CN101823149A - 一种多层金刚石圆锯片制作方法 - Google Patents

Abstract

一种多层金刚石圆锯片制作方法，属粉末冶金技术领域，用于解决多层金刚石锯片制做工艺复杂、生产成本高的问题。所述方法包括基体制作、各层刀头粉料配制、生坯压制、高温烧结等工序，改进后生坯压制工序利用多层刀头压制模具实施，所述模具依靠下冲模的逐次位移，实现不同粉料层料腔，然后将不同配比的粉料层依次添加到料腔中，再将基体置入模具粉料层中部，通过一次压制使刀头生坯与基体结合为一体。本发明方法解决多层金刚石锯片生产成本高、工艺复杂的问题。具有工艺简单、工序少，生产效率高，生产成本低等特点。应用该方法制造成的多层金刚石锯片切削速度快、使用寿命长，切割效果好，具有很强的市场竞争优势。

Description

一种多层金刚石圆锯片制作方法

技术领域

本发明涉及一种刀具制备方法，特别是用于石材等建筑材料切削加工的多层金刚石圆锯片的制作方法，属粉末冶金技术领域。

背景技术

金刚石锯片是用于建筑、装修等领域对石材、瓷砖等坚硬建筑材料进行切割的工具。随经济建设的快速发展，金刚石圆锯片的市场需求量在逐步增大，用户对金刚石锯片的性能要求也在不断提高。考虑到针对不同切割对象的要求，近年来多层刀头的金刚石锯片应用发展较快，多层刀头可以通过粉料层的调整达到提高切割速度、延长刀头寿命、以较低成本刀头实现高成本刀头切割效果的目的。现有技术中，多层刀头的金刚石锯片制作工艺采用刀头和基体分别加工，然后再通过高频焊接或激光焊接将多层刀头与基体焊接到一起。这种传统制作方法，存在着加工工序繁长、生产效率低下等问题，而且高频焊接所需焊料非常昂贵，仅焊料费用就占锯片总成本1/10强，激光焊接虽不需焊料，但每台设备少则几十万、动辄上百万元，设备折旧率比高频焊料成本还高。上述因素，都会造成多层金刚石锯片生产成本过高，削弱产品的市场竞争力。

发明内容

本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种生产工序少、生产效率高、制作成本低的多层金刚石圆锯片的制作方法。

本发明所称问题是以下述技术方案解决的：

一种多层金刚石圆锯片制作方法，它包括基体制作、各层刀头粉料配制、生坯压制、高温烧结等工序，其特别之处是：所述生坯压制工序利用多层刀头压制模具实施，所述多层刀头压制模具包括同心设置的上芯模、下芯模、上冲模、下冲模和外模，压制过程按照下述步骤进行：

a.抬起上芯模和上冲模，将基体与上芯模对中吸合；

b.由下芯模、下冲模和外模构成环形料腔，其中，下冲模套装在下芯模外，外模套装在下冲模外，下芯模、外模上表面位于同一平面且高于下冲模上表面，将头层刀头粉料加满环形料腔并刮平料面；

c.下芯模、外模不动，下冲模携粉料层下移，再次形成环形料腔，将另一层刀头粉料加满环形料腔并刮平料面；

d.重复上述c步骤，直到多层粉料全部填充完毕；

e.上芯模、基体下移至上、下芯模将基体夹紧，上芯模、基体、下芯模三者一同下移至基体中心平面与粉料层中部重合，基体边缘沿径向探入粉料层2-3毫米，然后上、下冲模同时对粉料层施压，压力为2500～4000Kgf/cm²，一次将多层粉料与基体压制成一体；

f.上芯模、上冲模、下冲模上移，外模下移至锯片生坯露出，解除上芯模与基体吸合状态，卸下锯片生坯。然后都恢复原位，

上述多层金刚石圆锯片制作方法，所述生坯压制工序中各粉料层高度H_i等于该层环形料腔深度，H_i值由下列计算得出：

M_i＝ρ_刀头i×V_i    (1)

上式中：M_i为i层成品刀头质量，ρ_刀头i为i层成品刀头密度，V_i为i层成品刀头体积；

V_Si＝M_i/ρ_松装i    (2)

