CN110394901A - 弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺 - Google Patents

弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺，属于金刚石锯片技术领域。通过对刀头材料组成、锯片结构的优化设计，并采用冷压连接方式将刀头嵌入到锯片基体内，实现刀头与基体的可靠连接。同时，所制备的金刚石锯片能够进行弯曲切割，实现在任意材料中割取异型样式，不仅便捷，而且满足多用途需求。

Description

弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺
技术领域：
本发明涉及金刚石锯片技术领域，具体涉及一种弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺。
背景技术：
在全球经济发展的大环境中，多功能、便捷、专业成为工具类产品研发的方向，尤其在工程建设、石材雕刻等领域，更加需要这一类产品。
金刚石锯片是一种锯切加工工具，广泛应用于混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的切割加工。金刚石锯片主要由基体与刀头两部分组成，刀头一般由胎体合金和一定比例的金刚石粒子构成，利用胎体合金对金刚石颗粒的把持力而实现金刚石粒石材等的切割。为了提高金刚石锯片的切割性能及使用寿命、降低金刚石锯片的生产成本，提高胎体合金与金刚石颗粒之间的把持力一直是人们研究的热点。
金刚石刀头与锯片基体之间的结合力也备受关注，结合强度低，则切割时刀头易于脱落，因此，为使刀头在切割时能够牢固的对抗材料的冲击需要提升刀头与基体结合力。
目前将锯片基体与金刚石刀头结合的工艺包括电镀、高频焊接及激光焊接。传统电镀工艺是在锯片基体上直接电镀出刀头，结合强度较低，切割硬度大的材料时刀头极易脱落。传统的高频焊接是将刀头钎焊在基体上，刀头结合面靠钎料熔化渗透而连接，热影响区宽，高温强度低，承载能力差，不适合高温及高强度要求的场合。
采用激光焊接的工艺较为成熟，可以较好的将金刚石刀头与钢基体熔合在一起，结合强度高且热影响区小，克服了刀齿脱落现象，但因刀头与锯片基体为异质材料，各种性能差异较大，因此进行激光焊接时需要制备过渡层，同时为获得足够高的焊接强度及良好的焊缝质量，需要刀头、锯片基体和过渡层均具有合理的配方和最优的烧结温度，若刀头与过渡层的成分差别太大，易在交界处由于受热受力不均而产生断裂；各部分配方不合适或激光焊工艺参数不合适时，焊缝处易出现气孔、空洞等，导致焊接强度较低，达不到使用要求，因此采用激光焊接制备锯片的研发成本及废品率较高，且工序复杂。
另外，现有的普通圆锯片只能进行直线切割，而对于石材台面要挖取圆孔或对石材表面雕刻多种形状时则要求锯片能进行自由弯曲切割，目前还无法实现。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种弯曲切割的金刚石锯片及其制备工艺，制备的锯片有一定弯曲角度，可以呈现曲线切割；同时通过对基体与刀头形状的特殊设计以及采用冷压连接方式，使锯片的制备工序简单且结合强度高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种弯曲切割的金刚石锯片，其为盘式结构，包括平面盘底和盘沿；所述平面盘底为第一基体，平面盘底的中心设有轴孔，所述盘沿由外侧的金刚石刀头和内侧的第二基体组成；第一基体和第二基体一体成形组成锯片基体。所述盘沿与平面盘底的夹角θ为120～170°。
所述金刚石刀头为多个，均匀分布于所述盘沿的外边缘；金刚石刀头为T形结构，包括外侧的工作端和内侧的椎形柄，相邻金刚石刀头的工作端之间具有间隔。
所述盘沿内侧的第二基体的外周设计为锯齿状结构，金刚石刀头内侧的各椎形柄嵌入各锯齿之间的间隙内并与锯齿紧密结合；所述盘沿上第二基体的各锯齿上开有凹槽，凹槽位于各金刚石刀头之间的间隔处，凹槽内表面为内凹曲面结构。
该金刚石锯片的锯片基体材料为30CrMo钢，硬度34～38HRC，所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经冷压成型和热压烧结后制成；按重量份数计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜18-28份，铁35-45份，镍3-18份，钴2-10份，锡2-10份，稀土3-12份，WC粉5-10份；液体石蜡0.4-1.2份，金刚石0.8-2.1份；所述稀土为Y或La粉末。
按重量份数计，金刚石刀头所用原材料优选的化学组成为：
铜20-26份，铁37-42份，镍7-16份，钴3-8份，锡4-9份，稀土4-10份，WC粉6-8份；液体石蜡0.6-1.0份，金刚石1.0-1.9份；
