CN201244874Y

CN201244874Y - 有序排列式金刚石工具

Info

Publication number: CN201244874Y
Application number: CNU2008201082013U
Authority: CN
Inventors: 罗晓丽; 赵刚; 姚炯彬; 黄盛林; 杨合丹
Original assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2018-05-30

Abstract

本实用新型涉及一种有序排列式金刚石工具，通常用于切割各种硬物质，如石材、混凝土结构及沥青结构等，它包括刀头(11)和基体(12)，刀头(11)上有分散其中的金刚石颗粒(2)，其中：金刚石颗粒沿刀头高度呈多层分布，每层上均有多个重复分布的金刚石颗粒组，各组金刚石颗粒在顶刃切割面上形成V型的切割角，切割角为15～60度。本实用新型通过控制金刚石颗粒在三维空间上的位置，使刀头表面的金刚石能在顶刃切割面及时、均匀地突出，从而延迟了金刚石的失效，确保了每颗粒金刚石都能及时有效的工作；因此不仅能提高金刚石工具的切割速度和切割寿命，还能提高切割稳定性。

Description

有序排列式金刚石工具

技术领域

本实用新型涉及一种金刚石工具，此种工具通常用于切割各种硬物质，如石材、混凝土结构及沥青结构等，特别涉及一种有序排列式金刚石工具。

背景技术

金刚石工具是以金刚石为关键原材料的一种特殊工具，一般的金刚石工具是由金属基体和金刚石刀头两部分组成。金刚石刀头中金刚石的浓度、刀头刃部金刚石的间距及其排列方式、金刚石突出高度等是影响金刚石工具寿命和锯切效率的重要因素。

图1显示了传统金刚石工具的一个例子，该金刚石工具包括刀头11、基体12。刀头11具有随机分散于其中的金刚石颗粒2，在用金刚石工具切割工件中，分散于切割段中的金刚石颗粒将执行切割工作。

在常规的金刚石工具中，具有随机分散的金刚石颗粒的刀头采用金刚石包覆制粒，三维混料，预压成型，然后热压烧结。但由于金刚石和金属粉末在粒度尺寸与材料比重上的差别，金刚石并不会均匀的分散。从而形成随机分布造成的堆积区3或稀少区4，在堆积区，金刚石得不到有效利用而导致浪费，特别是零距离多颗粒金刚石由于把持力不够牢固，在切削过程中几乎不作为而自行脱落。在金刚石稀少区，金刚石浓度过低，由于单颗粒承受工作载荷巨大，冲击力加大，金刚石颗粒受冲击力破碎而过早脱落，也不能进行行之有效的切削加工。因此常规金刚石工具中金刚石的有效利用率很低，限制了工具锋利度和寿命的提高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种有序排列式金刚石工具，通过将金刚石颗粒恰当有效的分布在刀头的三维空间里，保证每颗金刚石都能均匀有效的执行切割工作，以提高切割寿命、切割效率及切割稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种有序排列式金刚石工具，包括刀头(11)和基体(12)，刀头(11)上有分散其中的金刚石颗粒(2)，所述金刚石颗粒在刀头高度呈多层分布，每层上有多个重复分布的金刚石颗粒组，各组金刚石颗粒在顶刃切割面上形成V型的切割角，切割角为15～60度。

金刚石颗粒为粗细粒径交替排列。

在刀头宽度方向，由两个V型切割角并列组成M型切割顶刃，或三个V型切割角并列组成锯齿型切割顶刃。

在刀头高度方向，所述金刚石颗粒在刀头表面沿切割弧度方向逐行呈阶梯状分布，在第一行金刚石颗粒高于第二行颗粒高度的1/3，第三行低于第二行颗粒高度的1/3。

各行金刚石颗粒在刀头高度方向沿折线分布。

在刀头高度方向，相邻各行金刚石颗粒组成的队列呈双曲线分布，曲线间距由刀头中心线向外逐渐减小。

在刀头高度方向，相邻各行金刚石颗粒组成的队列呈同心圆弧状分布，圆弧间距从刀头的起始切割端向后逐渐增大。

本实用新型的设计方案是：在有序排列式金刚石工具中，金刚石颗粒被有效的布置在金刚石工具刀头的环形顶刃切割面、刀头宽度和刀头高度的三维空间里。在刀头宽度方向，金刚石颗粒在顶刃切割面上形成了多组均匀分布的金刚石，每组金刚石在顶刃切割面上形成V形切割角，切割角范围在15～60度之间；除此之外，根据不同的排列方式，还可以形成两个相邻的V型切割角组成的M型切割顶刃，以及三个相邻V型切割角组成的锯齿形切割顶刃。在刀头高度方向，金刚石在刀头表面(该表面垂直于顶刃切割面)沿切割弧度方向逐行分布，在第一行金刚石出刃高度达到金刚石尺寸的1/3时，第二行金刚石开始出刃，而当第一行出刃至金刚石粒度的2/3，第二行随之出刃1/3后，第三行金刚石开始出刃，从而使预合金粉末胎体对第一行金刚石的包镶面到保护作用，延迟了金刚石的失效，如此循环，直至刀头高度方向最后一行金刚石消耗完毕。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

