CN1669708A - 用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工领域，锯片含金属基体、胎体、普通磨料和超硬磨料，金属基体为合金钢或碳素钢，且表面均布φ8～φ10mm的散热孔；胎体含氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼，普通磨料含棕刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼；超硬磨料含金刚石、立方氮化硼；制作工艺为：胎体粉末混料－工作层料的配混工艺－焊接层料的配混工艺－冷压成型－热压烧结成型－磨弧－焊接－修整和开刃。本发明不会对人体和环境造成危害，利于提高切割加工效率，降低生产成本；适于小直径金属圆棒、金属圆管、金属板、金属丝等材料的切割，其切割加工效率高，加工质量好，使用寿命长。

Description

用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片及其制作方法

技术领域：

本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片及其制作工艺。

背景技术：

传统的切割加工方法是用树脂砂轮进行，如对小直径金属圆棒、金属圆管、金属板、金属丝等材料均利用该方法进行。由于树脂是一种有机材料，在使用时会分解产生有害成分，对人体造成危害，给环境带来污染，因此限制使用树脂砂轮进行金属切割加工。阻障了切割加工金属材料的发展。

发明内容：

本发明的目的就是提供一种金刚石/立方氮化硼锯片以替代树脂砂轮使用，它不仅不会对人体和环境造成危害，还有利于提高切割加工效率、改善加工质量、降低生产成本；尤其适于小直径金属圆棒、金属圆管、金属板、金属丝等材料的切割，其切割加工效率高，加工质量好，使用寿命长。

本发明的技术方案是：用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片含金属基体、胎体、普通磨料和超硬磨料。其中，

①金属基体为合金钢或碳素钢，且表面均布8～10mm的散热孔；

②胎体含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉占20％～60％，铜粉、锡粉占20％～40％，氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼占20％～40％，颗粒度为200目以细；

③普通磨料含棕刚玉、白刚玉、黑刚玉、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，体积浓度在10％～60％之间，颗粒度为200目以细；

④超硬磨料含金刚石、立方氮化硼，体积浓度在10％～70％之间，颗粒度为40/45～200/230目之间。

它的制作工艺为：胎体粉末混料—工作层料的配混工艺—焊接层料的配混工艺—冷压成型—热压烧结成型—磨弧—焊接—修整和开刃。

本发明不仅不会对人体和环境造成危害，还有利于提高切割金属的加工效率、改善加工质量、降低生产成本；尤其适于小直径金属圆棒、金属圆管、金属板、金属丝等材料的切割，其切割加工效率高，加工质量好，使用寿命长。

具体实施方式：

下面详细描述本发明的技术方案和具体实施方式。

一种用于切割金属的金刚石—立方氮化硼锯片含金属基体、胎体、普通磨料和超硬磨料。金属基体为合金钢或碳素钢，表面为多孔状以便于散热；胎体含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉占20％～60％，在本发明中采用40％，铜粉、锡粉占20％～40％，在本发明中采用30％，氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼占20％～40％，在本发明中采用30％，颗粒度为200目以细；普通磨料含棕刚玉、白刚玉、黑刚玉、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，体积浓度在10％～60％之间，颗粒度为200目以细；超硬磨料含金刚石、立方氮化硼，体积浓度在10％～70％之间，颗粒度为40/45～200/230目之间。

本发明的制作工艺如下：

①确定胎体成分和普通磨料、超硬磨料配方

胎体成分和普通磨料、超硬磨料配方主要是根据产品的加工对象和要求来确定，胎体粉料中用到的主要成分为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼等，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉等占20％～60％，铜粉、锡粉等占20％～40％，氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼等占20％～40％，要求上述粉末的颗粒度为200目以细。普通磨料含棕刚玉、白刚玉、黑刚玉、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼等所用的体积浓度在10％～60％之间，颗粒度为200目以细。所用金刚石、立方氮化硼等超硬磨料的体积浓度在10％～70％之间，颗粒度为40/45～200/230目之间。

