金剛石鋸片自動壓機壓制裂紋的解決方法

張翠芳,彭乃聰,張健旺,張智強

(河北小蜜蜂工具集團有限公司，石家莊 050800)

近年來國內金剛石鋸片全(半)自動壓機的技術水平快速提升，其自動化程度高、生產效率高，解決了以往金剛石鋸片生產中冷壓環(huán)節(jié)需要大量人工的問題；同時設備可以進行多種金剛石圓鋸片的生產，如節(jié)塊式鋸片、連續(xù)齒鋸片、波紋片、超薄鋸片、異型齒鋸片等，尤其是異型齒鋸片，采用自動壓機后，解決了手動壓制時投料、脫模等對操作者水平要求較高的問題，產品質量穩(wěn)定性和生產效率大大提高；從壓制規(guī)格方面，目前主流的半自動壓機噸位主要有100T、200T，能夠完成Φ(105～150)規(guī)格鋸片的生產。全自動壓機根據(jù)其壓機自身噸位的不同，最大能夠完成Φ400mm外徑鋸片的壓制，大大降低了手動壓制的難度，減輕了操作者的勞動強度。由于以上原因，全(半)自動壓機短短幾年便在行業(yè)內得到廣泛應用，發(fā)展十分迅猛。

我公司作為國內專業(yè)的金剛石圓鋸片生產廠家，自始至終關注著行業(yè)設備的發(fā)展動態(tài)，目前半自動、全自動壓機均在使用。在使用中我們發(fā)現(xiàn)，半自動、全自動壓機在鋸片壓制過程中，由于采用的是容積式投料、先投料后放置基體的方法，鋸片會產生壓制裂紋，這是造成產品不合格的主要原因。不僅影響了壓制工序合格率，還會導致產品燒結裂紋的產生，造成進一步的損失。本文結合公司生產中遇到的問題，主要從粉料、工藝參數(shù)、工裝設備等方面，探討降低裂紋產生和比例的解決方案。

1 問題分析

采用全(半)自動壓機壓制金剛石鋸片時，經(jīng)常出現(xiàn)齒根(刀頭與基體長城齒接觸部位)部位橫向裂紋(圖1、圖2)、節(jié)塊式鋸片水口處的豎向裂紋(圖3)，導致產品壓制合格率低，浪費原材料，影響生產進度。

根據(jù)公司多年的鋸片生產經(jīng)驗，我們分析產生壓制裂紋的主要因素有以下幾個方面：

首先是壓機自身壓制過程的影響，下面為傳統(tǒng)人工壓制與全(半)自動壓機壓制的流程對比：

人工壓制：形成料腔—裝基體—投料—刮料—裝上壓模—壓制

全(半)自動壓制：形成料腔—投料(刮料)—裝基體—上壓模下行—壓制

圖1 橫向裂紋 圖2 橫向裂紋 圖3 豎向裂紋Fig.1 Transverse cracks Fig.2 Transverse cracksFig.3 Vertical cracks

由于全(半)自動壓制采用的是料腔布料后基體下行進入料腔的工藝，極易出現(xiàn)基體上面齒根處料少的現(xiàn)象，進而導致出現(xiàn)壓制裂紋或燒結后齒根裂紋、齒根處收縮大開刃困難等問題。而人工壓制采用先放基體后投料的工序，同時刮料時可向齒根處收料，所以很少會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

其次就是粉料自身物理性能、工藝參數(shù)的選擇、模具安裝及使用中的磨損等方面的影響。由于壓機壓制過程目前無法改變，因此本文重點針對后幾方面的影響進行分析并探討解決方案。

2 試驗設備

試驗鋸片：波紋片、節(jié)塊式鋸片、連續(xù)齒鋸片、超薄瓷磚片；

試驗設備：全自動壓機(型號HNBR-250)、半自動壓機(型號CXJ200A)，設備圖片見圖4、圖5。

3 試驗與分析

3.1 粉料的影響

影響壓制過程的粉料性能主要包括粉料成型性、流動性等。粉末成型性與粉末顆粒形狀和結構、粉末的硬度、粉末氧含量等有關。一般情況硬度低、形狀不規(guī)則的粉末，壓緊后顆粒的粘結性增強，成型性好；粉料存放時間較長，存放不當，易導致表面氧化，一般都會較正常狀態(tài)偏硬，壓制時壓力會偏大，壓坯易出現(xiàn)裂紋。粉末流動性與其粒度、分布、形狀等有很大關系，粉末顆粒愈大，顆粒形狀愈規(guī)則(對軸性好)，粉末的流動性愈好，越易于填充模腔，使壓坯的密度分布均勻。而形狀復雜的的粉末，容易產生拱橋現(xiàn)象，填充模腔困難；粉末越細，流動性越差。流動性直接影響粉末對模具邊角的填充情況，流動性不好的粉末易出現(xiàn)邊角料虛、掉邊、掉角等問題。粉末成型性與流動性對壓制的影響有一定的矛盾，形狀復雜的粉末流動性差，填充性差，易出現(xiàn)密度不均現(xiàn)象，但其壓制過程中接觸面積大，壓制成型性好；而球形粉末流動性好，填充性很好，不易出現(xiàn)密度不均現(xiàn)象，但壓制時接觸面小，成型性較差。因此我們在實際解決問題的過程中，應注意將二者綜合考慮，出現(xiàn)問題時應具體分析并進行適當?shù)恼{整[1]。

