金剛石圓鋸片簡介

1、1  概述金剛石圓鋸片在石材加工方面具有加工效率高、加工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是石材加工業(yè)的主要工具。但由于天然金剛石價格昂貴，早期不能大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)。第一片金剛石圓鋸片是由法國人Jaeguin在1885年發(fā)明的，它是一種手工鑲嵌天然鉆石的金剛石圓鋸片。1930年以后，隨著粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了焊接式金剛石圓鋸片。1954年，人造金剛石誕生，它使得金剛石工具制造業(yè)得到迅速發(fā)展，金剛石圓鋸片大規(guī)模應(yīng)用于石材加工才成為可能。近年來，用于石材加工業(yè)的人造金剛石的數(shù)量直線上升，其耗用量約占全國人造金剛石總產(chǎn)量的90左右。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料估計，目前世界上工業(yè)金剛石70左右用于制造石材加工工具，

2、其中占絕大多數(shù)的是金剛石圓鋸片。據(jù)中國石材工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，目前全國各類石材企業(yè)擁有并使用鋸片直徑16002200 mm的金剛石圓盤鋸機(jī)數(shù)萬臺，金剛石圓盤鋸機(jī)成為了石材制品加工行業(yè)的最主要、應(yīng)用最廣泛的設(shè)備，每年純消耗的圓鋸片基體達(dá)數(shù)十萬張。隨著石材制品應(yīng)用量的增加，金剛石圓鋸片的應(yīng)用量越來越大。1.1 金剛石圓鋸片定義及分類金剛石圓鋸片是一種整體上呈圓盤狀的刀具，它采用粉末冶金的方法將金剛石顆粒鑲嵌在基體的周圍。利用金剛石顆粒的壓裂壓碎以及大面積剪崩其他材料而達(dá)到切削的目的?？偟恼f來，金剛石圓鋸片的種類很多，分類也很復(fù)雜。通常有以下幾種分類方式：1)  按結(jié)構(gòu)分類：寬水槽金剛

3、石鋸片、節(jié)塊組合式金剛石鋸片、窄水槽金剛石鋸片、鑰匙孔槽金剛石鋸片、鉆頭鋸片、碗形鋸片等；2)  按加工工藝分類：激光焊接金剛石鋸片、燒結(jié)式金剛石鋸片、高頻焊接金剛石鋸片等；3)   按加工對象分類：大理石切割鋸片、花崗石切割鋸片、混凝土切割鋸片等。當(dāng)然，上述分類方法不能把所有的金剛石圓鋸片都包括進(jìn)去，還有一些特殊用途的金剛石圓鋸片。1.2 金剛石圓鋸片的應(yīng)用場合一般說來，金剛石圓鋸片的工作環(huán)境比較惡劣，產(chǎn)品的主要用途是鋸切石材，廣泛應(yīng)用于大理石、花崗石、陶瓷墻地磚及混凝土制品的切割，是石材、建材行業(yè)重要且廣泛使用的加工工具。2  金剛石圓鋸片

4、結(jié)構(gòu)及組分金剛石鋸片種類繁多，形式多樣，但在實際應(yīng)用中，仍以金剛石圓鋸片為主。金剛石圓鋸片（也稱節(jié)塊式金剛石圓鋸片）是目前我國石材工業(yè)使用最普遍的鋸切工具。其通用規(guī)格從105mm起始，最大達(dá)2200mm（國外最大圓鋸片的規(guī)格為5000mm）。共有17種規(guī)格。其中350500mm規(guī)格主要用于半成品板材的剪裁加工，600900mm規(guī)格主要用于類似墓碑、墓柱等較厚石板（柱）的成型鋸切加工，1000mm以上的規(guī)格主要用于荒料的鋸切成（板）材加工，目前尤以1600mm鋸片使用最為普遍。八十年代中期，石材切割鋸片的品種比較單一，主要用于大理石的鋸切。八十年代后期，隨著石材工業(yè)的發(fā)展，鋸切花崗石的鋸片得到很

5、大的發(fā)展，為了達(dá)到最佳的鋸切效益，鋸片研究者們致力于各種配方的研究。2.1 金剛石圓鋸片的結(jié)構(gòu)及參數(shù)傳統(tǒng)的金剛石圓鋸片多為整體式設(shè)計，其結(jié)構(gòu)為一個盤形基體上鑲焊金剛石結(jié)塊而成。依靠法蘭盤傳遞力矩切割荒料。金剛石圓鋸片結(jié)構(gòu)如下金剛石圓鋸片其中：D金剛石圓鋸片的外徑 H金剛石圓鋸片的內(nèi)徑 L結(jié)塊的長度 X結(jié)塊的寬度T結(jié)塊的厚度 E基體的厚度對與金剛石圓鋸片的設(shè)計參數(shù)，國家已有標(biāo)準(zhǔn)。首先，確定鋸片的外徑，外徑確定下來了，其他各個參數(shù)也就定下來了。金剛石圓鋸片開槽有三種形式：寬水槽、窄水槽、鑰匙孔槽。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：       

