金刚石串珠绳锯（共3篇）
金刚石串珠绳锯 篇1
0 前言
随着金刚石绳锯在石材矿山上的推广应用,橡胶绳锯的使用量急剧增加,其产量也远远超过注塑绳锯。目前,注胶绳锯多采用镀铜钢丝帘线,绳锯的工作特性决定了它对橡胶性能的要求高于汽车轮胎带束层、钢圈胶以及钢帘线骨架材料输送带橡胶,有其自身独特的要求[1]:
(1)与钢丝帘线粘结力要强,绳锯橡胶最大的目的就是把橡胶与钢丝帘线牢固的结合在一起;
(2)有较高的扯断强度,经得起冲击碰撞;
(3)有优良的耐曲折性能,绳锯工作时要承受频繁的弯曲应力,绳锯不仅有周向运动,为防止偏磨还要有自转运动;
(4)较好的耐热性能,绳锯工作时锯切速度较快,摩擦剧烈,升温较快;
(5)较强的耐介质、臭氧、日光紫外线、热氧老化性能,防止橡胶中水溶性物质抽出。
本文从上述性能要求出发,参考相关文献,从生胶选择、硫化体系、补强填充体系、软化体系,粘合体系等各方面进行了细致的配方设计分析,并对绳锯橡胶硫化工艺中的常见问题,提出了具体的解决办法。
1 绳锯橡胶配方设计
1.1 生胶的选择
镀铜钢丝帘线粘合的配方设计, 橡胶生胶类型对粘合性能的影响最大。一般来说,粘合性能顺丁橡胶<丁苯橡胶<天然橡胶<氯丁橡胶<丁腈橡胶,极性越大,粘合性能越高。丁腈橡胶极性高,但为非自补强橡胶,采用硫磺硫化体系扯断强度低,采用过氧化物硫化体系则粘合性能差,且加工较困难。氯丁橡胶虽为自补强性橡胶,但不能采用硫磺硫化体系,硫化速度慢,易焦烧。天然橡胶生胶强度、撕裂强度高,粘合性能较好,且加工性能优良,所以粘合配方设计一般采用天然橡胶,或者为了控制成本和保持老化后的粘合性能采用天然橡胶与少量丁苯橡胶并用的配方,随着NR/SBR并用比的增加,老化前后的钢丝帘线抽出力都比较高[2]。
1.2 补强填充体系和软化体系
补强体系对粘合有一定的影响,选用炭黑时可以了解到:1.炭黑粒度越细,结构度越高,比表面积越大,在胶料中的粘合力越好;2.炭黑表面的活性基团越多,在胶料中的粘合力越好;3.炭黑粒子的硬度越大,在胶料中的粘合力越好[3]。
绳锯橡胶在使用时经受强烈的冲击碰撞,所以宜选用粒度较细的高耐磨炭黑或中超耐磨炭黑,以增加强度;同时因工作特点绳锯橡胶扭曲变形较其他钢丝帘线粘合配方的要大,因此,串珠基体与橡胶结合部位应力集中,需要更高的耐曲折性能,不宜选用太高结构的炭黑;绳锯橡胶多采用平板硫化,为提高生产效率硫化温度一般较高,从工艺安全性的要求出发也不宜选用太高结构的炭黑。综合以上因素绳锯橡胶选用中超耐磨炭黑N220或者高耐磨炭黑N330、N326、N375较好。
选用白炭黑更多的是为增强树脂——钴盐粘合体系,具有协同粘合的作用。但增加白炭黑势必影响焦烧安全性和增加工艺困难度,如果配用偶联剂则将显著减少对粘接力的提高,且会进一步降低焦烧安全性。所以白炭黑用量一般较少,在15份以内[2]。
软化油有利于提高橡胶加工性能和橡胶向钢丝帘线内部的渗透,但会降低粘结力,且增大橡胶生热。绳锯在工作时摩擦剧烈,无冷却水时升温较快,所以在绳锯橡胶配方中不宜加软化油,或者只为调解硬度、耐曲折性能而加入少量。
1.3 粘合体系
在橡胶中添加粘合增进剂,可大大提高橡胶与钢丝帘线的粘合力,增进剂体系大体分为树脂粘合体系、钴盐粘合体系、树脂与钴盐并用粘合体系三个类型。绳锯橡胶最大的目的就是把橡胶与钢丝帘线牢固地结合在一起,为增强橡胶与钢丝帘线的粘接,采用树脂与钴盐并用,配合白炭黑,即间甲白钴体系效果最好[4]。
间甲树脂一般选用预分散间苯二酚或者预缩合树脂做间苯二酚给予体,预分散的六亚甲基四胺(HMT)或者六甲氧基甲基密胺作为亚甲基给予体,且配比为1∶2时粘结效果较好。
