兩種冷壓方式對金剛石串珠及其切割效率的影響

莫 睿, 張 俊, 鐘 帥

(1.桂林特邦新材料有限公司 ,廣西 桂林 541004;2.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司 廣西超硬材料重點實驗室，廣西 桂林 541004;3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司 國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西 桂林 541004)

1 簡介

金剛石串珠繩鋸生產中，串珠的冷壓工序是非常重要的環節。串珠冷壓是指將金屬粉末與金剛石顆?；旌辖M成的粉末，在常溫下壓制為串珠冷壓坯的過程[1]。由于金剛石工具的特殊性，金剛石分布對金剛石串珠繩鋸的性能有決定性影響，而冷壓是決定金剛石分布的最后一道工序，對最終產品的性能起著決定性作用，后道工序不能再對金剛石的分布變化產生影響，對金剛石在金剛石串珠胎體中的分布起著“把關”作用。隨著國內金剛石串珠繩鋸工具生產線上自動化程度的大幅提高[2-3]，金剛石串珠冷壓生產形式的變化使得生產工藝參數隨之變化[3-4]，而對金剛石分布變化的研究較少。

金剛石數量對金剛石工具制品的性能起著非常重要的作用[5]，而金剛石串珠繩鋸在工作過程中直徑不斷減小，其金剛石數量也隨之變化。

本次實驗通過使用兩種冷壓方式下生產的金剛石串珠做成花崗巖礦山繩鋸，對花崗巖礦山進行切割，研究金剛石數量隨金剛石串珠直徑縮小而產生的變化，并統計金剛石數量變化與繩鋸切割效率之間的變化，探索兩種冷壓方式對金剛石分布數量隨串珠直徑變化和花崗巖切割效率的影響。

2 實驗

2.1 實驗原料

采用W15A2金剛石串珠結合劑配方粉料，采用三維混料機混大料8小時后，加入添加劑，質量分數0.5%，然后添加金剛石混合50分鐘。

2.2 實驗串珠規格

實驗串珠規格：外徑：Φ12.2mm，基體外徑：Φ8mm，高6.4mm；

實驗串珠重量：3.61g；

實驗繩鋸規格：每米串珠數量40粒，每種樣品總長度50m；

實驗切割花崗巖：五蓮花；

實驗切割使用功率：55kW；

實驗切割量：100m2/刀。

2.3 生產工藝

冷壓方式：半自動冷壓，全自動冷壓。

燒結溫度及壓力：860℃，25MPa；

2.4 實驗方式

將同一批次混合出來的W15A2金剛石串珠配方結合劑粉料，分別使用半自動冷壓與全自動冷壓按指定重量進行冷壓壓制，使用相同的燒結工藝燒結成串珠，各自制作50m礦山繩鋸，使用55kW的繩鋸機將繩鋸分別對五蓮花花崗巖進行切割。

在金剛石串珠制作過程中，將兩種方式冷壓出來的串珠，進行打磨，直徑每打磨0.6mm后分別記錄其表面金剛石數量。主要比對前5層金剛石。

繩鋸切割礦石時，每次切割記錄其切割效率，單位為m2/h。

3 結果與討論

3.1 金剛石串珠外觀對比

兩種冷壓方式制作出來的串珠繩鋸初開刃時候就可以看出，兩者表面金剛石的分布明顯不同，如圖1到圖4。

圖1 半自動冷壓串珠繩鋸外觀Fig.1 Appearance of semi-automatic cold pressed bead wire saw

圖2 半自動冷壓串珠金剛石狀況Fig.2 Surface diamond condition of semi-automatic cold pressed beads

圖3 全自動冷壓串珠繩鋸外觀Fig.3 Appearance of fully automatic cold-pressed bead wire saw

圖4 全自動冷壓串珠金剛石狀況Fig.4 Condition of fully automatic cold pressed bead diamond

可以看出，剛開刃時，全自動冷壓出來的金剛石串珠表面的金剛石密度，遠大于半自動冷壓串珠的表面金剛石密度，說明冷壓工序中不同設備對粉料存在不同的處理方式，使粉料輸送的條件發生變化，影響了金剛石在輸送過程中的運動軌跡，造成了金剛石在串珠胎體內部的分布產生變化，冷壓并燒結成型后其金剛石的分布呈現出明顯不同。

