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金剛石鋸片知識(shí)*解讀!!!
金剛石鋸片是一種切割工具,廣泛應(yīng)用于石材,陶瓷等硬脆材料的加工.金剛石鋸片主要由兩部分組成;基體與刀頭.基體是粘結(jié)刀頭的主要支撐部分,而刀頭則是在使用過(guò)程中起切割的部分,刀頭會(huì)在使用中而不斷地消耗掉,而基體則不會(huì),刀頭之所以能起切割的作用是因?yàn)槠渲泻薪饎偸?金剛石作為目前最硬的物質(zhì),它在刀頭中摩擦切割被加工對(duì)象.而金剛石顆粒則由金屬包裹在刀頭內(nèi)部,。
在使用過(guò)程中,金屬胎體與金剛石一起消耗,一般較理想的情況是金屬胎體消耗較金剛快,這樣就既能保證刀頭的鋒利度又能確保刀頭有較長(zhǎng)的壽命.
金剛石鋸片的分類
越來(lái)越多的行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中使用金剛石鋸片，隨著行業(yè)的整合細(xì)分,，金剛石鋸片的種類愈見細(xì)化,。
一.制造工藝分類：
1燒結(jié)金剛石鋸片：
分冷壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)兩種，壓制燒結(jié)而成,。
2焊接金剛石鋸片：
分高頻焊接和激光焊接兩種,，高頻焊接通過(guò)高溫熔化介質(zhì)將刀頭與基體焊接在一起，激光焊接通過(guò)高溫激光束將刀頭與基體接觸邊緣熔化形成冶金結(jié)合,。
3電鍍金剛石鋸片：
是將刀頭粉末通過(guò)電鍍方法附著在基體上,。
二.外觀分類：
1連續(xù)邊緣鋸片：
連續(xù)鋸齒金剛石鋸片,，一般通過(guò)燒結(jié)方法制作，常用青銅結(jié)合劑作為基礎(chǔ)胎體料,，切割時(shí)須加水以保證切割效果,，并有用激光將刀頭切割縫隙的種類。
2刀頭型鋸片：
鋸齒斷開,，切割速度快,，適合干、濕兩種切割方法,。
3渦輪型鋸片：
結(jié)合了前面1,、2兩項(xiàng)的優(yōu)勢(shì)，鋸齒連續(xù)呈現(xiàn)渦輪狀均勻凸凹,，提高了切割速度,，增加使用壽命。
不同的材料選用不同種類的金剛石鋸片,，不同粉類配方適合不同材質(zhì)的特性,，對(duì)材料產(chǎn)品的質(zhì)量、效果,、合格率乃至成本和效益造成直接的影響,。
影響金剛石圓鋸片效率和壽命的因素有鋸切工藝參數(shù)和金剛石的粒度、濃度,、結(jié)合劑硬度等,。據(jù)切能數(shù)有鋸片線速、鋸切濃度和進(jìn)刀速度,。
一,、鋸切參數(shù)
1鋸片線速度：
在實(shí)際工作中，金剛石圓鋸片的線速度受到設(shè)備條件,、鋸片質(zhì)量和被鋸切石才性質(zhì)的限制,。從鋸片使用壽命與鋸切效率來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)不同石材的性質(zhì)選擇鋸片的線速度,。鋸切花崗石時(shí),，鋸片線速度可在25m～35m/s范圍內(nèi)選定。對(duì)于石英含量高而難于鋸切的花崗石,，鋸片線速度取下限值為宜,。在生產(chǎn)花崗石面磚時(shí)，使用的金剛石圓鋸片直徑較小,，線速度可以達(dá)到35m/s,。
2鋸切深度：
鋸切深度是涉及金剛石磨耗、有效鋸切、鋸片受力情況和被鋸切石材性質(zhì)的重要參數(shù),。一般來(lái)講,，當(dāng)金剛石圓鋸片的線速度較高時(shí)，應(yīng)選取小的切消深度,，從目前技術(shù)來(lái)說(shuō),，鋸切金剛石的深度可在1mm～10mm之間選擇。通常用大直徑鋸片鋸切花崗石荒料時(shí),，鋸切深度可控制在1mm～2mm之間,，與此同時(shí)應(yīng)降低進(jìn)刀速度。當(dāng)金剛石圓鋸片的線速度較大時(shí),，應(yīng)選取大的切削深度,。但當(dāng)在鋸機(jī)性能和刀具強(qiáng)度許可范圍內(nèi)，應(yīng)盡量取較大的切削濃度進(jìn)行切削,，以提高切削效率,。當(dāng)對(duì)加工表面有要求時(shí)，則應(yīng)采用小深度切削,。