为控制橡胶与黄铜粘合反应中硫化亚铜的生产速率,应当选用合适的有机钴盐,不同的钴盐在橡胶中的溶解度不同,反应活性顺序为:硼酰化钴>新癸酸钴>环烷酸钴>硬质酸钴,硼酰化钴和新癸酸钴中钴含量高,可减少伴生的金属盐类对橡胶的催化老化,且有良好的耐湿热和耐盐水的优点[5]。但无论哪种钴盐都必须严格控制橡胶中金属钴的含量,添加过量钴盐将使粘合反应过度,以致不能或者良好的粘合。
1.4 老化体系
根据绳锯的特点和工作环境,在使用中既有高强度的机械应力扭转作用,又有高温(90℃～100℃)、氧、臭氧(活性高)、日光曝晒(紫外光作用),弱碱性水的浸泡、抽出和溶胀,在这些因素的共同作用下,橡胶性能会急剧变化,与钢丝帘线粘接力会下降,进而产生脱胶和串珠的后果。氧、臭氧可以与橡胶中的橡胶分子中双键发生游离基链锁反应,致使分子链出现过度交联或者断裂;紫外光能释放出巨大的能量,不仅可以使橡胶发生分子链的交联或者断裂,而且还可以致使橡胶出现游离基,导致橡胶出现氧化链反应;活化作用是热对橡胶的主要作用,当温度增到一定的极限时,氧扩散速度提高,致使出现活化氧化反应,因此橡胶氧化反应的速度急剧增加,即热氧老化;当橡胶遭受冷却水的浸泡时,橡胶中的亲水基团与水溶性物质等成分(包括防老剂)被水抽提溶解,在大气曝露以及雨水浸泡的交替作用下,加速橡胶内部结构的破坏;机械扭转应力对橡胶可以反复地发生作用,致使橡胶分子发生链断裂,加速橡胶热氧反应,同时使橡胶物理性能急剧降低[6]。
从整体上来说,绳锯橡胶使用环境苛刻,防老化要求远高于其他粘合配方橡胶制品,宜选用胺类防老剂、喹啉类二者并用,如防老剂RD(防热氧)和防老剂4020(防热氧、曲折、水抽出)并用,同时应加大使用份量。
1.5 硫化体系
关于钢丝帘线与橡胶的粘结机理,一般认为是黄铜镀层中的Cu与橡胶中的S相互结合,在界面形成CuS。橡胶中的S不只参加硫化反应,同时也发生粘合反应,要设法使这两种反应达到同步状态。因此,橡胶中的硫化体系对钢丝帘线和橡胶的粘合性能具有非常重要的影响[7]。
促进剂的选用既要考虑物理性能和粘结性能,又要考虑工艺操作安全性。钢丝粘合配方要求具有一定的焦烧时间,以利于高温硫化和橡胶向钢丝帘线内部渗透,为了获得硫化诱导期长、硫化平坦区宽、开始硫化后能快速达到正硫化点的胶料,一般采用后效性的次磺酰胺类促进剂较好。
为提高橡胶与钢丝帘线结合部位的模量,钢丝粘合配方硫磺用量都较高。如果硫磺用量较少,会使橡胶与钢丝帘线的硫化亚铜薄膜过薄,对粘接不利,即低硫或者平衡硫化体系不适用。高硫体系虽能提高粘合强度,但过量硫磺会使粘合界面形成过度的粘结层,对粘结的耐久性不利,且高硫量的胶料易喷霜,抗硫化返原性差,硫化橡胶的物理性能和老化后的粘合性能保持率低,因而配方中的硫磺用量应适当,且采用不溶性硫磺解决半成品喷霜问题[8]。
为增加导热性和促进剂的溶解度,需加8～10份的氧化锌,为减少酸对钢丝帘线的腐蚀,硬脂酸的用量应在0.5份以下,为适应绳锯橡胶的高温硫化方式,应采用防焦剂。
2 绳锯橡胶配方实例
以下两个配方实例都是以轮胎钢丝胶配方为基础的。轮胎钢丝胶配方是比较传统的钢丝粘合配方,因处于钢圈部位,变形量较小,一般都设计成添加过量的补强剂,甚至过量的硫磺以提高橡胶模量、提高粘结力,这样的配方成本较低,配方简单。
2.1 低硬度配方和性能举例
本配方采用NR/SBR并用生胶体系、粒度较细的高耐磨炭黑、间甲钴粘合体系、后效性的次磺酰胺类促进剂和不溶性硫化的硫化体系。低硬度配方和性能如表1。
