金剛石鋸片

 金剛石鋸片是我們?cè)诠I(yè)活動(dòng)中經(jīng)常使用的加工設(shè)備，為了讓大家更加了解金剛石鋸片的加工工作，接下來(lái)我們將從金剛石鋸片對(duì)難加工有色金屬材料的加工、金剛石鋸片對(duì)難加工非金屬材料的加工以及金剛石鋸片的超精密加工進(jìn)行介紹。

     （1）難加工有色金屬材料的加工。加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合金時(shí)，材料易粘附刀具，加工困難。利用金剛石摩擦系數(shù)低、與有色金屬親和力小的特點(diǎn)，金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結(jié)。此外，由于金剛石彈性模量大，切削時(shí)刃部變形小，對(duì)所切削的有色金屬擠壓變形小，可使切削過(guò)程在小變形下完成，從而可以提高加工表面質(zhì)量。金剛石鋸片對(duì)刀具質(zhì)量的選擇，若是超微粒合金其整體抗磨，但抗彎性差。

    （2）難加工非金屬材料的加工。加工含有大量高硬度質(zhì)點(diǎn)的難加工非金屬材料，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料、填硅材料、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料時(shí)，材料的硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損嚴(yán)重，用硬質(zhì)合金刀具難以加工，而金剛石刀具硬度高、耐磨性好，因此加工。

    （3）超精密加工。隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的問(wèn)世，機(jī)加工向方向發(fā)展，對(duì)刀具性能提出了相當(dāng)高的要求。由于金剛石摩擦系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱率高，能切下極薄的切屑，切屑容易流出，與其它物質(zhì)的親和力小，不易產(chǎn)生積屑瘤，發(fā)熱量小，導(dǎo)熱率高，可以避免熱量對(duì)刀刃和工件的影響，因此刀刃不易鈍化，切削變形小，可以獲得較高質(zhì)量的表面。1、燒結(jié)體應(yīng)具有優(yōu)良的沖擊性能和適當(dāng)?shù)挠捕?，以保證對(duì)所包裹的金剛石形成良好的機(jī)械嚙合和對(duì)巖石適度的抗磨損能力。

金剛石刀具的制造方法

　　目前金剛石的主要加工方法有以下四種：薄膜涂層刀具、厚膜金剛石焊接刀具、金剛石燒結(jié)體刀具和單晶金剛石刀具。

　　2.1 薄膜涂層刀具

　　薄膜涂層刀具是在剛性及高溫特性好的集體材料上通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（CVD）沉積金剛石薄膜制成的刀具。

　　由于Si3N4系陶瓷、WC-Co系硬質(zhì)合金以及金屬W的熱膨脹系與金剛石接近，制膜時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力小，因此可作為刀體的基體材料。WC-Co系硬質(zhì)合金中，粘結(jié)相Co的存在易使金剛石薄膜與基體之間形成石墨而降低附著強(qiáng)度，在沉積前需進(jìn)行預(yù)處理以消除Co的影響（一般通過(guò)酸腐蝕去Co）。有些特殊用途的材料要求的厚度也是特定的，應(yīng)該按設(shè)備要求使用，如開(kāi)槽鋸片、劃線鋸片等。

　　化學(xué)氣相沉積法是采用一定的方法把含有C源的氣體，在極低的氣體壓強(qiáng)下，使碳原子在一定區(qū)域沉積下來(lái)，碳原子在凝聚、沉積過(guò)程中形成金剛石相。目前用于沉積金剛石的CVD法主要包括：微波、熱燈絲、直流電弧噴射法等。

　　金剛石薄膜的優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于各種幾何形狀復(fù)雜的刀具，如帶有切屑的刀片、端銑刀、鉸刀及鉆頭；9、如果切割時(shí)是傾斜切割，切深不宜過(guò)大，切割過(guò)程中一定要注意安全，盡量不要讓自己的身體和鋸片在一個(gè)平面上，切割過(guò)程中聽(tīng)到有異常聲音應(yīng)立即停止切割并檢查鋸片是否破損，或者檢查鋸片固定螺絲是否松動(dòng)?？梢杂脕?lái)切削許多非金屬材料，切削時(shí)切削力小、變形小、工作平穩(wěn)、磨損慢、工件不易變形，適用于工件材質(zhì)好、公差小的精加工。主要缺點(diǎn)是金剛石薄膜與基體的粘接力較差，金剛石薄膜刀具不具有重磨性。

金剛石與一般的金屬及其合金之間具有很高的界面能，致使金剛石不能被一般的低熔點(diǎn)合金所浸潤(rùn)，可焊性極差。目前主要通過(guò)在銅銀合金焊料中添加強(qiáng)碳化物形成元素或通過(guò)對(duì)金剛石表面進(jìn)行金屬化處理來(lái)提高金剛石與金屬之間的可焊性。