按重量份数计，金刚石刀头所用原材料更优选的组成为：
铜25份，铁40份，镍15份，钴5份，锡6份，稀土9份，WC粉8份；液体石蜡0.8份，金刚石1.2份。
该金刚石锯片的锯片基体与金刚石刀头通过冷压连接结合为一体；具体制备过程包括如下步骤：
(1)基体加工：采用冲床冲压式制备基体，车加工基体上的锯齿；
(2)定制冷压连接钢模：按图纸设计的金刚石锯片的结构制备冷压连接钢模；
(3)金刚石刀头的制备：将金刚石刀头的制备原材料混匀后进行冷压成型，然后热压烧结；热压烧结时，烧结温度为790～850℃，压力50～60kg/cm2，保温时间60分钟；然后用砂轮机对锯片进行开刃修整处理。
(4)冷压连接：首先将加工好的锯片基体和金刚石刀头拼接后装入冷压连接钢模内；进行固定后，向冷压连接钢模的两端施加垂直于金刚石刀头外端面的加载力F，在加载力F的作用下，锯片基体的锯齿间隔处受到金刚石刀头椎形柄的向内挤压而产生塑性变形，直至金刚石刀头的椎形柄全部嵌入基体上各锯齿之间的间隙内；所述加载力F为300-350KN。
(5)喷漆、检验。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明将钢基体设计为盘状结构，使锯片有了一定的弯曲角度，因此切割可以呈现曲线切割，对于石材台面要挖取圆孔或对石材表面雕刻多种形状可以自由弯曲切割，实现在任意材料中割取异型样式，不仅便捷，而且满足多用途需求。而普通圆锯片只能进行直线切割。
2、本发明将金刚石刀头设计为T形结构，锯片基体外周为锯齿状，使金刚石刀头内侧的各椎形柄能够嵌入各锯齿之间的间隙内，并通过冷压连接方式使各椎形柄挤压进各间隙内与锯齿形成牢固连接。
3、本发明的金刚石刀头间具有间隔，间隔处设有向内的曲面凹槽，可以提高切割过程中快速排泄，降低切割阻力。
4、本发明的刀头胎体合金中加入镍、钴、稀土和WC增强相，可以大幅提高金刚石锯片胎体对金刚石的咬合力，提高锯片的使用寿命和锋利度，降低金属粉资源的无效浪费。稀土元素Y和La的加入并与WC及镍、钴等元素在优化的配比下，能更大程度的提高胎体合金的硬度、抗弯强度，以及胎体合金与金刚石颗粒的咬合力。
5、本发明采用冷压连接的方式将锯片基体和金刚石刀头牢固连接在一起，在拼接端宏观结构采用特殊设计的基础上，在合适加载力F的作用下使刀头的椎形柄挤压并牢固嵌入到锯片基体内。
附图说明：
图1为本发明弯曲切割的金刚石锯片结构示意图(俯视图)。
图2为本发明弯曲切割的金刚石锯片结构示意图(剖面图)。
图3为实施例1和对比例1制备的金刚石刀头SEM形貌；其中：(a)实施例1，(b)对比例1。
图中：1-金刚石刀头；101-锥形柄；2-第一基体；3-第二基体。
具体实施方式：
下面结合附图及实施例对本发明详细说明。
本发明为弯曲切割的金刚石锯片，结构如图1-2所示。该金刚石锯片为盘式结构，包括平面盘底和盘沿，盘沿与平面盘底的夹角θ为120～170°。所述平面盘底为第一基体2，平面盘底的中心设有用于安装的轴孔，所述盘沿由外侧的金刚石刀头1和内侧的第二基体3组成；第一基体和第二基体一体成形组成锯片基体。
所述金刚石刀头为多个，均匀环布于所述盘沿的外边缘；金刚石刀头为T形结构，包括外侧的工作端和内侧的椎形柄101，相邻金刚石刀头的工作端之间具有间隔，最小间距为4mm。
所述盘沿内侧的第二基体的外周设计为锯齿状结构，金刚石刀头内侧的各椎形柄嵌入各锯齿之间的间隙内并与锯齿紧密结合；所述盘沿上第二基体的各锯齿上开有凹槽，凹槽位于各金刚石刀头之间的间隔处，凹槽内表面为内凹曲面结构。
该金刚石锯片的锯片基体材料为30CrMo钢，硬度34～38HRC，所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经冷压成型和热压烧结后制成；金刚石刀头所用原材料的组成为(重量份)：铜18-28份，铁35-45份，镍3-18份，钴2-10份，锡2-10份，稀土3-12份，WC粉5-10份；液体石蜡0.4-1.2份，金刚石0.8-2.1份；所述稀土为Y或La粉末。
该金刚石锯片的锯片基体与金刚石刀头通过冷压连接结合为一体；具体制备过程包括如下步骤：
(1)基体加工：根据图纸要求，采用冲床冲压式制备基体，车加工基体锯齿；加工基体时，盘沿内侧的第二基体上各锯齿之间的间隙应比金刚石刀头上各椎形柄的尺寸略小，以使进行冷压连接时各椎形柄挤压进各间隙后，形成高连接强度的锯片。
(2)定制冷压连接钢模：按图纸设计的金刚石锯片的形状制备冷压连接钢模；
(3)金刚石刀头的制备：将金刚石刀头的制备原材料按配比混匀后进行冷压成型，然后热压烧结；热压烧结时，烧结温度为790～850℃，压力50～60kg/cm2，保温时间60分钟；然后用砂轮机对锯片进行开刃修整处理。
