專利名稱：金剛石工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及通常用于切割或鉆削脆性物質(zhì)如石頭、磚、混凝土結(jié)構(gòu)或瀝青結(jié)構(gòu)的節(jié)塊式金剛石工具，更具體地，本發(fā)明涉及在切割過程中增大切割速度的同時減少細(xì)切屑產(chǎn)生數(shù)量的金剛石工具。
特別是，人造金剛石(下文中簡稱為“金剛石”)在石材切割領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域得到更加的優(yōu)選和廣泛使用，在石材領(lǐng)域用于切割或磨削各種石材，例如花崗巖或大理石，在建筑領(lǐng)域用于切割或磨削混凝土結(jié)構(gòu)。
節(jié)塊式金剛石工具通常包括多個刀頭和一個鋼鋸片，其中每個刀頭中含有金剛石，鋼鋸片用于把持刀頭。


圖1表示一個傳統(tǒng)節(jié)塊式金剛石工具的例子。
如圖1所示，節(jié)塊式金剛石工具1包括多個刀頭11和12，規(guī)律地固定在圓盤狀鋼鋸片2的外周邊上，金剛石5隨機(jī)地分布在每個刀頭11和12中。
當(dāng)使用這種金剛石工具1切割脆性物質(zhì)時，每個刀頭中的金剛石完成對物質(zhì)的切割工作。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者的研究和實驗，需引起注意的是，當(dāng)金剛石隨機(jī)分布在切割工具的刀頭上時金剛石工具的切割速度出現(xiàn)了不希望出現(xiàn)的減小現(xiàn)象。
在金剛石隨機(jī)分布的刀頭中出現(xiàn)這種金剛石工具切割速度降低的現(xiàn)象是因為第一，前導(dǎo)刀頭的金剛石在脆性物質(zhì)表面形成的凹槽之間的凸起，其寬度明顯大于金剛石的大小，因此對于金剛石工具來說，當(dāng)隨后的刀頭經(jīng)過這些凸起時幾乎不可能從脆性物質(zhì)表面將這些凸起完全去除；第二，隨后刀頭中的一些金剛石可能經(jīng)過脆性物質(zhì)表面先前由前導(dǎo)刀頭形成的槽，因此隨后刀頭中的這些金剛石不起任何作用。
金剛石隨機(jī)分布的刀頭通常利用粉末冶金技術(shù)制造，即先將金剛石與金屬粉混合形成混合粉，再進(jìn)行燒結(jié)。
也就是，按傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)制造金剛石工具用的刀頭時，在成形和燒結(jié)工序之前先將金剛石與金屬粉混合。但是，由于金剛石和金屬粉之間存在粒度和比重的差異，因此金剛石在金屬粉中均勻分布幾乎是不可能的。這樣，金剛石工具的每個刀頭存在金剛石偏聚，在區(qū)域3稠密，而在另外的區(qū)域4則稀疏，因此產(chǎn)生了金剛石隨機(jī)分布的問題。
在這樣的情況下，降低了金剛石工具的切割速度和耐磨性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種金剛石工具，包括多個刀頭，每個刀頭的金剛石排列成單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，刀頭中金剛石的排列方式可以使每個后續(xù)刀頭的金剛石在脆性物質(zhì)表面形成的槽，是沿著前導(dǎo)刀頭的金剛石先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起。
圖1表示金剛石隨機(jī)分布在刀頭中的傳統(tǒng)金剛石工具；圖2表示本發(fā)明第一實施例的金剛石工具，它具有三層刀頭和雙層刀頭，三層刀頭中金剛石按三層分布，雙層刀頭中金剛石按兩層分布，上述兩種類型的刀頭交替排列在鋼鋸片的外緣。
圖3表示本發(fā)明金剛石工具中使用的三層刀頭的一種結(jié)構(gòu)；圖4表示本發(fā)明金剛石工具中使用的雙層刀頭的一種結(jié)構(gòu)；圖5到圖9表示本發(fā)明不同實施例的金剛石工具中刀頭的金剛石排列，其中圖5表示當(dāng)圖2中的金剛石工具用于切割脆性物質(zhì)表面時金剛石工具的前導(dǎo)刀頭和后續(xù)刀頭的排列和切割狀態(tài)；圖6表示按照本發(fā)明第二實施例、具有兩類三層刀頭的金剛石工具的排列和切割狀態(tài)；圖7表示按照本發(fā)明第三實施例金剛石工具刀頭的排列；圖8表示按照本發(fā)明第四實施例金剛石工具一個刀頭上