本配方具有较高的强度、粘接力和优良的耐曲折,耐热性能。适用于切割断面小、弯曲大的普通型金刚石绳锯。
2.2 高硬度配方和性能举例。
在低硬度配方的基础上增加炭黑用量或者增硬树脂以提高橡胶模量,增加硬度。高硬度配方和性能如表2。
本配方具有较高的强度,优良的粘接力。适用于切割速度较低的钢混绳锯。
3 绳锯橡胶硫化工艺常见问题及原因分析
3.1 硫化后橡胶不饱满,缺胶
可能的原因及解决的办法:1)橡胶填充不足或者填充不均匀,橡胶填充以合模后有稍许胶料溢出为标准,橡胶在放入模具前应裁剪均匀。2)橡胶与模具预热程度不够或者橡胶门尼粘度太大,造成流动性不好,应当确保模具有足够的预热时间且升温到工艺设定硫化温度。3)橡胶焦烧时间短,在未充满模腔时即已焦烧,应调整配方,或加大防焦剂用量以增加焦烧时间。
3.2 硫化后橡胶与钢丝帘线不粘接
可能的原因及解决的办法:1)钢丝帘线表面受到污染,应加强钢丝帘线流转过程监控,减少污染。2)硫化温度、硫化压力低或硫化时间不足,橡胶与钢丝帘线未反应完全,应确保硫化工艺按要求执行。3)橡胶配方设计不当,粘合体系、硫化体系等不适用,应调整配方。
4 结论与建议
(1)以上配方设计分析和实例表明,绳锯橡胶配方性能要求远高于其他粘合配方,有其自身独特的要求,在配方设计时应加强粘接力、耐曲折、耐热、耐介质性能。
(2)金刚石绳锯在硫化前后流转过程较多,钢丝帘线、串珠、橡胶都有可能出现问题,在生产时应加强过程监控。
鸣谢:本文得到基金项目“金刚石绳锯组锯绳的开发” 桂工信投资[2012]297号的资助。
参考文献
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金刚石串珠绳锯 篇2
1968年英国人浦劳斯提出将高硬度金刚石和高柔性钢丝绳相结合,制作新型的切割工具的设想。十年之后,1978年,意大利的APUAN石材矿山成功进行了第一条金刚石串珠绳锯切割实验[1,2,3]。金刚石串珠绳锯具有全形貌切割、低能耗、切割效率高、不受尺寸约束、低声低尘、机械体积小而多变、组装方便等优点。因此在矿山开采、板材切割、大型建筑构件拆迁、水下切割、管道切割等领域得到广泛的应用,并且成为当今世界主流的切割工具[4,5]。
金刚石绳锯主要由高强度钢丝绳、金刚石串珠以及保护套三部分组成。随着金刚石产业的发展成熟,保护套材料成为制约金刚石串珠绳锯质量的技术短板[6,7]。保护套主要有橡胶和塑料两种,塑料保护套主要用于石材在生产车间的切割,而橡胶保护套则主要用于户外切割,如矿山切割、老旧设备的拆除、钢筋混凝土切割等,因此工作环境更加恶劣,对其使用要求更高。尽管橡胶保护套并不负责切割,但它主要起两个作用:金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接以及保护钢丝绳在切割过程中不会暴露而迅速被腐蚀甚至断绳[8]。
保护套的稳定性决定了金刚石串珠绳锯的工作寿命,也决定了它在切割体系中的重要性。金刚石串珠绳锯工作环境恶劣,工作强度极高,常出现金刚石串珠前/后端开裂、串珠脱落、钢绳断裂等问题,如图1所示。为提高金刚石绳锯质量的稳定性,本文从影响保护套寿命的两个主要内在因素探讨保护套质量的提高,鉴于金刚石密度、出刃高度、工作强度等因素是影响保护套使用寿命的外在因素,因此不进行讨论。
2 实验部分
