CN104589226A - 钎焊超硬磨料带锯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钎焊超硬磨料带锯及其制备方法，该带锯包括带锯基体和超硬磨料，超硬磨料钎焊于U形套上，所述U形套粘接于带锯基体的边沿上。该制备方法包括：薄钢片的折弯、排布磨料与焊料、进炉钎焊，粘结热固化固定在带锯基体外端等步骤。本发明制备钎焊超硬磨料带锯工艺与方法工序简单，操作方便，质量稳定，适用于大批量生产。所制备带锯不仅有了钎焊超硬磨料高出露，高排屑空间的优势，还保证了带锯基体的强度，完美地解决了钎焊超硬磨料技术在带锯领域的应用难题。对推动带锯领域的发展有着重大的作用和经济效益。

Description

钎焊超硬磨料带锯及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钎焊超硬磨料带锯，并涉及该带锯的制备方法，属于超硬磨料工具制造领域。

背景技术

超硬磨料带锯多应用于切割单晶硅、多晶硅、微晶玻璃等晶体材料、及蓝宝石等贵重材料以及大理石、花岗岩等石材的超薄切割，而且随着技术的发展，某些超硬磨料带锯已开始应用于切割不锈钢、铸铁等金属材料。由于超硬磨料带锯具有切缝窄，可进行二维曲线切割，切深大，切割精度高等特点，其在材料加工领域的应用越来越广泛。

目前超硬磨料带锯是利用一定的技术将超硬磨料如金刚石、CBN、PCD（聚晶金刚石）等固着于带锯基体边缘，形成锋利的切口。然后再将带锯条置于切割机上进行切割。目前常用的超硬磨料为人造金刚石。金刚石带锯目前仅能通过电镀的工艺制作。其制备原理是在带锯基体边缘沉积金属镍将金刚石颗粒包埋制备而成。由于电镀金刚石带锯所应用的为电镀工艺，因此金刚石磨粒与电镀金属之间为机械包埋，没有发生化学冶金结合，把持力，磨料容易脱落。而为了防止磨料脱落，电镀金属沉积层厚度往往达到金刚石粒度的一半以上，甚至高达70%，这就造成了金刚石出露高度低，进而降低了切割效率。此外，由于电镀工艺的工艺特点，对于尖锐的部位镀层较难镀覆，而带锯基体的厚度往往不超过1mm，则带锯边缘切割部分金刚石镀覆厚度难以达到预先设计。这也大大影响了电镀金刚石带锯的使用寿命。

钎焊技术是用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后润湿并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法。利用钎焊技术固着超硬磨料的原理是将超硬磨料与打磨盘基体看作母材，中间加入焊料，经过高温加热焊料熔化将超硬磨料与基体焊接在一起。由于焊料与磨料间发生了化学反应，因此焊料对磨料有一定的浸润与爬升。这种固着超硬磨料的方式最大的特点是焊料与磨料之前发生了化学冶金结合，磨料焊接强度高，因此磨料便能在出露较高的情况下被牢牢把持，因此磨削锋利，排屑空间大，磨削温度也会相应降低。若将此方式应用于制备超硬磨料带锯便能得到较为理想的效果。

但是由于钎焊超硬磨料的工艺中焊料需要高温加热熔化才能将磨料把持，而这一过程往往会使带锯基体受到高温的影响。因为超硬磨料是分布于带锯基体之上，过高的加热温度与保温时间使带锯基体的抗拉强度受到了很大的影响。带锯基体受到高温后韧性提高，抗拉强度显著下降，在使用过程中带锯受到拉力不断变长，严重时导致切割无法进行。这也是制约钎焊超硬磨料带锯制备的一个重要因素。

目前钎焊超硬磨料带锯高温加热的方法主要是炉中钎焊以及高频感应钎焊。炉中钎焊是将布有磨料与焊料的带锯基本置于真空炉中进行加热，由于带锯基体整体需要进炉进行高温加热，则相当于对基体进行了高温回火，基体的强度损失严重，无法正常使用。高频感应钎焊虽然可以实现局部钎焊，但所钎焊部位仍然会受到高温，对基体的强度仍有部分影响，此外由于钎焊过程需要保护气体，工装结构复杂，焊接的稳定性有待进一步提高。目前河南长葛黄河电气有限公司2012年3月宣布试制成功感应钎焊带锯机，尚未见进一步报道。