3
進(jìn)刀速度：
進(jìn)刀速度即被鋸切石材的進(jìn)給速度,。它的大小影響鋸切率、鋸片受力以及鋸切區(qū)的散熱情況,。它的取值應(yīng)根據(jù)被鋸切石材的性質(zhì)來(lái)選定,。一般來(lái)講，鋸切較軟的石材,，如大理石,，可適當(dāng)提高進(jìn)刀速度，若進(jìn)刀速度過(guò)低,，更有利于提高鋸切率,。鋸切細(xì)粒結(jié)構(gòu)的、比較均質(zhì)的花崗石,，可適當(dāng)
提高進(jìn)刀速度，若進(jìn)刀速度過(guò)低,，金剛石刃容易被磨平,。但鋸切粗粒結(jié)構(gòu)而軟硬不均的花崗石時(shí)，應(yīng)降低進(jìn)刀速度,，否則會(huì)引起鋸片振動(dòng)導(dǎo)致金剛石碎裂而降低鋸切率,。鋸切花崗石的進(jìn)刀速度一般在9m～12m/min范圍內(nèi)選定。
二,、其他影響因素
1
金剛石粒度：
常用的金剛石粒度在30/35～60/80范圍內(nèi),。巖石愈堅(jiān)硬，宜選取用較細(xì)的粒度,。因?yàn)樵谕葔毫l件下,，金剛石愈細(xì)愈鋒利,，有利于切入堅(jiān)硬的巖石。另外,，一般大直徑的鋸片要求鋸切效率高,，宜選取用較粗的粒度，如30/40,，40/50,；小直徑的鋸片鋸切的效率低，要求巖石鋸切截面光滑,，宜選用較細(xì)的粒度,，如50/60，60/80,。
2
刀頭濃度：
所謂金剛石濃度,，是指金剛石在工作層胎體中分布的密度(即單位面積內(nèi)所含金剛石的重量)。“規(guī)范”規(guī)定,，每立方厘米工作胎體中含4.4克拉的金剛石時(shí),，其濃度為100%，含3.3克拉的金剛石時(shí),，其濃度為75%,。體積濃度表示結(jié)塊中金剛石所占體積的多少，并規(guī)定,，當(dāng)金剛石的體積占總體積的1/4時(shí)的濃度為100%,。增大金剛石濃度可望延長(zhǎng)鋸片的壽命，因?yàn)樵黾訚舛燃礈p小了每粒金剛石所受的平均切削力,。但增加深度必然增加鋸片的成本,，因而存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)的濃度，且該濃度隨鋮切率增大而增大,。
3
刀頭結(jié)合劑的硬度：
一般來(lái)說(shuō),，結(jié)合劑的硬度越高，其抗磨損能力越強(qiáng),。因而,，當(dāng)鋸切研磨性大的巖石時(shí)，結(jié)合劑硬度宜高,；當(dāng)鋸切材質(zhì)軟的巖石時(shí),，結(jié)合劑硬度宜低；當(dāng)鋸切研磨性大且硬的巖石時(shí),，結(jié)合劑硬度宜適中,。
4
力效應(yīng)、溫度效應(yīng)及磨破損：
金剛石圓鋸片在切割石材的過(guò)程中，會(huì)受到離心力,、鋸切力,、鋸切熱等交變載荷的作用。
由于力效應(yīng)和溫度效應(yīng)而引起金剛石圓鋸片的磨破捐損,。
力效應(yīng)：在鋸切過(guò)程中,，鋸片要受到軸向力和切向力的作用。由于在圓周方向和徑向存在力的作用,，使得鋸片在軸向呈波浪狀,，在徑向呈碟狀。這兩種變形都會(huì)造成巖石切面不平直,、石材浪費(fèi)多,、鋸切時(shí)噪音大、振動(dòng)加劇,，造成金剛石結(jié)塊早期破損,、鋸片壽命降低。