上式中：V_Si为i层刀头粉料松装体积，ρ_松装i为i层粉料松装体积密度；

H_i＝V_Si/S          (3)

上式中：S为环形料腔的环形面积。

上述多层金刚石圆锯片制作方法，所述上、下芯模分别连接上、下施力装置，所述上、下冲模分别连接上、下冲压装置，所述外模连接位移驱动装置。

本发明方法针对现有多层金刚石锯片制作工艺复杂、生产成本高的问题进行了改进，该方法摒弃传统多层刀头与基体分别加工再经焊接联结为一体的工艺，利用多层刀头压制模具实施，所述模具依靠下冲模的逐次位移，形成不同粉料层料腔，然后将不同配比的粉料层依次添加到料腔中，再将基体置入模具粉料层中部，通过一次压制使刀头生坯与基体结合为一体，再经过高温烧结等工序制备出多层金刚石锯片。本发明方法解决多层金刚石锯片生产成本高、工艺复杂的问题。具有工艺简单、工序少，生产效率高，生产成本低等特点。应用该方法制造成的多层金刚石锯片切削速度快、使用寿命长，切割效果好，具有很强的市场竞争优势。

附图说明

图1-图4是本发明多层刀头压制过程示意图；

图5是图3A部局部放大视图；

图6多层金刚石圆锯片生坯示意图。

附图中标号表示如下：1.位移驱动装置；2.下冲模；3.外模；4.下芯模；5.基体；6.上芯模；7.上冲模；8.上冲压装置；9.上施力装置；10.基体定位芯轴；11.下施力装置；12.粉料；13.下冲压装置；14.锯片生坯。

具体实施方式

本发明多层金刚石圆锯片制作方法包括基体制作、各层粉料配制、生坯压制、高温烧结等工序。

所述基体制作工序根据金刚石锯片规格，冲裁下料，然后再经过整体冲裁或单齿冲裁，及必要的车、钻等加工工序，完成锯片基体制作。

所述各层粉料配制是根据多层金刚石刀头的要求，按照不同配比将各层由金属粉、金刚石颗粒组成的刀头粉料加入适量石蜡，在混料机上分别充分混合均匀备用。

所述生坯压制工序是本发明的关键技术，为保证各层粉料添加均匀且具有较高的生产效率，该工序利用多层刀头压制模具实施。参看图1，多层刀头压制模具包括同心设置的上芯模6、下芯模4，上冲模7、下冲模2和外模3，上芯模设有基体定位芯轴10，上芯模可与基体吸合，上冲模套装在上芯模外，两者滑动配合；下冲模套装在下芯模外，两者滑动配合；外模套装在下冲模外，两者滑动配合。上、下芯模直径尺寸匹配，上、下冲模直径尺寸匹配。所述上、下芯模分别连接上施力装置9、下施力装置11，所述上、下冲模分别连接上冲压装置8、下冲压装置13，所述外模连接位移驱动装置1。上述上、下施力装置可采用气动、液压或机械装置；上述上、下冲压装置采用液压装置；上述位移驱动装置可采用气动、液压或机械装置。上述模具配合控制装置联用，按照预先输入的操作程序控制上芯模、下芯模、上冲模、下冲模和外模的动作，则在减轻人工劳动强度的同时，可以大幅度提高生产效率，并有利于提高产品质量。

参看图1-图4，压制过程按照下述步骤进行：a.启动上施力装置9和上冲压装置8，抬起上芯模6和上冲模7，将基体5由基体定位芯轴10定位并与上芯模对中吸合；b.下芯模4、外模3固定，两者上表面位于同一平面，启动下冲压装置13使下冲模2下移，由下芯模、下冲模和外模构成环形料腔，其中，下冲模壁厚尺寸即为多层刀头高度尺寸，下冲模上表面与下芯模、外模上表面间的距离即为头层粉料层高度，然后将头层粉料12加满环形料腔并刮平料面(如图1所示)；c.下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携粉料层下移再次形成环形料腔，下冲压下移距离为第二层粉料层的高度，将第二层粉料加满环形料腔并刮平料面(如图2所示)；d.重复步骤c的操作，直到多层粉料全部填充完毕；e.启动上施力装置，使上芯模、基体下移至上、下芯模将基体夹紧，上芯模、基体、下芯模三者一同下移至基体中心平面与粉料层中部重合，基体边缘沿径向探入粉料层2-3毫米，(如图5所示)。然后上、下冲模同时对粉料层施压，压力为2500～4000Kgf/cm²，一次将多层粉料与基体压制成一体(如图3所示)；f.解除上芯模与基体吸合状态，启动上施力装置和上冲压装置，上芯模、上冲模上移，启动位移驱动装置1，外模3下移至锯片生坯露出，卸下锯片生坯(如图4所示)，压制好的锯片生坯14如图6所示。一个多层金刚石圆锯片压制完成后，多层刀头压制模具恢复至初始状态，重复上述动作，进行下一个多层金刚石圆锯片的压制。多层刀头压制模具整个工作过程可由程序控制自动完成。

