本發(fā)明涉及金剛石繩鋸，具體涉及一種磨粒均勻分布的熱壓燒結(jié)繩鋸串珠及制造方法。制造的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于石材、混凝土、鑄鐵、鋼構(gòu)件等脆硬材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自金剛石串珠繩鋸被發(fā)明以來，由于其與被切割材料較好的匹配通用性，以及對施工場地?zé)o特殊要求的便利性，被大范圍的推廣使用，特別是在石材開采與板材加工，鋼筋混凝土切割，鑄鐵切割，以及其它脆硬材料加工等領(lǐng)域，取得了很好的社會經(jīng)濟(jì)價值。

目前熱壓燒結(jié)的繩鋸串珠，如圖1、2所示，普遍采用磨粒與金屬粉（合金粉）機(jī)械混料，然后經(jīng)過冷壓和熱壓燒結(jié)的方法制造。制造過程中由于磨粒與金屬粉（合金粉）的粒徑差異，物理性能差異以及金屬粉中不同成分在物理性能上的差異，在混料和冷壓過程中就不可避免的產(chǎn)生磨粒分布不均問題。繩鋸串珠中磨粒分布不均勻現(xiàn)象會對使用性能產(chǎn)生較大的影響，磨粒富集的地方會導(dǎo)致切不動打滑，繼而金剛石在高速摩擦的狀態(tài)下會被拋光而失去切削能力，同時由于摩擦產(chǎn)生的大量熱量會導(dǎo)致支撐套與串珠的粘結(jié)開裂，繼而鋼絲失去保護(hù)，串珠出現(xiàn)轉(zhuǎn)動，就很容易出現(xiàn)意外斷繩等安全問題；金剛石分布偏少的地方，金屬胎體會被很快的磨耗掉，串珠無法保持圓柱外形，繩鋸無法實現(xiàn)自轉(zhuǎn)，就會使得偏磨的部位持續(xù)消耗過快，磨削至鋼絲直至斷繩。同時金剛石的分布不均，在使用過程中會導(dǎo)致切割板面質(zhì)量問題，比如板厚不均、深劃痕、波浪面等等，這在多繩鋸中，特別是特小直徑多繩鋸中是致命的。

隨著串珠繩鋸制造技術(shù)的不斷提升，以及客戶使用需求不斷擴(kuò)大，磨粒分布不均所導(dǎo)致的問題被越來越多的科研人員所關(guān)注，成為串珠繩鋸性能提升急需要解決的問題。近年來，科研人員通過改進(jìn)造粒劑、優(yōu)化造粒工藝、控制冷壓成型時粉末的流動狀態(tài)等手段來改善磨粒的分布均勻性問題，但收效甚微。

隨著對環(huán)境資源的重視與保護(hù)，為了減少切割所造成的浪費，串珠繩鋸將向著直徑不斷減小的方向發(fā)展，而對于小直徑或特小直徑來講，直徑的減小意味著工作層厚度的變薄，因此磨粒分布不均勻所暴露的問題就越發(fā)致命。磨粒分布不均勻是金剛石串珠繩鋸一個急需要解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，進(jìn)行產(chǎn)品性能提升改造。提供一種磨粒均勻分布的熱壓燒結(jié)繩鋸串珠以及制造方法，以消除磨粒分布不均對繩鋸性能的影響，提升產(chǎn)品性能以及磨粒布置的經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種磨粒均勻分布的熱壓燒結(jié)繩鋸串珠，串珠由胎體工作層和基體構(gòu)成構(gòu)成，其要點在于：胎體工作層上的磨粒在空間上均勻分布。

磨粒在徑向上有序和軸向上均勻地分布。

胎體工作層由若干層切割單元環(huán)疊加熱壓燒結(jié)而成，切割單元環(huán)坯體中的磨粒在徑向上沿與切割單元環(huán)的中心軸同心的圓周有序排列。

切割單元環(huán)中相鄰磨粒間隙為0.1-1.0mm。

本發(fā)明從磨粒的徑向上和軸向上均勻分布來實現(xiàn)磨粒空間上均勻分布，設(shè)計出單層磨粒徑向上均勻分布的切割單元環(huán)，再將切割單元環(huán)按統(tǒng)一方向?qū)訉盈B加，以實現(xiàn)軸向上的均勻分布。

