徐良,劉一波,羅曉麗,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司,北京 102200)

金剛石有序排列技術(shù)在大功率馬路鋸片上的應(yīng)用

徐良,劉一波,羅曉麗,姚炯彬

(安泰科技股份有限公司,北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司,北京 102200)

金剛石有序排列能很好地提高鋸片的鋒利性、增加壽命,尤其在大功率馬路鋸片的應(yīng)用上,更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。文章簡(jiǎn)單分析了鋸片有序排列金剛石的工作機(jī)理,并就公司生產(chǎn)的金剛石有序排列鋸片、常規(guī)鋸片和國(guó)外某公司的有序排列鋸片用26k W的大功率切割機(jī)做了切割水泥地面的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在切割速度方面,公司生產(chǎn)的有序排列鋸片較常規(guī)鋸片提高了一倍,較國(guó)外有序排列鋸片提高了33%;在使用壽命方面,有序排列鋸片較常規(guī)鋸片提高45%,但比國(guó)外的有序排列鋸片降低了10%。

大功率馬路鋸片;金剛石;有序排列;切割速度;壽命

大功率馬路鋸片屬于鋸切行業(yè)的專用鋸片,適用于26k W以上的大功率切割機(jī),主要用于水泥路面、瀝青路面以及生水泥等的切割。根據(jù)切割機(jī)功率的不同,鋸片的尺寸也有相應(yīng)的變化,一般功率越大,鋸片的外徑和厚度也要相應(yīng)的增加。

由于大功率切割機(jī)的功率大、轉(zhuǎn)速快,對(duì)鋸片的切割效率、使用壽命和加工精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)的金剛石鋸片的刀頭制造工藝中,基本上是采用金剛石和金屬粉末混合、制粒、成型、燒結(jié)等幾個(gè)步驟,金剛石在胎體中是隨機(jī)分布的,很容易產(chǎn)生堆積和偏析,造成在金剛石堆積區(qū)胎體對(duì)金剛石的把持力不夠而脫落,而在金剛石稀少區(qū)又會(huì)由于過(guò)大的荷載造成金剛石的非正常破碎而脫落。金剛石在鋸片刀頭中有序排列的設(shè)計(jì),使得上述影響金剛石工具性能的問(wèn)題得到初步解決,可以使同一平面上的每一粒金剛石在鋸切過(guò)程中受到大致相同的荷載[1],金剛石能得到充分有效利用且不易非正常脫落,既能提高鋸切效率,又能延長(zhǎng)鋸片壽命[2],因此金剛石有序排列的設(shè)計(jì)非常適合用于大功率馬路鋸片。

1 金剛石有序排列鋸片工作機(jī)理

金剛石有序排列式鋸片通過(guò)將金剛石顆粒按預(yù)先設(shè)計(jì)的位置精確分布在刀頭的三維空間里,實(shí)現(xiàn)刀頭中每粒金剛石都能均勻有效地執(zhí)行切割工作,使鋸片切割壽命、切割效率及切割穩(wěn)定性都大幅提高[3]。該技術(shù)的關(guān)鍵是控制刀頭頂刃上的金剛石顆粒形成連續(xù)的V型切割角(切割角為在15～60度間,見(jiàn)圖1),切割過(guò)程中V型前端的兩顆金剛石切割產(chǎn)生的碎屑沖刷V型后端的金剛石,從而使鋸片刀頭上的金剛石快速出刃,因此鋸片就能獲得高的切削速度。

圖1 刀頭頂刃金剛石有序排列示意圖Fig.1 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the top edge of the tool bit

金剛石在刀頭高度方向按一定間距逐層分布,當(dāng)前一列的金剛石出刃高度達(dá)到金剛石粒徑的1/3時(shí),下一列的金剛石開(kāi)始出刃,由此逐行類推,見(jiàn)圖2,使胎體對(duì)上一列金剛石的包鑲面起到保護(hù)作用,延遲了金剛石的失效,如此循環(huán),直至刀頭高度方向最后一層金剛石消耗完畢,由此自始自終保持刀頭的鋒利度,同時(shí)獲得長(zhǎng)的切割壽命。金剛石在刀頭中的可控式均勻分布使鋸片在整個(gè)切割過(guò)程中都保持高的切割效率和穩(wěn)定性,因此切割能耗及切割噪音都大大降低。

圖2 刀頭側(cè)刃金剛石有序排列示意圖Fig.2 schematic diagram of ordered arrangement of diamond at the side edge of the tool bit

可以根據(jù)不同切割設(shè)備和切割對(duì)象,合理設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)刀頭中金剛石的品級(jí)、濃度、粒度、間距,同時(shí)應(yīng)用預(yù)合金粉末提高胎體對(duì)金剛石的把持力,最終使鋸片性能滿足客戶的特定要求。

2 金剛石有序排列大功率馬路鋸片的制備

2.1 金剛石有序排列工藝

(1)將預(yù)合金胎體粉末和金剛石分別制粒,并將其分別裝入自動(dòng)冷壓機(jī)的料車中,使預(yù)合金胎體粉末和金剛石分開(kāi)進(jìn)料,從而壓制出含金剛石有序排列的薄壓坯;

(2)將薄壓坯按預(yù)先設(shè)定的組合模式組合成含多層有序排列的結(jié)構(gòu)形式,且在一個(gè)刀頭中至少有兩種不同金剛石排列形式的薄壓坯;