圖4 全自動壓機 圖5 半自動壓機Fig.4 Automatic press Fig.5 Semi-automatic machine press machine

隨著預合金粉的推廣，越來越多的產品開始使用。但受水霧化預合金粉形狀的影響，其含量高低對粉末成型性有較大的影響[2-5]，表1、表2為我公司采用國內某公司水霧化預合金粉的配方壓制廢品率統(tǒng)計(回收料為壓制廢品)，其中FP1258配方合金粉比例為40%，壓制過程中出現(xiàn)齒裂的比例較大，廢品率偏高，F(xiàn)P1751調整后合金粉比例降低為20%，廢品率有明顯下降。

表1 FP1258廢品率情況Table 1 FP1258 powder scrap rate

表2 FP1751廢品率情況Table 2 FP1751 powder scrap rate

從圖6及表1、表2中可以看出，合金粉比例對其壓制成型性有較大影響，因此在不采用制粒工藝的情況下，設計配方時應充分考慮合金粉的影響，建議節(jié)塊式、連續(xù)齒式鋸片，其水霧化預合金粉比例控制在20%～50%(根據(jù)合金粉不同)左右，產品才能夠順利完成壓制成型。超薄波紋片產品，由于其產品投料少，刀頭壓制厚度薄，側隙小，對粉料成型性要求更高，其預合金粉比例控制在20%～30%，產品才能夠順利完成壓制成型。

圖6 廢品率對比圖Fig.6 Scrap rate comparison chart

配方確定后，原材料粉末的質量穩(wěn)定性也是不容忽視的，原材料質量的經(jīng)常波動也會對鋸片的壓制成型性造成很大的影響。圖7、圖8為我公司2014年～2015年7月對某霧化預合金粉粒度、松裝密度的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結合同期生產廢品率統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)當其D50值偏小，松比較高時，壓制廢品率明顯上升。因此，加強原材料質量的穩(wěn)定性也是減少壓制廢品率的一個重要環(huán)節(jié)。

圖7 預合金粉末D50粒度變化圖Fig.7 Pre-alloyed powder D50 particle size variation diagram

圖8 預合金粉末松裝密度變化圖Fig.8 Density variation of pre-alloyed powder

3.2 工藝參數(shù)的影響

3.2.1 混料工藝參數(shù)的影響

混料的目的是使金剛石與結合劑(各種金屬粉末等)進行充分混合，使其均勻分布，避免出現(xiàn)偏析。而這種均勻性與混料時間密切相關，混料時間過短，混合不充分，產品質量不穩(wěn)定。混料時間過長，其均勻性并不能相應提高，不僅浪費時間與能源，同時還會使一些粉末的形狀發(fā)生變化，如電解粉末的樹枝狀形態(tài)會遭到破壞，從而降低粉料的成型性。在壓制連續(xù)齒型產品時，要求粉料的壓制成型性更高，建議適當縮短混料時間1/3～1/2(與節(jié)塊式鋸片用粉料對比)，以此保持粉末形狀的完整性，提高壓制的成型性。

潤濕劑主要作用是使金剛石與結合劑之間混合均勻，不因二者之間的密度差異產生偏析[6]。而潤濕劑加入量會對粉末的流動性產生一定的影響，潤濕劑加入過多，會導致粉料流動性變差，進而導致壓制鋸片刀頭密度不勻、裂紋、掉角的產生。尤其是夏季，空氣相對濕度較大，對粉料流動性影響比較明顯，壓機下料管內的粉料不能均勻流動，也會影響刀頭布料的均勻性，造成裂紋。

我公司2015年開始進行潤濕劑加入量試驗，通過試驗摸索，對潤濕劑的加入按表3中的規(guī)定執(zhí)行，持續(xù)改進后效果明顯，廢品率有明顯下降(見圖9)。

表3 潤濕劑加入量Table 3 The amount of wetting agent

圖9 同期廢品率對比Fig.9 Comparison of scrap rate in same term

另外對于連續(xù)齒鋸片，尤其是高刀頭(12～15mm)鋸片，也可適當降低潤濕劑含量，以提高粉料的流動性，進而提高壓制成型性。

3.2.2 壓制工藝參數(shù)的影響

壓制工藝參數(shù)是產品順利壓制生產的保障，合理的選擇工藝參數(shù)才能保證產品壓制合格率。

3.2.2.1 料重及側隙

由于上面分析的壓機壓制過程的影響，半(全)自動壓機壓制鋸片時，普遍會出現(xiàn)上面齒根處料少、料虛的現(xiàn)象。因此除了改善粉料流動性外，通過生產實踐，建議采用自動壓機的產品料重，比手動壓制料重增加4%～6%左右(根據(jù)規(guī)格、刀頭高度等不同)，以普通Φ114干片為例，大致增加2～3g投料，由此來增加壓制產品的側隙、壓制密度，減少裂紋、齒根收縮重等現(xiàn)象的產生。對節(jié)塊式鋸片，單齒料重的偏差也要注意控制，單齒料重差別較大，也會使部分齒投料嚴重不足，出現(xiàn)壓制或燒結裂紋，一般要求控制在0.4～0.6g/單個刀頭(根據(jù)刀頭高度不同)，可以在一定程度上保證粉料的均勻性。同時料斗中要及時添加粉料，防止因料斗中粉料偏少造成的料重偏少而產生裂紋。

