【正文】 第 1 頁 金剛石鋸片的生產(chǎn)工藝及激光焊接 1 前言 隨著裝飾材料市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)石材的需求是大大增加，在石材加工中，金剛石工具的需求亦越來越大。然而，現(xiàn)時(shí)云浮市場(chǎng)上的金剛石鋸片質(zhì)量不大理想。往往是開始很鋒利，切到一半時(shí)金剛石出刃不好，脫落嚴(yán)重，或切割數(shù)量少，一個(gè)工時(shí)換多次鋸片頭，導(dǎo)致加工效率不高。石材企業(yè)迫切需要高效優(yōu)質(zhì)，性價(jià)比好的金剛石鋸片。 在二十一世紀(jì)， 隨著 對(duì)切割工具的要求越來越高， 生產(chǎn)出高質(zhì)量的金剛石工具已經(jīng)迫在眉睫，尤其是金剛石鋸片，它已經(jīng)被用于很多行業(yè)！ 金剛石成分配方，熱壓燒結(jié)和焊接是金剛石鋸片質(zhì)量的保 證。 提高金剛石鋸片切割效率與壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素是提高胎體對(duì)金剛石的把持力。胎體對(duì)金剛石有好的把持力，金剛石就不會(huì)過早脫落，并具有最大的凸出高度，切割時(shí)鋒利，效率高。 具體會(huì)在下面分析！ 熱壓燒結(jié)在提高金剛石刀頭的質(zhì)量方面也起著至關(guān) 重要的作用， 金剛石鋸片生產(chǎn)中一道關(guān)鍵工藝 。 它的好壞將影響鋸片的刀頭密度、硬度與切割性能，燒結(jié)設(shè)備的技術(shù)性能也影響鋸片生產(chǎn)成本、產(chǎn)品與質(zhì)量。 金剛石刀頭與基體的焊接在 生產(chǎn)成本 ，質(zhì)量方面起著決定性作用！ 激光焊接鋸片由于具有很多優(yōu)點(diǎn)，在美國和歐洲不斷獲得發(fā)展，到目前已有 15 年的歷史，全 世界金剛石工具行業(yè)已有 300 條激光鋸片生產(chǎn)線，在我國已超過 20 條。因此發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力，研制高檔激光焊接專用鋸片，占領(lǐng)國際市場(chǎng)是我們的發(fā)展目標(biāo)。 (1)激光發(fā)生器不斷完善與更新?lián)Q代。國外已由橫流式、快速軸流式發(fā)展到 第三代板塊式。功率達(dá) 2～ ,我國研制出氣體橫向流動(dòng)、縱向約束放電激勵(lì)、多折激光諧振腔、低吸收光學(xué)元件激光發(fā)生器。它們的特點(diǎn)是：功率大，耗氣量少，運(yùn)行成本低，維修工作量少，工作可靠，光束質(zhì)量好，光斑小，焊接質(zhì)量提高。 (2)鋸片基體與刀頭固定方式由手動(dòng)改為全自動(dòng)，精度高，工作可靠。美 國、意大利、德國、韓國與我國都有不同固定方式，其中有手動(dòng)夾具、磁力夾具、氣動(dòng)夾具、滾壓夾具等。 (3)不用焊料，但必須采用合理過渡層配方，使其性能與工作層及基體相匹第 2 頁 配，提高焊接強(qiáng)度、焊透性，減少氣孔與裂紋。 (4)研制合理的工作層配方。一般 Fe 基、 Co 基、 Ni 基胎體易焊接，對(duì)含Cu、 Sn、 W、 Wc、 Pb 過多的胎體難以焊接。 (5)為適應(yīng)瀝青、養(yǎng)護(hù)混凝土加工的需要，研制斜齒、高低齒、刀形齒、硬質(zhì)合金加強(qiáng)齒。 (6)重視激光鋸片刀頭燒結(jié)工藝的研究，選擇合理的燒結(jié)溫度、壓力與時(shí)間，控制好燒結(jié)氣氛與溫度，是保證激光 焊接質(zhì)量的重要因素。 (7)選擇合理的焊接工藝參數(shù)，控制好焊接功率、角度、速度、偏移量、深寬比，保證焊接質(zhì)量與強(qiáng)度 . 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。總的說來，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(duì)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。 金剛石圓鋸片的應(yīng)用場(chǎng)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 第 3 頁 2 選題背景 在二十一世紀(jì)初，在切割方面，有些切割工具已經(jīng)無法滿足對(duì)超硬 材料的切割，這就要求研發(fā)新的切割工具！這樣金剛石切割工具也隨之產(chǎn)！ 金剛石莫氏硬度為 10，顯微硬度為 98 （ 100 060kg/mm2） ，絕對(duì)硬度大于石英的 1 000 倍，大于剛玉的 150 倍。礦物性脆，貝殼狀或參差狀斷口，在不大的沖擊力下會(huì)沿晶體解理面裂開，具有平行八面體的中等或完全解理，平行十二面體的不完全解理。礦物質(zhì)純，密度一般為 3 470～ 3 560kg/m3。 