徐良,刘一波,罗晓丽,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司,北京 102200)

金刚石有序排列技术在大功率马路锯片上的应用

徐良,刘一波,罗晓丽,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司,北京 102200)

金刚石有序排列能很好地提高锯片的锋利性、增加寿命,尤其在大功率马路锯片的应用上,更能体现其优越性。文章简单分析了锯片有序排列金刚石的工作机理,并就公司生产的金刚石有序排列锯片、常规锯片和国外某公司的有序排列锯片用26k W的大功率切割机做了切割水泥地面的实验。实验结果表明:在切割速度方面,公司生产的有序排列锯片较常规锯片提高了一倍,较国外有序排列锯片提高了33%;在使用寿命方面,有序排列锯片较常规锯片提高45%,但比国外的有序排列锯片降低了10%。

大功率马路锯片;金刚石;有序排列;切割速度;寿命

大功率马路锯片属于锯切行业的专用锯片,适用于26k W以上的大功率切割机,主要用于水泥路面、沥青路面以及生水泥等的切割。根据切割机功率的不同,锯片的尺寸也有相应的变化,一般功率越大,锯片的外径和厚度也要相应的增加。

由于大功率切割机的功率大、转速快,对锯片的切割效率、使用寿命和加工精度提出了更高的要求。传统的金刚石锯片的刀头制造工艺中,基本上是采用金刚石和金属粉末混合、制粒、成型、烧结等几个步骤,金刚石在胎体中是随机分布的,很容易产生堆积和偏析,造成在金刚石堆积区胎体对金刚石的把持力不够而脱落,而在金刚石稀少区又会由于过大的荷载造成金刚石的非正常破碎而脱落。金刚石在锯片刀头中有序排列的设计,使得上述影响金刚石工具性能的问题得到初步解决,可以使同一平面上的每一粒金刚石在锯切过程中受到大致相同的荷载[1],金刚石能得到充分有效利用且不易非正常脱落,既能提高锯切效率,又能延长锯片寿命[2],因此金刚石有序排列的设计非常适合用于大功率马路锯片。

1 金刚石有序排列锯片工作机理

金刚石有序排列式锯片通过将金刚石颗粒按预先设计的位置精确分布在刀头的三维空间里,实现刀头中每粒金刚石都能均匀有效地执行切割工作,使锯片切割寿命、切割效率及切割稳定性都大幅提高[3]。该技术的关键是控制刀头顶刃上的金刚石颗粒形成连续的V型切割角(切割角为在15～60度间,见图1),切割过程中V型前端的两颗金刚石切割产生的碎屑冲刷V型后端的金刚石,从而使锯片刀头上的金刚石快速出刃,因此锯片就能获得高的切削速度。

图1 刀头顶刃金刚石有序排列示意图Fig.1 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the top edge of the tool bit

金刚石在刀头高度方向按一定间距逐层分布,当前一列的金刚石出刃高度达到金刚石粒径的1/3时,下一列的金刚石开始出刃,由此逐行类推,见图2,使胎体对上一列金刚石的包镶面起到保护作用,延迟了金刚石的失效,如此循环,直至刀头高度方向最后一层金刚石消耗完毕,由此自始自终保持刀头的锋利度,同时获得长的切割寿命。金刚石在刀头中的可控式均匀分布使锯片在整个切割过程中都保持高的切割效率和稳定性,因此切割能耗及切割噪音都大大降低。

图2 刀头侧刃金刚石有序排列示意图Fig.2 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the side edge of the tool bit

可以根据不同切割设备和切割对象,合理设计与调节刀头中金刚石的品级、浓度、粒度、间距,同时应用预合金粉末提高胎体对金刚石的把持力,最终使锯片性能满足客户的特定要求。

2 金刚石有序排列大功率马路锯片的制备

2.1 金刚石有序排列工艺

(1)将预合金胎体粉末和金刚石分别制粒,并将其分别装入自动冷压机的料车中,使预合金胎体粉末和金刚石分开进料,从而压制出含金刚石有序排列的薄压坯;

(2)将薄压坯按预先设定的组合模式组合成含多层有序排列的结构形式,且在一个刀头中至少有两种不同金刚石排列形式的薄压坯;

(3)将多层结构的刀头压坯手动复压成刀头形式,最后将石墨组框后的刀头放入真空炉热压烧结,形成金刚石有序排列式刀头,如图3所示。

图3 金刚石有序排列刀头Fig.3 tool bit of ordered arrangment of diamond

2.2 锯片制备

有序排列大功率马路锯片的制备工艺流程如下:

预合金胎体制粒—金刚石包覆制粒[4]—均布工艺压坯成型—压坯组和复压—石墨组框—真空热压烧结—刀头—激光焊接—开刃—后处理—成品。

3 实验过程与结果

3.1 锯片参数

实验所用锯片为直径Φ614mm本公司生产的均布锯片GY-PDA600、常规锯片GY-600和国外某公司均布锯片SH-600,三种锯片的刀头规格均为12mm×4mm×40mm,金刚石浓度为30%,粒度为30/40#,其中GY-PDA600和SH-600均为七层薄压坯组成的三明治刀头。

