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制造金刚石圆锯片刀头的一种新方法 |
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作者：华侨大学 吴健 骆灿彬 关一凡 |
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目前，金刚石圆锯片刀头的制造在国外普通采用粉末冶金法压制成型工艺。该工艺有几方面不利因素：1)该工艺制造的刀头所用的金刚石要求有较高的品级；2)粉末冶金法压制刀头对胎体配方的设计和工艺要求较严格，否则金刚石脱落现象将非常普遍，从而造成极大的浪费；3)粉末冶金法生产过程会使金刚石产生热损伤影响金刚石原有的性能，并进一步影响锯片的切削性能。
近年来，研究工作者针对某些硬度较高的难加工石材，采用各种手段对制造刀头进行了大量研究，刀头的切削性能有所改善。但刀头中金刚石利用率低的问题仍未得到很好的解决，而且制造成本很高。本文提出了电镀与粉末冶金结合制造金刚石圆锯片刀头的新方法，并针对有关技术问题进行了初步研究和探讨。
制造方法
1) 采用电镀方法制取金刚石复合片
选用1mm厚铜板作为基体，经过除油、清洗后用夹具夹持牢固。夹具将铜板分割为众多的24mm×12mm小块，每个小块表面经复合电沉积金刚石后揭下即成一复合片，夹具原理如图1所示。
图1夹具原理图
将铜板作为阴极，通电沉积Ni或Ni-Co金属后，在平放的铜板上均匀撒上一层金刚石(称之为上砂)，以小电流密度沉积一定时间后下砂，随后加大电流密度进行加厚镀，在金刚石大部分或全部被沉积金属埋入时，取出夹具，用水清洗干净，从铜板基体上揭下沉积好的复合片，烘干后备用。图2为电镀制造的金刚石复合片的表面形貌。 
图2复合片表面形貌
2) 粉末冶金法粘结金刚石复合片
选用几种金属粉末，低熔点铜粉为主，廉价金属粉为辅。加工石材材质不同，要选择不同的金属粉及配比。
3) 装模方式的选择
模具尺寸为24mm×12mm×9mm。使用金刚石复合片取代原来的磨料层，每片复合片尺寸为24mm×12mm，其厚度主要取决于电镀工艺过程中的加厚沉积时间及电流密度，与复合片中使用的金刚石磨粒的直径值相近。组装层数可根据加工石材材质进行调整。加工石材晶粒越大，层数越小。
4) 烧结工艺的选择
由于主要采用低熔点金属粉作为粘结剂，因此可采用较低的烧结温度，相比于普通的粉末冶金烧结法，能够降低金刚石的热损伤程度。也可采用冷压成型，真空烧结工艺。
新方法的主要特点
1) 降低金刚石热损伤
电镀工艺制造金刚石复合片不存在对金刚石的热损伤，在使用金属粉末热压连接时，可采用相对较低的热压温度，从而可一定程度地降低对金刚石的热损伤。
2) 降低了刀头的烧结难度
对于本工艺制造的金刚石锯片刀头，磨料把持力问题由电镀工艺决定，易于得到良好的把持力。金刚石氧化问题可以不考虑，而且烧结温度较低，因此降低了烧结难度。
3) 制造的刀头锋利度好
电镀金刚石制品锋利度好，可提高加工效率。
4) 可采用高浓度
电镀金刚石制品可采用很高的磨料浓度，这是粉末冶金法所无法达到的。
5) 制造成本较低
电镀金刚石复合片的制备可选用Ⅱ、Ⅲ型低品级金刚石，可大大降低金刚石圆锯片刀头制造成本。
讨论
1) 电镀金刚石复合片的质量问题
由于使用了电镀复合片取代金刚石磨料层，所以复合片上的金刚石就成为锯切加工的主体。复合片的质量是本工艺制造刀头的基础，对于最终的刀头质量具有关键作用。复合片质量取决于电镀时选用的金刚石质量以及电镀过程的工艺控制。
要求电镀过程能沉积出细密的胎体材料，并对固化在其中的金刚石有良好的把持力。这取决于沉积合金的选择、电镀工艺参数的选择、上砂工艺等，其中上砂工艺决定了复合片的金刚石浓度。电镀制品允许采用较高的磨料浓度，这是其一大优势。本工艺通过锯切试验确定了含有不同粒度、品级金刚石的复合片中的金刚石浓度。
2) 复合片与金属结合剂的粘结问题
复合片与金属结合剂之间的粘结是通过金属粉末的烧结来连接的，所以金属粉末层与复合片磨料层之间的结合力是非常重要的，决定了本工艺方法的可行性，并对锯切加工性能有重要的影响。研究表明，如果电镀复合片时金刚石埋入深度较深，则金属与复合片之间的连接转化为电镀胎体金属材料与粉末冶金金属材料之间的连接，两者之间的结合力良好，可以承担锯切时的载荷。
结语
综上所述，采用本工艺制造的刀头具有成本低，加工效率高的优势，其生产应用将产生良好的经济效益。因此电镀与粉末冶金结合法制造金刚石圆锯片刀头具有一定的推广应用价值。
原载:《新技术新工艺》1999年第6期(end)
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(12/10/2005) |
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