溫度效應(yīng)：傳統(tǒng)理論認(rèn)為：溫度對(duì)鋸片過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是導(dǎo)致結(jié)塊中的金剛石石墨化,；二是造成金剛石與胎體的熱奕力而導(dǎo)致金剛石顆粒過(guò)早脫落,。新研究表明：切割過(guò)程中產(chǎn)生的熱量主要傳入結(jié)塊?；^(qū)溫度不高,，一般在40～120℃之間。而磨粒磨削點(diǎn)溫度卻較高,，一般在250～700℃之間,。而冷卻液只降低弧區(qū)的平均溫度，對(duì)磨粒溫度卻影響較小,。這樣的溫度不致使石墨炭化,，卻會(huì)使磨粒與工件之間摩擦性能發(fā)生變化，并使金剛石與添加劑之間發(fā)生熱應(yīng)力,，而導(dǎo)致金剛石失效機(jī)理發(fā)生根本性彎化,。研究表明，溫度效應(yīng)是使鋸片破損的最大影響因素,。
磨破損：由于力效應(yīng)和溫度較應(yīng),，鋸片經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用往往會(huì)產(chǎn)生磨破損。磨破損的形式主要有以下幾種：磨料磨損,、局部破碎,、大面積破碎,、脫落,、結(jié)合劑沿鋸切速度方向的機(jī)械擦傷。磨料磨損：金剛石顆粒與式件不斷摩擦，棱邊鈍化成平面,，失去切削性能,，增大摩擦。鋸切熱會(huì)使金剛石顆粒表面出現(xiàn)石墨化薄層,，硬度大大降低,，加劇磨損：金剛石顆粒表面承受交變的熱應(yīng)力，同時(shí)還承受交變的切削應(yīng)力,，就會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋而局部破碎,，顯露出銳利的新棱邊，是較為理想的磨損形態(tài),；大面積破碎：金剛石顆粒在切入切出時(shí)承受沖擊載荷,，比較突出的顆粒和晶粒過(guò)早消耗掉；脫落：交變的切削力使金剛石顆粒在結(jié)合劑中不斷的被晃動(dòng)而產(chǎn)生松動(dòng),。同時(shí),，鋸切過(guò)程中的結(jié)合劑本身的磨損和鋸切熱使結(jié)合劑軟化。這就使結(jié)合劑的把持力下降,，當(dāng)顆粒上的切削力大于把持力時(shí),，金剛石顆粒就會(huì)脫落。無(wú)論哪一種磨損都與金剛石顆粒所承受的載荷和溫度密切相關(guān),。而這兩者都取決于鋮切工藝和冷卻潤(rùn)滑條件,。
金剛石鋸片制造方法
隨著汽車、航空和航天技術(shù)的飛速發(fā)展,，對(duì)材料性能及加工技術(shù)的要求日益提高,。新型材料如碳纖維增強(qiáng)塑料、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(PRMMC)及陶瓷材料得到廣泛應(yīng)用,。這些材料具有強(qiáng)度高,、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小等特性,，這決定了對(duì)它們進(jìn)行機(jī)加工時(shí)刀具的壽命非常短,。開發(fā)新型耐磨且穩(wěn)定的超硬切削刀具是許多高校、科研院所和企業(yè)研究的課題,。金剛石集力學(xué),、光學(xué)、熱學(xué),、聲學(xué),、光學(xué)等眾多優(yōu)異性能于一身，具有*的硬度,，摩擦系數(shù)小,，導(dǎo)熱性高,，熱膨脹系數(shù)和化學(xué)惰性低，是制造刀具的理想材料,。本文對(duì)近年來(lái)金剛石刀具制造方法的發(fā)展作一概述,。
1.金剛石鋸片的應(yīng)用范圍
(1)難加工有色金屬材料的加工
加工銅、鋅,、鋁等有色金屬及其合金時(shí),，材料易粘附刀具，加工困難,。利用金剛石摩擦系數(shù)低,、與有色金屬親和力小的特點(diǎn)，金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結(jié),。此外,，由于金剛石彈性模量大，切削時(shí)刃部變形小,，對(duì)所切削的有色金屬擠壓變形小,，可使切削過(guò)程在小變形下完成，從而可以提高加工表面質(zhì)量,。
(2)難加工非金屬材料的加工
