摘 要：提出一種低溫電鍍法與粉末冶金熱壓法相結(jié)合制造金剛石圓鋸片刀頭的新工藝。該工藝采用電鍍法制造金剛石復(fù)合基塊作為金剛石圓鋸片刀頭的骨架與磨料，再通過低熔點(diǎn)金屬粉末粘結(jié)制成金剛石圓鋸片刀頭。試驗(yàn)表明，該工藝制備的金剛石刀頭鋒利耐用，并具有良好的性能價(jià)格比。關(guān)鍵詞：金剛石圓鋸片 刀頭 電鍍 粉末冶金wu jian et al
new method of making diamond sawing blades for processing marble and granite
abstract： a new method of making diamond sawing blades for processing marble and granite with low cost and high efficiency is presented．by this method，diamond composites are made by electroplating and segments are produced by applying the metal powder binder with low melting points．experiments prove that the segment is sharp and endurable，and has a satisfactory performance-cost ratio．
keywords： diamond sawing blade segment electroplating powder metallurgy
一、引
在將大理石、花崗石由荒料加工為飾面板材的過程中，鋸切加工是極為關(guān)鍵的工序，鋸切加工成本占整個(gè)石材加工成本的50％以上。因此，降低鋸切工具即金剛石圓鋸片刀頭的制造成本，提高其使用性能和壽命，就成為降低石材加工成本的重要途徑之一。
目前，國內(nèi)外普遍采用粉末冶金壓制成型法制造金剛石圓鋸片刀頭（節(jié)塊），但該工藝存在以下不足之處：（1）對金剛石品級要求較高；（2）對胎體配方的設(shè)計(jì)和工藝要求較嚴(yán)格，否則金剛石易脫落；（3）工藝過程會對金剛石產(chǎn)生熱損傷，從而影響金剛石圓鋸片的切削性能。
采用電鍍工藝制造金剛石圓鋸片的傳統(tǒng)方法是一次成型法，即直接在基體上電鍍出金剛石刀頭。該方法生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜且需要模具。另一方法為二次成型法，即首先采用電鍍工藝制作刀頭，然后通過電鍍將刀頭鑲嵌到基體上制成鋸片。與一次成型法相比，二次成型法生產(chǎn)周期較短，工藝較簡單，不需要模具，成本較低，質(zhì)量也容易控制。但由于石材工業(yè)對切割工具的精度、光潔度、平整度、成形性等要求不斷提高，采用普通電鍍工藝制造金剛石圓鋸片仍有較大局限性，由于電流密度的限制，與熱壓成型法相比生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)批量較小。
為提高金剛石圓鋸片的加工效率，降低加工成本，近年來人們采用了金剛石表面金屬化技術(shù)、制粒技術(shù)、優(yōu)化鋸切參數(shù)、鋸切工具與被加工石材匹配等多種手段［1～3］來改善金剛石圓鋸片的切削性能，但刀頭中金剛石利用率低的問題仍未得到很好解決。
本文在試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出一種采用電鍍法制造金剛石復(fù)合基塊，并通過低熔點(diǎn)粉末冶金法將其粘結(jié)成金剛石圓鋸片刀頭的新工藝。該工藝將低溫電鍍法與粉末冶金熱壓法相結(jié)合，可提高金剛石圓鋸片的生產(chǎn)效率和使用性能，從而可有效降低刀具的制造成本，因此具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
二、制造工藝
1．電鍍法制造金剛石復(fù)合基塊
采用低溫電鍍法制造金剛石復(fù)合基塊的工藝流程為［4］：前處理→沖擊鍍→空鍍→上砂鍍→加厚鍍→水洗→烘干。