上述过程中，各粉料层高度H_i的值由下列计算得出：

M_i＝ρ_刀头i×V_i     (1)

上式中：M_i为i层成品刀头质量，ρ_刀头i为i层成品刀头密度，V_i为i层成品刀头体积；

V_Si＝M_i/ρ_松装i     (2)

上式中：V_Si为i层刀头粉料松装体积，ρ_松装i为i层粉料松装体积密度；

H_i＝V_Si/S           (3)

上式中：S为环形料腔的环形面积。

所述高温烧结工序，是按照常规烧结方法，将压制好的锯片生坯置入烧结装置，高温烧结或高温加压烧结。

以下提供几个具体实施例：

实施例1，加工φ250规格三层金刚石圆锯片，刀头厚度2.0毫米，高度10毫米，刀头两侧面层采用粉料1，该两层成品厚度均为0.6毫米，刀头中间层采用粉料2，该层成品厚度为0.8毫米，主要工艺过程如下：

1.基体制作：锯片基体采用冲裁下料，或者整体冲裁，经车、钻等加工工序，完成锯片基体制作。

2.各层刀头粉料配制：粉料一配比如下：Cu：34％，Sn：8％，Fe：50％，Ni：8％，金刚石：粒度45/50 浓度70％；粉料二配比如下：Cu：45％，Sn：8％，Fe：42％，Ni：5％，金刚石：粒度50/60 浓度50％；将上述粉料一、粉料二加入适量石蜡，分别充分混合均匀，备用。

3.生坯压制：选取与φ250规格金刚石圆锯片尺寸匹配的多层刀头压制模具，抬起上芯模和上冲模，将基体由基体定位芯轴定位并与上芯模对中吸合；由下芯模、下冲模和外模构成环形料腔，其中，下冲模壁厚尺寸为10毫米，第一层料腔深度H₁由下列计算得出：

由式(1)M₁＝ρ_刀头1×V₁，式中ρ_刀头1＝7.41克/厘米³(ρ_刀头1是根据粉料一的配比，按照行业内通用刀头密度计算方法得出，下同)

V₁＝S×0.6mm＝3.14×(125²-115²)×0.6＝7539.82×0.6＝4523.89mm³

M₁＝7.41×4.52389cm³＝33.52克

由式(2)V_S1＝M₁/ρ_松装1，其中ρ_松装1为2.4克/厘米³(粉料的松装密度根据GB/T1479-1984金属粉末松装密度漏斗法测定，下同)；V_S1＝M₁/ρ_松装1＝33.52/2.4＝13.97cm³由式(3)H₁＝V_S1/S＝13.97×10³/7539.822＝1.85mm。

由上述H₁尺寸，下冲模相对下芯模、外模下移距离H₁，然后将粉料一加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携一层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₂由下列计算得出：

由式(1)M₂＝ρ_刀头2×V₂

ρ_刀头2＝7.72克/厘米³；V₂＝S×0.8＝3.14×(125²-115²)×0.8＝7539.82×0.8＝6031.86mm³

M₂＝ρ_刀头2×V₂＝7.72×6031.86×10^-3＝46.57克

由式(2)V_S2＝M₂/ρ_松装2，其中ρ_松装2为2.13克/厘米³

V_S2＝M₂/ρ_松装2＝46.57/2.13＝21.86厘米³

由式(3)H₂＝V_S2/S＝21.86×10³/7539.822＝2.9mm。

下冲模下移后，将粉料二加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携两层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₃与H₁相同，H₃的计算同H₁，将粉料一加满环形料腔并刮平料面。