將串珠胎體工作層分成獨立的切割單元環(huán)，在切割單元環(huán)中磨粒只有一層，在徑向方向上均勻分布，多個切割單元環(huán)疊加后熱壓燒結(jié)成型，保證了串珠中磨粒在軸向方向上的近似等距分布，即在同個同心圓周面上的磨粒均勻分布，這就保證了串珠均勻消耗，可有效避免因為磨粒分布不均導(dǎo)致的串珠偏磨報廢，以及由此造成的切割質(zhì)量問題。

通過對切割單元環(huán)中磨粒的間距，以及厚度控制，可以比較容易實現(xiàn)對單個串珠中磨粒的濃度控制，通過磨粒的有序控制，可以顯著減少磨粒的使用量，節(jié)約成本。

一種制作上述磨粒均勻分布的繩鋸串珠制作方法，其要點在于：胎體工作層由若干個切割單元環(huán)坯體熱壓燒結(jié)而成，它包含以下幾個工藝流程：1）通過合金模具冷壓的方式制造單層磨粒均勻分布的圓環(huán)柱型切割單元環(huán)坯體；2）將若干個切割單元環(huán)冷壓坯體按照統(tǒng)一同方向串在基體上；3）將串好的串珠坯體放入石墨燒結(jié)模具內(nèi)，經(jīng)過熱壓燒結(jié)成型得到磨粒在空間上均勻分布的繩鋸串珠。

冷壓制造切割單元環(huán)坯體的模具由主模、上壓桿、下頂桿組成，下頂桿上預(yù)制有序排列的坑位，坑位直徑為所選磨粒直徑的1.1~1.5倍，坑深為所選磨粒直徑的1/4~1/2，相鄰坑位邊緣間隙為0.00~5.0mm，在下頂桿上依設(shè)計的坑位內(nèi)放置磨粒，然后投放合金粉，組模后壓制成切割單元環(huán)坯體，裝料量與冷壓參數(shù)由設(shè)計的串珠尺寸以及所選的合金粉物理性能決定。冷壓模具的設(shè)計可參照鄭州大學(xué)出版社，2006年10月出版的《超硬材料及制品》的第351~355頁。

在下頂桿的壓制面對應(yīng)位置排布磨粒，依據(jù)串珠的設(shè)計尺寸，以及合金粉的理論密度，可以比較容易計算出單個切割單元環(huán)的用料量，壓制力與保壓時間參數(shù)選取只要能夠使粉體有一定強度，在轉(zhuǎn)移時不破碎掉粉即可，壓制力一般取300-500mpa，保壓時間不超過3min即可，參數(shù)設(shè)計及設(shè)備選取可參照《超硬材料及制品》的第357~360頁。

由于是通過在冷壓模具上直接用坑位的方式排布磨粒，通過施加的壓力使磨粒嵌入金屬粉中，不需使用粘結(jié)劑或是其它復(fù)雜的設(shè)備來有序分布磨粒，保質(zhì)高效。

所述的將若干個切割單元環(huán)冷壓坯體按照統(tǒng)一同方向串在基體上，是指冷壓切割單元環(huán)坯體表面鑲嵌磨粒的一面朝著同一個方向串在基體上。以保證切割單元環(huán)坯體疊放時，鑲嵌磨粒一面與相鄰片的未露磨粒的一面接觸。

在熱壓燒結(jié)石墨模具主模型腔內(nèi)放下壓頭，在下壓頭上依次疊放切割單元環(huán)坯體，最后蓋上上壓頭、組模后加熱加壓得到空間有序的繩鋸串珠，保溫溫度、時間以及壓制力由所選的合金粉決定。石墨模具設(shè)計時，型腔尺寸不留余量，即主模的內(nèi)徑尺寸為繩鋸串珠的外徑尺寸。

一般廠家都會提供所售合金粉的理論密度，以及燒結(jié)溫度。保溫時間，壓制力以及熱壓燒結(jié)曲線參數(shù)設(shè)計參照專業(yè)書上的推薦范圍。