　?、倩钚遭F料法

　　焊料一般用含Ti的銅銀合金，不加助熔劑在惰性氣體或真空中焊接。常用的釬料成分Ag=68.8wt%，Cu=26.7wt%，Ti=4.5wt%，常用的制備方法是電弧熔煉法和粉末冶金法。Ti作為活性元素在焊接過(guò)程中與C反映生成TiC，可提高金剛石與焊料的潤(rùn)濕性和粘結(jié)強(qiáng)度。加熱溫度一般為850℃，保溫10分鐘，緩冷以減小內(nèi)應(yīng)力。研究表明，粉末冶金方式可以使胎體材料獲得與一般合金相似的組織，實(shí)現(xiàn)合金化。

　　②表面金屬化后焊接

　　金剛石表面的金屬化是通過(guò)表面處理技術(shù)在金剛石表面鍍覆金屬，使其表面具有金屬或類(lèi)金屬的性能。一般是在金剛石的表面鍍Ti，Ti與C反應(yīng)生成TiC，TiC與Ag-Cu合金釬料有較好的潤(rùn)濕性和結(jié)合強(qiáng)度。目前常用的鍍鈦方法

有：真空物理氣相沉積（PVD，主要包括真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍等），化學(xué)氣相鍍和粉末覆蓋燒結(jié)。PVD法單次鍍覆量低，鍍覆過(guò)程中金剛石的溫度低于500℃，鍍層與金剛石之間是物理附著、無(wú)化學(xué)冶金。CVD法Ti與金剛石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成強(qiáng)力冶金結(jié)合，反應(yīng)溫度高，損害金剛石。其次金剛石鋸片產(chǎn)品焊接的焊絲熔點(diǎn)一定要低，給予回火消除應(yīng)力，等級(jí)產(chǎn)品選擇合金晶體夠粗且溫度要高，在考慮焊接強(qiáng)度以及技術(shù)問(wèn)題，再選擇超微晶體合金，但是要注意溫度回火，繁殖會(huì)發(fā)生爆裂、掉齒問(wèn)題，進(jìn)而直接影響焊接的牢固性能。

　單層釬焊金剛石砂輪目前存在問(wèn)題主要表現(xiàn)為：

　　一是選用哪種釬料和纖焊加工工藝才可以使金鋼石融合頁(yè)面上造成具備較高融合抗壓強(qiáng)度的有機(jī)化學(xué)冶金工業(yè)融合;二是融合劑層適合的薄厚與勻稱(chēng)性的操縱;三是耐磨材料有效井然有序的排列。

　　單面纖焊金剛石砂輪在與電鍍工藝沙輪片同樣的生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)下，單面高溫纖焊超硬耐磨材料沙輪片的切削力、輸出功率耗損、切削溫度更低，代表可超過(guò)更高的工作中速率，這在300～500m/s左右的快速切削中擁有獨(dú)特的實(shí)際意義。單面高溫釬焊無(wú)鍍膜金剛石砂輪加Cr銀基釬料單層釬焊砂輪利用高頻感應(yīng)釬焊方法，為了充分發(fā)揮金剛石的作用，要設(shè)法增大結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，提高砂輪的結(jié)合強(qiáng)度。單層高溫釬焊超硬磨料砂輪能克服電鍍砂輪的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)金剛石、結(jié)合劑、金屬基體三者之間的化學(xué)冶金結(jié)合，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，僅需將結(jié)合層厚度維持在磨粒高度的20%～30%就能在大負(fù)荷高速磨削中牢固地把持住磨粒，使釬焊砂輪的磨粒高度可達(dá)70%～80%，因而增大了容屑空間，砂輪不易堵塞，磨料的利用更加充分。用添加有Cr的Ag-Cu合金作為釬料，在780℃的空氣中釬焊35s，自然冷卻，可實(shí)現(xiàn)金剛石與鋼基體間的牢固連接。經(jīng)X射線能譜及X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，Cr與金剛石之間形成Cr3C2，與鋼基體之間形成(FexCry)C，經(jīng)與不加Cr釬料的對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，這是實(shí)現(xiàn)合金層與金剛石及鋼基體間都具有較高結(jié)合強(qiáng)度的主要因素，并通過(guò)磨削實(shí)驗(yàn)證實(shí)了金剛石確有較高的把持強(qiáng)度。裝反：當(dāng)一片嶄新的金剛石鋸片還沒(méi)有正式被利用起來(lái)就遇到了這樣的“神操作”，通常是狠痛苦的一件事情，因?yàn)樵O(shè)備鋸切方向與鋸片的鋸切方向相反，主要開(kāi)啟設(shè)備鋸切型材，鋸齒就會(huì)馬上出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接造成鋸片鋸齒發(fā)生脫落現(xiàn)象。