超硬磨料在硬脆材料切割中的應用

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1、#26#5金剛石與磨料磨具工程6超硬磨料在硬脆材料切割中的應用250061山東大學機械工程學院高偉劉鎮(zhèn)昌DeBeers工業(yè)鉆石部PhilipBex,GraceZhang摘要本文概述了硬脆材料切割中使用超硬磨料的幾種典型切割方法。常用的硬脆材料的切割方法有:金剛石鋸片切割,金剛石框架鋸切割,金剛石帶鋸切割,金剛石串珠鋸切割等。這此切割方法各有其特點,用途各異,也各有其局限性,除了金剛石串珠鋸外,一般都難以切割曲線,并且切縫較寬,出材率低,不適用于貴重材料的切割。本文還比較詳細地介紹了較先進的線鋸切割的幾種方式,指出環(huán)形電

2、鍍金剛石線鋸切縫窄,特別適合切割貴重的硬脆非金屬材料,并且切割速度高,能充分體現(xiàn)金剛石磨料的卓越性能,是應用前景非常廣泛的切割方法。文中最后探討了超硬磨料切割技術(shù)的發(fā)展方向。主題詞超硬磨料硬脆材料切割金剛石1概述硬脆材料是指硬度高、脆性大的材料,通常為非導電體或半導體,如:各種石材、寶石、玻璃、硅晶體、石英晶體、硬質(zhì)合金、陶瓷和稀土磁性材料等。隨著工業(yè)的發(fā)展,硬脆材料在各個領(lǐng)域的應用日益廣泛。在硬脆材料的各種加工方法中,切割加工占有很重要的地位,對脆性材料的切割大致有以下要求:高效率、低成本、窄切縫(材料利用率高)、無

3、損傷、無環(huán)境污染。近十幾年來,隨著超硬材料的迅速崛起,硬脆材料的切割加工發(fā)展較快,新工藝、新設備、新方法不斷涌圖1硬脆材料切割方法分類現(xiàn)。超硬材料主要指金剛石和立方氮化硼(CBN),它鋸自19世紀中期開始在歐洲制造[1],1965年以來由于們以單晶、聚晶及薄膜等形式出現(xiàn),是當今世界高科技人造金剛石的大量上市,金剛石圓片鋸作為切割工具領(lǐng)域中最有活力、最有前景的材料之一。金剛石是世今天已進入全盛時期。這種設備具有操作方便、效率界上已知最硬的物質(zhì),并具有高導熱性、高絕緣性、高高、加工質(zhì)量好等優(yōu)點,但噪音較大,刀片剛性差。切化

4、學穩(wěn)定性等多種優(yōu)良性能,可用于鋁、銅等有色金屬割過程中鋸片易產(chǎn)生振擺、跑偏,導致被切割工件的平及其合金的高效精密加工,特別適用于加工硬脆非金行度差。鋸片主軸難以承受較大的鋸片,使切割過程屬材料。中產(chǎn)生擺動,而不能切出直線,盡管增加鋸片厚度可以立方氮化硼的硬度僅次于金剛石,具有高化學穩(wěn)提高其剛性,但仍難以保證切片的平行度。另外,增加定性,高熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能,特別適用于加工黑色金厚度不僅增加了鋸片成本,而且使鋸縫寬度增加而降屬材料及其合金。超硬材料的獨特性能決定了其在各低了出材率[2]。外圓切割的線速度較高,可達50m/

5、s,種工程材料尤其是硬脆材料的切割加工領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊鋸切深度受到鋸片直徑的限制,一般不超過直徑的三的發(fā)展前景。分之一。目前,鋸切深度一般不超過1米,1997年德2硬脆材料的切割方法國研制成功直徑達5米的圓鋸片芯片,據(jù)稱是世界之當前,按切割工具形狀分,硬脆材料的切割方法可最[3]。外圓切割主要用于石材的切割,房屋、橋梁、路分為如圖1所示的幾種。面等建筑的拆除、改建。為提高生產(chǎn)率,生產(chǎn)板材多用2.1圓鋸片切割先進的多片式圓片鋸,一般不超過30片,多者可達55按切割形式,圓鋸片切割又分為外圓切割和內(nèi)圓片[9~11]。切割兩種。

6、外圓切割機以鋸片外圓周上的金剛石磨粒內(nèi)圓切割機是利用圓鋸片內(nèi)孔圓周上的金剛石磨作為切割刀刃,是應用較早的切割方法。金剛石圓片料作切割刀刃,周邊被張緊在一個框架上,因此,內(nèi)圓2001.3(123)#27#切割片的剛性好,可做得很薄,目前最薄可達0.1mm。線鋸可分為三種:鋼絲鋸、金剛石線鋸和金剛石串內(nèi)圓切割的切縫窄,材料利用率高,機床易于調(diào)整,切珠鋸。割晶體質(zhì)量高,對材料損傷極小。由于其顯著優(yōu)點,因2.3.1鋼絲鋸此,內(nèi)圓切割在硬脆材料的切割領(lǐng)域中應用廣泛,發(fā)展鋼絲鋸分為單線式和多線式兩種,但常用多線式。迅速,特別適于切

7、割硅晶體、陶瓷及硬質(zhì)合金等硬脆材多線式鋼絲鋸原理如圖2所示,是利用一根鋼絲纏繞料。但是,內(nèi)圓切割只能進行直線切割,無法切割曲在一組鋸絲導輪上,形成一排以一定間隔排列的切割面。線,切割時,鋼絲按一定方向運動,同時工件和鋼絲相2.2帶狀工具切割互壓緊,當含有游離磨料的切割液澆注到工件和鋸絲框架鋸是一種古老的使用帶狀工具的切割設備,之間時,鋸絲快速運動將切割液帶入工件切縫,產(chǎn)生切[12,13]人們對框架鋸切割原理進行了深入的研究?，F(xiàn)削作用。切割液通常為磨料和礦物油按一定比例混合代框架鋸的工藝參數(shù)在一定范圍內(nèi)可自動調(diào)節(jié),連桿而

8、成。常用的磨料為碳化硅。行程可實現(xiàn)不停機自動補償。目前,世界上最大的框架鋸一次可安裝180根鋸條,能切出10mm厚板材,鋸條行程為80cm,采用雙連桿驅(qū)動,可確保鋸路的直線[3]性?？蚣茕徥巧a(chǎn)花崗巖、大理石板材的常用機械設備,特別適合生產(chǎn)大尺寸板材。根據(jù)切割介質(zhì)分,框架鋸有使用游離磨料的,也有使用固結(jié)磨料的。使用游離磨料的框架鋸