大理石绳锯专用橡胶:自制。串珠与钢丝绳之间的粘结力测试由拉力试验机完成(型号Al-7000s),取五组数据的平均值。曲挠测试由曲折测试机测试(型号GT-7011-DG);大理石大面切割及荒料整形在柳州大塘矿山进行。绳锯机及绳锯参数见表1,大理石参数见表2。
3 结果与讨论
3.1 串珠与钢丝绳之间的粘接力
串珠与钢丝绳之间的粘接力是固定金刚石串珠与钢丝绳之间相对位置的主要作用力。切割过程中单颗串珠受力(F0)主要来源于切削力以及摩擦力[9]。单颗磨粒切削力与切削深度成正比,而单颗串珠受力与该颗串珠上的瞬时有效切削磨粒数成正比。当绳锯张紧力增加时,串珠施加于切割工件上的力增加,串珠上瞬时有效切削磨粒数增加,因此增加张紧力会大幅增加单颗串珠切削受力。另一方面,摩擦力主要取决于磨粒的出刃高度以及磨屑大小程度,这与切削工件的破碎方式有关[10]。当切割工件以赫兹破碎方式切割时[11],磨屑粒径多小于磨粒出刃高度,有助于磨屑排除,摩擦力较小。而切割过程中存在体积破碎方式时,部分磨屑颗粒大于磨粒的出刃高度,将不可避免地存在二次破碎,单颗串珠所受的摩擦力将会增大。当切割长度增加时,磨屑排出困难,也将会增加单颗串珠所受摩擦力。在绳锯本身参数之外,冷却水的用量也会大幅影响单颗串珠受到的摩擦力,由于工作条件的复杂性,研究人员对此影响的认识存在一定的局限。当串珠受力F0大于金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力Fa时,金刚石串珠将会产生相对于钢丝绳的变形位移ε。显然当ε小于金刚石串珠耐受的最大变形位移时,串珠受力解除后,金刚石串珠能够复位;否则,当ε大于金刚石串珠耐受的最大变形位移时,金刚石串珠会发生永久性位移,即发生串珠脱离保护套以及钢丝绳的现象,金刚石绳锯失效。
ε:串珠相对位移
F0:单颗串珠受力
Fa:金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力
E:保护隔离套的表观弹性模量
当串珠产生相对位移时,对于串珠前端的保护隔离套产生拉伸,而对串珠后端的保护隔离套产生压缩。反复的动态位移会在串珠前后端与保护隔离套的粘接界面形成疲劳以及应力集中。在单颗串珠受力不变的情况下,当粘接力贡献增加时,串珠的相对位移将有效减小。因此在保证保护套橡胶其他性能的前提下,金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力增加有利于橡胶保护套工作寿命的提高。实验证明,当金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力大于1100N时,可以有效保护金刚石绳锯。
3.2 金刚石串珠前后端与保护套接触面的局部曲挠
分析图1可以发现,金刚石绳锯的失效主要发生在金刚石串珠前后两端,而金刚石串珠前后端与保护套接触面的局部曲挠是造成这一结果的主要因素[12]。通过图2可以计算出金刚石绳锯在工作时承受的曲挠角度。其中的计算基于以下假设条件:
(1)绳锯工作中,两个金刚石串珠之间的伸长变形远远小于导轮周长,因此忽略不计;
(2)串珠直径远远小于导轮周长,因此在计算串珠之间形成的弧角时忽略不计。
由金刚石绳锯上的串珠密度可以得到两个串珠之间的距离为1/n,这个值也是绳锯包覆导轮时两个串珠在导轮上形成的弧长。由弧长公式可得:
因此,弧对应的角度α为
由于弧度值小,曲挠角度可近似于串珠之间的弧度
α:两个串珠之间形成的弧对应的角度,单位度A:曲挠角度,单位度
R:导轮半径,单位米
n:每米绳锯包含的串珠数
