛石有序排列鋸片、常規鋸片和國外某公司的有序排列鋸片用26k W的大功率切割機做了切割水泥地面的實驗。實驗結果表明:在切割速度方面,公司生產的有序排列鋸片較常規鋸片提高了一倍,較國外有序排列鋸片提高了33%;在使用壽命方面,有序排列鋸片較常規鋸片提高45%,但比國外的有序排列鋸片降低了10%。

大功率馬路鋸片;金剛石;有序排列;切割速度;壽命

大功率馬路鋸片屬于鋸切行業的專用鋸片,適用于26k W以上的大功率切割機,主要用于水泥路面、瀝青路面以及生水泥等的切割。根據切割機功率的不同,鋸片的尺寸也有相應的變化,一般功率越大,鋸片的外徑和厚度也要相應的增加。

由于大功率切割機的功率大、轉速快,對鋸片的切割效率、使用壽命和加工精度提出了更高的要求。傳統的金剛石鋸片的刀頭制造工藝中,基本上是采用金剛石和金屬粉末混合、制粒、成型、燒結等幾個步驟,金剛石在胎體中是隨機分布的,很容易產生堆積和偏析,造成在金剛石堆積區胎體對金剛石的把持力不夠而脫落,而在金剛石稀少區又會由于過大的荷載造成金剛石的非正常破碎而脫落。金剛石在鋸片刀頭中有序排列的設計,使得上述影響金剛石工具性能的問題得到初步解決,可以使同一平面上的每一粒金剛石在鋸切過程中受到大致相同的荷載[1],金剛石能得到充分有效利用且不易非正常脫落,既能提高鋸切效率,又能延長鋸片壽命[2],因此金剛石有序排列的設計非常適合用于大功率馬路鋸片。

1 金剛石有序排列鋸片工作機理

金剛石有序排列式鋸片通過將金剛石顆粒按預先設計的位置精確分布在刀頭的三維空間里,實現刀頭中每粒金剛石都能均勻有效地執行切割工作,使鋸片切割壽命、切割效率及切割穩定性都大幅提高[3]。該技術的關鍵是控制刀頭頂刃上的金剛石顆粒形成連續的V型切割角(切割角為在15～60度間,見圖1),切割過程中V型前端的兩顆金剛石切割產生的碎屑沖刷V型后端的金剛石,從而使鋸片刀頭上的金剛石快速出刃,因此鋸片就能獲得高的切削速度。

圖1 刀頭頂刃金剛石有序排列示意圖Fig.1 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the top edge of the tool bit

金剛石在刀頭高度方向按一定間距逐層分布,當前一列的金剛石出刃高度達到金剛石粒徑的1/3時,下一列的金剛石開始出刃,由此逐行類推,見圖2,使胎體對上一列金剛石的包鑲面起到保護作用,延遲了金剛石的失效,如此循環,直至刀頭高度方向最后一層金剛石消耗完畢,由此自始自終保持刀頭的鋒利度,同時獲得長的切割壽命。金剛石在刀頭中的可控式均勻分布使鋸片在整個切割過程中都保持高的切割效率和穩定性,因此切割能耗及切割噪音都大大降低。

圖2 刀頭側刃金剛石有序排列示意圖Fig.2 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the side edge of the tool bit

可以根據不同切割設備和切割對象,合理設計與調節刀頭中金剛石的品級、濃度、粒度、間距,同時應用預合金粉末提高胎體對金剛石的把持力,最終使鋸片性能滿足客戶的特定要求。

2 金剛石有序排列大功率馬路鋸片的制備

2.1 金剛石有序排列工藝

(1)將預合金胎體粉末和金剛石分別制粒,并將其分別裝入自動冷壓機的料車中,使預合金胎體粉末和金剛石分開進料,從而壓制出含金剛石有序排列的薄壓坯;

(2)將薄壓坯按預先設定的組合模式組合成含多層有序排列的結構形式,且在一個刀頭中至少有兩種不同金剛石排列形式的薄壓坯;

(3)將多層結構的刀頭壓坯手動復壓成刀頭形式,最后將石墨組框后的刀頭放入真空爐熱壓燒結,形成金剛石有序排列式刀頭,如圖3所示。

圖3 金剛石有序排列刀頭Fig.3 tool bit of ordered arrangment of diamond

2.2 鋸片制備

有序排列大功率馬路鋸片的制備工藝流程如下:

預合金胎體制粒—金剛石包覆制粒[4]—均布工藝壓坯成型—壓坯組和復壓—石墨組框—真空熱壓燒結—刀頭—激光焊接—開刃—后處理—成品。

3 實驗過程與結果

3.1 鋸片參數

實驗所用鋸片為直徑Φ614mm本公司生產的均布鋸片GY-PDA600、常規鋸片GY-600和國外某公司均布鋸片SH-600,三種鋸片的刀頭規格均為12mm×4mm×40mm,金剛石濃度為30%,粒度為30/40#,其中GY-PDA600和SH-600均為七層薄壓坯組成的三明治刀頭。