金剛石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸性和耐堿性，高溫下不與濃 HF、 HCl、 HNO3作用，只在 Na2CO NaNO KNO3的熔融體 中，或與 K2Cr2O7和 H2SO4 的混合物一起煮沸時(shí)，表面會(huì)稍有氧化；在 O、 CO、 CO H、 Cl、 H2O、 CH4 的高溫氣體中腐蝕。金剛石還具有非磁性、不良導(dǎo)電性、親油疏水性和摩擦生電性等。 我們都知道金剛石是世界上硬度最高的物體，由于它獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)（正八面體 ，如左圖所示 ），再加上它的自身的特點(diǎn)：耐高溫，穩(wěn)定性好， 所以在與其他物體摩擦?xí)r不容易磨損。 以其超硬性廣泛用于機(jī)電、光學(xué)、建筑、交通、冶金、 地勘、國防等工業(yè)領(lǐng)域和現(xiàn)代高、新技術(shù)領(lǐng)域。 圖 1 工業(yè)用金剛石常用作刀具、鉆具、研磨、軸承、拉絲模、硬度計(jì) 壓痕器、鋸片、光學(xué)精密儀器及修整器等。 金剛石工具的概念，是指以金剛石為切磨材料，借助于結(jié)合劑或其它輔助材料（ 如 Fe、 Co、 Ni 等易焊接胎體 ）制成的具有一定形狀、性能和用途的制品。而金剛石鋸片就是其中的一種。 其實(shí)在生活中，我們大多數(shù)人多見到過金剛石工具。如家里劃玻璃用的刀具，就是最常見的金剛石工具，相對(duì)其他的金剛石工具的制作工藝比較簡(jiǎn)單。與玻璃接觸的那一部分就是金剛石，金剛石是被鑲嵌 （焊接） 在刀柄上的 。 金剛石的品級(jí)質(zhì)量、粒度和濃度對(duì)金剛石工具有決定性的作用。我國在金剛石合成方面，六面頂小噸位高強(qiáng)工藝已趨成 熟，六面頂大噸位大腔體工藝不斷完善，兩面頂合成金剛石也初具規(guī)模，粉末觸媒合成、碳素、葉臘石塊原材料生產(chǎn)不斷完善。因此針對(duì)我國金剛石工具制造，批量合成性能穩(wěn)定、粗顆粒、熱穩(wěn)定性能好的高強(qiáng)金剛石是完全可能的。國外的金剛石公司，除推出 SDA+、SDB、 DSN、 MBS、 ISD 系列外， De Beers 針對(duì)中國市場(chǎng)推出 BKI、 BK BK60、第 4 頁 BK70 金剛石，韓國日進(jìn)公司推出六面頂合成的 SDS 系列金剛石，都值得我國同行借鑒。 大顆粒的金剛石不能夠直接用于制作金剛石工具，必須先作成粉末狀，再于其他金屬混合！ 圖 2 圖 3 金剛石粉末非常細(xì)小，如圖 3 所示。圖 4 為金剛石放大的效果圖！ 圖 4 圖 5 金剛石鋸片分為兩部分：刀頭和基體。 將做好的金剛石刀頭通過激光焊接到基體上。刀頭的生產(chǎn)和焊接是非常重要的 。 刀頭是由 鐵，鈷，鎳等一些金屬粉末按照金剛石刀頭所需的硬度的比例進(jìn)行混合，然后添加松脂和丙酮黏合劑攪拌，這必須經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)。 對(duì) 于不同的配方要選擇不同的燒結(jié)工藝 ，金剛石刀頭的硬度要達(dá)到100HRC～ 110HRC。 焊接是至關(guān)重要的，所以我們必須考慮它的質(zhì)量，效率和經(jīng)濟(jì)等方面的因素。 國內(nèi) 常采用釬焊的方法連接。金剛石 鋸片 工作時(shí)由于轉(zhuǎn)速 極快，受強(qiáng)烈的沖擊和震動(dòng)，需要高的剪切強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度。釬焊的 刀頭經(jīng)常由于高速鉆進(jìn)發(fā)熱引起釬料熔化而脫落。所以，國外從 80 年代后期就發(fā)展用激光焊代替釬焊，激光焊與釬焊比較有如下優(yōu)點(diǎn)：由于基體與刀頭是冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，刀頭不易脫落，特別是在無水的情況下；焊縫為細(xì)小均勻的柱狀晶組織，不易產(chǎn)生裂紋，保證鉆頭在高速 鉆進(jìn)時(shí)不致于開裂而產(chǎn)生危險(xiǎn)；焊縫和熱影響區(qū)極窄，對(duì)金剛石沒有影響，保證了產(chǎn)品的最佳性能；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，并且產(chǎn)品的平均成本低。 激光主要的四大特性是： 激光高亮度、高方向性、高單色性和高相干性 。 激光焊接金剛石鋸片較高頻 釬焊 具有明顯的優(yōu)越性，在該領(lǐng)域有廣闊的發(fā)第 5 頁 展前景。為了能在硬質(zhì)石材的切割中達(dá)到與大理石切割同樣的鋸切深度和效率，德、英、意等歐洲石材加工強(qiáng)國聯(lián)合組織了在超大切割深度條件下切割花崗石的可行性研究，焊縫的強(qiáng)度是關(guān)鍵問題之一。我國面臨石材工業(yè)的大發(fā)展，高品質(zhì)大直徑金剛石圓鋸片