金剛石的排列；圖9表示按照本發(fā)明第五實施例金剛石工具的前導(dǎo)刀頭和后續(xù)刀頭的排列和切割狀態(tài)；圖10表示按照本發(fā)明第六實施例金剛石工具的刀頭；圖11是沿圖3中A-A線的剖面圖；圖12表示按照本發(fā)明第七實施例金剛石工具的刀頭，其外側(cè)部分隨機(jī)地分布著填料；圖13表示按照本發(fā)明第八實施例金剛石工具的刀頭，其外側(cè)部分規(guī)律地分布著填料；圖14表示本發(fā)明金剛石工具切割時間與切割循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，并與傳統(tǒng)金剛石工具進(jìn)行對比。
發(fā)明詳述下面將參考附圖進(jìn)行描述，在不同的附圖中相同的數(shù)字代表相同或相似的部件。
本發(fā)明的目的是在金剛石工具的每個刀頭的切割表面恰當(dāng)?shù)嘏帕薪饎偸?，以使金剛石在切割過程中更有效地切割脆性物質(zhì)的表面。
在傳統(tǒng)金剛石工具中，金剛石在刀頭中隨機(jī)分布，如圖1所示。這種金剛石工具可在脆性物質(zhì)表面形成三種類型的切割花紋，如下所述。第一，后續(xù)刀頭的金剛石經(jīng)過前導(dǎo)刀頭金剛石先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽，因此后續(xù)刀頭的金剛石沒起任何作用。第二，后續(xù)刀頭的金剛石經(jīng)過前導(dǎo)刀頭金剛石先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起，從而完全去除脆性物質(zhì)表面上的凸起。第三，前導(dǎo)刀頭金剛石在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起相當(dāng)寬，從而，即使是后續(xù)刀頭的金剛石經(jīng)過這些凸起，也幾乎不可能完全去除脆性物質(zhì)表面上的凸起。
本發(fā)明通過恰當(dāng)?shù)嘏帕械额^中的金剛石減少第一和第三切割花紋的出現(xiàn)，并能使金剛石工具通過第二種切割方式有效地切割脆性物質(zhì)表面，從而使金剛石工具的切割速度達(dá)到最大。
也就是，本發(fā)明金剛石工具在制造時使金剛石在刀頭的分布能達(dá)到，后續(xù)刀頭的金剛石經(jīng)過前導(dǎo)刀頭金剛石先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起，這樣能完全去除脆性物質(zhì)表面上的凸起。
金剛石在刀頭上的這種排列能進(jìn)行有效的切割工作，并且提高金剛石工具的切割速度。另外，本發(fā)明的金剛石工具切割脆性物質(zhì)的同時產(chǎn)生大的切屑顆粒。這樣，這種金剛石工具減少了切割過程中產(chǎn)生的細(xì)切屑的數(shù)量，從而使工人免受細(xì)切屑的危害。
下面描述本發(fā)明刀頭上金剛石的優(yōu)選排列方式。
按照本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，節(jié)塊式金剛石工具包括多個刀頭和一個鋼鋸片，其中每個刀頭中含有金剛石，鋼鋸片用于把持刀頭。
在金剛石工具的每個刀頭中，金剛石排列在平行于鋼鋸片側(cè)面的一層或多層中，這樣在刀頭的切割表面上金剛石形成一條或多條金剛石線。金剛石在每個刀頭中也是分層分布，形成多條平行于刀頭切割表面的金剛石線。
在按照本發(fā)明實施例的金剛石工具中，前導(dǎo)刀頭中的金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列，而后續(xù)刀頭中的金剛石按n′層結(jié)構(gòu)排列。在這種情況下，n′≤n。在上述金剛石工具中，多個前導(dǎo)刀頭和多個后續(xù)刀頭交替排列在鋼鋸片上。所設(shè)計的兩種類型的刀頭可以使每個后續(xù)刀頭的金剛石層對齊每個前導(dǎo)刀頭金剛石層的間隙。
在本發(fā)明的另一實施例中，金剛石工具的每個刀頭被分成兩部分，即，前導(dǎo)部分和后續(xù)部分，前導(dǎo)部分中的金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列，而后續(xù)部分中的金剛石按n′層結(jié)構(gòu)排列。在這種情況下，n′≤n。在上述金剛石工具中，所設(shè)計的每個刀頭的前導(dǎo)部分和后續(xù)部分可以使后續(xù)部分的金剛石層對齊前導(dǎo)部分金剛石層的間隙。