(3)將多層結(jié)構(gòu)的刀頭壓坯手動(dòng)復(fù)壓成刀頭形式,最后將石墨組框后的刀頭放入真空爐熱壓燒結(jié),形成金剛石有序排列式刀頭,如圖3所示。

圖3 金剛石有序排列刀頭Fig.3 tool bit of ordered arrangment of diamond

2.2 鋸片制備

有序排列大功率馬路鋸片的制備工藝流程如下:

預(yù)合金胎體制?！饎偸仓屏4]—均布工藝壓坯成型—壓坯組和復(fù)壓—石墨組框—真空熱壓燒結(jié)—刀頭—激光焊接—開(kāi)刃—后處理—成品。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

3.1 鋸片參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用鋸片為直徑Φ614mm本公司生產(chǎn)的均布鋸片GY-PDA600、常規(guī)鋸片GY-600和國(guó)外某公司均布鋸片SH-600,三種鋸片的刀頭規(guī)格均為12mm×4mm×40mm,金剛石濃度為30%,粒度為30/40#,其中GY-PDA600和SH-600均為七層薄壓坯組成的三明治刀頭。

3.2 實(shí)驗(yàn)條件

試驗(yàn)用切割設(shè)備為K950馬路切割機(jī),功率26k W,轉(zhuǎn)速3000r/min;切割對(duì)象為C45水泥地面,切深100mm,切長(zhǎng)5m,用3種鋸片分別對(duì)水泥地面切割6次,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖4為三種鋸片的切割速度對(duì)比,三種鋸片的平均切割速度如圖5所示。

圖4 三種大功率馬路鋸切割速度對(duì)比Fig.4 contrast of the cutting speed of 3 types of large power saw blade

切割6次總進(jìn)尺為30m,測(cè)量3種鋸片刀頭的徑向磨損量分別為1mm、1.45mm和0.9mm,按照刀頭工作面高度12mm(按照工作層11mm計(jì)算,剩余的1mm高度為底粉層)計(jì)算,可以推算出3種鋸片的理論使用壽命,如圖5所示。

圖5 三種鋸片平均切割速度和使用壽命Fig.5 the average cutting speed and service life of 3 types of blades

從圖4和圖5可以看出,有序排列鋸片與同胎體、同金剛石參數(shù)的常規(guī)鋸片相比,無(wú)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(guī)鋸片提高了一倍,使用壽命提高了45%;與國(guó)外某公司相同規(guī)格的金剛石有序排列鋸片相比,切割效率提高了33%,但使用壽命降低了10%。

切割實(shí)驗(yàn)證明,通過(guò)對(duì)刀頭中金剛石粒度、濃度、金剛石顆粒間距的合理設(shè)計(jì),金剛石與胎體的合理匹配,可使刀頭刃部一層金剛石有效鋸切、磨損、破碎與脫落后,相繼露出新一層金剛石,使金剛石不斷出刃,自始自終保持刀頭的鋒利度與高效鋸切性能,并保證切割的平穩(wěn)性和連續(xù)性。

4 結(jié)論

(1)本文簡(jiǎn)單介紹了金剛石有序排列鋸片的工作原理,并介紹了鋸片刀頭中實(shí)現(xiàn)金剛石有序排列的方法以及大功率鋸片的制備。

(2)將本公司生產(chǎn)的有序排列鋸片、常規(guī)鋸片和國(guó)外某公司生產(chǎn)的有序排列鋸片進(jìn)行了切割水泥地面的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在切割速度方面,公司生產(chǎn)的有序排列鋸片較常規(guī)鋸片提高了一倍,較國(guó)外有序排列鋸片提高了33%;在使用壽命方面,有序排列鋸片較常規(guī)鋸片提高45%,但比國(guó)外的有序排列鋸片降低了10%。

(3)一般來(lái)說(shuō),鋒利度好的鋸片可節(jié)省人力和機(jī)器費(fèi)用,但卻會(huì)降低鋸片壽命。相反地,壽命長(zhǎng)的鋸片會(huì)降低切割速度而節(jié)省工具費(fèi)用,但卻會(huì)提高人力和機(jī)器費(fèi)用。為達(dá)到經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的鋸切條件,通過(guò)有序排列的應(yīng)用及對(duì)各參數(shù)的控制,將會(huì)實(shí)現(xiàn)在工具壽命和切割速度之間最理想的平衡狀態(tài)。

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

[2] 張紹和,楊仙,謝曉紅.金剛石有序排列對(duì)鋸片性能的影響[J].粉末冶金技術(shù),2008(6):448-451.

[3] 張紹和,葉宏煜,楊仙.有序排列金剛石鋸片中排列參數(shù)的設(shè)計(jì)[J].金剛石與磨料磨具工程,2008(2):29-32.

[4] 姜榮超.制粒工藝在粉末冶金與金剛石工具中的應(yīng)用[J].金剛石與磨料磨具工程,2003(2):74-76.

[5] 章兼植.當(dāng)前金剛石工具制作中的幾個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)[J].珠寶科技, 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,高級(jí)工程師。長(zhǎng)期從事超硬材料及制品研究開(kāi)發(fā)工作,先后在全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議或者學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇。

徐良,劉一波,羅曉麗,等.金剛石有序排列技術(shù)在大功率馬路鋸片上的應(yīng)用[J].超硬材料工程,2015,27(4):31-33.