热压烧结锯片的制造

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1、三、热压烧结锯片的制造热压烧结是粉末冶金生产的一种特殊方 式，由于加压、加温同时进行，促进了粉末 之间的烧结及致密化，是一种活化的烧结方 式。其特点是烧结温度低、升温速度快、保 温时间短、产品质量好，尤其是对于保护金 刚石有极大的优越性。因而在制造产品质量 要求更高的3502200mm大锯片时，获 得了广泛的应用。热压法生产金刚石锯片的 工艺流程如图5-17所示。其基本程序是混料 、热压烧结、磨弧、焊接和开刃等。(一)混配料工艺及装备锯片的配混料是用一定容量的混料罐， 在专用混料机上进行，混料罐的尺寸一般 为130150215mm。根据物料的抛落原 理，要求混料机转动速度要合适，当转速 太低时

2、，金刚石和金属粉末沿容器筒壁上 升至自然坡度角，然后滚落、混料不够充 分。当转速太高时，金刚石和混合料会紧 靠容器壁与筒一起转动。混料既不够充分 也不会均匀。只有选用适宜的转速才能够 保证金刚石与混合粉的充分混合。图5-18所示为球磨混料筒转动时球体与粉末的 几种情况。当球磨机的载荷不大和转速偏低时，球料 只能发生滑动(图5-18a)，混合作用不明显；而在载荷 较大和转速偏低时，发生滚动研磨(图5-18b)，球料随 筒壁一起上升并沿倾斜表面滚落，有一定的混料作用 。当转速提高到一定程度时球料随筒壁一起上升到 一定高度，然后落下(图5-18c)，在这种情况下，由于 物料本身的抛落、搅拌，混合效果

3、最佳。当转动速度 升高到临界转速时球料受离心力的作用， 一直紧 贴在筒壁上不能跌落(图5-18d)，此时粉末得不到混合 。粉料的滚动和自由抛落是最有效的混合方式圆 筒的转速一般确定为：0.60.75n临界。 混料时间一般 为24-48h，有时为了强化混料效果，还要加上一定数 量的不锈钢球(810mm)，球与料的重量比为1：1 。 混料一般采用三辊式棒磨机。(二)热压烧结工艺对于焊接式大锯片来说，实际上热压的只是 锯片的刀头，刀头尺寸按JB 3297-83标准要求， 锯片形状如图5-19所示。热压模具采用高强石墨经机加工而成，要求 石墨的常温抗压强度不低于 29.4MPa(300kgf/cm2)

4、，石墨的导热性好，其导 热系数比一般非金属大100倍，比碳素钢大2倍， 热压时整个模具传热均匀。石墨的线膨胀系数极 小，在9001000时仅为5.410-6，模具在经受 高温后冷却而不断裂、可重复使用多次。金属结 合剂的膨胀系数比石墨大，冷却后易于脱模，也 不易损坏模具。此外，在热压温度下石墨会产生 CO相CO2气体，有隔氧和保护粘结剂及金刚石的 作用。锯片刀头组装及热压模具组合分别见图5- 20和图5-21。 热压法的加热方式有两种，一种是电阻加热 ，一种是中频感应加热。(1)电阻加热 其热压机如图5-22所示，电阻加热 是利用石墨模具作为电阻元件，将低电压大电流 通往石墨模具两端，在加热的

5、同时加压，加热功 率为WI2RI2L/A式中 I-为电流强度，A；-为石墨模电阻率，cm2；L-为石墨模具两端间距离，cm；A-为石墨模横断面积，cm2。 当石墨的电阻率比较高时较为有利，模具上 、下压头的石墨强度要高，导热系数要低。(2)中频感应加热其原理是，当中频电流通过用冷却水冷却的感 应圈时，在交变电流的作用下，在石墨模具中产 生涡流发热，其加热速度很快，但因有集肤效应 ，模具中间部分的粉末靠热传导加热，因而温度 滞后，其加热功率越大，则温度滞后越多。 两 种加热方式，表测温度与胎体部位实际温度的比 较如图5-23所示。由图5-23可见，中频加热的表测温度高于胎体 部位的实际温度，而电

6、阻加热则相反。在使用热 电偶和远红外线进行测温时，必须考虑到这些情 况。(三)焊接工艺及设备金刚石锯片刀头与基体的焊接采用高频钎焊 。钢基体与结合剂中的部分材料为磁性材料， 钎焊处的加热是依靠感磁材料在感应圈的高频 交变磁场中产生的感应电流的电阻热来实现的 ，在感应圈的交变磁场中导体所产生的感应电 流强度由下式确定： A (5-9)式中：B-最大磁感应强度，T;S-焊件受磁场作用的截面积，cm2;f-交变电流频率，Hz;-感应圈的匝数；Z-焊件的全部阻抗，由式(5-9)可见导体内的感应电流与交变电 流的频率成正比，即当电流的频率提高时，感应 电流的强度增大，焊件的加热速度变快，但频率 愈高，集

