專利名稱：用于切割金屬的金剛石/立方氮化硼鋸片及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械加工領域，尤其涉及一種用于切割金屬的金剛石/立方氮化硼鋸片及其制作工藝。
背景技術：
傳統(tǒng)的切割加工方法是用樹脂砂輪進行，如對小直徑金屬圓棒、金屬圓管、金屬板、金屬絲等材料均利用該方法進行。由于樹脂是一種有機材料，在使用時會分解產生有害成分，對人體造成危害，給環(huán)境帶來污染，因此限制使用樹脂砂輪進行金屬切割加工。阻障了切割加工金屬材料的發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一種金剛石/立方氮化硼鋸片以替代樹脂砂輪使用，它不僅不會對人體和環(huán)境造成危害，還有利于提高切割加工效率、改善加工質量、降低生產成本；尤其適于小直徑金屬圓棒、金屬圓管、金屬板、金屬絲等材料的切割，其切割加工效率高，加工質量好，使用壽命長。
本發(fā)明的技術方案是用于切割金屬的金剛石/立方氮化硼鋸片含金屬基體、胎體、普通磨料和超硬磨料。其中，①金屬基體為合金鋼或碳素鋼，且表面均布8～10mm的散熱孔；②胎體含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉占20％～60％，銅粉、錫粉占20％～40％，氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬占20％～40％，顆粒度為200目以細；③普通磨料含棕剛玉、白剛玉、黑剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，體積濃度在10％～60％之間，顆粒度為200目以細；④超硬磨料含金剛石、立方氮化硼，體積濃度在10％～70％之間，顆粒度為40/45～200/230目之間。
它的制作工藝為胎體粉末混料—工作層料的配混工藝—焊接層料的配混工藝—冷壓成型—熱壓燒結成型—磨弧—焊接—修整和開刃。
本發(fā)明不僅不會對人體和環(huán)境造成危害，還有利于提高切割金屬的加工效率、改善加工質量、降低生產成本；尤其適于小直徑金屬圓棒、金屬圓管、金屬板、金屬絲等材料的切割，其切割加工效率高，加工質量好，使用壽命長。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的技術方案和具體實施方式
。
一種用于切割金屬的金剛石—立方氮化硼鋸片含金屬基體、胎體、普通磨料和超硬磨料。金屬基體為合金鋼或碳素鋼，表面為多孔狀以便于散熱；胎體含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉占20％～60％，在本發(fā)明中采用40％，銅粉、錫粉占20％～40％，在本發(fā)明中采用30％，氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬占20％～40％，在本發(fā)明中采用30％，顆粒度為200目以細；普通磨料含棕剛玉、白剛玉、黑剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，體積濃度在10％～60％之間，顆粒度為200目以細；超硬磨料含金剛石、立方氮化硼，體積濃度在10％～70％之間，顆粒度為40/45～200/230目之間。
