本發(fā)明涉及到用于切削或者磨削石料的刀具，具體涉及到排鋸的刀頭及其制造方法。

背景技術：

排鋸是目前石材荒料切割中最普遍使用和最先進的工具之一，具有加工效率高、出板率高、切割精度高、板面平整度好、板材尺寸靈活性高、省水省電等特點。傳統(tǒng)的排鋸刀頭是材質(zhì)均勻一致的，在使用過程中其會被逐漸磨損，截面變?yōu)榛⌒?，刀頭兩側(cè)面變薄，這樣就會導致切力分散，不僅加大排鋸的負荷，而且會影響加工的質(zhì)量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種夾層式排鋸刀頭及其制造方法，該種刀頭可以在使用過程中，始終保持較好的切削性能，進而保證加工質(zhì)量和使用壽命。

本發(fā)明的夾層式排鋸刀頭設有由金剛石粉和功能金屬粉制成的切削部，關鍵在于所述切削部包括至少兩層工作層，相鄰兩工作層之間為過渡層，且該夾層式排鋸刀頭的兩側(cè)均為工作層；其中工作層中的金剛石粉的粒度小于過渡層中的金剛石粉的粒度，工作層中的金剛石粉的濃度大于過渡層中的金剛石粉的濃度，工作層的合金胎體的硬度大于過渡層合的金胎體的硬度。

在工作過程中，工作層和過渡層同時受到石料的磨損，但是由于兩層的金剛石粉的粒度和濃度不同、合金胎體的硬度不同，導致工作層的耐磨程度要優(yōu)于過渡層，這樣在較長時間的磨損后，過渡層的磨損幅度要大于工作層，使得刀頭的端面在對應過渡層的位置形成凹槽。凹槽的形成提高了工作層的銳利度，而且能夠在切割過程中起到一定的導向功能，保證排鋸刀頭能夠直線行進，切割效果更好。上述刀頭中的過渡層仍然具有一定的切削、磨削能力，并不會大幅影響整個刀頭的切削效率。

進一步地，所述工作層中的金剛石粉的濃度一致，過渡層中的金剛石粉的濃度由工作端面向固定端面逐漸增加。通過上述方式來設定工作層和過渡層中的金剛石粉的濃度，可以控制各層同步磨損，進而使得凹槽的深度保持在一定范圍。

進一步地，夾層式排鋸刀頭的平行于其工作層及過渡層延伸方向的截面呈梯形，其大頭端為夾層式排鋸刀頭中用于與基體相接的一端,這樣可以適當增加刀頭與基體的接觸面積，從而保證刀頭與基體連接的可靠性；或者，所述夾層式排鋸刀頭的垂直于其工作層及過渡層延伸方向的截面呈梯形，其小頭端為夾層式排鋸刀頭中用于與基體相接的一端，這樣在切割石料的過程中，刀頭的基體不會被卡到石料的切縫中，避免刀頭的基體被石料磨損。

當然，也可以將上述兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，形成下述技術方案：所述夾層式排鋸刀頭的平行于其軸向的第一截面呈梯形，第一截面中的大頭端為夾層式排鋸刀頭中用于與基體相接的一端；所述夾層式排鋸刀頭的垂直于其軸向的第二截面呈梯形，第二截面中的小頭端為夾層式排鋸刀頭中用于與基體相接的一端。

進一步地，所述金剛石粉的表面鍍覆有鎳鈷合金粉末鍍層，所述鎳鈷合金粉末鍍層中的鎳粉、鈷粉的重量比為90:10，鎳粉、鈷粉的粒徑是2.5～3微米。鎳鈷合金粉末是鎳錠和鈷錠高溫融熔均勻合金化后，急速冷卻、霧化而成的合金粉末。金剛石鍍覆即在真空高溫狀態(tài)下，將鎳鈷合金粉末鍍覆到金剛石表面，形成微米級的保護層，燒結(jié)時，該保護層既減輕了金剛石的熱損傷和碳化度，又增加了金剛石與金屬粉末的化學冶金結(jié)合，增強金屬粉末合金胎體對金剛石的把持力，刀頭切削工作時金剛石延遲脫落、出刃度增高，大幅度提高刀頭的使用壽命和加工效率。