在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，在每個刀頭中金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列的多個刀頭與在每個刀頭中金剛石按(n-1)層結(jié)構(gòu)排列的多個刀頭交替地排列在金剛石工具上。
在上述實例中，兩種類型刀頭的排列可以使(n-1)層結(jié)構(gòu)金剛石層對齊n層結(jié)構(gòu)金剛石層之間的間隙。
圖2圖示本發(fā)明第一實施例的金剛石工具，上面有兩類金剛石排列不同的刀頭。圖2的金剛石工具是金剛石鋸片。
如圖2所示，金剛石工具101包括多個兩種類型的刀頭111和112和一個鋼鋸片2，其中每個刀頭中含有金剛石，鋼鋸片用于把持刀頭111和112。在這種金剛石工具101中，前導(dǎo)刀頭111是三層刀頭，其中每個刀頭中的金剛石105排列成三層結(jié)構(gòu)。而后續(xù)刀頭112是雙層刀頭，其中每個刀頭中的金剛石105排列成雙層結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，兩種類型刀頭中的金剛石105有特殊的排列方式，即每個雙層刀頭中的金剛石層對齊每個三層刀頭中金剛石層之間的間隙。
在本發(fā)明的第二實施例中，每個刀頭中的金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列，多個刀頭在金剛石工具上的排列方式是每個刀頭中的金剛石層對齊其鄰近刀頭中金剛石層之間的間隙。
上述第二實施例表示在圖6中。
如圖6所示，每個前導(dǎo)刀頭121中的金剛石排列成三層121a、121b和121c，而每個后續(xù)刀頭122中的金剛石也排列成三層122a、122b和122c。在這種情況下，前導(dǎo)刀頭121和后續(xù)刀頭122的排列方式是每個前導(dǎo)刀頭的三層金剛石層121a、121b和121c對齊每個后續(xù)刀頭三層金剛石層122a、122b和122c之間的間隙。
在本發(fā)明的第三實施例中，金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列的一個刀頭與兩個或多個金剛石按(n-2)層或更少的層結(jié)構(gòu)排列的刀頭重復(fù)排列在金剛石工具上。
在這種金剛石工具中，刀頭的排列方式是金剛石按(n-2)層或更少的層結(jié)構(gòu)排列的每個刀頭中的金剛石層對齊金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列的刀頭中金剛石之間的間隙。
上述第三實施例示于圖7中。
如圖7所示，多個刀頭在金剛石工具上的排列方式是金剛石按單層結(jié)構(gòu)排列的兩個刀頭132和133的金剛石層132a和133a對齊金剛石按三層結(jié)構(gòu)排列的刀頭中金剛石層131a、131b和131c之間的間隙。
按照圖8中所示的本發(fā)明第四實施例的金剛石工具。在這種金剛石工具中，每個刀頭141被分成兩部分，即，前導(dǎo)部分和后續(xù)部分，前導(dǎo)部分中的金剛石按三層結(jié)構(gòu)排列，而后續(xù)部分中的金剛石按雙層結(jié)構(gòu)排列。
如圖8所示，后續(xù)部分的兩層金剛石層141d和141e對齊前導(dǎo)部分三層金剛石層141a、141b和141c之間的間隙。
在本發(fā)明中，金剛石也可不規(guī)則地排列在每個刀頭的一部分金剛石層中，或者在每個刀頭的所有金剛石層中，使金剛石層在刀頭的切割表面呈帶狀分布。
圖9表示本發(fā)明第五實施例的金剛石工具，其設(shè)計是金剛石不規(guī)則地排列在每個刀頭的所有金剛石層中，使金剛石層在刀頭的切割表面呈帶狀分布。
如圖9所示，金剛石工具的每個前導(dǎo)刀頭151的金剛石排列成三層151a、151b和151c，在刀頭151的切割表面呈帶狀；而每個后續(xù)刀頭152的金剛石排列成兩層152a和152b，在刀頭152的切割表面呈帶狀。在使用此切割工具的切割過程中，前導(dǎo)刀頭151的三層金剛石層151a、151b和151c在脆性物質(zhì)153表面形成三條槽153a、153b和153c，而后續(xù)刀頭152的兩層金剛石層152a和152b沿著三條先前形成的槽153a、153b和153c之間的凸起上形成兩條槽153d和153e。這樣，此實施例的金剛石工具能有效切割脆性物質(zhì)153的表面。