(4)冷压连接：将加工好的锯片基体和金刚石刀头拼接后装入冷压连接钢模内(因金刚石刀头尺寸略大于基体上各锯齿之间的间隙，所以拼接后金刚石刀头的椎形柄只有一部分伸入锯齿之间的间隙内)；将装配好的冷压连接钢模在工作台上进行固定，然后采用压力机向冷压连接钢模的两端施加垂直于金刚石刀头外端面的加载力F，F为300-350KN。因锯片基体塑性选选优于金刚石刀头的塑性，在加载力F的作用下，锯片基体的锯齿间隔处受到金刚石刀头椎形柄的向内挤压而产生塑性变形，直至金刚石刀头的椎形柄全部嵌入基体上各锯齿之间的间隙内；打开冷压连接钢模，取出成型后的锯片；加载力F不能过大，也不能太小。
(5)喷漆、检验：将金刚石锯片用磨光机打磨至基体表面光亮，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行连接强度检测，合格后印刷包装入库。
实施例1：
本实施例制备金刚石锯片的过程为：
1、按图1-2设计金刚石锯片结构，并加工出基体。
2、金刚石刀头的原材料组成为(重量份)：铜25份，铁40份，镍15份，钴5份，锡6份，稀土9份，WC粉8份；液体石蜡0.8份，金刚石1.2份。
将刀头原材料放入混料桶中混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，然后热压烧结。热压烧结温度为800℃，压力60kg/cm2，保温时间60分钟。热压烧结后砂轮砂带打磨刀头。所制备的金刚石刀头组织均匀、致密，如图3(a)所示。经测试，刀头硬度为195HB，合金的质量磨损损失为0.0080g。刀头硬度可在一定程度上反映胎体合金对金刚石的把持力，把持力的大小反映了金刚石颗粒抗击磨削力或修整力的能力。把持力不足会导致磨削过程中金刚石颗粒脱落。
3、将锯片基体和金刚石刀头拼接后放入冷压连接钢模内，启动压机，向刀头端头施加垂直的加载力320KN，待刀头内侧的椎形柄完全挤压嵌入锯片基体的锯齿间隔内即可。将锯片取出，用磨光机打磨基体表面光亮，进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头与基体之间进行连接强度检测，检测结果为合格。
实施例2：
本实施例制备金刚石锯片的过程为：
1、按图1-2设计金刚石锯片结构，并加工出基体。
2、金刚石刀头的原材料组成为(重量份)：铜26份，铁37份，镍16份，钴5份，锡8份，稀土Y为7份，WC粉8份，液体石蜡0.7份，金刚石1.5份。
将刀头原材料放入混料桶中混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，然后热压烧结。热压烧结温度为805℃，压力60kg/cm2，保温时间60分钟。热压烧结后砂轮砂带打磨刀头。所制备的金刚石刀头组织均匀、致密。经测试，刀头硬度为194HB，合金的质量磨损损失为0.0075g。
3、将锯片基体和金刚石刀头拼接后放入冷压连接钢模内，启动压机，向刀头端头施加垂直的加载力325KN，待刀头内侧的椎形柄完全挤压嵌入锯片基体的锯齿间隔内即可。将锯片取出，用磨光机打磨基体表面光亮，进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头与基体之间进行连接强度检测，检测结果为合格。
实施例3：
本实施例制备金刚石锯片的过程为：
1、按图1-2设计金刚石锯片结构，并加工出基体。
2、金刚石刀头的原材料组成为(重量份)：铜25份，铁41份，镍12份，钴5份，锡6份，稀土La为8份，WC粉6.5份，液体石蜡0.7份，金刚石1.8份。
将刀头原材料放入混料桶中混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，然后热压烧结。热压烧结温度为820℃，压力50kg/cm2，保温时间60分钟。热压烧结后砂轮砂带打磨刀头。所制备的金刚石刀头组织均匀、致密。经测试，刀头硬度为192HB，合金的质量磨损损失为0.0075g。
3、将锯片基体和金刚石刀头拼接后放入冷压连接钢模内，启动压机，向刀头端头施加垂直的加载力340KN，待刀头内侧的椎形柄完全挤压嵌入锯片基体的锯齿间隔内即可。将锯片取出，用磨光机打磨基体表面光亮，进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头与基体之间进行连接强度检测，检测结果为合格。
对比例1：
与实施例1不同之处在于：金刚石刀头的原材料组成为(重量份)：铜25份，铁40份，镍15份，钴5份，锡6份，液体石蜡0.8份，金刚石1.2份。
本例所制备的金刚石刀头的组织比较疏松、粗大，如图3(b)所示。对本例制备的金刚石刀头进行测试，刀头硬度为182HB，合金的质量磨损损失为0.0098g。可见不加稀土Y和WC时的硬度和质量磨损损失都较差。
对比例2：
与实施例1不同之处在于：将锯片基体和金刚石刀头进行冷压连接时，向刀头端面施加垂直的加载力分别为250KN和400KN。