進一步地，所述工作層中的金剛石粉的粒徑是300～425微米，濃度范圍是35%～70%；所述工作層中的功能金屬粉由鈷粉、鎳粉、鉻粉、鎢粉、碳化鎢粉、鐵銅合金粉混合而成，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉的粒徑是30～50微米，鎢粉、碳化鎢粉的粒徑是80～100微米，鐵銅合金粉的粒徑是20～40微米；所述工作層中的功能金屬粉中各成分的重量比例如下：鈷粉60～70%、鎳粉2～8%、、鉻粉1～3%、鎢粉2～8%、碳化鎢粉2～6%、鐵銅合金粉20～30%；上述工作層的功能性金屬粉中，鈷粉是主要成分，其燒結(jié)強度高，韌性和耐磨性好；鎳粉的作用是增加耐磨性；鉻粉的作用是增加胎體對金剛石粉的把持力；鎢粉增加胎體的硬度和耐磨性，與鈷粉和鎳粉有一定合金化作用；碳化鎢粉是以單質(zhì)存在于合金中，增加胎體的硬度和耐磨性；鐵銅合金粉的作用是高溫彌散性好，促使胎體合金均勻。以上工作層燒結(jié)成形后的胎體的硬度HRB為102～112。

所述過渡層中的金剛石粉的粒徑是500～600微米，濃度范圍是20%～50%；所述過渡層中的功能金屬粉由銅粉、錫粉、鋅粉、銅錫合金粉、鈷粉、鎳粉、鉻粉、鎢粉混合而成，所述銅錫合金粉中銅與錫的含量比為85：15，所述銅粉、錫粉、鋅粉、鉻粉、銅錫合金粉的粒徑是30～50微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鎢粉的粒徑是80～100微米；所述過渡層中的功能金屬粉中各成分的重量比例如下：銅粉40～54%、錫粉6～10%、鋅粉2～10%、銅錫合金粉18～30%、鈷粉10～20%、鎳粉3～6%、鉻粉1～3%、鎢粉2～8%。在過渡層的功能金屬粉中，銅粉的作用是增加胎體的韌性和延展性；錫粉的作用是燒結(jié)時產(chǎn)生液相，軟化胎體，降低胎體的燒結(jié)溫度；鋅粉的作用是與銅粉、錫粉形成合金，固結(jié)液相，增加合金的脆性，提高胎體的鋒利度；銅錫合金粉的作用是軟化胎體，改善胎體的燒結(jié)性能，提高胎體的致密度。以上過渡層燒結(jié)成形后的胎體的硬度HRB為85～96。

上述的夾層式排鋸刀頭的制作方法具體包括如下步驟：

A：分別將工作層和過渡層的金剛石粉與對應的功能金屬粉混合均勻，形成原料粉；

B：將原料粉放入冷壓鋼模內(nèi)，在冷壓機上分別冷壓成型工作層毛坯和過渡層毛坯；

C：依次將各工作層毛坯和過渡層毛坯按順序疊放在熱壓模具內(nèi)，按照設定的升溫加壓的工藝曲線，在高溫環(huán)境下對工作層毛坯和過渡層毛坯加壓，使模具內(nèi)的工作層毛坯和過渡層毛坯熱壓至預定的胎體合金密度，最后再卸壓和降溫，得到刀頭的切削部；