②胎体粉末混料

根据配方计算出胎体粉料中每种成分的用量，用药物天平或台称准确称量，放入各自的盛器皿中，复核确认无误后，倒在一起进行混和，再将称量好的混料装入混料设备中进行机械混合，混料设备为球磨混料机，混好后的胎体粉料立即装入干燥器皿密封保存。

球磨混料工艺为：

第一步：将准确称量的胎体粉末先用手工在盛器皿中搅拌；

第二步：根据混料总量，依据料和球的总体积为球罐容积的50％～70％选择合适的球磨机；

第三步：根据料重，称取硬质合金球，按球料比(1～1.5)∶1称取，为使料混得均匀，一般球径最好大中小搭配。混料球最好是硬质合金或瓷质的，要求球的耐磨性要好，不能影响和改变结合的配方成分；

第四步：按工艺要求，选择好混料机的转速，确定好时间，开机混料。一般转速选择为30～100RPM，混料时间3～6h；

第五步：停机，将料和球用粗筛分开，将料准确称量，估算损耗并复核是否与第一步的量吻合。

③工作层料的配混工艺

本发明中的金属切割圆锯片，在制造节块时，分成工作层和焊接层两部分，工作层是胎体粉末中含有普通磨料和超硬磨料(金刚石、立方氮化硼)的部分，焊接层则用作与基体焊接的部分，为不含普通磨料和超硬磨料的纯胎体粉末成分。

按配方要求称取普通磨料、超硬磨料和胎体粉末，按胎体粉末总量的1％～2％称取润湿剂，润湿剂可用甘油、石腊、机油、酒精或它们的混合物，其作用是使普通磨料、超硬磨料和胎体粉末之间混合均匀，不因两者之间的密度不同产生偏析和浮选。

混制步骤为：

第一步：将称量好的胎体粉末倒入料筒，扒平后用钢勺在料中间压出一凹坑；

第二步：把普通磨料、超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在普通磨料、超硬磨料中，使普通磨料、超硬磨料全部湿润；

第三步：用钢勺将料反复搅拌，倒出过筛，再倒回料筒中；

第四步：放入长度为200mm钢链3～4根，盖好料筒盖，开机混料。一般混料时间为30～60分钟，混料机的转速40～100RPM。

第五步：停机检测，目测粉料有无色斑、结团、磨料是否均匀等。

④焊接层料的配混工艺

焊接层(也可称过渡层、非工作层等)料在使用前也需要进行机混，其润湿剂的加入量比工作层的少，混合时间为20～30分钟。混料时，按生产工艺单要求准确称取胎体粉末，放入料筒中，扒平后用钢勺在料中间压出一凹坑，将润湿剂倒凹坑中，在用钢勺将料搅拌，放入长度为200mm钢链3～4根，盖好料筒盖，开机混料。

⑤冷压成型

冷压成型即预压，它是用压力机压制出节块主坯，供热压烧结时用。其工艺步骤为：先按节块计算的工作层料和焊接层料，称量工作层料和焊接层料。然后按下列程序操作：模具检查—在和成型料接触的面上涂脱模剂—模具装配—投焊接层料—刮平—用压头轻压—投工作层料—装压头—送入压力机压制—保压—卸压—卸模。将卸出的节块毛坯整齐排列在料盘内待用。采用的冷压成型压力为100～200MPa。冷压时既要保证节块毛坯有一定强度，又要时节块毛坯高度方向尺寸比成品尺寸大40％～50％。

⑥热压烧结成型

热压烧结成型设备选用国内制造节块圆锯片的自动成型压机，其工艺步骤为：石墨模具检查—在模壁上涂脱模剂—冷压毛坯与模板组装—套上模框—垫上绝热隔板—拧紧固紧螺钉—送入热压机预压—通电加热—保温保压—卸压—冷却—卸模。采用的热压压力为20～30MPa。当模具尚未通电加热时，先置于初始压力下，初始压力为热压压力的1/3左右。当模具保温保压完毕开始降温时，其压力也下调至热压压力的1/3左右。