通过控制金刚石颗粒在三维空间上的位置，使刀头表面的金刚石能在顶刃切割面及时、均匀地突出，从而延迟了金刚石的失效，确保了每颗粒金刚石都能及时有效的工作；顶刃切割面上的金刚石呈V状均匀分布，这样不仅能实现金刚石间的无缝隙切割，而其15～60度的切割角又能迅速的提高切割速度，因此通过本实用新型不仅能提高金刚石工具的切割速度和切割寿命，还能提高切割稳定性。

附图说明

图1为一种传统式金刚石工具结构示意图。

图2为本实用新型的一种由三种不同排列方式组成的刀头顶刃结构示意图。

图3为本实用新型的一种由三种不同排布方式和有两种不同粒径的刀头顶刃结构示意图。

图4为本实用新型的一种由同粒径和两种不同排列方式的金刚石组成的刀头顶刃结构示意图，。

图5为本实用新型的一种由不同粒径和三种不同排列方式组成的M型刀头顶刃结构示意图。

图6为本实用新型的刀头顶刃结构示意图。

图7为本实用新型的刀头表面金刚石颗粒布置成折线型的结构示意图。

图8为本实用新型的另一种刀头表面金刚石颗粒布置成折线型的结构示意图。

图9为本实用新型的刀头表面金刚石颗粒沿双曲线分布的结构示意图。

图10为本实用新型的刀头表面金刚石颗粒沿水波纹状的同心圆分布结构示意图。

图11为本实用新型的刀头顶刃上的金刚石颗粒在切割平面上的投影示意图。

图12为本实用新型的刀头表面的具有两种不同形式刀头的结构示意图。

图13为本实用新型应用于取芯钻头刀头的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

此种有序排列式金刚石工具，在刀头宽度方向是由多层，且至少两种不同排列方式的金刚石有序排列层组成。

参见图1中的三维直角坐标，x轴为顶刃切割线方向，Y轴为刀头高度方向，Z轴为刀头宽度方向。图1显示了一种传统式金刚石工具，包括刀头11和基体12两部份。在刀头11上分布着金刚石颗粒2，金刚石颗粒2在刀头11中是随机分布的，随机分布的金刚石在刀头中形成了堆积区3和稀少区4。

图2显示了在X-Z平面中由三种不同排列方式的五组金刚石组成的刀头顶刃结构示意图，其中，21、22和23代表三种不同排列方式的金刚石层，21a、21b、22a、22b均为金刚石层。21a、21b均为21的排列方式，22a、22b均为22的排列方式，22a在21a、23之间，23在21b、22a之间，21b又在23、23b之间。金刚石在顶刃切割面上形成V型的切割角，切割角a的范围是15～60度。

图3显示了X-Z平面中、另一种由三种不同排布方式的五层金刚石，且有两种不同粒径的刀头顶刃结构示意图，其中，31、32、(33)为三种不同排列方式的金刚石层，31a、31b、32a、32b、33均为金刚石层。31a、31b均为31粗粒径金刚石的排列方式，32a、32b均为32细粒径金刚石的排列方式，33也为粗颗粒金刚石层，32夹在31和33之间。在切割过程中，由粗颗粒金刚石切割形成的间隙随即被细颗粒的金刚石研磨掉，从而刀头中的粗颗粒金刚石起到了切割作用，而细颗粒金刚石起到了研磨效果，这样金刚石的作用得到了最大的发挥。

图4为X-Z平面中、由同粒径、两种不同排列方式的五层金刚石组成的刀头顶刃结构示意图，其中41、42为两种不同排列方式的金刚石层，41a、41b、41c、42a、42b为金刚石层。41a、41b、41c均为41的排列方式，42a、42b均为42的排列方式，金刚石在顶刃上形成了2个V型切割角，即组成了M型切割顶刃，切割角a的范围是15～60度。