D：將切削部與基體固定連接，得到刀頭。

通過分開成型毛坯，再進行熱壓成型的方式，可以精確控制工作層和過渡層的成分和形狀，進而控制刀頭在使用過程中的結(jié)構(gòu)變化。

進一步地，所述A步驟中，首先將金剛石粉與功能金屬粉在干燥的情況下混合均勻得到干料；然后取小部分干料與液體石蠟或甘油三酯混合均勻得到濕料，再把濕料與剩余的干料混合均勻；所述金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與液體石蠟或甘油三酯的重量比例是1000：20～1000：80。用液體石蠟或者甘油三酯潤濕干料的好處如下：1、避免金剛石粉、各種金屬粉因比重的不同而造成混合不均勻；2、潤濕后的粉末，干燥度適中，利于冷壓成形，成形毛坯有足夠的強度，重量精度控制1.5%以內(nèi)；3、在后續(xù)冷壓成毛坯、裝毛坯至熱壓模具中的過程中，不會揚塵，避免傷害工人和污染環(huán)境；4、液體石蠟和甘油三酯的粘度適中，而且在500～600℃之間會燒損揮發(fā)，不會污染胎體合金。另外，兩次混合過程中，第一次干料混合，是由于各種金屬粉的比重和粒徑不同，干混容易使各種粉料混合均勻，濕混容易偏析，造成混合不均勻；第二次濕混，是由于第一次干混得到了較均勻的混合料，取小部分干料與液體石蠟或甘油三酯，通過攪拌混合均勻，得到較濕的濕料，通過較濕的濕料與剩余的干料三維滾動混合傳遞潤濕劑，得到潤濕度一致的混合料。

進一步地，所述工作層毛坯中，位于外層的工作層毛坯垂直于刀頭軸向的截面均為菱形，其它位置的工作層毛坯垂直于刀頭軸向的截面為長方形；過渡層毛坯垂直于刀頭軸向的截面為上寬下窄的梯形。工作層中硬質(zhì)合金相多，合金粉末流動性差，胎體硬度高，燒結(jié)溫度高，耐壓性好，不易變形；過渡層中的硬質(zhì)合金相少，合金粉末流動性好，胎體硬度低，燒結(jié)溫度低，受壓容易變形；高溫燒結(jié)時，因刀頭下部分尺寸逐漸變小，過渡層受壓容易變形，過渡層尺寸也從上到下逐漸變小，體積變小，相同重量下，密度增加，金剛石粉的濃度增加，形成了過渡層中的金剛石粉的濃度由工作端面向固定端面（基體方向）逐漸增加；高溫燒結(jié)時，因工作層的高溫耐壓性好，不容易變形，密度保持一致，金剛石粉的濃度一致；通過上述方式來設定工作層和過渡層中的金剛石粉的濃度，可以控制各層同步磨損，進而使得凹槽的深度保持在一定范圍。

具體來說，C步驟中所述的升溫加壓的工藝曲線如下：起始壓強為0.393MPa，在5分鐘之內(nèi)，使模具內(nèi)的溫度上升到650℃；再將壓強增加至0.686MPa，在2分鐘之內(nèi)，將模具內(nèi)的溫度從650℃上升到900℃；再將壓強增加至1.176MPa，并在900℃的溫度下保持4分鐘，燒結(jié)完畢；然后再在數(shù)秒內(nèi)卸去壓力并降溫，降溫至200℃時出爐，然后自然冷卻至室溫，取出刀頭的切削部。分段加壓和逐漸升溫，主要是根據(jù)金屬粉的燒結(jié)性能、軟化溫度、致密化程度來設定的，以確保得到的合金化程度、密度及強度滿足要求，而金剛石又損傷較少。在本案中，起始壓力盡量小，但又要足夠壓力，讓紫銅電極與熱壓模具（一般采用石墨模具）緊密接觸通電，產(chǎn)生電流，加熱；中間階段壓力要適中，650～900℃之間，是粉末軟化的過程，壓力太大會壓壞石墨模具，壓力太小，刀頭切削部的致密度不夠，空隙過多；最后壓力要盡量大，但要在石墨模具能承受的壓力內(nèi)。上述卸壓應該在瞬間（數(shù)秒內(nèi)）完成，因為降溫速度很快，不可控，如果溫度已經(jīng)很低了，壓力仍然很大，會壓爆石墨模具。