本發(fā)明可以適用于其它類型的金剛石工具，如圖10所示一種所謂的“取芯鉆頭”，它包括多個刀頭。
圖10表示一個取芯鉆頭，上面有多個根據(jù)本發(fā)明第六實施例設(shè)計的刀頭。如圖所示，取芯鉆頭的刀頭102的排列方式是，每個刀頭中金剛石排列成三層181a、181b和181c的多個前導(dǎo)刀頭181與每個刀頭中金剛石排列成兩層182a和182b的多個后續(xù)刀頭182交替排列。
在本發(fā)明中，金剛石工具刀頭的排列設(shè)計為在金剛石單層或多層結(jié)構(gòu)排列的層狀刀頭中間放入一個或多個金剛石在其中隨機(jī)分布的隨機(jī)刀頭。
例如，金剛石工具刀頭的排列方式有(三層刀頭+雙層刀頭+隨機(jī)刀頭)排列、(三層刀頭+隨機(jī)刀頭+雙層刀頭)排列、(三層刀頭+隨機(jī)刀頭+雙層刀頭+隨機(jī)刀頭)排列或(三層刀頭+雙層刀頭+隨機(jī)刀頭+隨機(jī)刀頭)排列。
本發(fā)明這種具有隨機(jī)刀頭的金剛石工具，與傳統(tǒng)金剛石工具相比，增大了切割速度。但是，這種金剛石上具的切割速度低于沒有這種隨機(jī)刀頭的其它金剛石工具。
在本發(fā)明的金剛石工具中，每個前導(dǎo)刀頭金剛石層之間的每條間隙優(yōu)選的設(shè)計是其寬度小于或等于每個后續(xù)刀頭的每層金剛石層的厚度。
另外，金剛石工具每個刀頭的金剛石層優(yōu)選的設(shè)計是，盡管切割表面連接磨損，有效金剛石線也一直暴露于刀頭的切割表面上。
如圖11所示，為了達(dá)到上述目的，優(yōu)選的是在每個刀頭上形成金剛石層111a、111b和111c，以使每層金剛石層111a、111b和111c中的金剛石分布于金剛石線114a、114b、114c、114d、114e和114f，從而在上述與刀頭切割表面都平行的金剛石線114a、114b、114c、114d、114e和114f之間不留間隙。
當(dāng)金剛石線如上所述分布時，盡管切割表面連續(xù)磨損，有效金剛石線也一直暴露于刀頭的切割表面上。
在本發(fā)明中，金剛石可以僅分布于刀頭的中心部分。在這種情況下，刀頭的兩個外側(cè)部分中沒有金剛石，這樣刀頭金屬粉在外側(cè)的部分將很快磨損，產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的金剛石與刀頭的過早分離。這種金剛石與刀頭間的分離在金剛石工具工業(yè)領(lǐng)域稱之為“脫落”。
為了防止這種不希望出現(xiàn)的金剛石從刀頭上的過早脫落，優(yōu)選的是將高耐磨性的填料加入不含金剛石的刀頭外側(cè)部分中。
也就是，為了增大本發(fā)明金剛石工具的耐磨性，優(yōu)選的是將高硬度的耐磨材料作為填料加入金屬粉中，這樣增大了金屬粉的耐磨性。在本發(fā)明中，從以下的耐磨粉中選擇填料，例如SiC、WC、BN、Al2O3、金剛石，或它們的混合物。
如上所述，將填料加入金屬粉中形成刀頭的兩個外側(cè)部分，以防止不希望出現(xiàn)的金剛石從刀頭上的過早脫落。當(dāng)使用金剛石作為填料時，作為填料的金剛石濃度必須低于用作切割脆性物質(zhì)的刀頭中心部分的金剛石濃度。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，作為填料的金剛石濃度是用作切割的刀頭中心部分的金剛石濃度的10-60％。
當(dāng)作為填料的金剛石濃度低于用作切割的刀頭中心部分的金剛石濃度的10％時，防止刀頭外側(cè)部分快速磨損幾乎是不可能的。另一方面，當(dāng)作為填料的金剛石濃度高于用作切割的刀頭中心部分的金剛石濃度的60％時，切割金剛石的數(shù)量減少，降低相應(yīng)金剛石工具的切割速度。
在本發(fā)明中，填料164隨機(jī)分布在刀頭161的外側(cè)部分，如圖12所示。另外，填料174也可規(guī)律地分布在刀頭171的外側(cè)部分，如圖13所示。
在圖12和圖13中，參考數(shù)字161a、161b、161c、171a、171b和171c表示刀頭161和171中的金剛石層。
