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從工藝入手 提高我國金剛石工具的質量
時間: 2018-10-24 15:37 瀏覽次數:
我國石材總產量、石材出口量和石材消耗量均達到世界首位:有石材加工企業2萬多家,從業人員近500萬,年產石料600萬立方米,年產板材1.2億平方米,年創產值超過800億元,擁有先進生
 我國石材總產量、石材出口量和石材消耗量均達到世界首位:有石材加工企業2萬多家,從業人員近500萬,年產石料600萬立方米,年產板材1.2億平方米,年創產值超過800億元,擁有先進生產線500多條,進出口總額超過12億美元,成為名符其實的石材生產大國。 我國在上述幾方面雖已跨入大國行列,但還不是強國。隨著全球經濟一體化,我國進入WTO,如何使我國成為生產金剛石工具的強國,這是擺在我國同行面前的一項重要課題。根據我們的實踐與考察,僅就提高我國金剛石工具質量的問題,提出一些看法。 1.為金剛石工具制造提供批量生產性能穩定、粗顆粒、熱穩定性好的高強度金剛石 金剛石的品級質量、粒度和濃度對金剛石工具有決定性的作用。我國在金剛石合成方面,六面頂小噸位高強工藝已趨成熟,六面頂大噸位大腔體工藝不斷完善,兩面頂合成金剛石也初具規模,粉末觸媒合成、碳素、葉臘石塊原材料生產不斷完善。因此針對我國金剛石工具制造,批量合成性能穩定、粗顆粒、熱穩定性能好的高強金剛石是完全可能的。國外的金剛石公司,除推出SDA+、SDB、DSN、MBS、ISD系列外,DeBeers針對國市場推出BKI、BK30、BK60、BK70金剛石,韓國日進公司推出六面頂合成的SDS系列金剛石,都值得我國同行借鑒。 2.采用強碳化物形成元素,提高金剛石把持力 提高金剛石鋸片切割效率與壽命的一個關鍵因素是提高胎體對金剛石的把持力。胎體對金剛石有好的把持力,金剛石就不會過早脫落,并具有最大的凸出高度,切割時鋒利,效率高。 3.采用超細粉末與預合金化粉末 在生產專用鋸片時,宜采用超細金屬粉末與預合金化粉末。金屬粉末細化有利于降低燒結溫度、提高硬度。采用預合金化粉末,可防止低熔點金屬過早流失與偏析,有利于燒結制品的彈性極限和屈服強度,增加對金剛石的把持力,還可降低燒結溫度與保溫時間。我國上海材料所、北京人工晶體所、長沙冶金材料所與南工大粉冶所都在這方面做了大量工作。韓國在生產高檔鋸片時,廣泛使用BASF,UM,INCO,Fum-tungstene,Kennametal等公司的超細粉末與預合金粉末。 4.在刀頭生產推廣制粒工藝 制粒工藝在我國的硬質合金、陶瓷生產已廣泛地被采用,近年來在金剛石刀頭生產也獲得了廣泛應用與發展。粉末制粒的優點是,金剛石的偏析減少,分布更為均勻,改善了刀頭的切割性能,增加粉末的流動性,使容積式冷壓工藝應用成為可能,普通冷壓工藝性更好,減少了粉塵對工人的危害。其缺點是增加了投資與工藝程序,制粒時要添加粘結劑,后者對焊接、燒結和胎體性能可能有不利的影響。各種制粒方法的優缺點比較見下表。 缺點:需清洗,不含金剛石,僅一種金屬,設備大。 滾動法:優點:易于操作,石蠟粘結性好,球形。缺點:制粒工藝不穩定,含金剛石,制粒困難,需過篩。 擠壓篩分法:優點:速度快,粘結劑用量少,易于操作。缺點:不含金剛石,需篩分,形狀不均一,合格率20%~40%。 手工篩分法:優點:簡單,投資少,可含金剛石,生產量小。缺點:難以選擇粘結劑,所需勞動繁重,形狀不規則。 壓力搓篩與滾動法:優點:工藝穩定,易于清洗,可自動化,可含金剛石,一次制粒量任選。