標籤:金剛石鋸片

金剛石鋸片是一種切割工具,廣泛應用於石材,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。基體是粘結刀頭的主要支撐部分,而刀頭則是在使用過程中起切割的部分,刀頭會在使用中而不斷地消耗掉,而基體則不會,刀頭之所以能起切割的作用是因為其中含有金剛石,金剛石作為目前最硬的物質,它在刀頭中摩擦切割被加工對象。而金剛石顆粒則由金屬包裹在刀頭內部。

1介紹

金剛石鋸片是一種切割工具,廣泛應用於石材,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.基體是粘結刀頭的主要支撐部分,而刀頭則是在使用過程中起切割的部分,刀頭會在使用中而不斷地消耗掉,而基體則不會,刀頭之所以能起切割的作用是因為其中含有金剛石,金剛石作為目前最硬的物質,它在刀頭中摩擦切割被加工對象.而金剛石顆粒則由金屬粉末包裹在刀頭內,俗稱刀頭.

2工藝分類

1、燒結金剛石鋸片:分冷壓燒結和熱壓燒結兩種,壓制燒結而成。
2、焊接金剛石鋸片:分高頻焊接和激光焊接兩種,高頻焊接通過高溫熔化介質將刀頭與基體焊接在一起,激光焊接通過高溫激光束將刀頭與基體接觸邊緣熔化形成冶金結合。
3、電鍍(釺焊)金剛石鋸片:是將刀頭粉末通過電鍍方法附著在基體上。2012年開始,國家逐步在取消電鍍金剛石產品製作,主要是因為污染相當嚴重。

3外觀分類

1、連續邊緣鋸片:連續鋸齒金剛石鋸片,一般通過燒結方法製作,常用青銅結合劑作為基礎胎體料,切割時須加水以保證切割效果,並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:結合了前面1、2兩項的優勢,鋸齒連續呈現渦輪狀均勻凸凹,提高了切割速度,增加使用壽命。
金剛石鋸片、恆銳鵝卵石鋸片、恆銳混凝土鋸片、金剛石刻紋片,金剛石開槽片,金剛石切牆片、金剛石切樁片、嵩山鵝卵石鋸片、嵩山混凝土鋸片
外徑
型號
規格(mm)
外徑
型號
規格(mm)
Φ150
創新型
40*10*3.2
Φ700
創新
40*10*5
Φ150
鵝卵石型
40*12*3.2
Φ700
笑臉
40*10*5
Φ350
笑臉型
40*10*2.9
Φ800
創新
40*15*4.5
Φ350
鵝卵石型
40*15*3
Φ800
笑臉
40*15*4.5
Φ400
笑臉型
40*10*3.3
Φ900
創新
24*14*4.5
Φ400
笑臉創新型
40*15*3.4
Φ900
笑臉
24*12*4.5
Φ400
混凝土
40*15/21*3.4/3.6
Φ1000
創新
24*14*4.5
Φ 400
鵝卵石
40*21*3.6
Φ1000
笑臉
24*12*4.5
Φ 500
笑臉
40*10*3.6
Φ1200
創新
24*14*6.5
Φ500
笑臉創新
40*15*3.7
Φ1200
笑臉
24*12*6.5
Φ500
混凝土
40*15*3.7
Φ400笑臉加厚
10mm高
10mm厚
Φ500
鵝卵石
40*21*3.9
Φ400創新加厚
10mm高
8mm厚
Φ600
創新
40*10*4.5
Φ500創新加厚
10mm高
7.2mm厚
Φ600
笑臉
40*10*4.5



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的特性,對材料產品的質量、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和金剛石的粒度、濃度、結合劑硬度等。據切參數有鋸片線速度、鋸切濃度和進刀速度。

4鋸切參數

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的重要參數。一般來講,當金剛石圓鋸片的線速度較高時,應選取小的切消深度,從目前技術來說,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,鋸切深度可控制在1mm~2mm之間,與此同時應降低進刀速度。當金剛石圓鋸片的線速度較大時,應選取大的切削深度。但當在鋸機性能和刀具強度許可範圍內,應盡量取較大的切削濃度進行切削,以提高切削效率。當對加工表面有要求時,則應採用小深度切削。
金剛石粒度
常用的金剛石粒度在30/35~60/80範圍內。岩石愈堅硬,宜選取用較細的粒度。因為在同等壓力條件下,金剛石愈細愈鋒利,有利於切入堅硬的岩石。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,要求岩石鋸切截面光滑,宜選用較細的粒度,如50/60,60/80。
刀頭結合劑的硬度
一般來說,結合劑的硬度越高,其抗磨損能力越強。因而,當鋸切研磨性大的岩石時,結合劑硬度宜高;當鋸切材質軟的岩石時,結合劑硬度宜低;當鋸切研磨性大且硬的岩石時,結合劑硬度宜適中。
引的應用範圍
(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,材料易粘附刀具,加工困難。利用金剛石摩擦係數低、與有色金屬親和力小的特點,金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發生粘結。此外,由於金剛石彈性模量大,切削時刃部變形小,對所切削的有色金屬擠壓變形小,可使切削過程在小變形下完成,從而可以提高加工表面質量。
(2)難加工非金屬材料的加工
加工含有大量高硬度質點的難加工非金屬材料,如玻璃纖維增強塑料、填硅材料、硬質碳纖維/環氧樹脂複合材料時,材料的硬質點使刀具磨損嚴重,用硬質合金刀具難以加工,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
隨著現代集成技術的問世,機加工向高精度方向發展,對刀具性能提出了相當高的要求。由於金剛石摩擦係數小、熱膨脹係數低、導熱率高,能切下極薄的切屑,切屑容易流出,與其它物質的親和力小,不易產生積屑瘤,發熱量小,導熱率高,可以避免熱量對刀刃和工件的影響,因此刀刃不易鈍化,切削變形小,可以獲得較高質量的表面。