本發(fā)明的刀頭通過在切削部設置間隔排列的工作層及過渡層，使得刀頭的切削部在經(jīng)過磨損后，不會變成弧形的截面，而是變成間隔凹槽的截面，這樣可以保持刀頭切削部的鋒利度，提高刀頭的導向性，改善切割質(zhì)量及延長刀頭的使用壽命；本發(fā)明中的刀頭制作方法工藝簡單、實現(xiàn)方便，且可以提高刀頭的質(zhì)量。

附圖說明

圖1是實施例1的夾層式排鋸刀頭的俯視圖。

圖2是實施例1的夾層式排鋸刀頭在使用前狀態(tài)的正視圖（視線平行于工作層及過渡層延伸方向）。

圖3是實施例1的夾層式排鋸刀頭在使用一段時間后狀態(tài)的側(cè)視圖（視線垂直于工作層及過渡層延伸方向）。

圖4是圖1中的B-B剖視圖（使用前狀態(tài)）。

圖5是圖1中的B-B剖視圖（使用一段時間后的狀態(tài)）。

圖6是圖1中的A-A剖視圖（使用前狀態(tài)）。

圖7是圖1中的A-A剖視圖（使用一段時間后的狀態(tài)）。

圖8是實施例1中的升溫加壓的工藝曲線。

附圖標示：1、切削部；2、基體；3、工作層；4、過渡層；5、凹槽。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。

實施例1：

如圖所示，本實施例的夾層式排鋸刀頭設有由金剛石粉和功能金屬粉混合并燒結(jié)而成的切削部1，關鍵在于所述切削部1包括三層工作層3和兩側(cè)過渡層4，相鄰兩工作層3之間為過渡層4，且該夾層式排鋸刀頭的兩側(cè)分別為工作層3；工作層3的硬度大于過渡層4的硬度；工作層3中的金剛石粉的粒度小于過渡層4中的金剛石粉的粒度，工作層3中的金剛石粉的濃度大于過渡層4中的金剛石粉的濃度。

如圖2所示，切削部1的平行于其工作層及過渡層延伸方向的截面呈梯形，其大頭端為切削部1中用于與基體2相接的一端，這樣可以適當增加刀頭與基體2的接觸面積，從而保證刀頭與基體2連接的可靠性。

如圖3所示，切削部1的垂直于其工作層及過渡層延伸方向的截面呈梯形，其小頭端為切削部1中用于與基體2相接的一端，這樣在切割石料的過程中，刀頭的基體2不會被卡到石料中，避免刀頭的基體2被石料磨損。為實現(xiàn)上述截面，工作層3兩外層垂直于刀頭軸向的截面均為菱形，工作層3中間層垂直于刀頭軸向的截面為長方形，過渡層4的垂直于刀頭軸向的截面為梯形，且刀頭的側(cè)邊與基體2的安裝端面之間的夾角角度一致。

在工作過程中，工作層3和過渡層4同時受到石料的磨損，但是由于兩層的金剛石粉的粒度和濃度不同，以及金屬胎體的硬度不同，導致工作層3的耐磨程度要優(yōu)于過渡層4，這樣在一段時間的磨損后，過渡層4的磨損幅度要大于工作層3，使得刀頭的端面在對應過渡層4的位置逐漸形成凹槽5。凹槽5的形成提高了工作層3的鋒利度，而且能夠在切割過程中起到一定的導向功能，保證排鋸刀頭能夠直線行進，切割效果更好。上述刀頭中的過渡層4仍然具有一定的切削、磨削能力，并不會大幅影響整個刀頭的切削效率。

如果工作層3和過渡層4中的金剛石粉的濃度均一致，那么就會隨著刀頭使用時間的增加，所產(chǎn)生的凹槽5深度也逐漸增加，過深的凹槽5會導致露出來的工作層3易折斷。為解決這一問題，在本實施例中，工作層3中的金剛石粉的濃度一致，而過渡層4中的金剛石粉的濃度由工作端面向固定端面（基體2方向）逐漸增加，通過上述方式來設定工作層3和過渡層4中的金剛石粉的濃度，可以控制各層同步磨損，進而使得凹槽5的深度保持在一定范圍。