3.2 不同直徑下金剛石串珠表面金剛石顆粒數變化

對兩種冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數量進行比對，金剛石數量結果見表1和表2。

表1 半自動冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數量Table 1 The number of diamonds on the surface of diamond beads of different diameters under semi-automatic

表2 全自動冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數量Table 2 The number of diamonds on the surface of diamond beads of different diameters in the fully automatic

通過表1和表2可以看出，兩種冷壓方式生產的金剛石串珠，在不同直徑下金剛石數量有明顯變化。

全自動冷壓的金剛石串珠前3層的金剛石總數量明顯大于半自動冷壓串珠的金剛石數量，但第4和第5層的總數量比半自動冷壓串珠多出的數量和百分比均明顯下降。而半自動冷壓串珠的金剛石數量在第2層最高，之后緩慢下降；全自動冷壓串珠的金剛石數量在第1層最高，第2層金剛石數量開始下降，第3和第4層金剛石數量下降的最快，第5層下降趨緩。

對比金剛石出露數量，其變化趨勢基本和金剛石總數相當，但到了第4和第5層，全自動冷壓串珠的出露金剛石數量趨同于半自動冷壓串珠的金剛石出露數量。

3.3 兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率變化對比

兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率結果見表3。

表3 兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率Table 3 The efficiency of diamond wire saw to cut granite under two cold pressing methods

可以看到，兩種冷壓方式制作的金剛石串珠繩鋸切割花崗巖，第1次的效率最低，然后不斷提高，直至趨于穩定。

半自動冷壓串珠繩鋸的切割第1次切割9.4m2/h就達到了最高效率11.3m2/h的83%，到了第3次后效率基本保持在最高范圍，而全自動冷壓串珠繩鋸，在第1次切割時，效率5.5m2/h明顯低于半自動冷壓串珠繩鋸，只到同期半自動冷壓效率的58%，最高效率的49%，直到第4次切割，效率10.9m2/h才接近于半自動冷壓串珠繩鋸，達到96%，從第5次及其后效率達到半自動冷壓串珠繩鋸水平。

3.4 金剛石數量和花崗巖切割效率

通過以上數據可以看出，如果金剛石數量——尤其是出露金剛石數量過多，如出露金剛石在200以上時，數量越多，對金剛石繩鋸的切割效率下降影響就越大，而出露金剛石在200以下時，金剛石繩鋸的切割效率會維持在一個較高范圍內波動，總體效率基本達到其最高效率的90%以上。

4 結論分析

(1)不同冷壓方式生產的金剛石串珠，相同直徑下金剛石數量有較大差異，而隨串珠直徑變化，其金剛石數量變化趨勢也有明顯不同；

(2)外層的全自動冷壓串珠表面金剛石數量明顯比相同直徑的半自動冷壓串珠表面金剛石數量多，隨著串珠直徑的減小，兩者表面金剛石數量趨向相同；

(3)金剛石串珠表面金剛石過多，會大大降低金剛石串珠繩鋸的切割效率；

(4)金剛石串珠表面金剛石，尤其是出露金剛石下降到一定數量后，金剛石串珠繩鋸的切割效率會保持在一定的范圍不變。

5 展望

隨著串珠全自動冷壓技術在金剛石串珠和繩鋸生產企業中得以迅速推廣應用，進一步提升了金剛石串珠生產的自動化程度，而由于自動化生產的方式與傳統生產方式相比較，在工序流程、模具結構、粉料輸送方式上有較大差異，使得串珠性能上產生區別。隨著自動化生產設備在不斷改進，其對最終產品的性能影響仍然處于摸索階段，有極大的改進空間。

本文僅就全自動冷壓與傳統串珠生產方式對金剛石分布數量隨串珠直徑變化和花崗巖切割效率影響的不同做了粗略探索，而自動化生產工藝對金剛石串珠繩鋸的性能影響這個課題涉及方方面面，在這個非常廣闊的空間里仍存在大量問題，有待行業同仁們共同研究解決，對金剛石串珠繩鋸生產進一步自動化進行基礎性研究，為推進整個金剛石工具行業進行產業升級盡一份綿薄之力。