刮料主要是為了保證粉料分布的均勻性，全自動壓機，建議正/反攪拌時間2s；半自動壓機，建議正/反轉2周，以提高粉料刮料的均勻性。

針對壓制鋸片上面容易出現(xiàn)粉料偏少、裂紋問題，在壓制時，可以適當調整模具位置，使鋸片上面的側隙略偏大，這也可以在一定程度上減少壓制裂紋的出現(xiàn)。

3.2.2.2 壓力及保壓時間

壓制壓力與保壓時間對產品壓制過程也有較大影響，壓力過大或過小都有可能導致壓制裂紋出現(xiàn)。保壓一定時間，使壓力傳遞更充分，有利于壓坯各部分的密度分布，同時使粉末空隙中的空氣有足夠的時間逸出，給以粉末之間機械嚙合和變形時間。對于成型性較差、形狀復雜或大規(guī)格產品，一般可以再適當增加5～15T壓力，保壓0.5～1s，以提高刀頭的壓實密度，減少裂紋的產生。

3.3 工裝模具及設備的影響

3.3.1 基體長城齒型式的影響

通過生產實踐，我們發(fā)現(xiàn)鋸片基體牙的型式對產品壓制裂紋也有一定的影響。基體如果長城齒過密(圖10)，會影響粉料的流動、翻轉，導致齒根部位粉料少，造成裂紋。因此，需要適當控制基體長城齒的數(shù)量(圖11)。

圖10 長城齒過密 圖11 長城齒適當Fig.10 160 teeth Fig.11 86 teeth(the same specification) (the same specification)

3.3.2 模具的影響

模具安裝時，需注意平整度的調整，防止因料腔布料的不均勻，進而出現(xiàn)產品壓制厚度的薄厚不一，再進一步導致裂紋的產生。

自動及半自動壓機使用的鋸片壓制模具，壓制過程中粉料中金剛石對上壓模及陰模的磨損情況尤為明顯。模具使用一段時間后，由于磨損導致陰模與上壓模配合變大，鋸片會產生壓制毛邊(刀頭側刃高出的部分)，毛邊過大，影響壓制壓力不均勻，容易造成鋸片刀頭裂紋的產生。因此模具在出現(xiàn)壓制毛邊后，節(jié)塊式及連續(xù)齒式模具，需要及時修模。目前，我公司控制的產品壓制毛邊高度≤0.2mm。節(jié)塊式鋸片模具，水口位置劃傷后，容易出現(xiàn)邊角粉料密度低的問題，因此，要注意觀察模具的磨損程度。一段時間后，可以將陰模翻轉使用，以提高模具使用壽命。

當前熱壓波紋片市場需求量越來越大，12～15mm高刀頭波紋齒產品越來越多，這對壓制模具的要求也較高。采用自動壓機，壓力大，容易出現(xiàn)模具刀頭黏料及齒根部位黏料的問題。模具黏料部位，壓制鋸片的厚度偏薄，料偏少，容易出現(xiàn)壓制裂紋，甚至燒結裂紋。因此，在壓制過程中，要及時清理壓模上的黏料。

3.3.3 設備的影響

設備的運行狀態(tài)在一定程度上也影響著產品壓制的效果。設備需要控制油溫，尤其是在夏季，室溫較高，散熱慢，油溫高，則會導致壓力波動，由此造成壓制裂紋的產生。必須做好循環(huán)水的控制，有效降低油溫。

刮料板使用一段時間后會產生磨損，導致刮料不勻，進而引起壓制裂紋的產生。因此，應注意刮料板的檢修，要求刮料板完整、平整，保證模腔刮料均勻。

4 結論

(1)對于全(半)自動壓機壓制中出現(xiàn)的裂紋，除設備自身運行因素外，粉料自身的成型性、流動性等是最主要的因素，應在配方設計時予以充分的考慮；設計定型后應嚴格控制粉料采購的質量，保持粉末粒度、松裝密度的穩(wěn)定性，可以提高產品的壓制性能。

(2)工藝參數(shù)對壓制裂紋的出現(xiàn)影響是多方面的，應根據(jù)實際情況，調整混料、壓制時的工藝參數(shù)，避免或減少壓制裂紋的出現(xiàn)。

(3)設備的運行狀態(tài)對壓制裂紋的出現(xiàn)也有一定的影響，應根據(jù)實際使用情況做出相應調整，保證設備的正常穩(wěn)定運行.

(4)對在使用的工裝模具應及時修整或適時報廢，避免出現(xiàn)批量壓制廢品。