加工含有大量高硬度質(zhì)點(diǎn)的難加工非金屬材料,，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料、填硅材料,、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料時(shí),，材料的硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損嚴(yán)重，用硬質(zhì)合金刀具難以加工,，而金剛石刀具硬度高,、耐磨性好，因此加工效率高,。
(3)超精密加工
隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的問世,，機(jī)加工向高精度方向發(fā)展，對(duì)刀具性能提出了相當(dāng)高的要求,。由于金剛石摩擦系數(shù)小,、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱率高,，能切下極薄的切屑,，切屑容易流出，與其它物質(zhì)的親和力小,，不易產(chǎn)生積屑瘤,，發(fā)熱量小，導(dǎo)熱率高,，可以避免熱量對(duì)刀刃和工件的影響,，因此刀刃不易鈍化,，切削變形小，可以獲得較高質(zhì)量的表面,。
2.金剛石刀具的制造方法
目前金剛石的主要加工方法有以下四種：薄膜涂層刀具、厚膜金剛石焊接刀具,、金剛石燒結(jié)體刀具和單晶金剛石刀具,。
2.1薄膜涂層刀具
薄膜涂層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積金剛石薄膜制成的刀具。
由于Si3N4系陶瓷,、WC-Co系硬質(zhì)合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近,，制膜時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力小，因此可作為刀體的基體材料,。WC-Co系硬質(zhì)合金中,，粘結(jié)相Co的存在易使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而降低附著強(qiáng)度，在沉積前需進(jìn)行預(yù)處理以消除Co的影響(一般通過(guò)酸腐蝕去Co),。
化學(xué)氣相沉積法是采用一定的方法把含有C源的氣體激活,，在極低的氣體壓強(qiáng)下，使碳原子在一定區(qū)域沉積下來(lái),，碳原子在凝聚,、沉積過(guò)程中形成金剛石相。目前用于沉積金剛石的CVD法主要包括：微波,、熱燈絲,、直流電弧噴射法等。
金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于各種幾何形狀復(fù)雜的刀具,，如帶有切屑的刀片,、端銑刀、鉸刀及鉆頭,；可以用來(lái)切削許多非金屬材料,，切削時(shí)切削力小、變形小,、工作平穩(wěn),、磨損慢、工件不易變形,，適用于工件材質(zhì)好,、公差小的精加工。主要缺點(diǎn)是金剛石薄膜與基體的粘接力較差,，金剛石薄膜刀具不具有重磨性,。
2.2金剛石厚膜焊接刀具
金剛石厚膜焊接刀具的制作過(guò)程一般包括：大面積的金剛石膜的制備；將金剛石膜切成刀具需要的形狀尺寸,；金剛石厚膜與刀具基體材料的焊接,；金剛石厚膜刀具切削刃的研磨與拋光,。
金剛石厚膜的制備與切割
常用的制備金剛石厚膜的工藝方法是直流等離子體射流CVD法。將金剛石沉積到WC-Co合金(表面進(jìn)行鏡面加工)上,，在基體的冷卻過(guò)程中,，金剛石膜自動(dòng)脫落。此方法沉積速度快(高可達(dá)930μm/h),，晶格之間結(jié)合比較緊密,，但是生長(zhǎng)表面比較粗糙。金剛石膜硬度高,、耐磨,、不導(dǎo)電決定了它的切割方法是激光切割(切割可在空氣、氧氣和氬氣的環(huán)境中進(jìn)行),。采用激光切割不僅能將金剛石厚膜切割成所需要的形狀和尺寸,，還可以切出刀具的后角，具有切縫窄,、高效等優(yōu)點(diǎn),。
金剛石厚膜刀具的焊接