缺點:難以選擇粘結劑,需用較多熔劑。 低速攪拌高速斬切法:優點:可自動化,粒度大小可人為控制。缺點:不含金剛石,一次制粒量不能太少,合格率70%~80%。 德國飛羽公司推出GA180、GA240制粒機,其制粒工藝由于混→加粘結劑攪拌→刮板搓篩→滾動制粒構成。采用此法使刀頭冷壓速度提高3倍,模具壽命提高1倍,冷壓成本降低2/3。 韓國迪愛克斯公司推出CA-10制粒機,其工藝由加粘結劑干混→外圓低速攪拌(25~28r/min)→心高速斬切(2300~2800r/min)構成。 為了制粒,德國研制了GB300、400、500型粘結劑,韓國使用Olycox,我國南京思尚科貿心研制成的WS-120造粒劑為白色團體球狀粉末,密度為1.068g/cm3,熱分解溫度320~350℃,燒結后殘留灰分<0.01%,已取代進口粘結劑,已在各金剛石工具廠得到廣泛應用。 5.燒結工藝推廣真空保護氣氛熱壓燒結工藝與設備 燒結是金剛石鋸片生產一道關鍵工藝,它的好壞將影響鋸片的刀頭密度、硬度與切割性能,燒結設備的技術性能也影響鋸片生產成本、產品與質量。最近我們對金剛石鋸片整體燒結爐進行了調研,用幾種有代表性的爐型同時采用同一配方粉末進行對比燒結試驗,其結果表明: (1)氫氣保護、無壓燒結并式爐與鐘罩爐適于生產低檔小尺寸鋸片,它單次產量大,但鋸片壽命較低; (2)CSF500熱壓燒結爐,爐溫分布均勻,氮氣保護加壓燒結鋸片硬度高,密度大。鋸切時鋒利、壽命長,可生產高檔鋸片,并能生產多規格多品種鋸片; (3)RYL系列頻氣氛保護熱壓燒結爐設計性能優越,適于單一規格鋸片的大批量生產,但對于多品種的適應性差,爐溫分布有待進一步完善; (4)SF500、ZBRY-2型燒結爐經過完善后,是一種有發展前途的燒結設備。 6.金剛石繩鋸生產采用熱等靜壓與高溫釬焊工藝 近十年來,金剛石繩鋸在采石與建筑工程得到了創造性的應用,使金剛石繩鋸從采石場到石材加工廠,從大塊切割到修整成形,從板材切割到異形制品的加工以及建筑工程多種應用,在世界范圍的石材切割占有10%的份額,并且還有不斷增長的趨勢。 在發展進程有幾個主要特點: (1)串珠生產方法由電鍍單層與雙層金屬金剛石串珠,到熱壓燒結及高溫釬焊串珠,使繩鋸應用范圍由大理石擴大到花崗巖與混凝土。 (2)繩鋸直徑由10~12mm減小到6~8mm,提高了加割效率,降低了材料消耗。 (3)CNC控制的繩鋸機的發展,使多繩鋸成為可能,從而使繩鋸機進入板材廠,可有效切割板材與異形制品,可取代框架鋸與橋式板材鋸機。 (4)將熱等靜壓工藝用于串珠生產,提高串珠的密度、硬度、強度與使用壽命。 熱等靜壓(HIP)是將燒結好的制品,置于熱等靜壓機,以惰性氣體Ar(氬氣)為傳壓介質,溫度升至1320~1400℃,氣體受熱膨脹產生80~150MPa壓力,將串珠置于玻璃包套處理一定時間即可。 熱等靜壓可降低制品的孔隙度,提高密度、強度、沖擊韌性及使用性能。我國北京鋼鐵研究院、南工大粉冶所、北京有色金屬研究總院、株洲硬質合金廠都有熱等靜壓設備。 (5)采用單層高溫釬焊金剛石串珠 該工藝是我國臺北臺灣砂輪制造公司(KNIKInc.)推出的專利新技術,高溫釬焊串珠金剛石排列規則,分布合理,化學鍵合與冶金結合并存,金剛石把持力強、突出高。其金剛石使用量可節省一半,鋸切速度為普通鋸片的2~4倍,切割壽命相當,鋸片成本下降。

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