⑦磨弧

为提高节块在锯片基体上的焊接牢度，对节块的焊接面要进行磨弧处理，其作用为：一是使节块的焊接面的弧度与基体焊接面的弧度一致；二是去除节块热压烧结过程中形成的氧化皮。磨弧所用的设备与普通锯片所用的一样，具体操作规程如下：

第一步：节块磨弧前，先手持节块在砂轮上将热压烧结形成的毛刺、废边打磨掉。

第二步：用肉眼或卡尺将节块按高度分成不同等级。

第三步：将高度相近的节块弓背部朝向夹钳口底部，预夹紧后，用专用木锤轻敲节块中部，使每个节块都能紧贴钳口底部基准面，再用力夹紧之。

第四步：调整砂轮立轴支架和丝杠，使砂轮摆弧度与节块要求的磨弧一致，开启冷却泵，开动砂轮磨弧。

⑧焊接

本发明采用激光焊接工艺，当用激光来进行焊接作业时，是利用透镜将平行激光来进行聚集，这样激光束的能量就高度集中在很小的范围内，就可以产生很高的温度，将金属材料熔化，当激光束以快速移动方式照射金属时，焊接作业就得以实现。采用的激光焊接设备与普通金刚石锯片的相同，激光焊接的工作过程为：首先用自动装置对锯片基体进行测量，再转送到固定装置上固定，同时节块也被固定在支撑体上并靠紧在基体边缘，然后数控装置沿两条轴线的方向操纵激光光束沿施焊线移动，待激光关闭后，该锯片焊接完成，再装上新的待焊锯片。

⑨修整和开刃

圆锯片焊接完成后，需对其进行修整和开刃。修整是通过磨加工作业，使锯片的尺寸(厚度及直径)、外圆和端面跳动达到规定的公差值，满足使用要求，修整和开刃是在锯片修整开刃机上完成的，其操作过程为：

第一步：修磨前必须检查设备运行情况。

第二步：先修磨基体与节块焊接处两侧面，再修磨节块两侧面，然后再修磨锯片外圆。要求节块侧面、外圆90％以上面积被磨到。

第三步：修磨基体和节块两侧面时，调整两砂轮位置，使两砂轮的进刀量相等，修磨外圆时进刀量不宜太大。

第四步：外圆开刃是在修整作业后才进行的。使基体顺针时方向旋转，用外圆修整的同一砂轮对节块开刃。开刃后的锯片应在面向操作者这一面上用箭头指向顺时针方向，代表该锯片按此方向作为其切割时的旋转方向。

第五步：锯片上节块倒梯形的修磨。在锯片较快速度旋转下，两侧面砂轮压力由小到大，然后由大到小(指修磨砂轮从锯片外向心部运动修整，再由心部向外缘运动修整)，重复4～5次上述动作后，使节块截面成一倒梯形(即外缘大于焊接处)，锥角约2～30°。这种锯片侧面摩擦阻力较小，有利于高速切削。

Claims (2)

1.用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片含金属基体、胎体、普通磨料和超硬磨料。其特征在于：

①金属基体为合金钢或碳素钢，且表面均布8～10mm的散热孔；

②胎体含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉占20％～60％，铜粉、锡粉占20％～40％，氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼占20％～40％，颗粒度为200目以细；

③普通磨料含棕刚玉、白刚玉、黑刚玉、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，体积浓度在10％～60％之间，颗粒度为200目以细；

④超硬磨料含金刚石、立方氮化硼，体积浓度在10％～70％之间，颗粒度为40/45～200/230目之间。

2.用于切割金属的金刚石/立方氮化硼锯片的制作方法，胎体粉末混料-工作层料的配混工艺-焊接层料的配混工艺-冷压成型-热压烧结成型-磨弧-焊接-修整和开刃，其特征在于：