7、肤效应愈显著!高频钎焊锯齿刀头的电流 频率一般为200700kHz。锯齿高频焊接机一般选用天津高频设备厂生 产的GP30和GP10型高频焊机、其附件包括焊接 支架和感应圈。焊接支架的作用是调整不同规格 锯片的位置，以便焊接操作；感应圈是加热和焊 接的作业点。锯片刀头的高频焊接如图5-24所示 。焊接温度一般为650800 ，该温度在金刚 石的热稳定范围，对刀头胎体的性能没有影响。 由于焊接时间短(仅数十秒钟)、所以对钢基体的 组织和性能影响也不大。焊接的抗剪切强度应大 于300MPa。焊片选用厚度为0.2mm的铜-银-锌焊片， 其成分为：34Cu十50Ag十16Zn，熔点约 670。焊剂选用1

8、01或102钎焊剂，这种焊料适 于低温焊接铜及铜合金、钢及不锈钢等，具有良 好的流动性和填隙能力。焊接时间随着锯齿厚度 的增加而延长。焊接好的锯片应按JB3297-83的 尺寸标准进行检测。(四)修整与开刃锯片焊接好后需要对锯齿和焊接钢体进行修 磨，将锯齿间的轴向偏差修磨到最小，以使锯片 工作平稳。然后修磨锯齿两侧，使金刚石出露， 使新锯片一开始就具备良好的切割性能。第三节 热压锯片的胎体材料关于锯片胎体问题，在第二节(冷压烧结锯片)中 已经做了某些介绍，而对于热压锯片，由于其直径 大、厚度大、工作条件恶劣，因此，对其胎体的要 求更高，更严。一、设计原则人造金刚石锯片是将含有金刚石颗粒的胎体孕

9、 镶块(锯片刀头)焊接在钢基体的外圆周边上，而制 成的一种石材切割工具。包镶金刚石的材料为胎体 材料。通常我们把锯片中胎体材料的性能、金刚石 的质量和钢基体的刚度称为保证锯片质量的三要素 。切割石材用的金刚石质量，按GB6406.3-86 规定，选挥MBD6以上品级,切割花岗岩时应选择 MBD8或SMD25以上品级。钢基体的选择按机械部标准JB3297-83进行 ，钢基体的刚度对于保证据片的正常工作也具有 极为重要的作用，当钢基体和金刚石的品级选定 之后，决定锯片性能的因素就是胎体材料了。胎体材料、加工对象以及金刚石之间有一定 的制约关系，既要求胎体材料的性能要与所加工 的石材相适应，又要求胎

10、体材料能够牢固地粘结 住金刚石，并保证其正常工作。因此，胎体材料 的设计应该包括合适的硬度、足够的强度和高的 耐磨性，以及对于金刚石良好的粘结性能。胎体材料对于金刚石的粘结性能以及与此密 切相关的对于金刚石的把持力是最关键的问题之 一。如果胎体对金刚石的把持力足够高那么， 一方面可以提高金刚石的利用率；另一方面，在 锯片的切割过程中，金刚石的出刃高度就可以很 高(如图5-25所示，出刃高度h2可以达到金刚石 颗粒高度的2/53/5）,因此，切割效率就会很高 ，金刚石的出刃高度h2，是表征胎体材料对于金 刚石的包镶性能以及金刚石工具的切割性能的一 个重要物理量。显然，提高金刚石的出刃高度， 有利

11、于提高金刚石破碎、切削岩石的能力。如果胎体对金刚石的把持力不够、金刚石将会 迅速脱落，金刚石的利用率以及工具的寿命就会 大大下降。 金刚石锯片切割效率与切割寿命的协调 统一还依赖于胎体耐磨性与金刚石磨损速 率的一致。理想的胎体不仅仅是能够牢固 地把持住金刚石，而且胎体的的磨损与金 刚石的磨损必须相匹配，也就是说，能够 使金刚石以合理地速度不断地脱落和出露 ，以接力”的形式连续不断地工作。若胎体 耐磨性过高，在金刚石旧的切削刃磨损之 后,新的切削刃不能够很好地出露，就会发 生锯片表面钝化、出现所谓“打滑”现象，使 锯片丧失切割作用。合理的胎体配方是经过反复试验得到的 ，需要考虑多种因素，其中最主

