摘要　介紹了金剛石有序排列在鋸片中的應用和實現鋸片中金剛石有序排列的方法。采用兩種常規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，體現了有序排列金剛石鋸片的優越性。

關鍵詞　金剛石鋸片　有序排列　切割速度

　　在傳統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生堆積和偏析。在金剛石堆積區，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，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金剛石工業公司于2004年完成ARIX金剛石自動排布系統的研制，可在金剛石刀頭生產中自動以最優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自銳和出刃，合理調節刀頭中的金剛石參數和排列模式，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，同時可節約金剛石^[3]，降低生產成本。

1       有序排列金剛石鋸片制備

1.1      實現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

YX-218C鋸片外徑Φ350mm，刀頭規格為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規格相同（同胎體、同金剛石品級和濃度）的常規鋸片ＣＧ－218Ｃ，以及同胎體、同品級、不同金剛石濃度（25%金剛石濃度，相當于體積分數為6.25%）的常規鋸片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，記錄實驗數據。

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%（體積分數記1.25%）的常規鋸片相比切割速度仍能提高18.8%，壽命提高21.9%，充分體現了金剛石有序排列的優越性。

　　在常規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，體現了有序排列金剛石刀頭的優越性。

　　（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。