（1）前處理 工業(yè)生產(chǎn)的金剛石中含有雜質(zhì)，需要去除后才能使用，否則會造成電鍍復(fù)合基塊中金剛石與胎體間的結(jié)合力下降。處理方法為：naoh溶液加熱煮沸→水洗→稀硝酸加熱→水洗→鍍液預(yù)浸泡。通過強(qiáng)堿與強(qiáng)酸的聯(lián)合處理，可去除金剛石表面的有機(jī)物和金屬雜質(zhì)。經(jīng)過鍍液浸泡處理，可增加金剛石與鍍液的浸潤性，從而提高金剛石與胎體材料間的結(jié)合力。電鍍基體在沉積之前要進(jìn)行除油處理并充分水洗，以避免沉積面有絕緣處并保護(hù)鍍液不受污染。
（2）復(fù)合沉積 選用1mm厚的銅板作為基體，經(jīng)除油、清洗后用夾具夾持牢固。夾具將銅板分割為多個(gè)24mm×12mm（尺寸可根據(jù)需要設(shè)計(jì)）的小塊，經(jīng)復(fù)合電鍍沉積金剛石與金屬后，從每一小塊表面即可得到一片金剛石電鍍復(fù)合基塊。夾具原理圖如圖1所示。
圖1 夾具原理圖
電鍍時(shí)，以銅板為陰極，通電后*行預(yù)鍍，然后在銅板上均勻撒上一層金剛石（稱為上砂），以小電流密度電鍍一定的時(shí)間后下砂，隨后加大電流密度進(jìn)行加厚鍍。當(dāng)大部分或全部金剛石被電沉積金屬埋入時(shí)，取出夾具，用水清洗后從銅板基體上揭下沉積好的復(fù)合基塊。zui后，對復(fù)合基塊進(jìn)行烘干處理，以供制造刀頭時(shí)使用。
每一復(fù)合基塊的尺寸為24mm×12mm，其厚度主要取決于加厚鍍的沉積時(shí)間和電流密度，一般與復(fù)合基塊中使用的金剛石磨粒的直徑值相近。圖2為金剛石電鍍復(fù)合基塊的表面形貌。
圖2 金剛石電鍍復(fù)合基塊的表面形貌
2．粉末冶金熱壓法制造刀具
采用低熔點(diǎn)粉末冶金熱壓法將多個(gè)金剛石電鍍復(fù)合基塊粘結(jié)在一起，制成分層的金剛石圓鋸片刀頭。粘接劑采用以銅為主、其它廉價(jià)金屬為輔的低熔點(diǎn)金屬粉末。加工石材的材質(zhì)不同，選用的金屬種類及配比也不相同。
制造刀頭的模具仍采用傳統(tǒng)工藝規(guī)格（24mm×12mm×9mm）。金剛石電鍍復(fù)合基塊的組裝層數(shù)可根據(jù)被加工石材材質(zhì)的不同而加以調(diào)整，一般來說，石材晶粒越粗大，層數(shù)可越少。
由于采用了低熔點(diǎn)金屬粉末作為粘結(jié)劑，因此可采用較低的燒結(jié)溫度，從而降低了金剛石的熱損傷程度。
金剛石圓鋸片刀頭的制造也可采用冷壓成型或真空燒結(jié)工藝。
三、關(guān)鍵技術(shù)
1．金剛石電鍍復(fù)合基塊的質(zhì)量
由于采用金剛石電鍍復(fù)合基塊取代了金剛石磨料層，復(fù)合基塊上的金剛石成為鋸切加工的主體，因此復(fù)合基塊的質(zhì)量對刀頭質(zhì)量起著重要作用。復(fù)合基塊的質(zhì)量取決于電鍍時(shí)選用的金剛石質(zhì)量以及電鍍過程的工藝控制。因此，要求電鍍過程能沉積出組織細(xì)密的胎體材料，并對固化在其中的金剛石有良好的把持力。為此，需選擇合理的沉積合金和電鍍工藝參數(shù)，并制定正確的上砂工藝。
2．復(fù)合基塊之間的粘結(jié)
復(fù)合基塊之間的粘接質(zhì)量決定了金屬粉末層與復(fù)合基塊磨料層之間的結(jié)合力，結(jié)合力的大小對鋸切加工性能有著重要影響。如果電鍍復(fù)合基塊時(shí)金剛石埋入較深，則金屬與復(fù)合基塊之間的連接轉(zhuǎn)化為電鍍胎體金屬材料與粉末冶金金屬材料之間的連接，在這種情況下，兩者之間的結(jié)合力較強(qiáng)，刀具可以承受較大的鋸切負(fù)荷?！≌?br>四、結(jié)
（1）由于主要采用低熔點(diǎn)金屬粉末作為粘結(jié)劑，并采用較低的熱壓溫度，因而降低了金剛石的熱損傷，并解決了金剛石的氧化問題。由于燒結(jié)溫度較低，降低了燒結(jié)難度；
（2）磨料的把持力由電鍍工藝決定，并易于獲得良好的把持力；
（3）電鍍金剛石制品可采用較高的磨料濃度，因而鋸片鋒利，可提高鋸切加工效率；
（4）金剛石電鍍復(fù)合基塊的制備可選用ⅱ、ⅲ型低品級金剛石。由于刀頭制造成本中金剛石的成本占有較高比例，因此可大幅度降低金剛石圓鋸片刀頭的制造成本。
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