对所制备的金刚石锯片进行检测，发现当加载力为250KN时，锥形柄能够嵌入到锯片基体边缘处的锯齿间隙中，但因加载压力较小，钢基体变形量有限，间隙处的充填并非十分饱满。以600N/mm2强度标准对金刚石刀头与基体之间连接强度检测时，刀头从基体中脱落。
当加载力为400KN时，因为挤压力过大，导致嵌入过度，导致第二基体出现不平整和飞边情况(冷压连接钢模所用材质为不锈钢，塑性变形能力和锯片基体相差不是很多，因此挤压力过大时，钢模也会间接出现变形，导致基体的飞边情况出现)。
以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，上述实施例是示例性质的，不能理解为对本发明的限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干的改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：该金刚石锯片为盘式结构，包括平面盘底和盘沿；所述平面盘底为第一基体，平面盘底的中心设有轴孔，所述盘沿由外侧的金刚石刀头和内侧的第二基体组成；第一基体和第二基体一体成形组成锯片基体。
2.根据权利要求1所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：所述盘沿与平面盘底的夹角θ为120～170°。
3.根据权利要求1所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：所述金刚石刀头为多个，均匀分布于所述盘沿的外边缘；金刚石刀头为T形结构，包括外侧的工作端和内侧的椎形柄，相邻金刚石刀头的工作端之间具有间隔。
4.根据权利要求3所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：所述盘沿内侧的第二基体的外周设计为锯齿状结构，金刚石刀头内侧的各椎形柄嵌入各锯齿之间的间隙内并与锯齿紧密结合；所述盘沿上第二基体的各锯齿上开有凹槽，凹槽位于各金刚石刀头之间的间隔处，凹槽内表面为内凹曲面结构。
5.根据权利要求4所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：该金刚石锯片的锯片基体材料为30CrMo钢，硬度34～38HRC，所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经冷压成型和热压烧结后制成；按重量份数计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜18-28份，铁35-45份，镍3-18份，钴2-10份，锡2-10份，稀土3-12份，WC粉5-10份；液体石蜡0.4-1.2份，金刚石0.8-2.1份；所述稀土为Y或La粉末。
6.根据权利要求4所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：按重量份数计，金刚石刀头所用原材料优选的化学组成为：
铜20-26份，铁37-42份，镍7-16份，钴3-8份，锡4-9份，稀土4-10份，WC粉6-8份；液体石蜡0.6-1.0份，金刚石1.0-1.9份。
7.根据权利要求5所述的弯曲切割的金刚石锯片的制备方法，其特征在于：该金刚石锯片的锯片基体与金刚石刀头通过冷压连接结合为一体；具体制备过程包括如下步骤：
(1)基体加工：采用冲床冲压式制备基体，车加工基体上的锯齿；
(2)定制冷压连接钢模：按图纸设计的金刚石锯片的结构制备冷压连接钢模；
(3)制备金刚石刀头；
(4)利用冷压连接将基体和刀头结合在一起；
(5)喷漆、检验。
8.根据权利要求7所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：步骤(3)中，金刚石刀头的制备过程为：将金刚石刀头的制备原材料混匀后进行冷压成型，然后热压烧结；热压烧结时，烧结温度为790～850℃，压力50～60kg/cm2，保温时间40-60分钟。
9.根据权利要求7所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：步骤(4)中，所述冷压连接的过程包括如下步骤：
(a)将加工好的锯片基体和金刚石刀头拼接后装入冷压连接钢模内；
(b)将步骤(a)中装配好的冷压连接钢模进行固定，然后向冷压连接钢模的两端施加垂直于金刚石刀头外端面的加载力F，在加载力F的作用下，锯片基体的锯齿间隔处受到金刚石刀头椎形柄的向内挤压而产生塑性变形，直至金刚石刀头的椎形柄全部嵌入基体上各锯齿之间的间隙内。
10.根据权利要求9所述的弯曲切割的金刚石锯片，其特征在于：所述加载力F为300-350KN。
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