①确定胎体成分和普通磨料、超硬磨料配方

胎体成分和普通磨料、超硬磨料配方主要是根据产品的加工对象和要求来确定，胎体粉料中用到的主要成分为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼等，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉等占20％～60％，铜粉、锡粉等占20％～40％，氧化铝、氧化锆、石英、碳化钨、二硼化锆、二硅化钼等占20％～40％，要求上述粉末的颗粒度为200目以细。普通磨料含棕刚玉、白刚玉、黑刚玉、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅、碳化硼等所用的体积浓度在10％～60％之间，颗粒度为200目以细。所用金刚石、立方氮化硼等超硬磨料的体积浓度在10％～70％之间，颗粒度为40/45～200/230目之间。

②胎体粉末混料

根据配方计算出胎体粉料中每种成分的用量，用药物天平或台称准确称量，放入各自的盛器皿中，复核确认无误后，倒在一起进行混和，再将称量好的混料装入混料设备中进行机械混合，混料设备为球磨混料机，混好后的胎体粉料立即装入干燥器皿密封保存。

球磨混料工艺为：

第一步：将准确称量的胎体粉末先用手工在盛器皿中搅拌；

第二步：根据混料总量，依据料和球的总体积为球罐容积的50％～70％选择合适的球磨机；

第三步：根据料重，称取硬质合金球，按球料比(1～1.5)∶1称取，为使料混得均匀，一般球径最好大中小搭配。混料球最好是硬质合金或瓷质的，要求球的耐磨性要好，不能影响和改变结合的配方成分；

第四步：按工艺要求，选择好混料机的转速，确定好时间，开机混料。一般转速选择为30～100RPM，混料时间3～6h；

第五步：停机，将料和球用粗筛分开，将料准确称量，估算损耗并复核是否与第一步的量吻合。

③工作层料的配混工艺

本发明中的金属切割圆锯片，在制造节块时，分成工作层和焊接层两部分，工作层是胎体粉末中含有普通磨料和超硬磨料(金刚石、立方氮化硼)的部分，焊接层则用作与基体焊接的部分，为不含普通磨料和超硬磨料的纯胎体粉末成分。

按配方要求称取普通磨料、超硬磨料和胎体粉末，按胎体粉末总量的1％～2％称取润湿剂，润湿剂可用甘油、石腊、机油、酒精或它们的混合物，其作用是使普通磨料、超硬磨料和胎体粉末之间混合均匀，不因两者之间的密度不同产生偏析和浮选。

混制步骤为：

第一步：将称量好的胎体粉末倒入料筒，扒平后用钢勺在料中间压出一凹坑；

第二步：把普通磨料、超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在普通磨料、超硬磨料中，使普通磨料、超硬磨料全部湿润；

第三步：用钢勺将料反复搅拌，倒出过筛，再倒回料筒中；

第四步：放入长度为200mm钢链3～4根，盖好料筒盖，开机混料。一般混料时间为30～60分钟，混料机的转速40～100RPM。

第五步：停机检测，目测粉料有无色斑、结团、磨料是否均匀等。

④焊接层料的配混工艺

焊接层(也可称过渡层、非工作层等)料在使用前也需要进行机混，其润湿剂的加入量比工作层的少，混合时间为20～30分钟。混料时，按生产工艺单要求准确称取胎体粉末，放入料筒中，扒平后用钢勺在料中间压出一凹坑，将润湿剂倒凹坑中，在用钢勺将料搅拌，放入长度为200mm钢链3～4根，盖好料筒盖，开机混料。