以导轮直径为80cm,每米串珠数为40为例计算,当绳锯经过导轮时,两个串珠之间保护隔离套的曲挠角度为3.58°;而当导轮直径为40cm时,这个曲挠角度将达到7.16°。如果考虑串珠的直径对曲挠的影响,保护隔离套实际承受的曲挠角度将略大于理论数值。反复的动态曲挠对串珠末端点形成的疲劳集中,将会对保护隔离套造成不可恢复的伤害。在极端条件下,当被切割对象的转角直径小于导轮直径时,保护隔离套所承受的曲挠角度将远大于这一数值。因此,动态曲挠对金刚石串珠绳锯保护隔离套形成的破坏不容忽视。图3为试验用金刚石串珠绳锯所用保护套橡胶的曲挠测试,图4为其切割大理石矿山的使用情况。在完成1500m2大理石切割时,试验绳锯依然完好无损,仍然处于良好的工作状态。实验结果说明提高保护套橡胶的曲挠特性,可以有效增加金刚石串珠绳锯的工作寿命。
实际应用中,金刚石绳锯在切割大理石时存在前端开裂现象。由于金刚石串珠前端凸出长度小于后端凸出长度,因此,由曲挠导致的开裂应当首先发生在金刚石串珠的后端,然而实验结果并没有出现串珠后端开裂的情况,说明实验用橡胶在曲挠强度方面已经完全能胜任大理石切割的工作强度。导致金刚石串珠前端开裂的因素本文未作探讨,尚需要进一步研究。
4 结论
通过改善橡胶提高金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力以及增加橡胶的曲挠性能,研究了两者对金刚石串珠绳锯工作寿命的影响。研究结果表明:金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力增加有利于橡胶保护套工作寿命的提高,当金刚石串珠与钢丝绳之间的粘接力大于1100N时,可以有效保护金刚石绳锯。橡胶曲挠性能的增加可以有效防止金刚石串珠后端橡胶开裂的现象。模型计算结论与实际矿山应用的结果相一致,可为以后完善相关模型的构建提供有力帮助。
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金刚石绳锯的最新进展 篇3
关键词：金刚石绳锯,热等静压,综述,钎焊,定向排布
1 前言
金刚石绳锯作为一种柔性超硬材料切割工具,从面世至今,已有40多年的发展历史,从最初的电镀技术,发展到以烧结、钎焊技术为主流的制造技术;从只能切割软质石材到广泛应用于花岗岩矿山的荒料开采、钢筋混凝土或金属结构件的切割,在制造技术推陈出新的同时,应用范围也越来越广。目前国产金刚石绳锯的综合性能已经接近国际先进水平,且造价低廉,完全能够满足国内石材矿山开采和板材加工业的需求,甚至有许多企业生产的绳锯产品已开始大量出口欧美等西方国家。随着金刚石绳锯机械及金刚石绳锯切割技术的快速推广使用,我国石材荒料开采已进入金刚石绳锯时代,金刚石绳锯制造企业得到了空前的发展。如国内某公司2007年金刚石绳锯产量已达3万多米,产值1500万元,盈利300多万,相对上一年度,产量、产值、利润等指标都实现了翻番的目标。国内金刚石绳锯制造企业通过自主创新,推动了国内金刚石绳锯技术的快速进步,为金刚石绳锯的进一步推广使用奠定了坚实的基础。
2 金刚石绳锯的制作新工艺
随着金刚石绳锯使用量的增长和应用面的不断扩大,金刚石绳锯的生产技术也在不断地进步,为了顺应国内外市场急剧发展的形势,赶上国际先进水平,国内一些公司近几年不断引进新设备,研究应用新技术,在生产规模不断扩大的同时,产品质量、生产效率也大幅度提高,而制作成本却在不断下降。
2.1 制粒及容积式自动冷压工艺
目前国内绳锯生产厂家普遍采用不制粒的粉末进行手工冷压串珠生产,生产效率低,产品质量易受人为因素影响,且工作环境粉尘多,不利于人体健康。
