CN102922607A - 花岗岩切割用排锯刀头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种花岗岩切割用排锯刀头及其制造方法，花岗岩切割用排锯刀头包括刀头本体、焊接过渡体，所述焊接过渡体为烧结在一起的金属结合剂，所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面设有硬质耐磨相；焊接过渡体的设置，克服了刀头本体与钢带的金属成分差别较大造成的焊接质量问题，使刀头本体获得稳固的切屑推动力；硬质耐磨相的设置，大幅度提高了刀头本体表面的耐磨性，保护内层胎体金属不受磨损，保障平稳的连续切削过程，从而有效的增强了金属结合剂对金刚石磨粒的机械把持力，提高工具的加工效率和使用寿命；在形成硬质耐磨相过程中，刀头本体内部金刚石磨粒和金属结合剂的机械把持力大大增强，满足了切割花岗岩的要求。

Description

花岗岩切割用排锯刀头及其制造方法

技术领域

 本发明涉及一种通过烧结制造的排锯刀头，主要涉及能够切割花岗岩的排锯刀头。还涉及该排锯刀头的制造方法。

背景技术

花岗岩，岩质坚硬密实，属于硬质石材，常用于高级建筑装修工程。目前，加工花岗岩小规格板材均采用圆盘锯加工，大规格板材需要砂锯甚至绳锯加工，圆盘锯加工花岗岩板材的缺点是切缝宽，浪费大量石料，因为圆盘锯自身尺寸的限制，无法切割较大平面的花岗岩石材；砂锯和绳锯能够加工大规格板材，但是效率低、能耗高，而且污染严重，特别是绳锯成本很高（世界上只有国外几台在使用）。而排锯因为钢带较薄，可以节省石材20%以上，而且可以切割较大平面的石板材且成本低，人们一直试图采用排锯来加工花岗岩石材，迄今为止在世界范围内也没有排锯切割花岗岩的技术被发现或公开。

排锯不能切割花岗岩的技术问题之一是排锯刀头与钢带的焊接结合面较小，排锯刀头与钢带的金属成分差别较大，焊接后的焊缝质量和焊缝尺寸使排锯刀头所承受的切削力较小，切削力稍大排锯刀头就会脱落。

排锯不能切割花岗岩的技术问题之二是因为排锯钢带的限制，排锯刀头相对圆盘锯刀头要求更薄，因而不成形成克服花岗岩硬度的切削力，金刚石磨粒太多，刀头胎体对金刚石磨粒的把持力不足，会导致金刚石磨粒过早脱落，根本无法切割花岗岩，而金刚石磨粒太少，又使得刀头寿命极短，其切割效率不被市场接受。

排锯不能切割花岗岩的技术问题之三是因为排锯刀头较薄，切缝较窄，侧表面在切割花岗岩过程中会受到磨损并产生热量，使排锯刀头变得更薄，刀头胎体对金刚石磨粒的把持力同时降低，切削能力大大下降，同样使排锯无法满足切割花岗岩的要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种焊接牢固、表面硬度高，耐磨性强的花岗岩切割用排锯刀头。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：花岗岩切割用排锯刀头，包括刀头本体，所述刀头本体的顶面设有与所述刀头本体烧结在一起的焊接过渡体，所述刀头本体包括烧结在一起的金属结合剂和金刚石磨粒，所述焊接过渡体为烧结在一起的金属结合剂，所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面设有硬质耐磨相。

作为一种优选的技术方案，所述硬质耐磨相为渗碳层、渗氮层或者强碳、氮化物形成元素与金属结合剂反应形成的硬质耐磨层。

作为对上述技术方案的改进，所述强碳化物形成元素为Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的组合。

作为一种优选的技术方案，所述金刚石磨粒在所述刀头本体中的体积比浓度为10%～80%。

作为一种优选的技术方案，所述金属结合剂的基础成分体系为Fe-Ni-Co-Cu-Sn-Zn中三种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为二元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。 

作为对上述技术方案的改进，所述刀头本体包括平行设置且烧结在一起的至少两层叠片。

由于采用了上述技术方案，花岗岩切割用排锯刀头，包括刀头本体，所述刀头本体的顶面设有与所述刀头本体烧结在一起的焊接过渡体，所述刀头本体包括烧结在一起的金属结合剂和金刚石磨粒，所述焊接过渡体为烧结在一起的金属结合剂，所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面设有硬质耐磨相；焊接过渡体的设置，克服了刀头本体与钢带的金属成分差别较大造成的焊接质量问题，使刀头本体获得稳固的切屑推动力；硬质耐磨相的设置，大幅度提高了刀头本体表面的耐磨性，保护内层胎体金属不受磨损，维持刀头厚度尺寸，保障平稳的连续切削过程，刀头耐热抗氧化性增强，可有效避免因加工过程中产生的大量摩擦热而引起的金属结合剂金属氧化失效，从而有效的增强了金属结合剂对金刚石磨粒的机械把持力，提高工具的加工效率和使用寿命；在形成硬质耐磨相过程中，刀头本体内部金刚石磨粒和金属结合剂的机械把持力大大增强，满足了切割花岗岩的要求。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供两种花岗岩切割用排锯刀头的制造方法。