金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能，致使金剛石不能被一般的低熔點(diǎn)合金所浸潤(rùn),，可焊性極差,。目前主要通過(guò)在銅銀合金焊料中添加強(qiáng)碳化物形成元素或通過(guò)對(duì)金剛石表面進(jìn)行金屬化處理來(lái)提高金剛石與金屬之間的可焊性。
?、倩钚遭F料法
焊料一般用含Ti的銅銀合金,，不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接。常用的釬料成分Ag=68.8wt%,，Cu=26.7wt%,，Ti=4.5wt%，常用的制備方法是電弧熔煉法和粉末冶金法,。Ti作為活性元素在焊接過(guò)程中與C反映生成TiC,，可提高金剛石與焊料的潤(rùn)濕性和粘結(jié)強(qiáng)度。加熱溫度一般為850℃,，保溫10分鐘,，緩冷以減小內(nèi)應(yīng)力。
?、诒砻娼饘倩蠛附?br />
金剛石表面的金屬化是通過(guò)表面處理技術(shù)在金剛石表面鍍覆金屬,，使其表面具有金屬或類金屬的性能。一般是在金剛石的表面鍍Ti,，Ti與C反應(yīng)生成TiC,，TiC與Ag-Cu合金釬料有較好的潤(rùn)濕性和結(jié)合強(qiáng)度。目前常用的鍍鈦方法
有：真空物理氣相沉積(PVD,，主要包括真空蒸發(fā)鍍,、真空濺射鍍,、真空離子鍍等)，化學(xué)氣相鍍和粉末覆蓋燒結(jié),。PVD法單次鍍覆量低,，鍍覆過(guò)程中金剛石的溫度低于500℃，鍍層與金剛石之間是物理附著,、無(wú)化學(xué)冶金,。CVD法Ti與金剛石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)力冶金結(jié)合，反應(yīng)溫度高,，損害金剛石。
厚膜金剛石刀具的刃磨
金剛石厚膜刀具的加工方法有：機(jī)械磨削,，熱金屬盤研磨,，離子束、激光束和等離子體刻蝕等,。
2.3金剛石燒結(jié)體刀具
將金剛石厚膜用滾壓研磨破壞的方法加工成平均粒度為32～37μm的金剛石晶?；蛑苯永酶邷馗邏悍ㄖ频媒饎偸Я＃丫Я７勰┒逊诺絎C-16wt%Co合金上,，然后用Ta箔將其隔離,，在5.5GPa、1500℃條件下燒結(jié)60分鐘,，制成金剛石燒結(jié)體,，用此燒結(jié)體制成的車刀具有很高的耐磨性。
2.4單晶金剛石刀具
單晶金剛石刀具通常是將金剛石單晶固定在小刀頭上,，小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上,。金剛石在小刀頭上的固定方法主要有：機(jī)械加固法(將金剛石底面和加壓面磨平，用壓板加壓固定在小刀頭上),；粉末冶金法(將金剛石放在合金粉末中,，經(jīng)加壓在真空中燒結(jié)，使金剛石固定在小刀頭上),；粘結(jié)和釬焊法(使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或其它粘結(jié)劑固定金剛石),。由于金剛石與基體的熱膨脹系數(shù)相差懸殊，金剛石易松動(dòng),，脫落,。
3.結(jié)語(yǔ)
目前在金剛石的產(chǎn)業(yè)化中還存在一些關(guān)鍵問題函待解決，如高速大面積的金剛石厚膜沉積工藝,、控制金剛石膜的晶界密度和缺陷密度,、金剛石膜的低溫生長(zhǎng)，金剛石薄膜與基體結(jié)合力弱等,。金剛石刀具優(yōu)異的性能和廣泛的發(fā)展前途吸引國(guó)內(nèi)外無(wú)數(shù)的專家進(jìn)行研究,，有些已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展,，相信不久的將來(lái)金剛石刀具將廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代加工中。
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