图5显示的是X-Z平面中由不同粒径、三种不同排列方式组成的五层有序排列金刚石组成的M型切割顶刃结构示意图，其中51、52和53为三种不同排列方式的金刚石层，51a、51b、52a、52b、53均为金刚石层。51a、51b均为51的排列方式，52a、52b均为52的排列方式，52在51、53之间。

在刀头的X-Y平面中，该平面垂直于顶刃切割面(X-Z平面)，在第一行金刚石出刃高度达到金刚石尺寸的1/3后，第二行的金刚石开始出刃，当第一行金刚石出刃2/3，第二行也随之出刃1/3后，第三行金刚石开始出刃，由此类推直至最后一行的金刚石磨削完毕。

图6为刀头顶刃的X-Y平面结构示意图，其中61、62、63表示在刀头表面上第一、二、三行的金刚石，61a、61b、61c、61d、62a、62b、62c、62d、63a、63b、63c、63d表示各行上的金刚石颗粒。在切割期间，布置在金刚石工具刀头表面上的金刚石颗粒暴露于该切割表面。61、62、63分别为在刀头表面上的第一、二、三行金刚石，61a、61b、61c、61d表示在61行上的金刚石颗粒，62a、62b、62c、62d表示在62行上的金刚石颗粒，63a、63b、63c、63d表示在63行上的金刚石颗粒，当61a、61b、61c、61d金刚石出刃高度达到金刚石尺寸1/3时，62a、62b、62c、62d开始出刃，当61a、61b、61c、61d金刚石出刃2/3后，62a、62b、62c、62d金刚石随之出刃1/3，63a、63b、63c、63d的金刚石开始出刃。

图7为刀头X-Y平面金刚石颗粒布置呈折线型的结构示意图，即沿刀头高度，多行金刚石颗粒呈折线布置，71行金刚石出刃高度为金刚石尺寸的1/3后，72行金刚石开始出刃，72行金刚石出刃高度为其尺寸的1/3后，73行的金刚石开始出刃，由此类推，直至所有金刚石工作完为止。

图8为X-Y平面中另一多行金刚石颗粒布置成折线形的示意图，81行金刚石出刃高度达到其尺寸的1/3后，82行的金刚石开始出刃，由此类推。

图9为刀头X-Y平面中、多行层金刚石颗粒沿刀头高度呈双曲线分布的示意图。如图9所示，金刚石分布在双曲线和切割弧线的交叉点上，其中双曲线的间距沿刀头表面中心线向外缘逐步减小，这样不仅保证了每行金刚石出刃1/3高度后，就有下一行的金刚石的及时出刃，还保证了在刀头两侧有更多的金刚石来承受较大的冲击力。

图10显示了刀头X-Y平面中、多行金刚石颗粒沿刀头高度呈水波纹状的同心圆逐步分布，其间距由圆心向外圆逐步增大，金刚石分布密度也由刀头一侧向另外一侧逐渐减小，这样保证在起始切割段有较多的金刚石承受较大的冲击力，从而就提高金刚石的有效利用率。

图11显示了在刀头X-Z平面中、由金刚石颗粒在切割面上形成了n列交错分布的金刚石，每列金刚石在顶刃切割面上成锯齿型。刀头表面垂直切割平面，第二列的金刚石122在第一列金刚石111的缝隙之间，第三列金刚石131又在第二列金刚石122的缝隙之间，由此形成一个循环的过程。在切割过程中，因后列金刚石的颗粒层定位在前列金刚石颗粒层之间，前列金刚石颗粒切除形成的凸缘随即既被后列的金刚石磨平，后列形成的凸缘又被其后的金刚石磨平，从而实现了切割效率的显著提高。

图12显示的是本实用新型的一种金刚石工具，其刀头由两种不同形式的金刚石刀头组成，第一V型切割角221为同粒度金刚石组成，第二V型切割角222由两种不同粒度金刚石组成。

图13显示的是一种取芯钻头，其刀头是根据本发明在顶刃切割面上成V型切割角。

本实用新型的金刚石工具按以下步骤制造：

首先将预合金胎体粉末和金刚石分别制粒，然后，把胎体粉末压制成带圆坑的刀头小薄片，圆坑的分布形式就是本发明中金刚石的分布形式，随后在刀头薄片表面洒上金刚石，保证每个圆坑里正好掉入一颗金刚石，随后把多余的金刚石刮走，再用平板在带金刚石的毛坯表面轻轻复压一次；最后将不同排列方式的毛坯交错叠加并进行热压烧结成型，这样便造出本发明金刚石工具所需的刀头。

