摘要　介紹了金剛石有序排列在鋸片中的應用和實現(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，通過實驗可知：同等條件（同胎體、同金剛石品級和濃度）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合金胎體粉末三維混料工藝，為了預防金剛石偏析，采用加入浸潤劑液體石蠟或蒸餾水等方法，但這都無法從根本上解決金剛石在胎體中隨機分布的問題。胎體中隨機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致浪費，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SHINHAN金剛石工業(yè)公司于2004年完成ARIX金剛石自動排布系統(tǒng)的研制，可在金剛石刀頭生產(chǎn)中自動以最優(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計，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，又能延長工具壽命，同時可節(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      實現(xiàn)金剛石有序排列的工藝

　　（1）       首先加工自動冷壓模的上壓頭，在上壓頭頂部分布著預先設計好的點陣小球柱；

　　（2）       將預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）       調整、改造自動冷壓機的程序，將金剛石和胎體粉末分別裝入自動冷壓機的料斗中，實現(xiàn)胎體粉末和金剛石分別進料；

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

　　（5）       驅動金剛石料車進料，隨后把多余的金剛石刮走，再輕輕復壓一次，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為VP-32A-ED的均布機上實現(xiàn)的，組裝薄壓坯在手動冷壓機上復壓形成刀頭形式，然后放入熱壓燒結爐中進行熱壓燒結，其燒結溫度為900℃，壓力25Mpa，保溫時間3min；最后在激光焊接機上將刀頭焊接在基體上形成型號為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；胎體粉末為預合金粉，金剛石濃度20%（相當于金剛石體積分數(shù)為5%），粒度35/40。同時為了做切割對比試驗，制備了與金剛石有序排列鋸片JB－218Ｃ規(guī)格相同（同胎體、同金剛石品級和濃度）的常規(guī)鋸片ＣＧ－218Ｃ，以及同胎體、同品級、不同金剛石濃度（25%金剛石濃度，相當于體積分數(shù)為6.25%）的常規(guī)鋸片ＣＧ－218Ｄ。

圖2　金剛石有序排列刀頭

2       實驗過程與結果

2.1   鋸片試驗

試驗用切割設備是型號Ｋ950的手持鋸，功率4.5ＫＷ，轉速4700r/min；切割對象為鋼筋混凝土塊體，規(guī)格為500mmⅹ50mm，內部含3根Φ20mm鋼筋。用3種鋸片分別對混凝土塊體切割10次，記錄實驗數(shù)據(jù)。

2.2   試驗結果及分析

用秒表記錄每次切割鋼筋混凝土塊體的時間，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、同金剛石品級和濃度的常規(guī)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(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%（體積分數(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承受更大的荷載，這種惡性循環(huán)必定會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       結論和展望

　　（1） 進行了金剛石有序排列刀頭的制備，并詳細介紹了鋸片刀頭中實現(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)鋸片的切割實驗對比可知，同等條件（同胎體、同金剛石品級和濃度）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行實驗對比，今后仍需要深入研究金剛石有序排列的方式，總結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：

[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)的設計[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.金剛石有序排列對鋸片性能的影響[Ｊ].粉末冶金技術，2008，26（6）：448－451.

作者簡介

徐良（1981－）男，博士研究生，主要從事超硬材料工具研究。