摘要　介紹了金剛石有序排列在鋸片中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)鋸片中金剛石有序排列的方法。采用兩種常規(guī)鋸片和一種有序排列鋸片切割鋼筋混凝土，通過實(shí)驗(yàn)可知：同等條件（同胎體、同金剛石品級(jí)和濃度）下，有序排列金剛石鋸片較常規(guī)鋸片切割速度提高23.6%，使用壽命提高31.5%；不僅如此，有序排列鋸片與同胎體、金剛石濃度高5%的常規(guī)鋸片相比切割速度仍能提高18.8%，壽命提高21.9%；金剛石有序排列鋸片在節(jié)省金剛石用量、減少鋸片成本的基礎(chǔ)上，仍能提高鋸片的效率和壽命，體現(xiàn)了有序排列金剛石鋸片的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞　金剛石鋸片　有序排列　切割速度

　　在傳統(tǒng)金剛石鋸片刀頭的制造工藝中，絕大部分都是采用金剛石包覆制粒和預(yù)合金胎體粉末三維混料工藝，為了預(yù)防金剛石偏析，采用加入浸潤(rùn)劑液體石蠟或蒸餾水等方法，但這都無(wú)法從根本上解決金剛石在胎體中隨機(jī)分布的問題。胎體中隨機(jī)分布的金剛石很容易產(chǎn)生堆積和偏析。在金剛石堆積區(qū)，金剛石得不到有效利用導(dǎo)致浪費(fèi)，特別是零距離多顆粒金剛石由于把持力不牢固，在切削過程中幾乎不工作而自行脫落；在金剛石稀少區(qū)，金剛石濃度過低，單顆粒承受工作載荷大，沖擊力變大，金剛石顆粒受沖擊破碎而過早脫落。韓國(guó)SHINHAN金剛石工業(yè)公司于2004年完成ARIX金剛石自動(dòng)排布系統(tǒng)的研制，可在金剛石刀頭生產(chǎn)中自動(dòng)以最優(yōu)間距均布排列金剛石^[1]。金剛石在鋸片刀頭中有序排列的設(shè)計(jì)，使得上述影響金剛石工具性能的問題得到初步解決，它能保持刀頭中的金剛石連續(xù)自銳和出刃，合理調(diào)節(jié)刀頭中的金剛石參數(shù)和排列模式，能有效提高鋸片的切割性能^[2]。

　　在鋸片刀頭中采用金剛石有序排列的技術(shù)與工藝，可以使金剛石在工具中得到充分有效利用，既能提高鋸片效率，又能延長(zhǎng)工具壽命，同時(shí)可節(jié)約金剛石^[3]，降低生產(chǎn)成本。

1       有序排列金剛石鋸片制備

1.1      實(shí)現(xiàn)金剛石有序排列的工藝

　　（1）       首先加工自動(dòng)冷壓模的上壓頭，在上壓頭頂部分布著預(yù)先設(shè)計(jì)好的點(diǎn)陣小球柱；

　　（2）       將預(yù)合金胎體粉末和金剛石分別制粒，金剛石在包覆制粒過程中，需制成大小均勻的球狀顆粒；

　　（3）       調(diào)整、改造自動(dòng)冷壓機(jī)的程序，將金剛石和胎體粉末分別裝入自動(dòng)冷壓機(jī)的料斗中，實(shí)現(xiàn)胎體粉末和金剛石分別進(jìn)料；

　　（4）       胎體粉末單邊進(jìn)料后，把胎體粉末壓成小薄片，由于上壓頭帶有預(yù)定排列式凸起的球性，因此胎體薄片表面壓有與預(yù)定排列形式相對(duì)應(yīng)的小圓坑；

　　（5）       驅(qū)動(dòng)金剛石料車進(jìn)料，隨后把多余的金剛石刮走，再輕輕復(fù)壓一次，金剛石有序排列式薄壓坯完成成型，如圖1所示。 

圖1　　金剛石有序排列薄壓坯 

1.2      鋸片制備

金剛石有序排列薄壓坯是在型號(hào)為VP-32A-ED的均布機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，組裝薄壓坯在手動(dòng)冷壓機(jī)上復(fù)壓形成刀頭形式，然后放入熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為900℃，壓力25Mpa，保溫時(shí)間3min；最后在激光焊接機(jī)上將刀頭焊接在基體上形成型號(hào)為YX-218C的激光焊接鋸片。