受制于钎焊加热的影响，目前尚未有相关钎焊金刚石带锯制作工艺专利或报道。在带锯基体外形设计方面，张小军（实用新型专利200820101820）设计了一种实用新型钎焊金刚石带锯节块。它包括金刚石磨粒和金属基体，金属基体分为与钢带相镶接的镶铆部和露出钢带外的出露部，金刚石磨粒钎焊于上述金属基体的出露部。利用延伸性和可塑性较强的金属基体与钢带的齿槽进行牢固的镶铆，而金刚石磨粒钎焊在金属基体上露出于钢带的齿槽外的部分。但此实用新型专利设计的结构实现难度在，镶铆工艺要求高，而且难以做到超薄，应用范围受到限制。而且在专利文献中也未涉及到到具体的带锯制作工艺与方法。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种全新结构的钎焊超硬磨料带锯及其制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的钎焊超硬磨料带锯，包括带锯基体和超硬磨料，所述超硬磨料钎焊于U形套上，所述U形套粘接于带锯基体的外端，所述带锯基体的外端具有与所述U形套适配的台阶结构，所述U形套由薄钢片折弯成型。

本发明的带锯规格尺寸范围为：带锯厚度0.1mm～2.5mm，带锯宽度2.0mm～100mm,带锯总长不限。

作为优选，所述薄钢片是不锈钢片或弹簧钢片，以及其它具有一定弹性与强度的钢材。

作为优选，所述超硬磨料的粒度范围20目～300目，选自金刚石、CBN、合金颗粒、聚晶金刚石、聚晶CBN中的一种或几种。

本发明同时提出钎焊超硬磨料带锯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①制备薄钢片，设带锯基体厚度为B1，薄钢片厚度为B，B=B1* 1/4，薄钢片长为L，宽为W；

②将薄钢片进行对等折弯，折弯形成的U形套中间缝隙为B2，B2=B1/2 - 0.1mm。

③在上述薄钢片上进行排布磨料与焊料；

④在上述薄钢片上布焊料；

⑤将上述薄钢片卡在厚度为B2的陶瓷片上，由于陶瓷片不与薄钢片或者焊料反应，方便上述薄钢片的固定与装卸；

⑥将上述薄钢片与陶瓷板固定石墨夹具上，再置于炉中进行真空钎焊，加热温度与保温时间根据所使用焊料来确定；

⑦焊后将上述薄钢片与陶瓷固定板取出，取下薄钢片待用；

⑧将带锯基体顶端需要粘结薄钢片的位置进行对磨，磨削后带锯厚度为B1/2，磨削区域为带锯顶端，大小为：W×L/2；由于钢片的间隙B2本身小于磨削后带锯厚度，因此较为容易粘结卡紧；

⑨在磨削区域涂粘结剂，用以粘结薄钢片；此处粘结剂可以是树脂粘结剂，也可以是其它有机粘结剂或者无机粘结剂；

⑩将步骤⑦制备的薄钢片置于粘结区域，进行热固化。

作为优选，所述钎焊方式为真空炉电阻钎焊、真空炉感应钎焊、激光钎焊或高频感应钎焊。

作为优选，所述薄钢片与带锯基体的通过粘结剂热固化固定连接，固化的温度为100℃～350 ℃。

作为优选，所用焊料为合金焊料，所述合金焊料是铜基焊料、银基焊料、镍基焊料中的一种或几种。

发明原理：首先制备薄钢片，并将其折弯，中间的留有一定的缝隙，然后在弯的钢片上面进行排布磨料与焊料，布好后，将其置于陶瓷薄板上卡紧，进炉进行钎焊。由于所用陶瓷薄板不与钢及焊料发生反应，则焊后很容易将焊好的焊有磨料的薄片取下。然后将此薄片通过粘结剂热固化固定在带锯基体外端即可。

有益效果：本发明的带锯不仅有了钎焊超硬磨料高出露，高排屑空间的优势，还保证了带锯基体的强度，完美地解决了钎焊超硬磨料技术在带锯领域的应用难题。制备钎焊超硬磨料带锯的工艺与方法工序简单，操作方便，质量稳定，适用于大批量生产。对推动带锯领域的发展有着重大的作用和经济效益。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的钎焊超硬磨料带锯及其制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1 本发明实施例中折弯后薄钢片的外形截面；

图2是图1排布磨料后的结构示意图；

图3是将图2安装在陶瓷片上的示意图；

图4是将图3安装在石墨夹具上的示意图；

图5是带锯组装后的结构示意图；

图中：1-薄钢片，2-超硬磨粒，3-陶瓷板，4-石墨夹具，5-带锯基体。

具体实施方式

实施例：

以制备常规用钎焊金刚石带锯为例。带锯尺寸为：宽38mm,基体厚0.8mm,带锯总长1600mm。在带锯上布有分段式金刚石磨料区，区域大小为：长×宽=10mm×5mm。金刚石布料区共80段。

具体实施方法如下：

1、制备薄钢片，材料选用不锈钢，薄钢片厚度为0.2mm，薄片长为10mm,宽为11mm。

2、  如图1所示，将薄钢片1进行对等折弯，折弯后中间的缝隙设为0.3mm。

3、  如图2所示，在上述薄钢片1上进行排布超硬磨粒2，本实施例中采用金刚石磨料，磨料粒度80～100目。

4、在上述薄钢片1上布焊料。焊料为颗粒状镍基合金焊料，合金焊料粒度为80目。合金成分为镍－铬－铁－硅。质量百分比为：镍84%~85%，铬4%~5%，铁6.5%~7.5%，硅4%~5%。