如選取黃河旋風(fēng)公司生產(chǎn)的主要元素為fecunisn的預(yù)合金粉，理論密度約8.11g/cm³，燒結(jié)溫度為830℃。保壓時間，壓制力，以及熱壓燒結(jié)曲線參數(shù)的設(shè)計參照《超硬材料及制品》第371頁，保壓時間一般1~5min，壓力100~250mpa。

所述的切割單元環(huán)冷壓坯體厚度（冷壓壓實后）為所選磨粒粒徑的1.0~10倍。

本發(fā)明的優(yōu)點：將串珠胎體工作層分成獨立的切割單元環(huán)，切割單元環(huán)中磨粒只有一層，容易實現(xiàn)在徑向方向上的均勻分布，多個切割單元環(huán)疊加串珠基體上后熱壓燒結(jié)成型，保證了串珠中磨粒在軸向方向上的近似等距分布，即整個空間上磨粒均勻分布，這就保證了串珠均勻消耗，可有效避免因為磨粒分布不均導(dǎo)致的偏磨報廢，以及由此造成的切割質(zhì)量問題。

通過對切割單元環(huán)中磨粒的間距，以及厚度控制，可以比較容易實現(xiàn)對單個串珠中磨粒的濃度控制，通過磨粒的有序控制，可以顯著減少磨粒的使用量，節(jié)約成本。由于是通過在冷壓模具上直接用坑位的方式排布金剛石，通過施加的壓力使金剛石嵌入金屬粉中，不需使用粘結(jié)劑或是其它復(fù)雜的設(shè)備來有序分布金剛石，保質(zhì)高效。

附圖說明

圖1為典型熱壓燒結(jié)金剛石繩鋸串珠的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為圖1的俯視圖

圖3本發(fā)明實施例1的金剛石均勻分布繩鋸串珠示意圖

圖4為切割單元環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為圖4的俯視圖

圖6為實施例1中φ6.30mm串珠冷壓下頂桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖7為圖6的俯視圖

圖8本發(fā)明使用的冷壓合金模具及壓制示意圖

圖9本發(fā)明使用的石墨模具是熱壓燒制示意圖

圖10實施例2中φ12.0mm串珠冷壓下頂桿結(jié)構(gòu)示意圖

其中：1基體2胎體工作層21磨粒22切割單元環(huán)3上壓桿4主模5下頂桿51坑位6上壓頭7熱壓燒結(jié)石墨模具主模8下壓頭。

具體實施方式

下面結(jié)合視圖和具體的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述,下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。

如圖3-9所示，一種磨粒均勻分布的熱壓繩鋸串珠，串珠由胎體工作層和基體構(gòu)成，胎體工作層2上的磨粒21在空間上均勻分布，通過磨粒21在徑向上有序和軸向上均勻地分布來實現(xiàn)磨粒21在空間上均勻分布，先通過設(shè)計切割單元環(huán)，一層切割單元環(huán)只布置一層磨粒，以實現(xiàn)磨粒軸向上均勻分布，同時切割單元環(huán)的坯體中的磨粒21在徑向上沿與環(huán)的中心軸同心的圓周有序排列，胎體工作層由若干層切割單元環(huán)22疊加而成。切割單元環(huán)中相鄰磨粒間隙為0.1-1.0mm。

將串珠胎體工作層分成獨立的切割單元環(huán)，切割單元環(huán)中磨粒只有一層，在徑向方向上均勻分布，多個切割單元環(huán)疊加后熱壓燒結(jié)成型，保證了串珠中磨粒在軸向方向上的近似等距分布，即在同個同心圓周面上的磨粒均勻分布，這就保證了串珠均勻消耗，可有效避免因為磨粒分布不均導(dǎo)致的偏磨報廢，以及由此造成的切割質(zhì)量問題。