⑤冷压成型

冷压成型即预压，它是用压力机压制出节块主坯，供热压烧结时用。其工艺步骤为：先按节块计算的工作层料和焊接层料，称量工作层料和焊接层料。然后按下列程序操作：模具检查-在和成型料接触的面上涂脱模剂-模具装配-投焊接层料-刮平-用压头轻压-投工作层料-装压头-送入压力机压制-保压-卸压-卸模。将卸出的节块毛坯整齐排列在料盘内待用。采用的冷压成型压力为100～200MPa。冷压时既要保证节块毛坯有一定强度，又要时节块毛坯高度方向尺寸比成品尺寸大40％～50％。

⑥热压烧结成型

热压烧结成型设备选用国内制造节块圆锯片的自动成型压机，其工艺步骤为：石墨模具检查-在模壁上涂脱模剂-冷压毛坯与模板组装-套上模框-垫上绝热隔板-拧紧固紧螺钉-送入热压机预压-通电加热-保温保压-卸压-冷却-卸模。采用的热压压力为20～30MPa。当模具尚未通电加热时，先置于初始压力下，初始压力为热压压力的1/3左右。当模具保温保压完毕开始降温时，其压力也下调至热压压力的1/3左右。

⑦磨弧

为提高节块在锯片基体上的焊接牢度，对节块的焊接面要进行磨弧处理，其作用为：一是使节块的焊接面的弧度与基体焊接面的弧度一致；二是去除节块热压烧结过程中形成的氧化皮。磨弧所用的设备与普通锯片所用的一样，具体操作规程如下：

第一步：节块磨弧前，先手持节块在砂轮上将热压烧结形成的毛刺、废边打磨掉。

第二步：用肉眼或卡尺将节块按高度分成不同等级。

第三步：将高度相近的节块弓背部朝向夹钳口底部，预夹紧后，用专用木锤轻敲节块中部，使每个节块都能紧贴钳口底部基准面，再用力夹紧之。

第四步：调整砂轮立轴支架和丝杠，使砂轮摆弧度与节块要求的磨弧一致，开启冷却泵，开动砂轮磨弧。

⑧焊接

本发明采用激光焊接工艺，当用激光来进行焊接作业时，是利用透镜将平行激光来进行聚集，这样激光束的能量就高度集中在很小的范围内，就可以产生很高的温度，将金属材料熔化，当激光束以快速移动方式照射金属时，焊接作业就得以实现。采用的激光焊接设备与普通金刚石锯片的相同，激光焊接的工作过程为：首先用自动装置对锯片基体进行测量，再转送到固定装置上固定，同时节块也被固定在支撑体上并靠紧在基体边缘，然后数控装置沿两条轴线的方向操纵激光光束沿施焊线移动，待激光关闭后，该锯片焊接完成，再装上新的待焊锯片。

⑨修整和开刃

圆锯片焊接完成后，需对其进行修整和开刃。修整是通过磨加工作业，使锯片的尺寸(厚度及直径)、外圆和端面跳动达到规定的公差值，满足使用要求，修整和开刃是在锯片修整开刃机上完成的，其操作过程为：

第一步：修磨前必须检查设备运行情况。

第二步：先修磨基体与节块焊接处两侧面，再修磨节块两侧面，然后再修磨锯片外圆。要求节块侧面、外圆90％以上面积被磨到。

第三步：修磨基体和节块两侧面时，调整两砂轮位置，使两砂轮的进刀量相等，修磨外圆时进刀量不宜太大。

第四步：外圆开刃是在修整作业后才进行的。使基体顺针时方向旋转，用外圆修整的同一砂轮对节块开刃。开刃后的锯片应在面向操作者这一面上用箭头指向顺时针方向，代表该锯片按此方向作为其切割时的旋转方向。

第五步：锯片上节块倒梯形的修磨。在锯片较快速度旋转下，两侧面砂轮压力由小到大，然后由大到小(指修磨砂轮从锯片外向心部运动修整，再由心部向外缘运动修整)，重复4～5次上述动作后，使节块截面成一倒梯形(即外缘大于焊接处)，锥角约2～30°。这种锯片侧面摩擦阻力较小，有利于高速切削。