鉴于使用不制粒粉末进行冷压存在的诸多弊端,国内某公司首先将粉末制粒工艺及配套设备应用于生产实践。粉末制粒工艺就是将粉料加入容器中靠搅拌器与切割刀的高速旋转作用并喷射雾化溶剂使粉末形成颗粒,20min可完成10kg粉料的制粒,制粒粉经烘干、筛选后,制成30~80目的球状颗粒,成型率在85%以上。这种方法制作的粉料,流动性更好,金刚石经过包衣与制粒粉末混合后,金刚石在工作唇面上的分布更均匀;包衣后的金刚石表面被粉末包裹,在压制过程中避免了与模具表面直接接触,降低了模具的损耗。
有了粉末制粒技术和金刚石包衣技术以后,国内一些公司引进国外生产的自动冷压机进行串珠的生产,该设备是根据容积法(定粉料的量)从装料到基体和胎体一起冷压成型,自动化程度高,节省人力,从而大幅度提高了生产效率,降低了生产成本。
2.2 热等静压技术
金刚石串珠烧结是绳锯生产中的重要环节,直接影响绳锯的锯切性能。串珠是圆筒薄壁结构,要求烧结致密度高,通常的热压烧结方法由于上下压头壁太薄,受压能力差,直接限制了串珠的烧结致密度,而且压头损耗大 ,成本较高。传统的先冷压再无压烧结方法,串珠的烧结致密度更低,严重影响绳锯的性能。目前最有效的烧结方式就是采用热等静压(HIP)技术,在串珠生产中的应用就是将烧结后的串珠置于玻璃套中(也有企业不放入玻璃套,直接放入热等静压烧结炉中),放入热等静压机中,以惰性气体Ar气为传压介质,温度升到800℃~900℃进行等静压处理,然后采用滚筒处理或喷丸处理将玻璃套去掉。用该技术生产的串珠孔隙少,致密度高,能提高串珠的硬度、强度、耐磨性及工作寿命,还能提高基体与胎体之间的粘接强度;由于炉腔大,一次性可以装几千粒串珠,利于批量生产。
3 金刚石绳锯的新技术
3.1 钎焊技术
孕镶金刚石工具是一种将金刚石颗粒和金属粉末混合后烧结制成的特殊复合材料。金刚石颗粒在胎体中一般呈随机状态分布,工具工作时随着胎体的不断磨损,使得一层层的金刚石颗粒不断出露并作为微切削刃刻取被切割物,自身不断磨损碎裂和脱落,以接力的形式连续工作,循环往复以至消耗完毕。孕镶烧结串珠的金刚石在胎体中的分布都是随机的,磨粒之间的间隔不均,而胎体又主要是靠机械力的方式对金刚石把持,金刚石出刃值低,切割效率低,出刃自锐问题难于解决,不能发挥每一颗金刚石的磨削作用,造成原料的浪费。 金刚石串珠“钎焊”的原理是采用含有活性元素(如Ti、Cr、W等)的钎料在钎焊的过程中使活性元素与金刚石表面发生化学反应并形成一层碳化物,借助于这层碳化物的作用,金刚石、胎体(钎料)、基体三者就能实现牢固的化学冶金结合。国内钎焊串珠主要用镍基或钛基钎料,然后在真空条件或氩气保护气氛下烧结。目前国内企业主要是制作单层金刚石钎焊串珠,多层金刚石钎焊串珠还有待研究。
3.2 金刚石定向排布技术
金刚石按照一定的规律有序地在工具工作唇面上排布,金刚石与金刚石之间的排列距离,排列规律都是可控的,用以适应不同切割对象的切割要求,我们将此种技术称为金刚石定向排布技术。实现金刚石有序排列的方法有模板法、点胶法、激光法。最新的实用方法是在胎体冷压成型过程中形成所需要的规则排布的孔,孔的直径大小按照金刚石包衣的最粗粒度设计,采用自动冷压机自动冷压成型,然后采用特殊的专用设备将金刚石填入孔中,再冷压后进行热压烧结。金刚石在串珠工作唇面上有序地排列后,其切割效率和切割寿命比传统的串珠有较大改善,金刚石的利用率也有很大的提高。
3.3 综合技术应用