金剛石刀具的製造方法

目前金剛石的主要加工方法有以下四種:薄膜塗層刀具、厚膜金剛石焊接刀具、金剛石燒結體刀具和單晶金剛石刀具。
2.1 薄膜塗層刀具
薄膜塗層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過化學氣相沉積法(CVD)沉積金剛石薄膜製成的刀具。
由於Si3N4系陶瓷、WC-Co系硬質合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近,制膜時產生的熱應力小,因此可作為刀體的基體材料。WC-Co系硬質合金中,粘結相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度,在沉積前需進行預處理以消除Co的影響(一般通過酸腐蝕去Co)。
化學氣相沉積法是採用一定的方法把含有C源的氣體激活,在極低的氣體壓強下,使碳原子在一定區域沉積下來,碳原子在凝聚、沉積過程中形成金剛石相。目前用於沉積金剛石的CVD法主要包括:微波、熱燈絲、直流電弧噴射法等。
金剛石薄膜的優點是可應用於各種幾何形狀複雜的刀具,如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸刀及鑽頭;可以用來切削許多非金屬材料,切削時切削力小、變形小、工作平穩、磨損慢、工件不易變形,適用於工件材質好、公差小的精加工。主要缺點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製作過程一般包括:大面積的金剛石膜的製備;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。(1)金剛石厚膜的製備與切割
常用的製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(表面進行鏡面加工)上,在基體的冷卻過程中,金剛石膜自動脫落。此方法沉積速度快(最高可達930μm/h),晶格之間結合比較緊密,但是生長表面比較粗糙。金剛石膜硬度高、耐磨、不導電決定了它的切割方法是激光切割(切割可在空氣、氧氣和氬氣的環境中進行)。採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、高效等優點。
(1)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合金所浸潤,可焊性極差。目前主要通過在銅銀合金焊料中添加強碳化物形成元素或通過對金剛石表面進行金屬化處理來提高金剛石與金屬之間的可焊性。
①活性釺料法
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。常用的釺料成分Ag=68.8wt%,Cu=26.7wt%,Ti=4.5wt%,常用的製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程中與C反映生成TiC,可提高金剛石與焊料的潤濕性和粘結強度。加熱溫度一般為850℃,保溫10分鐘,緩冷以減小內應力。
②表面金屬化后焊接
金剛石表面的金屬化是通過表面處理技術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反應生成TiC,TiC與Ag-Cu合金釺料有較好的潤濕性和結合強度。目前常用的鍍鈦方法有:真空物理氣相沉積(PVD,主要包括真空蒸發鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍等),化學氣相鍍和粉末覆蓋燒結。PVD法單次鍍覆量低,鍍覆過程中金剛石的溫度低於500℃,鍍層與金剛石之間是物理附著、無化學冶金。CVD法Ti與金剛石發生化學反應形成強力冶金結合,反應溫度高,損害金剛石。
(2)厚膜金剛石刀具的刃磨
金剛石厚膜刀具的加工方法有:機械磨削,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的金剛石晶粒或直接利用高溫高壓法製得金剛石晶粒,把晶粒粉末堆放到WC-16wt%Co合金上,然後用Ta箔將其隔離,在5.5GPa、1500℃條件下燒結60分鐘,製成金剛石燒結體,用此燒結體製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,經加壓在真空中燒結,使金剛石固定在小刀頭上);粘結和釺焊法(使用無機粘結劑或其它粘結劑固定金剛石)。由於金剛石與基體的熱膨脹係數相差懸殊,金剛石易鬆動,脫落。

5總結

目前在金剛石的產業化中還存在一些關鍵問題函待解決,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,金剛石薄膜與基體結合力弱等。金剛石刀具優異的性能和廣泛的發展前途吸引國內外無數的專家進行研究,有些已經取得了突破性進展,相信不久的將來金剛石刀具將廣泛應用到現代加工中。

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