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摘要　介绍了金刚石有序排列在锯片中的应用和实现锯片中金刚石有序排列的方法。采用两种常规锯片和一种有序排列锯片切割钢筋混凝土，通过实验可知：同等条件（同胎体、同金刚石品级和浓度）下，有序排列金刚石锯片较常规锯片切割速度提高23.6%，使用寿命提高31.5%；不仅如此，有序排列锯片与同胎体、金刚石浓度高5%的常规锯片相比切割速度仍能提高18.8%，寿命提高21.9%；金刚石有序排列锯片在节省金刚石用量、减少锯片成本的基础上，仍能提高锯片的效率和寿命，体现了有序排列金刚石锯片的优越性。

关键词　金刚石锯片　有序排列　切割速度

　　在传统金刚石锯片刀头的制造工艺中，绝大部分都是采用金刚石包覆制粒和预合金胎体粉末三维混料工艺，为了预防金刚石偏析，采用加入浸润剂液体石蜡或蒸馏水等方法，但这都无法从根本上解决金刚石在胎体中随机分布的问题。胎体中随机分布的金刚石很容易产生堆积和偏析。在金刚石堆积区，金刚石得不到有效利用导致浪费，特别是零距离多颗粒金刚石由于把持力不牢固，在切削过程中几乎不工作而自行脱落；在金刚石稀少区，金刚石浓度过低，单颗粒承受工作载荷大，冲击力变大，金刚石颗粒受冲击破碎而过早脱落。韩国SHINHAN金刚石工业公司于2004年完成ARIX金刚石自动排布系统的研制，可在金刚石刀头生产中自动以最优间距均布排列金刚石^[1]。金刚石在锯片刀头中有序排列的设计，使得上述影响金刚石工具性能的问题得到初步解决，它能保持刀头中的金刚石连续自锐和出刃，合理调节刀头中的金刚石参数和排列模式，能有效提高锯片的切割性能^[2]。

　　在锯片刀头中采用金刚石有序排列的技术与工艺，可以使金刚石在工具中得到充分有效利用，既能提高锯片效率，又能延长工具寿命，同时可节约金刚石^[3]，降低生产成本。

1       有序排列金刚石锯片制备

1.1      实现金刚石有序排列的工艺

　　（1）       首先加工自动冷压模的上压头，在上压头顶部分布着预先设计好的点阵小球柱；

　　（2）       将预合金胎体粉末和金刚石分别制粒，金刚石在包覆制粒过程中，需制成大小均匀的球状颗粒；

　　（3）       调整、改造自动冷压机的程序，将金刚石和胎体粉末分别装入自动冷压机的料斗中，实现胎体粉末和金刚石分别进料；

　　（4）       胎体粉末单边进料后，把胎体粉末压成小薄片，由于上压头带有预定排列式凸起的球性，因此胎体薄片表面压有与预定排列形式相对应的小圆坑；

　　（5）       驱动金刚石料车进料，随后把多余的金刚石刮走，再轻轻复压一次，金刚石有序排列式薄压坯完成成型，如图1所示。 

图1　　金刚石有序排列薄压坯 

1.2      锯片制备

金刚石有序排列薄压坯是在型号为VP-32A-ED的均布机上实现的，组装薄压坯在手动冷压机上复压形成刀头形式，然后放入热压烧结炉中进行热压烧结，其烧结温度为900℃，压力25Mpa，保温时间3min；最后在激光焊接机上将刀头焊接在基体上形成型号为YX-218C的激光焊接锯片。

1.3      锯片参数

YX-218C锯片外径Φ350mm，刀头规格为12mmⅹ3.2mmⅹ40mm，如图2所示，薄压坯5层；胎体粉末为预合金粉，金刚石浓度20%（相当于金刚石体积分数为5%），粒度35/40。同时为了做切割对比试验，制备了与金刚石有序排列锯片JB－218Ｃ规格相同（同胎体、同金刚石品级和浓度）的常规锯片ＣＧ－218Ｃ，以及同胎体、同品级、不同金刚石浓度（25%金刚石浓度，相当于体积分数为6.25%）的常规锯片ＣＧ－218Ｄ。

图2　金刚石有序排列刀头

2       实验过程与结果

2.1   锯片试验

试验用切割设备是型号Ｋ950的手持锯，功率4.5ＫＷ，转速4700r/min；切割对象为钢筋混凝土块体，规格为500mmⅹ50mm，内部含3根Φ20mm钢筋。用3种锯片分别对混凝土块体切割10次，记录实验数据。

2.2   试验结果及分析

用秒表记录每次切割钢筋混凝土块体的时间，换算出每种锯片的切割速度（图3），每种锯片的平均切割速度如图4所示。

图3　3种锯片单次切割速度

　　经过10次切割后，测量3种锯片刀头的径向磨损量分别为0.73mm，0.96mm和0.89mm，按照刀头工作面高度12mm计算，可推算出3种锯片的理论使用寿命，如图4所示。

图4　三种锯片使用寿命和平均切割速度

　　由图3、图4可知，有序排列式锯片与同胎体、同金刚石品级和浓度的常规锯片相比，无论是切割速度还是使用寿命都有一定程度的提高，其中切割速度较常规锯片提高23.6%，使用寿命提高31.5%；不仅如此，有序排列锯片与同胎体、金刚石浓度高5%（体积分数记1.25%）的常规锯片相比切割速度仍能提高18.8%，寿命提高21.9%，充分体现了金刚石有序排列的优越性。

　　在常规锯片胎体中由于金刚石颗粒是无序排列的，有些出刃高的金刚石颗粒受到很大的荷载或冲击，导致这些颗粒在初始阶段就易于碎裂；同一平面上剩余的金刚石颗粒必定会承受更大的荷载，这种恶性循环必定会加大金刚石脱落速度，降低锯片的使用寿命。而在有序排列金刚石颗粒的锯片上，同一平面上金刚石的出刃高度是相同的，每颗金刚石均匀承受荷载，很大程度上降低了金刚石的碎裂速度，提高了锯片的使用寿命。

3       结论和展望

　　（1） 进行了金刚石有序排列刀头的制备，并详细介绍了锯片刀头中实现金刚石有序排列的方法。

　　（2） 通过本次有序排列金刚石锯片和常规锯片的切割实验对比可知，同等条件（同胎体、同金刚石品级和浓度）下，有序排列金刚石锯片较普通锯片在切割效率和使用寿命上至少提高20%；金刚石有序排列锯片在节省金刚石用量、减少锯片成本的基础上，仍能提高锯片的效率和寿命，体现了有序排列金刚石刀头的优越性。

　　（3）只选用了金刚石一和中排列方式进行实验对比，今后仍需要深入研究金刚石有序排列的方式，总结出金刚石在横向和纵向最优的间隔，最大程度的提高锯片的切割效率和使用寿命。

参考文献：

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

[2] 张绍和，叶宏煜，杨仙，等.有序排列金刚石锯片中排列参数的设计[Ｊ].金刚石与磨料磨具工程，2008（2）：29－32.

[3]　张绍和，杨仙，谢晓红，等.金刚石有序排列对锯片性能的影响[Ｊ].粉末冶金技术，2008，26（6）：448－451.

作者简介

徐良（1981－）男，博士研究生，主要从事超硬材料工具研究。