一種制作上述磨粒均勻分布的繩鋸串珠制作方法，胎體工作層由若干個切割單元環(huán)坯體熱壓燒結(jié)而成，它包含以下幾個工藝流程：1）通過合金模具冷壓的方式制造單層磨粒均勻分布的圓環(huán)柱型切割單元環(huán)坯體，切割單元環(huán)冷壓坯體厚度（冷壓壓實后）為所選磨粒粒徑的1.0~10倍；2）將若干個切割單元環(huán)冷壓坯體按照統(tǒng)一同方向串在基體上，即冷壓切割單元環(huán)坯體表面鑲嵌磨粒的一面朝著同一個方向串在基體上，切割單元環(huán)坯體疊放時，鑲嵌磨粒一面與相鄰片的未露磨粒的一面接觸；3）將串好的串珠坯體放入石墨燒結(jié)模具內(nèi)，經(jīng)過熱壓燒結(jié)成型得到磨粒在空間上均勻分布的繩鋸串珠，石墨模具設(shè)計時，型腔尺寸不留余量，即主模的內(nèi)徑尺寸為繩鋸串珠的外徑尺寸。

冷壓制造切割單元環(huán)坯體的模具由主模4、上壓桿3、下頂桿5組成，下頂桿上預(yù)制有序排列的坑位51，坑位直徑為所選磨粒直徑的1.1~1.5倍，坑深為所選磨粒直徑的1/4~1/2，相鄰坑位邊緣間隙為0.00~5.0mm，在下頂桿上依設(shè)計的位置放置金剛石，然后投放合金粉，組模后壓制成有一定強度的切割單元環(huán)22坯體，裝料量與冷壓參數(shù)由設(shè)計的串珠尺寸以及所選的合金粉物理性能決定。

在下頂桿上對應(yīng)位置排布金剛石，依據(jù)串珠的設(shè)計尺寸，以及合金粉的理論密度，可以比較容易計算出單個切割單元環(huán)的用料量，壓制力與保壓時間參數(shù)選取只要能夠使粉體有一定強度，在轉(zhuǎn)移時不破碎掉粉即可，壓制力一般取300-500mpa，保壓時間不超過3min即可。參數(shù)設(shè)計及設(shè)備選取可參照《超硬材料及制品》的第357~360頁。

在熱壓燒結(jié)石墨模具主模7型腔內(nèi)放下壓頭8，在下壓頭上依次疊放切割單元環(huán)22坯體，最后蓋上上壓頭6、組模后加熱加壓得到空間有序的繩鋸串珠，保溫溫度、時間以及壓制力由所選的合金粉決定。一般廠家都會提供所售合金粉的理論密度，以及燒結(jié)溫度。保溫時間以及壓制力參照專業(yè)書上的推薦范圍。

如選取黃河旋風(fēng)公司生產(chǎn)的主要元素為fecunisn的預(yù)合金粉，理論密度8.11g/cm³，燒結(jié)溫度為830℃。保壓時間，壓制力，以及熱壓燒結(jié)曲線參數(shù)的設(shè)計參照《超硬材料及制品》第371頁，保壓時間一般1~5min，壓力100~250mpa。