6、       寬水槽                                    窄水槽        

7、60;             鑰匙孔槽2.2 金剛石圓鋸片的刀頭金剛石圓鋸片的本質(zhì)是基體通過適當(dāng)胎體材料將金剛石嵌鑲固定。它是在基體上焊接一種由金剛石顆粒與胎體材料組成的復(fù)合燒結(jié)體，常稱之為刀頭。刀頭的形式多種多樣，通常做成長方體。胎體即結(jié)合劑，應(yīng)具備兩個基本功能：一是把持金剛石；二是能隨著金剛石的磨耗而磨耗，使金剛石正常出刃。結(jié)合劑除了具備一定的硬度和耐磨性之外，還應(yīng)具備一定的韌性。結(jié)合劑有四種基：銅基結(jié)合劑、鈷基結(jié)合劑、鐵基結(jié)合劑、碳化鎢基結(jié)合劑。其中，以鈷基結(jié)合劑使用

8、效果最好，但由于價格昂貴，不能大規(guī)模應(yīng)用。應(yīng)用最為廣泛的是鐵基結(jié)合劑。結(jié)合劑中的添加成分有四種：粘結(jié)成分、骨架成分、強(qiáng)化成分、親和成分。對于不同基的結(jié)合劑，其添加成分也不相同。在胎體成分中常選用高熔點(diǎn)的金屬如鎢、碳化鎢等以調(diào)節(jié)胎體的硬度和耐磨性，同時選用低熔點(diǎn)并對碳有很好化學(xué)親和性的金屬如鈷、鎳、錳等銅基合金作為金剛石的粘結(jié)材料。12.3 金剛石圓鋸片的基體基體一般是由65Mn、T12等材料組成的帶開槽的圓盤，經(jīng)過淬火+中溫回火熱處理而成。其加工要求有尺寸精度和形位精度兩種要求。尺寸精度要求包括：外徑、內(nèi)徑、厚度、水口、齒臺。形位精度包括：正圓度、同心度、平直度、平行度、徑向跳動、端面偏擺。3

9、  金剛石圓鋸片切割石材以花崗石為例，影響金剛石圓鋸片效率和壽命的鋸切參數(shù)有鋸片線速度、進(jìn)刀速度和鋸切深度。此外還有幾個方面會影響到金剛石圓鋸片的壽命和效率，包括金剛石的粒度、濃度、結(jié)合劑硬度等。3.1 鋸切參數(shù)23.1.1 鋸片線速度在實際工作中，金剛石圓鋸片的線速度受到設(shè)備條件、鋸片質(zhì)量和被鋸切石材性質(zhì)的限制。從最佳鋸片使用壽命與鋸切效率來說，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，鋸片線速度可在25m35m/s范圍內(nèi)選定。對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，使用的金剛石圓鋸片直徑較小，線速度可以達(dá)到35m/s。3.2.2 鋸

10、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)。一般來講，當(dāng)金剛石圓鋸片的線速度較高時，應(yīng)選取小的切削深度，從目前技術(shù)來說，鋸切金剛石的深度可在1mm10mm之間選擇。通常用大直徑鋸片鋸切花崗石荒料時，鋸切深度可控制在1mm2mm之間，與此同時應(yīng)降低進(jìn)刀速度。當(dāng)金剛石圓鋸片的線速度較大時，應(yīng)選取大的切削深度。但當(dāng)在機(jī)床性能和刀具強(qiáng)度許可范圍內(nèi)，應(yīng)盡量取較大的切削深度進(jìn)行切削，以提高切削效率。當(dāng)對加工表面有要求時，則應(yīng)采用小深度切削。3.3.3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和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)

11、來選定。一般來講，鋸切較軟的石材，如大理石，可以加大鋸切深度而降低進(jìn)刀速度，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，應(yīng)降低進(jìn)刀速度，否則會引起鋸片振動導(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9m12m/min范圍內(nèi)選定。3.2 金剛石圓鋸片的其他影響因素33.2.1 金剛石粒度常用的金剛石粒度在30/3560/80范圍內(nèi)。巖時愈堅硬，宜選用較細(xì)的粒度。因為金剛石愈細(xì)愈鋒利，有利于切入堅硬的巖石。另外，一般大直徑的鋸片要求鋸切效率高，宜選用較粗的粒度，如30/40，40/50；

12、小直徑的鋸片鋸切效率低，要求巖石鋸切截面光滑，宜選用較細(xì)的粒度，如50/60，60/80。3.2.2 刀頭濃度濃度表示結(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、相當(dāng)于重量比為0.88/cm3時的濃度為100。增大金剛石濃度可望延長鋸片的壽命，因為增加濃度即減小了每粒金剛石所受的平均切削力。但增加濃度必然增加鋸片的成本，因而存在一個最經(jīng)濟(jì)的濃度，且該濃度隨鋸切率增大而增大。一般情況下，金剛石顆粒在刀頭中的分布是不均勻的，通常是做成波浪形，這樣有利于提高金剛石圓鋸片的壽命和使用精度。3.2.3 刀頭結(jié)合劑的硬度一般來說，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