上述夾層式排鋸刀頭的切削部的制造方法如下：

A：分別將工作層3和過渡層4的金剛石粉與對應的功能金屬粉混合均勻，形成原料粉；具體如下：首先將金剛石粉與功能金屬粉在干燥的情況下混合均勻得到干料；然后取小部分干料與液體石蠟或甘油三酯在陶瓷盆里混合均勻得到濕料，再把濕料與剩余的干料混合均勻；所述金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與液體石蠟或甘油三酯的重量比例是1000：60；

B：將原料粉放入冷壓鋼模內(nèi)，在冷壓機上分別冷壓成長方形的工作層毛坯和過渡層毛坯；

C：依次將各工作層毛坯和過渡層毛坯按順序疊放在熱壓模具9（石墨模具）內(nèi)，模具內(nèi)表面及上壓頭、下壓頭所涂抹的脫模劑為氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉，所述氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉的粒徑范圍是10～50納米；利用自動真空電阻燒結(jié)爐，在真空氣氛中，進行電阻式加熱和比例閥式液壓控制系統(tǒng)加壓燒結(jié)，按照設定的升溫加壓的工藝曲線，在高溫環(huán)境下對工作層毛坯和過渡層毛坯加壓，使模具內(nèi)的工作層毛坯和過渡層毛坯熱壓至預定的胎體合金密度，最后再卸壓和降溫，得到刀頭的切削部1；

經(jīng)過熱壓燒結(jié)成形后，位于外層的工作層垂直于刀頭軸向的截面均為菱形，其它位置的工作層垂直于刀頭軸向的截面為長方形，過渡層垂直于刀頭軸向的截面為上寬下窄的梯形。

D：在切削部1制成后，將其與基體2焊接固定，形成刀頭。

如圖8所示，C步驟中所述的升溫加壓的工藝曲線如下：起始壓強為0.393MPa，在5分鐘之內(nèi)，使模具內(nèi)的溫度上升到650℃；再將壓強增加至0.686MPa，在2分鐘之內(nèi)，將模具內(nèi)的溫度從650℃上升到900℃；再將壓強增加至1.176MPa，并在900℃的溫度下保持4分鐘，燒結(jié)完畢；然后再在數(shù)秒內(nèi)卸去壓力并降溫，降溫至200℃時出爐，然后自然冷卻至室溫，取出刀頭的切削部1。

其中，工作層3中的金剛石粉的粒徑是325微米，濃度是65%；所述工作層3中的功能金屬粉由鈷粉、鎳粉、鉻粉、鎢粉、碳化鎢粉、鐵銅合金粉混合而成，鈷粉和鎳粉的粒徑均為7微米，鉻粉的粒徑是40微米，鎢粉、碳化鎢粉的粒徑是90微米，鐵銅合金粉的粒徑是30微米；所述工作層3中的功能金屬粉中各成分的重量比例如下：鈷粉60%、鎳粉6%、、鉻粉1%、鎢粉5%、碳化鎢粉4%、鐵銅合金粉24%；以上工作層3燒結(jié)成形后的胎體的硬度HRB為107。

所述過渡層4中的金剛石粉的粒徑是550微米，濃度是40%；所述過渡層4中的功能金屬粉由銅粉、錫粉、鋅粉、銅錫合金粉、鈷粉、鎳粉、鉻粉、鎢粉混合而成，所述銅錫合金粉中銅與錫的含量比為85：15，所述銅粉、錫粉、鋅粉、鉻粉、銅錫合金粉的粒徑是40微米，鈷粉和鎳粉的粒徑是7微米，鎢粉的粒徑是90微米；所述過渡層4中的功能金屬粉中各成分的重量比例如下：銅粉42%、錫粉7%、鋅粉3%、銅錫合金粉19%、鈷粉17%、鎳粉5%、鉻粉1%、鎢粉6%。以上過渡層4燒結(jié)成形后的胎體的硬度HRB為89。