本發(fā)明的金剛石工具按以下步驟制造首先將結(jié)合劑噴灑到按所需刀頭形狀加工的金屬網(wǎng)上，隨后，將具有多個規(guī)律排列和激光加工的孔的金屬鉆模裝入金屬網(wǎng)，然后將金剛石加入鉆模中。在這種情況下，鉆模中每個激光加工的孔中放入一顆金剛石。當(dāng)金屬鉆模從金屬網(wǎng)上取下時，金剛石就留在金屬網(wǎng)上，從而在所述網(wǎng)上規(guī)律地排列。隨后將金剛石和金屬粉一起進(jìn)行冷成形過程和燒結(jié)過程，這樣便制造出本發(fā)明金剛石工具所需的刀頭。
上述制造金剛石工具的過程是一個例子，但不用作對本發(fā)明的限制。
下面詳細(xì)描述在使用本發(fā)明金剛石工具切割脆性物質(zhì)表面時得到的切割花紋。
圖2表示金剛石鋸片，是本發(fā)明金剛石工具的一個例子。
在圖2中的金剛石鋸片101中，兩種類型的刀頭111和112交替排列。在這兩種類型的刀頭中，刀頭111是三層刀頭，其中的金剛石105排列成三層；而刀頭112是雙層刀頭，其中的金剛石105排列成兩層。
圖3表示金剛石排列成三層111a、111b和111c的三層刀頭111。圖4表示金剛石排列成兩層112a和112b的雙層刀頭112。
如圖3、圖4和圖5所示，每個刀頭中金剛石排列成三層111a、111b和111c的多個三層刀頭111，和每個刀頭中金剛石排列成兩層112a和112b的多個雙層刀頭112交替排列在鋼鋸片2的邊緣，這樣形成了所需的金剛石鋸片101。當(dāng)用鋸片101切割脆性物質(zhì)113表面時，雙層刀頭112的金剛石形成槽113d和113e位于三層刀頭111的金剛石在脆性物質(zhì)113上先前形成的槽113a、113b和113c之間的凸起上，從而有效地切割脆性物質(zhì)113的表面。
也就是，兩種類型刀頭111和112的金剛石連續(xù)切割脆性物質(zhì)113的表面，如圖5所示，這樣更有效地將脆性物質(zhì)表面切割到所需的深度，同時增大了金剛石工具的切削速度。這也使金剛石工具切削脆性物質(zhì)的同時產(chǎn)生大的切屑顆粒。這樣，金剛石工具減少了在切割過程中產(chǎn)生的細(xì)切屑量，保持工人免受細(xì)切屑的危害。
圖6表示的切割花紋是在如下的金剛石工具切割過程中得到的，此金剛石工具具有多個金剛石排列成三層的刀頭，并且刀頭在金剛石工具上的排列方式是每個刀頭的金剛石層對齊鄰近刀頭金剛石層的間隙。在切割過程中，前導(dǎo)刀頭121的三層金剛石層121a、121b和121c在脆性物質(zhì)123表面形成槽123a、123b和123c，而后續(xù)刀頭122的三層金剛石層122a、122b和122c沿著槽123a、123b和123c之間的凸起形成槽123d、123e和123f。因此，刀頭121和122的金剛石連續(xù)切割脆性物質(zhì)123的表面，這樣將更有效地切割脆性物質(zhì)123的表面，同時增大了金剛石工具的切削速度。這也使金剛石工具切削脆性物質(zhì)的同時產(chǎn)生大的切屑顆粒，從而優(yōu)選地減少了切割過程中產(chǎn)生的細(xì)切屑量。
在本發(fā)明的金剛石工具中，在每個刀頭的每層金剛石層中金剛石可以呈略微的不規(guī)則分布，使金剛石層在刀頭的切割表面呈帶狀分布。
圖9表示的切割花紋是在如下的金剛石工具切割過程中得到的，此金剛石工具具有交替排列的前導(dǎo)刀頭和后續(xù)刀頭，每個前導(dǎo)刀頭的設(shè)計是金剛石不規(guī)則地分布于在前導(dǎo)刀頭的切割表面上呈帶狀的三層金剛石層中，每個后續(xù)刀頭的設(shè)計是金剛石不規(guī)則地分布于在后續(xù)刀頭的切割表面上呈帶狀的兩層金剛石層中。在切割過程中，前導(dǎo)刀頭151的三層金剛石層151a、151b和151c在脆性物質(zhì)153表面形成槽153a、153b和153c，而后續(xù)刀頭152的兩層金剛石層152a和152b沿著槽153a、153b和153c之間的凸起形成槽153d和153e。因此，刀頭151和152的金剛石連續(xù)切割脆性物質(zhì)153的表面，這樣將更有效地切割脆性物質(zhì)153的表面，同時增大了金剛石工具的切削速度。
通過以下的實施例能更清楚地理解本發(fā)明，但是下面給出的實施例是為了進(jìn)行說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
樣品1-1和1-2的每個刀頭中，每層金剛石層的厚度為0.4mm，等于金剛石的平均粒度。樣品1-1的刀頭金剛石層之間的間隙為0.3mm寬，而樣品1-2的刀頭金剛石層之間的間隙為0.16mm寬。