本發(fā)明的制作工藝如下①確定胎體成分和普通磨料、超硬磨料配方胎體成分和普通磨料、超硬磨料配方主要是根據(jù)產品的加工對象和要求來確定，胎體粉料中用到的主要成分為鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬等，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉等占20％～60％，銅粉、錫粉等占20％～40％，氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬等占20％～40％，要求上述粉末的顆粒度為200目以細。普通磨料含棕剛玉、白剛玉、黑剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼等所用的體積濃度在10％～60％之間，顆粒度為200目以細。所用金剛石、立方氮化硼等超硬磨料的體積濃度在10％～70％之間，顆粒度為40/45～200/230目之間。
②胎體粉末混料根據(jù)配方計算出胎體粉料中每種成分的用量，用藥物天平或臺稱準確稱量，放入各自的盛器皿中，復核確認無誤后，倒在一起進行混和，再將稱量好的混料裝入混料設備中進行機械混合，混料設備為球磨混料機，混好后的胎體粉料立即裝入干燥器皿密封保存。
球磨混料工藝為第一步將準確稱量的胎體粉末先用手工在盛器皿中攪拌；第二步根據(jù)混料總量，依據(jù)料和球的總體積為球罐容積的50％～70％選擇合適的球磨機；
第三步根據(jù)料重，稱取硬質合金球，按球料比(1～1.5)∶1稱取，為使料混得均勻，一般球徑最好大中小搭配?；炝锨蜃詈檬怯操|合金或瓷質的，要求球的耐磨性要好，不能影響和改變結合的配方成分；第四步按工藝要求，選擇好混料機的轉速，確定好時間，開機混料。一般轉速選擇為30～100RPM，混料時間3～6h；第五步停機，將料和球用粗篩分開，將料準確稱量，估算損耗并復核是否與第一步的量吻合。
③工作層料的配混工藝本發(fā)明中的金屬切割圓鋸片，在制造節(jié)塊時，分成工作層和焊接層兩部分，工作層是胎體粉末中含有普通磨料和超硬磨料(金剛石、立方氮化硼)的部分，焊接層則用作與基體焊接的部分，為不含普通磨料和超硬磨料的純胎體粉末成分。
按配方要求稱取普通磨料、超硬磨料和胎體粉末，按胎體粉末總量的1％～2％稱取潤濕劑，潤濕劑可用甘油、石臘、機油、酒精或它們的混合物，其作用是使普通磨料、超硬磨料和胎體粉末之間混合均勻，不因兩者之間的密度不同產生偏析和浮選。
混制步驟為第一步將稱量好的胎體粉末倒入料筒，扒平后用鋼勺在料中間壓出一凹坑；第二步把普通磨料、超硬磨料倒入凹坑中，再把潤濕劑倒在普通磨料、超硬磨料中，使普通磨料、超硬磨料全部濕潤；第三步用鋼勺將料反復攪拌，倒出過篩，再倒回料筒中；第四步放入長度為200mm鋼鏈3～4根，蓋好料筒蓋，開機混料。一般混料時間為30～60分鐘，混料機的轉速40～100RPM。
第五步停機檢測，目測粉料有無色斑、結團、磨料是否均勻等。
④焊接層料的配混工藝焊接層(也可稱過渡層、非工作層等)料在使用前也需要進行機混，其潤濕劑的加入量比工作層的少，混合時間為20～30分鐘?；炝蠒r，按生產工藝單要求準確稱取胎體粉末，放入料筒中，扒平后用鋼勺在料中間壓出一凹坑，將潤濕劑倒凹坑中，在用鋼勺將料攪拌，放入長度為200mm鋼鏈3～4根，蓋好料筒蓋，開機混料。
⑤冷壓成型冷壓成型即預壓，它是用壓力機壓制出節(jié)塊主坯，供熱壓燒結時用。其工藝步驟為先按節(jié)塊計算的工作層料和焊接層料，稱量工作層料和焊接層料。然后按下列程序操作模具檢查—在和成型料接觸的面上涂脫模劑—模具裝配—投焊接層料—刮平—用壓頭輕壓—投工作層料—裝壓頭—送入壓力機壓制—保壓—卸壓—卸模。將卸出的節(jié)塊毛坯整齊排列在料盤內待用。采用的冷壓成型壓力為100～200MPa。冷壓時既要保證節(jié)塊毛坯有一定強度，又要時節(jié)塊毛坯高度方向尺寸比成品尺寸大40％～50％。
⑥熱壓燒結成型熱壓燒結成型設備選用國內制造節(jié)塊圓鋸片的自動成型壓機，其工藝步驟為石墨模具檢查—在模壁上涂脫模劑—冷壓毛坯與模板組裝—套上模框—墊上絕熱隔板—擰緊固緊螺釘—送入熱壓機預壓—通電加熱—保溫保壓—卸壓—冷卻—卸模。采用的熱壓壓力為20～30MPa。當模具尚未通電加熱時，先置于初始壓力下，初始壓力為熱壓壓力的1/3左右。當模具保溫保壓完畢開始降溫時，其壓力也下調至熱壓壓力的1/3左右。