5、如图3所示，将排布超硬磨粒2与焊料的薄钢片1卡在厚度为0.3mm长度为12mm，高度为10mm的氧化铝陶瓷板3上。如图4所示，将上述陶瓷板3卡在石墨夹具4上阵列排布。

6、将上述带有钢片与陶瓷板的石墨板置于炉中进行真空钎焊。加热温度1025度，保温时间25分钟。

7、焊后将上述钢片与陶瓷板取出，取下钢片待用。

8、将带锯基体顶端需要粘结薄钢片的位置进行对磨，磨削后带锯厚度为0.4mm，磨削区域为带锯顶端，大小为：10mm×5.5mm。由于钢片的间隙0.3mm本身小于磨削后带锯厚度0.4mm，因此较为容易粘结卡紧。

9、在磨削区域涂树脂砂带用粘结剂，用以粘结钢片。

10、如图5所示，将步骤7得到的焊接了超硬磨粒2的薄钢片1置于带锯基体5的粘结区域，进行热固化。固化温度在130度。

11、将80个钢片全部固化于带锯基体上便制备好带锯，可安装于带锯机上进行使用。

制备的带锯由于基体未受到大于800℃以上的高温对基体组织的影响，因此其基体刚性与韧性均得到较好的保证，与受到1000℃左右高温钎焊的带锯基体相比，其抗拉强度提高了40%以上，不易发生伸长或者断裂；与传统的电镀带锯相比，金刚石焊接强度提高了70%以上，有效保证了磨粒的磨削性能。

本发明制备的1600mm长钎焊金刚石带锯工艺与方法工序简单，操作方便，质量稳定，适用于大批量生产。通过特别设计的陶瓷薄片和石墨进炉工装使得焊接更加方便。所制备带锯不仅有了钎焊工具优势，还保证了带锯基体的强度，是精密切割与曲线切割理想的选择对象。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钎焊超硬磨料带锯，包括带锯基体和超硬磨料，其特征在于：所述超硬磨料钎焊于U形套上，所述U形套粘接于带锯基体的外端，所述带锯基体的外端具有与所述U形套适配的台阶结构，所述U形套由薄钢片折弯成型。

2.根据权得要求1所述的钎焊超硬磨料带锯，其特征在于：所述带锯厚度为0.1mm～2.5mm，宽度为2.0mm～100mm。

3.根据权得要求1所述的钎焊超硬磨料带锯，其特征在于：所述薄钢片是不锈钢片或弹簧钢片。

4.根据权得要求1所述的钎焊超硬磨料带锯，其特征在于：所述超硬磨料的粒度范围20目～300目，选自金刚石、CBN、合金颗粒、聚晶金刚石、聚晶CBN中的一种或几种。

5.一种如权利要求1所述的钎焊超硬磨料带锯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①制备薄钢片，设带锯基体厚度为B1，薄钢片厚度为B，B=B1* 1/4，薄钢片长为L，宽为W；

②将薄钢片进行对等折弯，折弯形成的U形套中间缝隙为B2，B2=B1/2 - 0.1mm；

③在上述薄钢片上进行排布磨料与焊料；

④在上述薄钢片上布焊料；

⑤将上述薄钢片卡在厚度为B2的陶瓷片上；

⑥将上述薄钢片与陶瓷板固定石墨夹具上，再置于炉中进行真空钎焊，加热温度与保温时间根据所使用焊料来确定；

⑦焊后将上述薄钢片与陶瓷固定板取出，取下薄钢片待用；

⑧将带锯基体顶端需要粘结薄钢片的位置进行对磨，磨削后带锯厚度为B1/2，磨削区域为带锯顶端，大小为：W×L/2；

⑨在磨削区域涂粘结剂，用以粘结薄钢片；此处粘结剂可以是树脂粘结剂，也可以是其它有机粘结剂或者无机粘结剂；

⑩将步骤⑦制备的薄钢片置于粘结区域，进行热固化。

6.根据权得要求5所述的钎焊超硬磨料带锯的制备方法，其特征在于：所述钎焊方式为真空炉电阻钎焊、真空炉感应钎焊、激光钎焊或高频感应钎焊。

7.根据权得要求5所述的钎焊超硬磨料带锯的制备方法，其特征在于：所述薄钢片与带锯基体的通过粘结剂热固化固定连接，固化的温度为100℃～350 ℃。

8.根据权得要求5所述的钎焊超硬磨料带锯的制备方法，其特征在于：所用焊料为合金焊料，所述合金焊料是铜基焊料、银基焊料、镍基焊料中的一种或几种。