3.2 实验条件

试验用切割设备为K950马路切割机,功率26k W,转速3000r/min;切割对象为C45水泥地面,切深100mm,切长5m,用3种锯片分别对水泥地面切割6次,记录实验数据。

3.3 实验结果及分析

图4为三种锯片的切割速度对比,三种锯片的平均切割速度如图5所示。

图4 三种大功率马路锯切割速度对比Fig.4 contrast of the cutting speed of 3 types of large power saw blade

切割6次总进尺为30m,测量3种锯片刀头的径向磨损量分别为1mm、1.45mm和0.9mm,按照刀头工作面高度12mm(按照工作层11mm计算,剩余的1mm高度为底粉层)计算,可以推算出3种锯片的理论使用寿命,如图5所示。

图5 三种锯片平均切割速度和使用寿命Fig.5 the average cutting speed and service life of 3 types of blades

从图4和图5可以看出,有序排列锯片与同胎体、同金刚石参数的常规锯片相比,无论是切割速度还是使用寿命都有一定程度的提高,其中切割速度较常规锯片提高了一倍,使用寿命提高了45%;与国外某公司相同规格的金刚石有序排列锯片相比,切割效率提高了33%,但使用寿命降低了10%。

切割实验证明,通过对刀头中金刚石粒度、浓度、金刚石颗粒间距的合理设计,金刚石与胎体的合理匹配,可使刀头刃部一层金刚石有效锯切、磨损、破碎与脱落后,相继露出新一层金刚石,使金刚石不断出刃,自始自终保持刀头的锋利度与高效锯切性能,并保证切割的平稳性和连续性。

4 结论

(1)本文简单介绍了金刚石有序排列锯片的工作原理,并介绍了锯片刀头中实现金刚石有序排列的方法以及大功率锯片的制备。

(2)将本公司生产的有序排列锯片、常规锯片和国外某公司生产的有序排列锯片进行了切割水泥地面的实验,实验结果表明:在切割速度方面,公司生产的有序排列锯片较常规锯片提高了一倍,较国外有序排列锯片提高了33%;在使用寿命方面,有序排列锯片较常规锯片提高45%,但比国外的有序排列锯片降低了10%。

(3)一般来说,锋利度好的锯片可节省人力和机器费用,但却会降低锯片寿命。相反地,寿命长的锯片会降低切割速度而节省工具费用,但却会提高人力和机器费用。为达到经济上最优的锯切条件,通过有序排列的应用及对各参数的控制,将会实现在工具寿命和切割速度之间最理想的平衡状态。

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

[2] 张绍和,杨仙,谢晓红.金刚石有序排列对锯片性能的影响[J].粉末冶金技术,2008(6):448-451.

[3] 张绍和,叶宏煜,杨仙.有序排列金刚石锯片中排列参数的设计[J].金刚石与磨料磨具工程,2008(2):29-32.

[4] 姜荣超.制粒工艺在粉末冶金与金刚石工具中的应用[J].金刚石与磨料磨具工程,2003(2):74-76.

[5] 章兼植.当前金刚石工具制作中的几个热点技术[J].珠宝科技, 2002(2):44-46.

The Application of Diamond Ordered Arrangement Technology in Large Power Saw Blade

XU Liang,LIU Yi-bo,LUO Xiao-li,YAO Jiong-bin
(Advanced Technology&Materials Co.,Ltd.Inc,Bei Jing Gang Yan Diamond Products Company,Beijing 102200,China)

The ordered arrangement of diamond can improve the sharpness and increase the service life of the saw blade.The superiority of it is more obvious when applied in large power saw blade.The working mechanism of saw blade of ordered arrangement of diamond has been briefly analyzed and cement floor cutting test has been done by large power cutter of 26k W using saw blade of ordered arrangement of diamond by the company,conventional saw blade and saw blade of ordered arrangement of diamond by an oversea company.Result shows that the cutting speed of the saw blade of ordered arrangement of diamond by the company has been twice faster than the conventional saw blade and improved by 33%compared to that by the oversea company;and the service life of the saw blade of ordered arrangement of diamond by the company has been improved by 45%compared to the conventional saw blade but decreased by 10%compared to that by the oversea company.

high power saw blade;diamond;ordered arrangement;cutting speed;service life

TQ164

A

1673-1433(2015)04-0031-03

2015-06-20

徐良(1981-),男,博士,高级工程师。长期从事超硬材料及制品研究开发工作,先后在全国性学术会议或者学术期刊上发表学术论文10余篇。

徐良,刘一波,罗晓丽,等.金刚石有序排列技术在大功率马路锯片上的应用[J].超硬材料工程,2015,27(4):31-33.