莫 睿, 張 俊, 盧安軍, 潘曉毅, 鐘 帥

(1.桂林特邦新材料有限公司，廣西 桂林 541004;2.廣西超硬材料重點實驗室/國家特種礦物材料工程技術研究中心，中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

1 簡 述

金剛石串珠繩鋸是一種典型的柔性金剛石切割工具，在石材加工行業(yè)得到廣泛應用，因其同時具備金剛石超強的剛性和繩索的柔韌特性，非常適合于石材礦山開采、異形石板加工等，隨著社會進步與人民生活水平提高，金剛石繩鋸應用范圍不斷擴大，使用量不斷增長[1]。

在金剛石串珠繩鋸生產中，串珠冷壓工序是非常重要的環(huán)節(jié)。串珠冷壓是指將金屬粉末與金剛石顆?；旌辖M成的粉末在常溫下壓制為串珠冷壓坯的過程[2]。金剛石串珠結構復雜，以串珠基體做支撐，金剛石胎體粉末呈圓筒狀，高徑比大，使得串珠胎體粉末在冷壓過程中位移情況非常復雜，不能簡單歸為單向、雙向壓制，另外冷壓坯成型后的形變、彈性后效等也難以控制[3-4]。

目前串珠全自動冷壓系統(tǒng)仍屬于摸索階段[5]，串珠壓制后脫模過程中模具沒有分型過程，使得無制粒劑的金剛石工具胎體雖然減小了制粒劑對產品力學性能的影響[6-7]，但冷壓坯中的金剛石在脫模時對模具損傷很大。模具磨損后，壓坯在退模時容易破損，會導致重量偏低，外觀不合格等缺陷，使模具不可使用。

本次實驗通過研究在串珠胎體中加入添加劑以及調整適合的冷壓工藝參數(shù)，觀察串珠冷壓坯的狀態(tài)和統(tǒng)計模具壽命，探索添加劑和冷壓參數(shù)的影響。

2 實驗

2.1 實驗原料

采用未經造粒的等量XF2金剛石串珠結合劑配方粉料三份，采用三維混料機混大料4小時后，1份不加入添加劑，1份加入添加劑A，質量分數(shù)0.5%，1份加入添加劑B，質量分數(shù)0.5%，然后分別添加等量金剛石混合50分鐘。

2.2 串珠規(guī)格

實驗選定串珠冷壓坯規(guī)格為：外徑Φ12mm，目標冷壓坯粉料總重4.20g，選取外徑為Φ7.2mm，內徑Φ4.2mm，長度11mm，重量1.70g的串珠基體。

2.3 冷壓設備

實驗使用全自動冷壓機，可以通過自動控制系統(tǒng)調節(jié)壓制壓力和保壓時間等參數(shù)。

2.4 實驗方式

比較三種添加劑粉料對冷壓坯外觀的影響：設置冷壓機，使用相同參數(shù)冷壓三種添加劑胎體粉料，壓制成型，觀察壓制出的串珠壓坯外觀。

三種添加劑粉料在不同壓制壓力、保壓時間參數(shù)下，測量壓制出的串珠冷壓坯高度，探索不同添加劑和壓制參數(shù)對串珠冷壓坯的影響。

使用三種添加劑粉料，調整壓制參數(shù)控制冷壓壓坯在同一高度之下，連續(xù)壓制串珠，在模具損壞引起壓坯損壞后，記錄模具使用次數(shù)，比較模具壽命。

3 結果與討論

3.1 初期壓制出的串珠外觀：

在串珠壓制初期，觀察壓制出的冷壓坯外觀質量，結果見圖1、圖2及圖3。

可以看出，在自動冷壓初期，加入添加劑B的串珠壓坯就已經破損脫層，無法進入下一生產環(huán)節(jié)從而報廢。而不加添加劑和加入添加劑A的串珠壓坯完好無損，因此后續(xù)實驗中，加入添加劑B的粉料已失去繼續(xù)實驗壓制壓坯的意義。

3.2 壓力與保壓時間對壓坯高度的影響

使用加入不同添加劑的金屬粉末，采用全自動冷壓，設置不同的壓力參數(shù)，分別壓制50粒串珠，統(tǒng)計平均高度，結果見表1和表2。

圖1 無添加劑粉料壓制的金剛石串珠冷壓坯Fig.1 Diamond bead cold compact pressed without additive powder

圖2 混合 0.5% 添加劑A 粉料壓制的金剛石串珠冷壓坯Fig.2 Mixing 0.5% additive A powder into pressed diamond bead cold compact

表2 添加劑A的串珠粉料在不同壓力和保壓時間下冷壓高度數(shù)據(jù)

通過表1和表2，可以看出加入添加劑A后，使用相同的壓力和保壓時間壓制的串珠壓坯比沒有添加劑的高度小，方差小，說明壓坯高度分布均勻。

而提高壓制壓力和保壓時間，均可降低串珠冷壓坯的高度，并使高度分布均勻穩(wěn)定，在保壓時間超過2s后，保壓效果下降。

3.3 壓力參數(shù)對模具壽命的影響

選定壓制1保壓時間2s，使用不同添加劑粉料連續(xù)壓制串珠，直至串珠壓坯破損，模具失效，統(tǒng)計模具壓制次數(shù)，結果見表3。

表3 不同添加劑的串珠粉料壓制串珠的模具壽命

可以看出，加入添加劑A后，與未加入添加劑的粉料相比，模具壓制次數(shù)得到較大幅度提升，有利于提高模具壽命。

4 結論

(1)進行全自動冷壓時，選取不適當?shù)奶砑觿箟褐频拇閴号髌茡p，無法生產出合格的串珠。

(2)合適的添加劑可以在串珠冷壓時減少壓制壓力，使模具的損傷減小，進而延長模具使用壽命，還可以提高壓坯高度的均勻性，使串珠冷壓質量穩(wěn)定。

(3)提升保壓時間可以在壓力不變的情況下降低串珠壓制高度，并提升串珠冷壓高度的穩(wěn)定性，有利于提升串珠冷壓質量。

(4)保壓時間大于2s后，其降低串珠冷壓高度與提升穩(wěn)定性的作用已不明顯，繼續(xù)延長保壓時間會增加串珠壓制周期，降低效率。

5 展望

近兩年，串珠全自動冷壓技術以其生產效率高，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢，極快地取代了傳統(tǒng)的人工組裝生產方式，在金剛石串珠和繩鋸生產企業(yè)中得以迅速推廣應用，進一步提升了金剛石串珠生產的自動化程度，使得整個行業(yè)在產業(yè)升級的進程中又邁出一大步，給朝氣蓬勃的金剛石工具行業(yè)注入一股新的力量。

同時，自動化生產的方式與傳統(tǒng)手工生產方式相比較，由于在工序流程、模具結構、粉料輸送方式上有較大差異，其生產出的串珠性能上有區(qū)別；當前，自動化生產設備仍在不斷改進，生產工藝參數(shù)仍然處于摸索階段，配方體系、模具設計等方面也有極大的改進空間。

本文僅粗略探索了影響串珠全自動冷壓的幾個因素，在串珠全自動冷壓這個全新領域仍有大量問題，有待行業(yè)同仁們共同研究解決，使其進一步成熟，為推進整個金剛石工具行業(yè)進行產業(yè)升級，實現(xiàn)中國制造2025的目標盡一份綿薄之力。