至此三层粉料全部填充完毕，启动上施力装置，使上芯模、基体下移至上、下芯模将基体夹紧，上芯模、基体、下芯模三者一同下移至基体中心平面与粉料层中部重合，基体边缘沿径向探入粉料层2毫米，而后上、下冲模同时对粉料层施压，压力为2800Kgf/cm²，一次将多层粉料与基体压制成一体；解除上芯模与基体吸合状态，启动上施力装置和上冲压装置，上芯模、上冲模上移，启动移位驱动装置，外模下移至锯片生坯露出，卸下锯片生坯。

4.高温烧结：将锯片生坯放到烧结设备中进行烧结，在850℃温度下，保温40分钟后，加压35Mpa，同时再保温30分钟出炉冷却，即得3层金刚石圆锯片。

以本实施例方法制作的锯片，在切割过程中，由于两侧粉料的金刚石比中层粒度粗，能够提高锯片的切割速度，而中层的细粒度金刚石能够延长锯片的寿命，采用250MK瓷砖锯，1.5Kw，6000转/分钟，加水切割硬瓷砖，速度6m/min，寿命1750m，市场上同类产品速度5m/min，寿命1500m，相比该钻头速度提高20％，寿命延长17％

实施例2：加工φ230规格五层金刚石圆锯片，刀头厚度2.4毫米，高度12毫米，刀头第一层、第五层(两外层)采用粉料一，该两层成品厚度均为0.5毫米；刀头第二层、第四层(两次外层)采用粉料二，该两层成品厚度均为0.5毫米；刀头中间层为采用粉料三，该层成品厚度为0.4毫米。主要工艺过程如下：

1.基体制作：锯片基体采用冲裁下料，让后再经过整体冲裁，经车、钻等加工工序，完成锯片基体制作。

2.各层刀头粉料配制：粉料一配比如下：Cu：50％，Sn：8％，Fe：37％，Ni：5％，金刚石：粒度50/60、浓度70％；粉料二配比如下：Cu：33％，Sn：10％，Fe：40％，Ni：7％，Co：10，金刚石：粒度40/50 浓度35％；粉料三配比如下：Cu：40％，Sn：8％，Fe：45％，Ni：7％，金刚石：粒度50/60 浓度50％。将上述粉料1、粉料2、粉料3加入适量石蜡，分别充分混合均匀，备用。

3.生坯压制：选取与φ230规格金刚石圆锯片尺寸匹配的多层刀头压制模具，抬起上芯模和上冲模，将基体由基体定位芯轴定位并与上芯模对中吸合；由下芯模、下冲模和外模构成环形料腔，其中，下冲模壁厚尺寸为12毫米，第一层料腔深度H₁由下列计算得出：

由式(1)M_i＝ρ_刀头i×V_i

ρ_刀头1＝8.22克/厘米³；ρ_刀头2＝8.85克/厘米³；ρ_刀头3＝8.41克/厘米³；

V₁＝S×H_I，计算得出：V₁＝V₂＝7978.272×0.5＝3989.136毫米³，V₃＝7978.272×0.4＝3191.309毫米³

M₁＝M₅＝ρ_刀头1×V₁＝8.22×10^-3×3989.136＝32.8克

M₂＝M₄＝ρ_刀头2×V₁＝8.85×10^-3×3989.136＝35.8克

M₃＝ρ_刀头3×V₃＝8.41×10^-3×3191.309＝26.84克

粉料的松装密度：ρ_松装1＝2.45克/厘米³；ρ_松装2＝2.02克/厘米³；ρ_松装3＝2.32克/厘米³

由式(2)V_Si＝M_i/ρ_松装i，

V_S1＝V_S5＝M₁/ρ_松装1＝32.8/2.45＝13.39厘米³

V_S2＝V_S4＝M₂/ρ_松装2＝35.8/2.02＝17.72厘米³

V_S3＝M₃/ρ_松装3＝26.84/2.32＝11.57厘米³

由式(3)H_i＝V_Si/S

H₁＝H₅＝13.39×10³/7978.272＝1.68mm

H₂＝H₄＝17.72×10³/7978.272＝2.22mm

H₃＝11.57×10³/7978.272＝1.45mm

按照上述计算得出的头层料腔深度H₁(1.68mm)尺寸，确定下冲模相对下芯模、外模下移的距离，然后将粉料一加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携一层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₂(2.22mm)