⑦磨弧為提高節(jié)塊在鋸片基體上的焊接牢度，對節(jié)塊的焊接面要進行磨弧處理，其作用為一是使節(jié)塊的焊接面的弧度與基體焊接面的弧度一致；二是去除節(jié)塊熱壓燒結過程中形成的氧化皮。磨弧所用的設備與普通鋸片所用的一樣，具體操作規(guī)程如下第一步節(jié)塊磨弧前，先手持節(jié)塊在砂輪上將熱壓燒結形成的毛刺、廢邊打磨掉。
第二步用肉眼或卡尺將節(jié)塊按高度分成不同等級。
第三步將高度相近的節(jié)塊弓背部朝向夾鉗口底部，預夾緊后，用專用木錘輕敲節(jié)塊中部，使每個節(jié)塊都能緊貼鉗口底部基準面，再用力夾緊之。
第四步調整砂輪立軸支架和絲杠，使砂輪擺弧度與節(jié)塊要求的磨弧一致，開啟冷卻泵，開動砂輪磨弧。
⑧焊接本發(fā)明采用激光焊接工藝，當用激光來進行焊接作業(yè)時，是利用透鏡將平行激光來進行聚集，這樣激光束的能量就高度集中在很小的范圍內，就可以產生很高的溫度，將金屬材料熔化，當激光束以快速移動方式照射金屬時，焊接作業(yè)就得以實現(xiàn)。采用的激光焊接設備與普通金剛石鋸片的相同，激光焊接的工作過程為首先用自動裝置對鋸片基體進行測量，再轉送到固定裝置上固定，同時節(jié)塊也被固定在支撐體上并靠緊在基體邊緣，然后數(shù)控裝置沿兩條軸線的方向操縱激光光束沿施焊線移動，待激光關閉后，該鋸片焊接完成，再裝上新的待焊鋸片。
⑨修整和開刃圓鋸片焊接完成后，需對其進行修整和開刃。修整是通過磨加工作業(yè)，使鋸片的尺寸(厚度及直徑)、外圓和端面跳動達到規(guī)定的公差值，滿足使用要求，修整和開刃是在鋸片修整開刃機上完成的，其操作過程為
第一步修磨前必須檢查設備運行情況。
第二步先修磨基體與節(jié)塊焊接處兩側面，再修磨節(jié)塊兩側面，然后再修磨鋸片外圓。要求節(jié)塊側面、外圓90％以上面積被磨到。
第三步修磨基體和節(jié)塊兩側面時，調整兩砂輪位置，使兩砂輪的進刀量相等，修磨外圓時進刀量不宜太大。
第四步外圓開刃是在修整作業(yè)后才進行的。使基體順針時方向旋轉，用外圓修整的同一砂輪對節(jié)塊開刃。開刃后的鋸片應在面向操作者這一面上用箭頭指向順時針方向，代表該鋸片按此方向作為其切割時的旋轉方向。
第五步鋸片上節(jié)塊倒梯形的修磨。在鋸片較快速度旋轉下，兩側面砂輪壓力由小到大，然后由大到小(指修磨砂輪從鋸片外向心部運動修整，再由心部向外緣運動修整)，重復4～5次上述動作后，使節(jié)塊截面成一倒梯形(即外緣大于焊接處)，錐角約2～30°。這種鋸片側面摩擦阻力較小，有利于高速切削。
權利要求
1.用于切割金屬的金剛石/立方氮化硼鋸片含金屬基體、胎體、普通磨料和超硬磨料。其特征在于①金屬基體為合金鋼或碳素鋼，且表面均布8～10mm的散熱孔；②胎體含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉占20％～60％，銅粉、錫粉占20％～40％，氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬占20％～40％，顆粒度為200目以細；③普通磨料含棕剛玉、白剛玉、黑剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼，體積濃度在10％～60％之間，顆粒度為200目以細；④超硬磨料含金剛石、立方氮化硼，體積濃度在10％～70％之間，顆粒度為40/45～200/230目之間。