综上所述,采用高温钎焊和金刚石有序排布综合制造技术制作的串珠与孕镶烧结、电镀串珠比较,有着不可比拟的优势,特别是在小直径串珠绳上的应用。其主要优势有:①金刚石出露高,普通型串珠的金刚石出刃高度限制在磨粒高度的1/3,而钎焊型串珠的出刃高度可达2/3,具有高达70%~80%的金刚石裸露高度,大大扩展了容屑空间,不容易发生切屑堵塞而导致工具失效。②切割效率高,钎焊型串珠的切割效率是普通烧结型串珠的4倍,其牢固的化学冶金结合适合高效磨削。③金刚石的利用率高,金刚石用量减少一半,降低了成本,而锯切寿命相当于常规串珠。钎焊技术在小直径串珠上的应用能产生很好的效果,若把孕镶烧结型串珠的胎体直径减小便失去了其多层金刚石的特点,而钎焊技术却能够制造出性能优越而规格比较小的金刚石串珠。
4 金刚石绳锯新系列和新应用扩展情况
4.1 金刚石绳锯的新系列
比较传统的金刚石系列绳锯(直径一般为Φ8~Φ12mm),以小直径金刚石绳锯的应用为代表(串珠直径一般为Φ5.5~Φ7.5mm)形成了金刚石绳锯的新系列品种,其主要应用于严格要求切缝大小的领域。同时串珠直径的减小,对珍贵石材的切割有重要意义。小直径金刚石绳锯在石材加工上的应用,一方面节约石材资源,另一方面减少加工能耗,使得加工手段更趋环保。为了满足市场需求,国内一些公司现在已生产出多种规格的串珠绳,直径最小的已能做到Φ6.0。缩小绳锯规格,必定要缩小钢丝绳芯和金刚石串珠的直径,其采用的钢丝绳直径一般只有Φ3.5~Φ3.8mm,由于切割阻力的减少,小直径金刚石绳锯可锯切大面积(4m2)和厚度(5mm)很薄的花岗岩板材,锯切效率提高了3倍[1]。小直径绳锯的切割力和能量消耗比Φ9mm的绳锯大约减少20%~30%,每平方米的切割时间减少大约25%[2]。用小直径绳锯加工出来的材料尺寸偏差也小于大直径金刚石绳锯,因此它具有一些特殊的性能。目前小直径串珠最好采用热等静压技术(先经过冷压后热等静压烧结)或是采用钎焊金刚石的方法制作。缩小金刚石串珠直径有利于提高生产率、降低生产成本,且在使用过程中噪音小,污染少,能耗低。
4.2 钢筋混凝土切割绳锯的新应用进展
目前国内钢筋混凝土绳锯技术已经发展到了相对成熟的阶段,实际使用的范围在不断的扩大。除了传统的钢筋混凝土结构切割,其在海底电缆切割,输油管道切割,大型的钢铁等金属结构件切割,锅炉和冶炼炉的改造等领域也有大规模的应用。如哈尔滨工程大学和国内某公司合作开发的海底输油管道和电缆管道切割绳锯和配套的设备已经得到了小规模的应用;上海宝钢和广西柳钢等国内大中型钢铁企业冶炼炉的改造工程也大量使用了金刚石绳锯,其具有的切缝小,操作简单,环保,部件切割能力强等优点能给企业节省大量的改造成本。
5 结语
相比较其它金刚石工具,金刚石绳锯是柔韧性工具,其不仅可用于切割直板,还可切割异形板材;不受物体表面形状限制,工作场地要求简单,可以进行大面积切割;使用金刚石绳锯可以提高资源利用率,减少对环境的污染。由于具备这些优势,其市场规模越来越大,应用范围越来越广。随着技术的进步,采用粉末制粒技术和自动冷压技术,可大幅度提高金刚石绳锯的生产效率;采用诸如热等静压技术、金刚石定向排布技术、钎焊技术等新工艺、新方法制作的金刚石绳锯可以大幅度地提高绳锯的综合性能,高性能金刚石绳锯的大规模使用对于提高石材资源的利用率,降低单位面积的切割成本和保护生态环境具有十分重要的意义。
参考文献
[1]James C.Sung.Brazed.Mini Diamond wire.UltrahardMaterials&Diamond Technology[J].IDR,2007(6):25-26.