在三個金剛石工具中，所用的金屬粉為Fe-Ni基合金，金剛石是美國GE有限公司制造的MBS955。燒結(jié)過程是在950℃熱壓5分鐘。
在每個金剛石工具中，16個刀頭通過激光焊接法焊接在直徑為9″的鋼鋸片上。在切割試驗中，每個金剛石工具切割花崗巖的深度為20mm。
切割試驗用Bosch有限公司制造的9″切割機(jī)進(jìn)行，工作轉(zhuǎn)速為6500rpm。
每個金剛石工具的每個刀頭長38mm，高7.2mm，厚2.4mm。
表1
在表1中，Ex.表示樣品，Com.Ex.表示對比樣從表1中可以明顯看出，本發(fā)明的樣品1-1和樣品1-2的金剛石工具，與按先前工藝制造的對比樣1相比，顯著提高了切割速度和耐磨性。
按本發(fā)明設(shè)計的金剛石工具，其切割速度和耐磨性提高的原因是金剛石的排列使刀頭中的金剛石全都能有效地執(zhí)行它們的切割作用。
在這里，切割時間指金剛石工具完全切開脆性物質(zhì)一次所消耗的時間。切割循環(huán)指金剛石工具完成切割長30cm脆性物質(zhì)某一恒定深度一次的操作。
如圖14所示，本發(fā)明的金剛石工具樣品1-1，與傳統(tǒng)金剛石工具對比樣1相比，縮短了切割時間(sec)。金剛石工具樣品1-1在連續(xù)使用時切割時間僅有微小的變化，因此具有前后一致的工作性能。
每個金剛石工具的每個刀頭長40mm，高7.2mm，厚3.2mm。所用的金屬粉為Fe-Ni基合金，金剛石是美國GE有限公司制造的MBS955。燒結(jié)過程是在950℃熱壓5分鐘。
在兩個金剛石工具的每一個中，刀頭通過激光焊接法焊接在直徑14″的鋼鋸片上。在切割試驗中，每個金剛石工具切割混凝土結(jié)構(gòu)的深度為35mm。切割試驗用EDCO有限公司制造的5.5HP電機(jī)驅(qū)動切割試驗機(jī)進(jìn)行。
在金剛石工具樣品3中，每層金剛石層的厚度為0.8mm，金剛石層之間的間隙寬0.4mm。
在金剛石工具樣品3中，將與金剛石層中的金剛石相同的金剛石加入到每個雙層刀頭的兩個外側(cè)部分，以防止所述外側(cè)部分的快速磨損。即，將金剛石作為填料加入每個雙層刀頭的外側(cè)部分。在這里，作為填料的金剛石濃度是每個刀頭金剛石層中用作切割的金剛石濃度的25％。
表2
在表2中，Ex.表示樣品，Com.Ex.表示對比樣從表2中可以明顯看出，本發(fā)明的金剛石工具樣品3，與按先前工藝制造的金剛石工具對比樣2相比，顯著增大了切割速度和明顯提高了耐磨性。實施例4為了防止每個刀頭的兩個外側(cè)表面的快速磨損，制造了與樣品1-1相似的金剛石工具的刀頭，也就是具有交替排列的三層刀頭和雙層刀頭，三層刀頭中每個刀頭的金剛石規(guī)則地排列在三層中，雙層刀頭中每個刀頭的金剛石規(guī)則地排列在兩層中(刀頭排列3×2)，并將填料加入金屬粉中。制造的金剛石工具進(jìn)行切割試驗，以測量刀頭的磨損性能。結(jié)果列于表3。
在每個金剛石工具中，與金剛石層中的金剛石相同的金剛石作為填料加入到每個刀頭的外側(cè)部分。在這里，作為填料的金剛石濃度是每個刀頭金剛石層中用作切割的金剛石濃度的5-70％。
每個金剛石工具的刀頭外側(cè)部分磨損用切割后刀頭厚度的減小來衡量。
在這里，每個金剛石工具的刀頭外側(cè)部分磨損，用刀頭切割30m和60m脆性物質(zhì)后刀頭厚度比原始厚度2.4mm減小的厚度表示。
在金剛石工具上隨機(jī)選取相互間隔90°的四個刀頭，通過測量四個刀頭厚度的減小得出每個金剛石工具的刀頭厚度減小，然后將測量的厚度減小值平均。其它切割條件與實施例1相同。
表3
在表3中，Ex.表示樣品，Com.Ex.表示對比樣從表3中可以看出，金剛石工具對比樣3的刀頭中填料濃度非常低，其磨損很快，厚度大大減小。但是，本發(fā)明的每個金剛石工具樣品4-1、4-2、4-3、4-4和4-5的刀頭磨損非常慢，厚度減小也很慢。
從表中還可以看出，金剛石工具對比樣4的刀頭中填料濃度非常高，厚度減小很慢，但降低了切割速度。
在三個金剛石工具中，所用的金屬粉為Fe-Ni基合金，金剛石是美國GE有限公司制造的MBS955。燒結(jié)過程是在950℃熱壓5分鐘。
在每個金剛石工具中，16個刀頭通過激光焊接法焊接在直徑9″的鋼鋸片上。在切割試驗中，每個金剛石工具切割花崗巖的深度為20mm。切割試驗用Bosch有限公司制造的9″切割機(jī)進(jìn)行，工作轉(zhuǎn)速為6500rpm。