1.3      鋸片參數(shù)

YX-218C鋸片外徑Φ350mm，刀頭規(guī)格為12mmⅹ3.2mmⅹ40mm，如圖2所示，薄壓坯5層；胎體粉末為預(yù)合金粉，金剛石濃度20%（相當(dāng)于金剛石體積分?jǐn)?shù)為5%），粒度35/40。同時(shí)為了做切割對(duì)比試驗(yàn)，制備了與金剛石有序排列鋸片JB－218Ｃ規(guī)格相同（同胎體、同金剛石品級(jí)和濃度）的常規(guī)鋸片ＣＧ－218Ｃ，以及同胎體、同品級(jí)、不同金剛石濃度（25%金剛石濃度，相當(dāng)于體積分?jǐn)?shù)為6.25%）的常規(guī)鋸片ＣＧ－218Ｄ。

圖2　金剛石有序排列刀頭

2       實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

2.1   鋸片試驗(yàn)

試驗(yàn)用切割設(shè)備是型號(hào)Ｋ950的手持鋸，功率4.5ＫＷ，轉(zhuǎn)速4700r/min；切割對(duì)象為鋼筋混凝土塊體，規(guī)格為500mmⅹ50mm，內(nèi)部含3根Φ20mm鋼筋。用3種鋸片分別對(duì)混凝土塊體切割10次，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2   試驗(yàn)結(jié)果及分析

用秒表記錄每次切割鋼筋混凝土塊體的時(shí)間，換算出每種鋸片的切割速度（圖3），每種鋸片的平均切割速度如圖4所示。

圖3　3種鋸片單次切割速度

　　經(jīng)過10次切割后，測(cè)量3種鋸片刀頭的徑向磨損量分別為0.73mm，0.96mm和0.89mm，按照刀頭工作面高度12mm計(jì)算，可推算出3種鋸片的理論使用壽命，如圖4所示。

圖4　三種鋸片使用壽命和平均切割速度

　　由圖3、圖4可知，有序排列式鋸片與同胎體、同金剛石品級(jí)和濃度的常規(guī)鋸片相比，無(wú)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(guī)鋸片提高23.6%，使用壽命提高31.5%；不僅如此，有序排列鋸片與同胎體、金剛石濃度高5%（體積分?jǐn)?shù)記1.25%）的常規(guī)鋸片相比切割速度仍能提高18.8%，壽命提高21.9%，充分體現(xiàn)了金剛石有序排列的優(yōu)越性。

　　在常規(guī)鋸片胎體中由于金剛石顆粒是無(wú)序排列的，有些出刃高的金剛石顆粒受到很大的荷載或沖擊，導(dǎo)致這些顆粒在初始階段就易于碎裂；同一平面上剩余的金剛石顆粒必定會(huì)承受更大的荷載，這種惡性循環(huán)必定會(huì)加大金剛石脫落速度，降低鋸片的使用壽命。而在有序排列金剛石顆粒的鋸片上，同一平面上金剛石的出刃高度是相同的，每顆金剛石均勻承受荷載，很大程度上降低了金剛石的碎裂速度，提高了鋸片的使用壽命。

3       結(jié)論和展望

　　（1） 進(jìn)行了金剛石有序排列刀頭的制備，并詳細(xì)介紹了鋸片刀頭中實(shí)現(xiàn)金剛石有序排列的方法。

　　（2） 通過本次有序排列金剛石鋸片和常規(guī)鋸片的切割實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知，同等條件（同胎體、同金剛石品級(jí)和濃度）下，有序排列金剛石鋸片較普通鋸片在切割效率和使用壽命上至少提高20%；金剛石有序排列鋸片在節(jié)省金剛石用量、減少鋸片成本的基礎(chǔ)上，仍能提高鋸片的效率和壽命，體現(xiàn)了有序排列金剛石刀頭的優(yōu)越性。

　　（3）只選用了金剛石一和中排列方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，今后仍需要深入研究金剛石有序排列的方式，總結(jié)出金剛石在橫向和縱向最優(yōu)的間隔，最大程度的提高鋸片的切割效率和使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]　張紹和，楊仙，謝曉紅，等.金剛石有序排列對(duì)鋸片性能的影響[Ｊ].粉末冶金技術(shù)，2008，26（6）：448－451.

作者簡(jiǎn)介

徐良（1981－）男，博士研究生，主要從事超硬材料工具研究。