第一种花岗岩切割用排锯刀头的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：将金属结合剂和金刚石磨粒按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体的坯体，将刀头本体的坯体和焊接过渡体的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²；

步骤二：在高温装置中，对刀头进行表面渗碳/渗氮处理，在所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质金属碳化物/氮化物；渗碳的温度为600℃-1100℃，渗氮的温度为600℃-1100℃；

第二种花岗岩切割用排锯刀头的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：向金属结合剂中加入Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上组合的强碳化物形成元素；强碳化物形成元素与金属结合剂的体积比浓度为0.2%～60%；

步骤二：将金属结合剂、金刚石磨粒和强碳化物形成元素的混合物按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体的坯体，将刀头本体的坯体和焊接过渡体的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型，在烧结过程中，所述强碳化物形成元素与金属结合剂的成分反应，在所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质耐磨相；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²。

上述两种制造方法较为简单，完全适用于制造本发明的花岗岩切割用排锯刀头。

附图说明  

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例排锯的结构示意图；

图中：1-刀头本体；11-叠片；2-焊接过渡体；3-硬质耐磨相；4-钢带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，花岗岩切割用排锯刀头，包括刀头本体1，所述刀头本体1的顶面设有与所述刀头本体1烧结在一起的焊接过渡体2，所述刀头本体1包括烧结在一起的金属结合剂和金刚石磨粒，所述焊接过渡体2为烧结在一起的金属结合剂，所述金属结合剂的基础成分体系为Fe-Ni-Co-Cu-Sn-Zn中三种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为二元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。其中所述金刚石磨粒在所述刀头本体1中的体积比浓度为10%～80%。

所述刀头本体1和所述焊接过渡体2烧结后的结合体外表面设有硬质耐磨相3。所述硬质耐磨相3为渗碳层、渗氮层或者强碳化物形成元素与金属结合剂反应形成的硬质耐磨层。其中，所述强碳化物形成元素为Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的组合。使用时，将所述焊接过渡体2与排锯钢条焊接面的硬质耐磨相3磨掉，即可焊接在排锯钢条上。

本实施例中，所述刀头本体1包括平行设置且烧结在一起的六层叠片11。当然根据需要可以设置其它数量的叠片11，并不偏离本发明的主旨。

下面举例说明花岗岩切割用排锯刀头的制造方法。

方法一：

步骤一：将金属结合剂和金刚石磨粒按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体1的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体2的坯体，将刀头本体1的坯体和焊接过渡体2的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²；

步骤二：在高温装置中，对刀头进行表面渗碳/渗氮处理，在所述刀头本体1和所述焊接过渡体2烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质金属碳化物/氮化物；渗碳的温度为600℃-1100℃，渗氮的温度为600℃-1100℃；

方法二：

步骤一：向金属结合剂中加入Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上组合的强碳化物形成元素；强碳化物形成元素与金属结合剂的体积比浓度为0.2%～60%；

步骤二：将金属结合剂、金刚石磨粒和强碳化物形成元素的混合物按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体1的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体2的坯体，将刀头本体1的坯体和焊接过渡体2的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型，在烧结过程中，所述强碳化物形成元素与金属结合剂的成分反应，在所述刀头本体1和所述焊接过渡体2烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质耐磨相3；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²。

本发明排锯刀头具备了下述突出优点：

 焊接过渡体2的设置，克服了刀头本体1与钢带4的金属成分差别较大造成的焊接质量问题，使刀头本体1获得稳固的切屑推动力。

 硬质耐磨相3的设置，大幅度提高了刀头本体1表面的耐磨性，保护内层胎体金属不受磨损，维持刀头厚度尺寸，保障平稳的连续切削过程，刀头耐热抗氧化性增强，可有效避免因加工过程中产生的大量摩擦热而引起的金属结合剂金属氧化失效，从而有效的增强了金属结合剂对金刚石磨粒的机械把持力，提高工具的加工效率和使用寿命。

 在形成硬质耐磨相3过程中，刀头本体1内部金刚石磨粒和金属结合剂的机械把持力大大增强，满足了切割花岗岩的要求。

下面结合实验数据对本发明的技术效果做进一步的说明。

80条花岗岩排锯切割实验数据如下：

钢带：（长）4300mm×（宽）180mm×（厚）3.0mm；刀头：（长）22/18mm×（高）9.5mm×（厚）4.0/4.5mm  （梯形）；每根钢带焊接28粒刀头，共计装排锯80条。如图2所示，钢带为65Mn钢，每片28粒刀头。