每個金剛石工具的每個刀頭長38mm，高7.2mm，厚2.4mm。
表4
在表4中，Ex.表示樣品，Com.Ex.表示對比樣從表4中可以明顯看出，金剛石工具樣品5-2，與金剛石工具樣品5-1相比，切割速度和耐磨性降低，但與傳統(tǒng)金剛石工具對比樣1相比，提高了切割速度和耐磨性。
如上所述，本發(fā)明提供了一種節(jié)塊式金剛石工具。在本發(fā)明金剛石工具中，刀頭的金剛石排列方式為后續(xù)刀頭沿著前導(dǎo)刀頭先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起在脆性物質(zhì)表面形成槽。由于這種刀頭的金剛石排列方式，金剛石在切割過程中更有效地切割脆性物質(zhì)表面，因此增大了金剛石工具的切割速度，并且減少了切割過程中產(chǎn)生的細(xì)屑數(shù)量。
另外，本發(fā)明金剛石工具刀頭的金剛石排列方式為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，并在每個刀頭的所需部分加入適當(dāng)?shù)奶盍希允菇饎偸谇懈钸^程中更有效地切割脆性物質(zhì)表面。因此，本發(fā)明的金剛石工具增大了切割速度，提高了耐磨性，并且減少了切割過程中產(chǎn)生的細(xì)屑數(shù)量。
盡管為了進(jìn)行解釋而描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域熟知人員能意識到，不偏離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍和精神，各種修改、增添或替換是可能的。
權(quán)利要求
1.一種金剛石工具，包括多個鑲有金剛石的刀頭，每個刀頭中的金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列，所述刀頭的金剛石排列方式為每個后續(xù)刀頭沿著前導(dǎo)刀頭金剛石先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起在脆性物質(zhì)表面形成槽。
2.如權(quán)利要求1所述的金剛石工具，其特征在于所述每個前導(dǎo)刀頭的金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列，而所述的每個后續(xù)刀頭的金剛石按n′層結(jié)構(gòu)排列(n′≤n)，前導(dǎo)刀頭和后續(xù)刀頭交替地或間斷地排列在鋸片上，使每個后續(xù)刀頭的金剛石層對齊每個前導(dǎo)刀頭金剛石層之間的間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的金剛石工具，其特征在于每個所述刀頭分成兩部分或多個部分，包括前導(dǎo)部分和后續(xù)部分，前導(dǎo)部分中的金剛石按n層結(jié)構(gòu)排列，而后續(xù)部分中的金剛石按n′層結(jié)構(gòu)排列(n′≤n)，并且后續(xù)部分的金剛石層對齊前導(dǎo)部分金剛石層之間的間隙。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的金剛石工具，其特征在于每個前導(dǎo)金剛石層之間的間隙寬度小于或等于每個后續(xù)金剛石層的厚度。
5.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的一部分金剛石層中或在每個刀頭的所有金剛石層中金剛石不規(guī)則地排列，使金剛石層在刀頭的切割表面呈帶狀。
6.如權(quán)利要求4所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的一部分金剛石層中或在每個刀頭的所有金剛石層中金剛石不規(guī)則地排列，使金剛石層在刀頭的切割表面呈帶狀。
7.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的每層金剛石層中金剛石形成多條平行于刀頭切割表面的金剛石線，在所述金剛石線之間沒有間隙。
8.如權(quán)利要求4所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的每層金剛石層中金剛石形成多條平行于刀頭切割表面的金剛石線，在所述金剛石線之間沒有間隙。