13、性大的巖石時，結(jié)合劑硬度宜越高；當(dāng)鋸切材質(zhì)軟的巖石時，結(jié)合劑硬度宜越低；當(dāng)鋸切研磨性大且硬的巖石時，結(jié)合劑硬度宜適中。3.3 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程中，會受到離心力、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損。3.3.1 力效應(yīng)4在鋸切過程中，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。這兩種變形都會造成巖石切面不平直、石材浪費(fèi)多、鋸切時噪音大、振動加劇，造成金剛石結(jié)塊早期破損、鋸片壽命降低。受力模型如下圖所示：     

14、;             切削力學(xué)模型3.3.2 溫度效應(yīng)5傳統(tǒng)理論認(rèn)為：溫度對鋸切過程的影響主要表現(xiàn)在兩方面：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應(yīng)力而導(dǎo)致金剛石顆粒過早脫落。新研究表明：切割過程中產(chǎn)生的熱量主要傳入結(jié)塊?；^(qū)溫度不高，一般在40120度之間。而磨粒磨削點(diǎn)溫度卻較高，一般在250700度之間。 而冷卻液只降低弧區(qū)的平均溫度，對磨粒溫度卻影響較小。這樣的溫度不致使石墨炭化，卻會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)

15、力，而導(dǎo)致金剛石失效機(jī)理發(fā)生根本性變化。研究表明，溫度效應(yīng)是使鋸片破損的最大影響因素。3.3.3 磨破損6由于力效應(yīng)和溫度效應(yīng)，鋸片經(jīng)過一段時間的使用往往會產(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：金剛石顆粒與工件不斷摩擦，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；局部磨損：金剛石顆粒表面承受交變的熱應(yīng)力，同時還承受交變的切削應(yīng)力，就會出現(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承受沖擊載荷，比較突出

16、的顆粒和晶體內(nèi)部有缺陷的顆粒就會因加載而處于不利的位置和沖擊作用而造成大面積破碎，這會使金剛石顆粒過早消耗掉；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而產(chǎn)生松動。同時，鋸切過程中的結(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，金剛石顆粒就會脫落。無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)。而這兩者都取決于鋸切工藝和冷卻潤滑條件。4  金剛石圓鋸片切割效果分析判斷金剛石圓鋸片切割效果的好壞，主要依據(jù)三項指標(biāo)：即鋸切效率、使用壽命、加工質(zhì)量。鋸切效率是關(guān)于生產(chǎn)率的指標(biāo)，是鋸片鋒利性的標(biāo)志。對于不同的石材，國家已有標(biāo)準(zhǔn)

17、的鋸切效率。使用壽命是關(guān)于工作能力的指標(biāo)，或是耐用度的指標(biāo)。它是一副鋸片總共能加工板材的數(shù)量。加工質(zhì)量是鋸片鋸切出來的的板材的質(zhì)量，主要是指表面平整度、平直度、兩面平行度以及邊棱完整性等。影響金剛石圓鋸片切割效果的因素有很多，從大的方面講有制造因素和使用因素兩方面。制造因素包括原材料因素和制造工藝因素。其中，原材料指金剛石、結(jié)合劑和基體。制造工藝因素指原材料的配方、燒結(jié)、焊接、整形等。使用因素指鋸片的選擇、鋸切參數(shù)的選擇以及鋸片的安裝、操作等。詳述請看相關(guān)的參考資料，在這里就不贅述了。15        金剛石圓鋸片的發(fā)展7

18、總的來講，國內(nèi)外金剛石圓鋸片的發(fā)展都有以下一些主要特點(diǎn)：為生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)鋸片，開發(fā)鋸片級專用金剛石；更加重視粉末、胎體與燒結(jié)工藝的研究；更加重視石材可鋸性與鋸切機(jī)理的研究；激光焊接鋸片得到發(fā)展；發(fā)展超大尺寸的金剛石圓鋸片。目前，金剛石圓鋸片的應(yīng)用越來越廣泛，今后金剛石圓鋸片的發(fā)展方向就是提高切割效率、鋸片壽命、降低生產(chǎn)成本，此外還要做到環(huán)保。為了達(dá)到上述目的，就要在材料、結(jié)構(gòu)、尺寸上進(jìn)行改進(jìn)。首先，從材料上講，各個廠家更加重視基體、胎體配方的研究。力爭在考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，做到提高鋸片的壽命及效率。其典型代表是復(fù)合基金剛石圓鋸片。復(fù)合基金剛石鋸片采用低溫電沉積合金胎體和金剛石鑲嵌工藝，有效地解決了胎體機(jī)械性能差及對金剛石把持力弱的問題。利用該技術(shù)工藝制備的胎體機(jī)械性能相當(dāng)于用冶金方法制備的胎體，具有優(yōu)良的抗彎強(qiáng)度并可根據(jù)各種石材特點(diǎn)，調(diào)整配方組成，使其具有適宜的硬度與韌性，適合金剛石的鑲嵌固定。8其次，從結(jié)構(gòu)上講，通過改變金剛石圓鋸片的結(jié)構(gòu)達(dá)到降低噪音、提高加工精度的目的。目前，研制開發(fā)低噪聲鋸片,大致遵循兩條途徑:一是改變基體結(jié)構(gòu),在基體上用