上述制造金刚石工具的过程是一个例子，但不作为对本实用新型的限制。

实施例1

以φ400mm的激光焊接锯片进行切割试验，测量金刚石工具的切割性能。锯片共有28个刀头，刀头厚度3.5mm、长40mm、高12mm，使用Co-Fe-Ni基合金为胎体，金刚石颗粒为元素六公司的SDB1090，粒度为30/40目，金刚石浓度为1.2cts/cc，分别制造出金刚石随机排列式刀头的锯片和本发明中多层有序排列式锯片进行切割对比试验，此试验中的有序排列式刀头有5层金刚石组成V型切割角，见图2，刀头表面金刚石的分布形式如图8所示，锯片圆周线速度为60-80m/s，切割对象为含1.5～2cm大小骨料的混凝土块，切深为50mm，以锯片在某一进给速度下能持续切割时的速度表示锯片的切割速度，以持续切割时电流的波动大小表示锯片的切割平稳性。切割数据见表1所示。

表1

样品名称	金刚石排列	切割速度(m/min)	磨损性能(m²/mm)	切割稳定性(A)
样品名称	金刚石排列	切割速度(m/min)	磨损性能(m²/mm)	切割稳定性(A)	常规锯片	随机	1.6	2.33	11～17
有序排列锯片	V型的切割角	2	2.84	10～14	常规锯片	随机	1.6	2.33	11～17

从表1可以看到，相对于常规锯片，本实用新型的V型切割角有序排列金刚石锯片表现出了较高的切割速度和切割寿命。其切割速度、切割平稳性以及切割寿命提高的原因是有序排列刀头中的金刚石能够不断的出刃参与切割，且金刚石的利用率大大提高。

实施例2

以φ350mm的激光焊接锯片进行切割试验，测量金刚石工具的切割性能。锯片共有16个刀头，刀头厚度3.2mm、长40mm、高10mm，使用Co-Cu-Ni基合金为胎体，采用两种粒度的金刚石，分别为元素六公司的SDB1090、粒度30/40目和SDB1080、粒度40/50目，金刚石浓度为0.6cts/cc，分别制造出金刚石随机排列式刀头的锯片和本实用新型中多层有序排列式锯片进行切割对比试验，此试验中的有序排列式刀头有5层金刚石组成M型切割角，见图5，刀头表面金刚石的分布形式如图7所示，切割对象为中等硬度花岗岩板材，试验时对板材进行循环切断操作，切割长度和厚度为300×30mm，以锯片切断板材所用时间表征锯片的切割速度。切割数据见表2所示。

表2

样品名称	金刚石排列	平均切割时间(秒)	磨损性能(m²/mm)
样品名称	金刚石排列	平均切割时间(秒)	磨损性能(m²/mm)	常规锯片	随机	18.54	2.65
有序排列锯片	M型的切割角	12.36	3.23	常规锯片	随机	18.54	2.65

从表2可以看到，相对于常规锯片，本实用新型的M型切割角有序排列金刚石锯片比金刚石随机排列的锯片表现出了较高的切割速度和切割寿命。本实用新型的实施例中采用了混合金刚石粒度，因此，其切割速度以及切割寿命获得较大的提高。

Claims

1、一种有序排列式金刚石工具，包括刀头(11)和基体(12)，刀头(11)上有分散其中的金刚石颗粒(2)，其特征在于：所述金刚石颗粒在刀头高度呈多层分布，每层上有多个重复分布的金刚石颗粒组，各组金刚石颗粒在顶刃切割面上形成V型的切割角，切割角为15～60度。

2、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：在所述中，金刚石颗粒为粗细粒径交替排列。

3、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：在刀头宽度方向，由两个V型切割角并列组成M型切割顶刃，或三个V型切割角并列组成锯齿型切割顶刃。

4、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：在刀头高度方向，所述金刚石颗粒在刀头表面沿切割弧度方向逐行呈阶梯状分布，在第一行金刚石颗粒高于第二行颗粒高度的1/3，第三行低于第二行颗粒高度的1/3。

5、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：各行金刚石颗粒在刀头高度方向沿折线分布。

6、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：在刀头高度方向，相邻各行金刚石颗粒组成的队列呈双曲线分布，曲线间距由刀头中心线向外逐渐减小。

7、根据权利要求1所述的金刚石工具，其特征在于：在刀头高度方向，相邻各行金刚石颗粒组成的队列呈同心圆弧状分布，圆弧间距从刀头的起始切割端向后逐渐增大。