9.如權(quán)利要求5所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的每層金剛石層中金剛石形成多條平行刀頭切割表面的金剛石線，在所述金剛石線之間沒有間隙。
10.如權(quán)利要求6所述的金剛石工具，其特征在于每個刀頭的每層金剛石層中金剛石形成多條平行于刀頭切割表面的金剛石線，在所述金剛石線之間沒有間隙。
11.如權(quán)利要求2、6、8、9和10中任一項所述的金剛石工具，其特征在于鋸片上有一個或多個金剛石隨機(jī)排列的刀頭，除此之外的其它每個刀頭中金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列。
12.如權(quán)利要求4所述的金剛石工具，其特征在于鋸片上有一個或多個金剛石隨機(jī)排列的刀頭，除此之外的其它每個刀頭中金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列。
13.如權(quán)利要求5所述的金剛石工具，其特征在于鋸片上有一個或多個金剛石隨機(jī)排列的刀頭，除此之外的其它每個刀頭中金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列。
14.如權(quán)利要求7所述的金剛石工具，其特征在于鋸片上有一個或多個金剛石隨機(jī)排列的刀頭，除此之外的其它每個刀頭中金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列。
15.如權(quán)利要求1、2、3、6、8、9、10、12、13和14中任一項所述的金剛石工具，其特征在于填料分布于每個刀頭的沒有金剛石的外側(cè)部分。
16.如權(quán)利要求4所述的金剛石工具，其特征在于填料分布于每個刀頭的沒有金剛石的外側(cè)部分。
17.如權(quán)利要求5所述的金剛石工具，其特征在于填料分布于每個刀頭的沒有金剛石的外側(cè)部分。
18.如權(quán)利要求7所述的金剛石工具，其特征在于填料分布于每個刀頭的沒有金剛石的外側(cè)部分。
19.如權(quán)利要求11所述的金剛石工具，其特征在于填料分布于每個刀頭的沒有金剛石的外側(cè)部分。
20.如權(quán)利要求15所述的金剛石工具，其特征在于所述填料從包括SiC、WC、BN、Al2O3、金剛石或它們的混合物的組中選取。
21.如權(quán)利要求16到19中任一項所述的金剛石工具，其特征在于所述填料選自于由SiC、WC、BN、Al2O3、金剛石以及它們的混合物的所組成的群組。
22.如權(quán)利要求20所述的金剛石工具，其特征在于所述填料是金剛石，并目分布于每個刀頭的沒有金剛石的所述外側(cè)部分，用作填料的金剛石濃度是刀頭中每層金剛石層中用作切割的金剛石濃度的10～60％。
23.如權(quán)利要求21所述的金剛石工具，其特征在于所述填料是金剛石，并且分布于每個刀頭的沒有金剛石的所述外側(cè)部分，用作填料的金剛石濃度是刀頭中每層金剛石層中用作切割的金剛石濃度的10～60％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)塊式金剛石工具，用作切割或鉆削脆性物質(zhì)，例如石材、磚、混凝土結(jié)構(gòu)或瀝青結(jié)構(gòu)。在金剛石工具中，每個刀頭中的金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列，并且刀頭交替或間斷排列在鋼鋸片上，這與刀頭中金剛石隨機(jī)分布的傳統(tǒng)金剛石工具不同。本發(fā)明的這種金剛石排列使金剛石更有效地發(fā)揮切割作用，因此金剛石工具的切割速度增大，并且減少了切割或鉆削過程中產(chǎn)生的細(xì)屑數(shù)量，而細(xì)屑對工人健康有害并污染環(huán)境。在金剛石按單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)排列的刀頭中，設(shè)計的金剛石排列方式是后續(xù)刀頭沿著前導(dǎo)刀頭先前在脆性物質(zhì)表面形成的槽之間的凸起在脆性物質(zhì)表面形成槽。
文檔編號B24D3/02GK1410242SQ0210659
公開日2003年4月16日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者金秀光, 尹素英, 金鐘虎 申請人:二和金剛石工業(yè)株式會社, 通用工具公司