2.用于切割金屬的金剛石/立方氮化硼鋸片的制作方法，胎體粉末混料-工作層料的配混工藝-焊接層料的配混工藝-冷壓成型-熱壓燒結成型-磨弧-焊接-修整和開刃，其特征在于①確定胎體成分和普通磨料、超硬磨料配方胎體成分和普通磨料、超硬磨料配方主要是根據(jù)產品的加工對象和要求來確定，胎體粉料中用到的主要成分為鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬等，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉等占20％～60％，銅粉、錫粉等占20％～40％，氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬等占20％～40％，要求上述粉末的顆粒度為200目以細。普通磨料含棕剛玉、白剛玉、黑剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼等所用的體積濃度在10％～60％之間，顆粒度為200目以細。所用金剛石、立方氮化硼等超硬磨料的體積濃度在10％～70％之間，顆粒度為40/45～200/230目之間。②胎體粉末混料根據(jù)配方計算出胎體粉料中每種成分的用量，用藥物天平或臺稱準確稱量，放入各自的盛器皿中，復核確認無誤后，倒在一起進行混和，再將稱量好的混料裝入混料設備中進行機械混合，混料設備為球磨混料機，混好后的胎體粉料立即裝入干燥器皿密封保存。球磨混料工藝為第一步將準確稱量的胎體粉末先用手工在盛器皿中攪拌；第二步根據(jù)混料總量，依據(jù)料和球的總體積為球罐容積的50％～70％選擇合適的球磨機；第三步根據(jù)料重，稱取硬質合金球，按球料比(1～1.5)∶1稱取，為使料混得均勻，一般球徑最好大中小搭配?；炝锨蜃詈檬怯操|合金或瓷質的，要求球的耐磨性要好，不能影響和改變結合的配方成分；第四步按工藝要求，選擇好混料機的轉速，確定好時間，開機混料。一般轉速選擇為30～100RPM，混料時間3～6h；第五步停機，將料和球用粗篩分開，將料準確稱量，估算損耗并復核是否與第一步的量吻合。③工作層料的配混工藝本發(fā)明中的金屬切割圓鋸片，在制造節(jié)塊時，分成工作層和焊接層兩部分，工作層是胎體粉末中含有普通磨料和超硬磨料(金剛石、立方氮化硼)的部分，焊接層則用作與基體焊接的部分，為不含普通磨料和超硬磨料的純胎體粉末成分。按配方要求稱取普通磨料、超硬磨料和胎體粉末，按胎體粉末總量的1％～2％稱取潤濕劑，潤濕劑可用甘油、石臘、機油、酒精或它們的混合物，其作用是使普通磨料、超硬磨料和胎體粉末之間混合均勻，不因兩者之間的密度不同產生偏析和浮選?；熘撇襟E為第一步將稱量好的胎體粉末倒入料筒，扒平后用鋼勺在料中間壓出一凹坑；第二步把普通磨料、超硬磨料倒入凹坑中，再把潤濕劑倒在普通磨料、超硬磨料中，使普通磨料、超硬磨料全部濕潤；第三步用鋼勺將料反復攪拌，倒出過篩，再倒回料筒中；第四步放入長度為200mm鋼鏈3～4根，蓋好料筒蓋，開機混料。一般混料時間為30～60分鐘，混料機的轉速40～100RPM。第五步停機檢測，目測粉料有無色斑、結團、磨料是否均勻等。④焊接層料的配混工藝焊接層(也可稱過渡層、非工作層等)料在使用前也需要進行機混，其潤濕劑的加入量比工作層的少，混合時間為20～30分鐘?；炝蠒r，按生產工藝單要求準確稱取胎體粉末，放入料筒中，扒平后用鋼勺在料中間壓出一凹坑，將潤濕劑倒凹坑中，在用鋼勺將料攪拌，放入長度為200mm鋼鏈3～4根，蓋好料筒蓋，開機混料。⑤冷壓成型冷壓成型即預壓，它是用壓力機壓制出節(jié)塊主坯，供熱壓燒結時用。其工藝步驟為先按節(jié)塊計算的工作層料和焊接層料，稱量工作層料和焊接層料。然后按下列程序操作模具檢查-在和成型料接觸的面上涂脫模劑-模具裝配-投焊接層料-刮平-用壓頭輕壓-投工作層料-裝壓頭-送入壓力機壓制-保壓-卸壓-卸模。將卸出的節(jié)塊毛坯整齊排列在料盤內待用。采用的冷壓成型壓力為100～200MPa。冷壓時既要保證節(jié)塊毛坯有一定強度，又要時節(jié)塊毛坯高度方向尺寸比成品尺寸大40％～50％。⑥熱壓燒結成型熱壓燒結成型設備選用國內制造節(jié)塊圓鋸片的自動成型壓機，其工藝步驟為石墨模具檢查-在模壁上涂脫模劑-冷壓毛坯與模板組裝-套上?？?