3.2 實驗條件

試驗用切割設備為K950馬路切割機,功率26k W,轉速3000r/min;切割對象為C45水泥地面,切深100mm,切長5m,用3種鋸片分別對水泥地面切割6次,記錄實驗數據。

3.3 實驗結果及分析

圖4為三種鋸片的切割速度對比,三種鋸片的平均切割速度如圖5所示。

圖4 三種大功率馬路鋸切割速度對比Fig.4 contrast of the cutting speed of 3 types of large power saw blade

切割6次總進尺為30m,測量3種鋸片刀頭的徑向磨損量分別為1mm、1.45mm和0.9mm,按照刀頭工作面高度12mm(按照工作層11mm計算,剩余的1mm高度為底粉層)計算,可以推算出3種鋸片的理論使用壽命,如圖5所示。

圖5 三種鋸片平均切割速度和使用壽命Fig.5 the average cutting speed and service life of 3 types of blades

從圖4和圖5可以看出,有序排列鋸片與同胎體、同金剛石參數的常規鋸片相比,無論是切割速度還是使用壽命都有一定程度的提高,其中切割速度較常規鋸片提高了一倍,使用壽命提高了45%;與國外某公司相同規格的金剛石有序排列鋸片相比,切割效率提高了33%,但使用壽命降低了10%。

切割實驗證明,通過對刀頭中金剛石粒度、濃度、金剛石顆粒間距的合理設計,金剛石與胎體的合理匹配,可使刀頭刃部一層金剛石有效鋸切、磨損、破碎與脫落后,相繼露出新一層金剛石,使金剛石不斷出刃,自始自終保持刀頭的鋒利度與高效鋸切性能,并保證切割的平穩性和連續性。

4 結論

(1)本文簡單介紹了金剛石有序排列鋸片的工作原理,并介紹了鋸片刀頭中實現金剛石有序排列的方法以及大功率鋸片的制備。

(2)將本公司生產的有序排列鋸片、常規鋸片和國外某公司生產的有序排列鋸片進行了切割水泥地面的實驗,實驗結果表明:在切割速度方面,公司生產的有序排列鋸片較常規鋸片提高了一倍,較國外有序排列鋸片提高了33%;在使用壽命方面,有序排列鋸片較常規鋸片提高45%,但比國外的有序排列鋸片降低了10%。

(3)一般來說,鋒利度好的鋸片可節省人力和機器費用,但卻會降低鋸片壽命。相反地,壽命長的鋸片會降低切割速度而節省工具費用,但卻會提高人力和機器費用。為達到經濟上最優的鋸切條件,通過有序排列的應用及對各參數的控制,將會實現在工具壽命和切割速度之間最理想的平衡狀態。

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

[2] 張紹和,楊仙,謝曉紅.金剛石有序排列對鋸片性能的影響[J].粉末冶金技術,2008(6):448-451.

[3] 張紹和,葉宏煜,楊仙.有序排列金剛石鋸片中排列參數的設計[J].金剛石與磨料磨具工程,2008(2):29-32.

[4] 姜榮超.制粒工藝在粉末冶金與金剛石工具中的應用[J].金剛石與磨料磨具工程,2003(2):74-76.

[5] 章兼植.當前金剛石工具制作中的幾個熱點技術[J].珠寶科技, 2002(2):44-46.

The Application of Diamond Ordered Arrangement Technology in Large Power Saw Blade

XU Liang,LIU Yi-bo,LUO Xiao-li,YAO Jiong-bin
(Advanced Technology&Materials Co.,Ltd.Inc,Bei Jing Gang Yan Diamond Products Company,Beijing 102200,China)

The ordered arrangement of diamond can improve the sharpness and increase the service life of the saw blade.The superiority of it is more obvious when applied in large power saw blade.The working mechanism of saw blade of ordered arrangement of diamond has been briefly analyzed and cement floor cutting test has been done by large power cutter of 26k W using saw blade of ordered arrangement of diamond by the company,conventional saw blade and saw blade of ordered arrangement of diamond by an oversea company.Result shows that the cutting speed of the saw blade of ordered arrangement of diamond by the company has been twice faster than the conventional saw blade and improved by 33%compared to that by the oversea company;and the service life of the saw blade of ordered arrangement of diamond by the company has been improved by 45%compared to the conventional saw blade but decreased by 10%compared to that by the oversea company.

high power saw blade;diamond;ordered arrangement;cutting speed;service life

TQ164

A

1673-1433(2015)04-0031-03

2015-06-20

徐良(1981-),男,博士,高級工程師。長期從事超硬材料及制品研究開發工作,先后在全國性學術會議或者學術期刊上發表學術論文10余篇。

徐良,劉一波,羅曉麗,等.金剛石有序排列技術在大功率馬路鋸片上的應用[J].超硬材料工程,2015,27(4):31-33.