具體實施例1：如圖3-9所示，特小直徑（φ6.30mm-6.0mm）金剛石均勻分布繩鋸串珠制造

基體1為45#圓環(huán)柱體，長度10mm內(nèi)外徑分別為φ3.70和φ4.50mm，金剛石粒度45/50(粒徑φ0.30-0.36mm),選取主要元素為fecunisn的預(yù)合金粉，理論密度約8.11g/cm³，串珠工作層外徑開刃前為φ6.50mm，高度6.00mm，由四個切割單元環(huán)坯體組裝燒結(jié)而成。串珠制作流程：1、冷壓模具選cr12，根據(jù)串珠尺寸，確定冷壓模具的尺寸，上壓桿3的外徑為φ6.50mmh8，內(nèi)徑為φ4.50h7mm，主模4的內(nèi)徑為φ6.50h8mm，下頂桿5的內(nèi)圈頂柱的外徑為φ4.50h7mm，下層外徑為φ6.50h7mm，特別的設(shè)計下頂桿與金屬粉接觸的壓制面上設(shè)計有序分布的排布金剛石的坑位51，坑位為半徑0.20mm的半球形，兩圈同心圓分布，內(nèi)圈圓圓心所在圓的直徑為5.1mm，同圓周上相鄰坑位圓心的圓心角為20°，外圓圈圓心所在圓的直徑5.9mm，同圓周上相鄰坑位圓心的圓心角為20°，內(nèi)外兩圈相鄰的坑位中心點圓心角錯開10°，即兩圈相鄰的坑位相間，下頂桿面上坑位分布如圖7所示；2、在下頂桿面上的坑位排布滿金剛石，剔除其它位置多余金剛石，根據(jù)所選金屬粉的密度以及串珠設(shè)計尺寸，稱取0.40±0.05g裝入冷壓模具中，控制壓力400mpa，保壓時30s，限制上壓桿下行行程，脫模得到2mm厚的冷壓切割坯體，過程如圖8所示；3、將壓制好的切割單元環(huán)坯體鑲嵌金剛石的一面朝下，四片疊加在一起，串在基體上，整體放入燒結(jié)石墨模具內(nèi)，過程如圖9所示，根據(jù)串珠尺寸設(shè)計石墨模具尺寸，上壓頭6的外徑為φ6.50mmh8，內(nèi)孔徑為φ4.50h7mm，內(nèi)孔深2mm，主模7的內(nèi)徑為φ6.50h8mm，下壓頭8尺寸與上壓頭6一致，取廠家推薦的熱壓燒結(jié)溫度830℃，保溫時間2min，保壓壓力200mpa,控制上壓頭的壓制行程，將整體工作層厚度由8.0mm壓制到6.0mm，燒結(jié)完后用砂輪磨削表面金屬層至直徑6.30mm（稱為開刃），露出最外層的金剛石，得到金剛石在空間上均勻分布的繩鋸串珠。其余未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。

實施例2：如圖10所示，常規(guī)尺寸型號（φ12.0mm-6.5mm）混凝土切割繩串珠制造

基體1為45#圓環(huán)柱體，長度12mm內(nèi)外徑分別為φ5.0和φ7.0mm，金剛石粒度40/45(粒徑φ0.35-0.43mm),選取主要元素為fecocu的預(yù)合金粉，理論密度約為8.78g/cm³,推薦燒結(jié)溫度900℃。

串珠工作層外徑φ12.0mm，內(nèi)徑φ7.00mm，高度6.50mm，由四個切割單元環(huán)坯體組裝燒結(jié)而成。串珠制作流程：1、選取冷壓模具材質(zhì)cr12，根據(jù)串珠的設(shè)計尺寸，確定冷壓模具的尺寸，上壓桿3的外徑為φ12.00mmh8，內(nèi)徑為φ7.00h7mm，主模4的內(nèi)徑為φ12.00h8mm，下頂桿5的內(nèi)圈頂柱的外徑為φ7.00h7mm，下層外徑為φ12.00h7mm，特別的設(shè)計下頂桿與金屬粉接觸的壓制面上設(shè)計有序分布金剛石的坑位，坑位為半徑0.25mm的半球形，坑位中心點位置以五個同心圓圈有序分布，半徑分別為r4.00，r4.40,r4.80，r5.20,r5.60，同圓周上相鄰坑位圓心的圓心角為15°，相鄰圈的相鄰坑位圓心夾角7.5°，具體分布如圖10所示；2、在下頂桿面上的坑位排布滿金剛石，根據(jù)所選金屬粉的密度以及串珠尺寸，稱取1.565±0.05g金屬粉裝入冷壓模具中，在500mpa壓力和50s的保壓時間條件下，限制上壓頭的行程，得到2.5mm厚的冷壓切割坯體；3、將壓制好的切割單元環(huán)坯體鑲嵌金剛石的一面朝下，四片疊加串在基體上一起放入燒結(jié)石墨模具內(nèi)，根據(jù)串珠尺寸設(shè)計石墨模具尺寸，上壓頭6的外徑為φ12.00mmh8，內(nèi)孔徑為φ7.00h7mm，內(nèi)孔深2mm，主模7的內(nèi)徑為φ12.00h8mm，下壓頭8的外徑為φ12.00h7mm，內(nèi)孔徑為φ7.00h7mm，內(nèi)孔深1.5mm，設(shè)置燒結(jié)溫度900℃，保溫時間3min，保壓壓力500mpa，過程示意如圖5所示，限制上壓頭的行程將切割單元環(huán)坯體由由10.0mm壓制到6.5mm，脫模得到金剛石在空間上均勻分布的繩鋸串珠。其余未述部分與實施例1相同。