墊上絕熱隔板-擰緊固緊螺釘-送入熱壓機預壓-通電加熱-保溫保壓-卸壓-冷卻-卸模。采用的熱壓壓力為20～30MPa。當模具尚未通電加熱時，先置于初始壓力下，初始壓力為熱壓壓力的1/3左右。當模具保溫保壓完畢開始降溫時，其壓力也下調至熱壓壓力的1/3左右。⑦磨弧為提高節(jié)塊在鋸片基體上的焊接牢度，對節(jié)塊的焊接面要進行磨弧處理，其作用為一是使節(jié)塊的焊接面的弧度與基體焊接面的弧度一致；二是去除節(jié)塊熱壓燒結過程中形成的氧化皮。磨弧所用的設備與普通鋸片所用的一樣，具體操作規(guī)程如下第一步節(jié)塊磨弧前，先手持節(jié)塊在砂輪上將熱壓燒結形成的毛刺、廢邊打磨掉。第二步用肉眼或卡尺將節(jié)塊按高度分成不同等級。第三步將高度相近的節(jié)塊弓背部朝向夾鉗口底部，預夾緊后，用專用木錘輕敲節(jié)塊中部，使每個節(jié)塊都能緊貼鉗口底部基準面，再用力夾緊之。第四步調整砂輪立軸支架和絲杠，使砂輪擺弧度與節(jié)塊要求的磨弧一致，開啟冷卻泵，開動砂輪磨弧。⑧焊接本發(fā)明采用激光焊接工藝，當用激光來進行焊接作業(yè)時，是利用透鏡將平行激光來進行聚集，這樣激光束的能量就高度集中在很小的范圍內，就可以產生很高的溫度，將金屬材料熔化，當激光束以快速移動方式照射金屬時，焊接作業(yè)就得以實現(xiàn)。采用的激光焊接設備與普通金剛石鋸片的相同，激光焊接的工作過程為首先用自動裝置對鋸片基體進行測量，再轉送到固定裝置上固定，同時節(jié)塊也被固定在支撐體上并靠緊在基體邊緣，然后數(shù)控裝置沿兩條軸線的方向操縱激光光束沿施焊線移動，待激光關閉后，該鋸片焊接完成，再裝上新的待焊鋸片。⑨修整和開刃圓鋸片焊接完成后，需對其進行修整和開刃。修整是通過磨加工作業(yè)，使鋸片的尺寸(厚度及直徑)、外圓和端面跳動達到規(guī)定的公差值，滿足使用要求，修整和開刃是在鋸片修整開刃機上完成的，其操作過程為第一步修磨前必須檢查設備運行情況。第二步先修磨基體與節(jié)塊焊接處兩側面，再修磨節(jié)塊兩側面，然后再修磨鋸片外圓。要求節(jié)塊側面、外圓90％以上面積被磨到。第三步修磨基體和節(jié)塊兩側面時，調整兩砂輪位置，使兩砂輪的進刀量相等，修磨外圓時進刀量不宜太大。第四步外圓開刃是在修整作業(yè)后才進行的。使基體順針時方向旋轉，用外圓修整的同一砂輪對節(jié)塊開刃。開刃后的鋸片應在面向操作者這一面上用箭頭指向順時針方向，代表該鋸片按此方向作為其切割時的旋轉方向。第五步鋸片上節(jié)塊倒梯形的修磨。在鋸片較快速度旋轉下，兩側面砂輪壓力由小到大，然后由大到小(指修磨砂輪從鋸片外向心部運動修整，再由心部向外緣運動修整)，重復4～5次上述動作后，使節(jié)塊截面成一倒梯形(即外緣大于焊接處)，錐角約2～30°。這種鋸片側面摩擦阻力較小，有利于高速切削。
全文摘要
本發(fā)明屬于機械加工領域，鋸片含金屬基體、胎體、普通磨料和超硬磨料，金屬基體為合金鋼或碳素鋼，且表面均布φ8～φ10mm的散熱孔；胎體含氧化鋁、氧化鋯、石英、碳化鎢、二硼化鋯、二硅化鉬，普通磨料含棕剛玉、碳化硅、綠碳化硅、立方碳化硅、碳化硼；超硬磨料含金剛石、立方氮化硼；制作工藝為胎體粉末混料－工作層料的配混工藝－焊接層料的配混工藝－冷壓成型－熱壓燒結成型－磨弧－焊接－修整和開刃。本發(fā)明不會對人體和環(huán)境造成危害，利于提高切割加工效率，降低生產成本；適于小直徑金屬圓棒、金屬圓管、金屬板、金屬絲等材料的切割，其切割加工效率高，加工質量好，使用壽命長。
文檔編號B23D63/14GK1669708SQ20041002299
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權日2004年3月19日
發(fā)明者張紹和 申請人:中南大學