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技术连载|碳化硅在金刚石工具中的应用(连载二)

http://www.momo35.com   来源:《磨料磨具》杂志  日期:2018/06/20

  接《磨料磨具》杂志第56期:
  
  2.2 金刚石磨块添加SiC后的使用效果
  
  过渡层中加入适量SiC取代一定数量的金属粉,既降低了原材料成本,又使过渡层与金刚石层膨胀系数趋于接近,从而有利于两层界面牢固结合,有效防止分层现象。
  
  工作层中加入SiC作为辅助磨料,相应地减少金刚石和金属粉用量,在工作层的锋利性和耐磨性保持不变的情况下,降低了工作层的原料成本。
  
  每幅磨盘以安装16个金刚石磨块计算,则可节省金刚石1.6g(8克拉),节省金属粉约40g,共可节约成本10元左右。
  
  3、碳化硅磨料在金刚石大圆锯片中的应用—锯片刀头夹层结构的一种新形式
  
  直径Ø1600mm以上的焊接大圆锯片的刀头,现在大多采用夹层机构,其目的是使刀头工作面在锯切石材过程中形成沟槽。这样既有定向作用—防止锯片“跑偏”,又可减少锯口阻力,节省锯机马达的功率,提高锯切效率。目前一般采用3层、5层、7层,也有9层的刀头,刀头工作面上相应形成2棱1槽、3棱2槽、4棱3槽和5棱4槽。
  
  刀头夹层欲形成沟槽,通常采用以下几种形式:
  
  ①夹层采用强度较低的金刚石,或者金刚石浓度降低,在锯切过程中磨损较快,因而形成沟槽。
  
  ②夹层不含金刚石,只有结合剂金属粉,且结合剂配比与工作层相同,或基本相同。
  
  ③夹层不用粉料,代之以厚度为0.5-0.8mm的金属薄片。
  
  ②和③两种形式,如果材料选用不断不当或夹层尺寸设计不当,在实际使用中就会出现不良后果—夹层磨损过快,工作层尚未用完而夹层已露出锯片基体,锯片不能继续使用。如果继续使用,会造成基体损伤,基体焊接面上造成沟槽,妨碍基体在此复焊使用。
  
  第①种形式,夹层还有金刚石,耐磨性较好,可以避免出现②和③的不良后果,但也存在问题。问题在于,如果夹层使用的金刚石与工作层的金刚石相同,则其成本不高;如果夹层采用强度较低的金刚石,其耐热性也差,经过烧结后烧损伤严重,性能大大下降,起不到预期的磨削作用。
  
  在分析上述各方面问题之后,我们设计出一种新方式来形成刀头夹层沟槽。我们在第①种形式基础上加以改进,采用绿碳化硅磨料代替夹层部位的金刚石,不仅成本低,而且能经得起高温烧结而不毁坏,耐磨性高,可以避免②和③两种形式造成的磨损过快的不良后果。
  
  新形式应用实例:Ø1600mm锯片,五层结构刀头,3层金刚石工作层,2层不含金刚石的夹层。夹层的粉料由两部分组成—铁基金属结合剂粉末和绿碳化硅磨料。碳化硅磨料的粒度为60#-80#,用量为每付刀头SiC20~30g,占夹层体积比15%~18%,相当于浓度60%~80%,稍高于工作层中的金刚石浓度。具体用量与工作层配方相适应,根据锯片使用要求和设计的刀头尺寸而定。利用这种方式生产的锯片,使用于四川红石材加工,收到了预期效果。
  
  4、碳化硅作用分析
  
  碳化硅在上述各类金刚石工具中所起的作用,取决于它的物理化学性质。它之所以可与金刚石配合使用,在某些部位还可以部分地替代金刚石,正式利用SiC与金刚石在性质上的某些相似之处(见表1)。
  
  碳化硅与金刚石密度很接近,硬度也很接近金刚石而高于金属材料,而且与金刚石同样适用与加工脆性非金属材料,因此可以作为金刚石的辅助磨料而与金刚石配合使用。
  
  碳化硅的线胀系数稍大于金刚石,但同属一个数量级,仍然非常接近;而结合剂中的各种金属的线胀系数均远大于金刚石和碳化硅,一般要大一个数量级。例如:铁、钴、镍、铜、锡、锌的线胀系数分别为11、13、13、17、27和29×10-6K-1。因此,在金刚石工具中,含有金刚石的工作层与不含金刚石的过渡层两层的线胀系数有很大的差异。工作层金刚石浓度越高,这种差异也就越大。在浓度高的珩磨油石(浓度10%~200%)中这种差异最为突出。这也正是金刚石珩磨油石在经过热压烧结冷却之后出现严重弯曲变形的原因所在。当在非金刚石层中加入用量与工作层中的金刚石用量相当的碳化硅磨料后,两层的膨胀系数就会趋于一致,两层热胀冷缩的差别就基本消除,两层界面处的应力集中现象也就随之消除,因此就可以防止两层之间发生脱离。在砂轮、油石、磨块的金刚石层与底部的过渡层之间是这样,在金刚石锯片刀头的金刚石与夹层之间的作用也是如此。
  
  在价格方面,碳化硅与金刚石相比可以忽略不计。碳化硅比金属结合剂也便宜得多,一般要相差十倍到数十倍。因此,当用碳化硅代替金刚石或金属粉时,不仅起调节结合剂性能的作用,同时还收到降低原料成本的效果。
  
  5、结论
  
  在金刚石工具中,根据需要适当加入碳化硅磨料,可以取得如下的效果:
  
  (1)调节膨胀系数,消除界面应力,保证各层界面结合良好,防止脱落分层,尤其是有效地防止珩磨油石的弯曲变形。
  
  (2)碳化硅作为辅助磨料,提高金属结合剂的耐磨性,防止非金刚石层过快磨损;应用于金刚石锯片中有保护基体焊接面的作用。
  
  (3)使用碳化硅部分地代替金刚石或金属结合剂,在改善工具性能的同时,还可以收到降低工具成本的效果。
  
  参考文献:
  
  1、朱山民等  金刚石磨具制造  中国磨料磨具工业公司1985
  
  2、王秦生  金刚石磨料与磨具  郑州机械专科学校988
  
  3、中国磨料磨具工业公司组织编写  磨料磨具技术手册  兵器工业出版社1993

  严肃警示:本文系《磨料磨具》杂志57期原创作品,如媒体及个人执意转载,请尊重他人的知识产权和劳动成果,必须标明文章出处“《磨料磨具》杂志”及文章作者!对于那些肆意违反商业、职业道德,破坏公平竞争环境,擅自霸占删改我方文章信息、图片资料等劳动成果,或将其用作直接盈利目的的媒体及个人,我们将依法追究其侵权责任!
  
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