12、要的有三 条：(1)实用性。能够制造出具有使用价值 的工具，这包括既具有一般金刚石工具的 通用性，又具有在某些特殊情况下使用的 专用性。(2)安全性。锯片是高速运转的切割工 具，必须安全可靠，保证操作人员的人身 安全，因此，胎体必须具有足够的强度和 韧性，防止冲击时碎裂。(3)经济性。在满足使用要求的前提下 ，要选择价格低廉、容易得到的原材料， 以最大限度地降低成本。二、胎体配方与普通冷压烧结锯片不同，由于采用的是热压 烧结工艺，在胎体中可以添加各种类型的粉末，以 改善所需要的强度、韧性、耐磨性以及对金刚石的 包镶性能。热压金刚石锯片胎体主要由粘结金属、硬质耐 磨材料和用以调整胎体性能的添加剂

13、组成。粘结金 属包括铜、钴、镍、铁、青铜、黄铜等；硬质耐磨 材料包括宏晶WC、渗碳WC、共晶WC、铸造WC 、脱碳W、复式碳化物WC-TiC等；添加剂包括铁 铬合金、镍铬合金、锡、铝、锌、硅锰合金、钼、 碳化钼、碳化铬、硅、锰、硼、铬、银、钛和碳等 。最近的研究表明，一种新型的添加剂 Ti(CN)、在金刚石工具的制造中取得了较 好的效果这种Ti(CN)作为硬质材料其 硬度比TiC稍低，比WC高。而且这种材料 中有缺位、点阵缺陷大，易于烧结，还具 有细化晶粒的作用。与使用WC或TiC相比 ，其胎体具有更高的强度、韧性和耐磨性 ，对于改善金刚石的粘结性能也有较好的 作用。(一)粘结材料胎体粘结材料

14、目前主要有五类： (1)钴基胎体。主要成分为钴和WC,含有少量镍，硬度范 围为HRB85HRC68。(2)钨基胎体 主要成分为钨和共晶碳化钨(WC/W2C)。含少量钢基粘结金属，硬度为HRC1436；(3)铁基胎体。主要成分为纯铁或铁合合金，部分共晶WCW2C和铜基粘接剂硬度为HRC3264;(4)镍基胎体。主要成分为镍或镍基合金，部分WC/W2C和钴，少量其他粘结合属，硬度为HRC2064。(5)铜合金基胎体。主要成分为青铜或者为黄铜，白铜、部分为钴、镍、少量锰、WC等该结合剂较软 ，硬度为HRB3787。(二）硬质耐磨材料硬质耐磨材料主要有以下五种： (1)宏晶wc。由热熔方法生产，碳化程

15、度高，理论碳含量为6.13%， 致密度高、耐磨性好、粒度范围广(60目微粉)。 (2)渗碳WC。采用在高温下金属钨粉与碳进行固体渗碳的方法生产 ，由具有亚结构的软质等轴多晶组成质软易于成型，其耐磨性 低于宏晶wc，特别适于高金刚石浓度的热压工具。 (3)共晶碳化钨WC/W2C。由真空熔炼法生产，颗粒近似球形，具有 良好的流动性、充填性和热稳定性。 (4)脱碳钨粉。在真空下由wc脱碳制得，平均粒度为265m，为致 密的榴状晶粒,孔隙率极低，具有良好的润湿性和与金刚石的反 应活性，易与金刚石反应粘结。 (5)还原W粉。由氢还原氧化钨方法生产，粉末致密，纯度高。脱碳 钨粉和还原钨粉均适用于在热压烧结

16、金刚石工具胎体中作为耐磨 性成分，或作为胎体中的硬质点。(三)胎体材料热压金刚石锯片胎体材料主要有五大 类，因其各类材料的性能、特点不同，而 适用于不同的加工对象。1.钴基胎体由于钴的磨损特性与胎体材料在石材 切割中的磨损特征十分吻合，因此，钴基 胎体材料在国外锯片生产中被大量采用， 广泛应用于切割大理石和花岗岩等。钴的 含量从70到100，使用效果相当好。 在我国的石材行业开始起步阶段，借鉴国 外的经验，广泛采用了钴基胎体。据奈迪希(Naidich)报导，在所有的金属中钴与碳是 相容性最好的金属之一，与碳的接触角=500700。芒 森(Munson)根据奈迪希的数据计算出钴能够完好地浸 润金刚石和石墨，钴与金刚石的粘结功为2700尔格/cm2 ，是铜的(210尔格/cm2)的10多倍。钴在高温烧结时基 本上不与金刚石发生化学反应，对金刚石的表面侵蚀性 很小。研究资料表明；纯钴在热压烧结时，随热压温度的 升高，胎体密度