下冲模下移H₂后，将粉料二加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携两层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₃(1.45mm)。

下冲模下移H₃后，将粉料三加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携三层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₄与H₂相同，H₄的计算同H₂，将粉料二加满环形料腔并刮平料面。

下芯模、外模不动，启动下冲压装置使下冲模携四层粉料下移，再次形成环形料腔，下冲压下移距离H₅与H₁相同，H₅的计算同H₁，将粉料一加满环形料腔并刮平料面

至此五层粉料全部填充完毕，启动上施力装置，使上芯模、基体下移至上、下芯模将基体夹紧，上芯模、基体、下芯模三者一同下移至基体中心平面与粉料层中部重合，基体边缘沿径向探入粉料层3毫米，而后上、下冲模同时对粉料层施压，压力为3500Kgf/cm²，一次将多层粉料与基体压制成一体；解除上芯模与基体吸合状态，启动上施力装置和上冲压装置，上芯模、上冲模上移，启动移位驱动装置，外模下移至锯片生坯露出，卸下锯片生坯。

(4)高温烧结：将锯片生坯放到烧结设备中进行烧结，在850℃温度下，保温40分钟；加压40Mpa，同时保温30分钟，出炉冷却，即得到层金刚石圆锯片。

本实施例制作的锯片，在切割过程中，由于粉料的不同，所含金刚石粒度不同，有的能够提高切割速度，有的能够延长使用寿命，采用250MK瓷砖锯，1.5Kw，6000转/分钟，加水切割硬瓷砖，速度7.5m/min，寿命2000m，市场上同类产品速度5m/min，寿命1500m，相比该钻头速度提高50％，寿命延长33％。

Claims (3)

1.一种多层金刚石圆锯片制作方法，它包括基体制作、各层刀头粉料配制、生坯压制、高温烧结等工序，其特征在于：所述生坯压制工序利用多层刀头压制模具实施，所述多层刀头压制模具包括同心设置的上芯模(6)、下芯模(4)、上冲模(7)、下冲模(2)和外模(3)，压制过程按照下述步骤进行：

a.抬起上芯模和上冲模，将基体与上芯模对中吸合；

b.由下芯模、下冲模和外模构成环形料腔，其中，下冲模套装在下芯模外，外模套装在下冲模外，下芯模、外模上表面位于同一平面且高于下冲模上表面，将头层刀头粉料加满环形料腔并刮平料面；

c.下芯模、外模不动，下冲模携粉料层下移，再次形成环形料腔，将另一层刀头粉料加满环形料腔并刮平料面；

d.重复上述c步骤，直到多层粉料全部填充完毕；

e.上芯模、基体下移至上、下芯模将基体夹紧，上芯模、基体、下芯模三者一同下移至基体中心平面与粉料层中部重合，基体边缘沿径向探入粉料层2-3毫米，然后上、下冲模同时对粉料层施压，压力为2500～4000Kgf/cm²，一次将多层粉料与基体压制成一体；

f.解除上芯模与基体吸合状态，上芯模、上冲模上移，外模下移至锯片生坯露出，卸下锯片生坯。

2.根据权利要求1所述的多层金刚石圆锯片制作方法，其特征在于：所述生坯压制工序中各粉料层高度H_i等于该层环形料腔深度，H_i值由下列计算得出：

M_i＝ρ_刀头i×V_i       (1)

上式中：M_i为i层成品刀头质量，ρ_刀头i为i层成品刀头密度，V_i为i层成品刀头体积；

V_Si＝M_i/ρ_松装i    (2)

上式中：V_Si为i层刀头粉料松装体积，ρ_松装i为i层粉料松装体积密度；

H_i＝V_Si/S          (3)

上式中：S为环形料腔的环形面积。

3.根据权利要求2所述的多层金刚石圆锯片制作方法，其特征在于：所述上、下芯模(6、4)分别连接上、下施力装置(9、11)，所述上、下冲模(7、2)分别连接上、下冲压装置(8、13)，所述外模(3)连接位移驱动装置(1)。

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