实验厂家：山东五莲国磊石业有限公司。

实验设备：上海闽盛机械设备有限公司生产的80根钢带排锯。

实验材料：山东五莲“五莲红” 花岗岩（编号－G368）。

石材性质：五莲红主要矿物成分和物理性能：一：钾长石、斜长石、石英、角闪石及少量黑云母。二：化学成分 SiO₂-68.28% 、Al₂O₃-14.81% 、Fe₂ O₃-1.78%、 CaO-2.19%、 MgO -1.30% 、K₂O-4.95 % 、Na₂O-3.62%。 三、物理性能：平均抗压强度1400-2400Kg /cm2 ，平均抗折强度：130-140 Kg /cm2 耐磨性：0.6 g /cm2 ，吸水率：0.36% ，耐酸率：96.5% ，耐碱率：98.42%， 硬度：莫氏7.4级， 比重：2.65g/cm3。

荒料规格：（长）2600mm×（宽）1000mm×（高）1200mm。

刀头参数：刀头金属结合剂成分体系确定为Fe-Ni-Cu-Sn-Zn，单质金属粉末与预合金粉末混配应用，金刚石体积浓度为20%（其中，粒度40/45（HWD60）占60%，粒度45/50（HWD40）占40%）。采用方法一，将金刚石与金属结合剂粉末混合均匀后，置于石墨模具中进行热压烧结，通过热压反应，在一定的温度和压力条件下，使石墨与刀头中的Fe反应，在成品刀头的外侧表面形成非连续分布、厚度约为0.2mm的Fe₃C硬质耐磨层，硬度为HRB116。采用本发明的方法二，也可实现在刀头外侧表面形成不同结构的硬质耐磨相4。

锯切条件：湿切，排锯的电机功率为100KW，飞轮转速为90r/min，排锯线速度为72m/min。在此条件下，此排锯的向下切割速度可达7 cm/h，单次切割厚度1.2m，累计切割厚度12 m后更换刀头。切割板材平整度不超过±1mm，板面平滑度好，可直接进行研磨、抛光。而国内外的排锯刀头实验花岗岩要么无法切割，要么最大切割0.6m即不能切割或者刀头磨损完毕。而砂锯最大切割速度2cm/h，并且切割锯缝为8～10mm。板面平整度差，而且粗糙不平，需要进行定厚方可进行研磨、抛光。（而书中提到的花岗岩绳锯只是在意大利有两家大型石材厂使用过，但由于成本极高，性价比低，现在基本都停止了使用）。

从上述切割情况比较，本发明的排锯刀头较其它同类产品在锋利度和使用寿命方面均已打破了花岗岩排锯切割的空白记录，更为突出的是：由于刀头外侧表面具有耐磨硬质相，在切割过程中刀头厚度基本不变，石板的切缝宽度变化小，石板的加工精度明显提高，成品板材的加工尺寸误差始终保持为±0.5mm。

Claims (8)

1.花岗岩切割用排锯刀头，包括刀头本体，其特征在于：所述刀头本体的顶面设有与所述刀头本体烧结在一起的焊接过渡体，所述刀头本体包括烧结在一起的金属结合剂和金刚石磨粒，所述焊接过渡体为烧结在一起的金属结合剂，所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面设有硬质耐磨相。

2.如权利要求1所述的花岗岩切割用排锯刀头，其特征在于：所述硬质耐磨相为渗碳层、渗氮层或者强碳、氮化物形成元素与金属结合剂反应形成的硬质耐磨层。

3.如权利要求2所述的花岗岩切割用排锯刀头，其特征在于：所述强碳化物形成元素为Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的组合。

4.如权利要求1所述的花岗岩切割用排锯刀头，其特征在于：所述金刚石磨粒在所述刀头本体中的体积比浓度为10%～80%。

5.如权利要求1所述的花岗岩切割用排锯刀头，其特征在于：所述金属结合剂的基础成分体系为Fe-Ni-Co-Cu-Sn-Zn中三种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为二元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的花岗岩切割用排锯刀头，其特征在于：所述刀头本体包括平行设置且烧结在一起的至少两层叠片。

7.如权利要求2所述的花岗岩切割用排锯刀头的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将金属结合剂和金刚石磨粒按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体的坯体，将刀头本体的坯体和焊接过渡体的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²；

步骤二：在高温装置中，对刀头进行表面渗碳/渗氮处理，在所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质金属碳化物/氮化物；渗碳的温度为600℃-1100℃，渗氮的温度为600℃-1100℃。

8.如权利要求3所述的花岗岩切割用排锯刀头的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：向金属结合剂中加入Fe、Al、Mg、Ag、Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上组合的强碳化物形成元素；强碳化物形成元素与金属结合剂的体积比浓度为0.2%～60%；

步骤二：将金属结合剂、金刚石磨粒和强碳化物形成元素的混合物按比例混合均匀, 然后将混合粉末在模具中冷压制成刀头本体的坯体，用金属结合剂在模具中冷压制成焊接过渡体的坯体，将刀头本体的坯体和焊接过渡体的坯体组装后放入热压烧结模具内烧结成型，在烧结过程中，所述强碳化物形成元素与金属结合剂的成分反应，在所述刀头本体和所述焊接过渡体烧结后的结合体外表面形成具有一定厚度的硬质耐磨相；热压烧结的温度为600℃-1100℃，压力为20Kg.f/cm²-100Kg.f/cm²。

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