關于切割陶瓷金剛石鋸片的研究*

石曉義 ,鄭致富,李水堤,劉志環 2

( 1.江西眾利超硬材料工具有限公司，江西 鄱陽 334000;2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410000)

關于切割陶瓷金剛石鋸片的研究*

石曉義1,鄭致富1,李水堤1,劉志環1 2

( 1.江西眾利超硬材料工具有限公司，江西 鄱陽 334000;2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410000)

結合目前國內切割陶瓷金剛石鋸片的現狀，通過從影響金剛石鋸片切割性能的幾方面因素——鋸片胎體配方、金剛石強度、粒度和濃度、鋸片的加工精度、基體的材質性能等，進行了分析研究；通過試驗，提升了金剛石鋸片的使用效果，可以為切割陶瓷金剛石鋸片的設計提供參考。

金剛石鋸片；陶瓷；配方;加工精度;基體

1 前 言

隨著社會的發展和人民生活水平的提高，對家庭和各種建筑裝修效果的要求更加精致，瓷磚作為一種建筑墻面和地面的裝飾材料應用越來越廣泛，在裝修施工作業時，有的瓷磚要切割，一般情況下都是用裝有金剛石鋸片的手提式的切割機進行切割，為達到裝飾的效果，瓷磚切割時要求鋸片鋒利，瓷磚切邊要平滑、不爆邊。這個要求和金剛石鋸片的性能品質的好壞有很大的關系，目前國內市場上的切割陶瓷金剛石鋸片性能品質良莠不齊，大部分都是105到114直徑的鋸片，款式各異，有的鋸片不夠鋒利，有的鋸片切割瓷磚時爆邊很嚴重。本文結合目前國內切割陶瓷金剛石鋸片的現狀，從影響金剛石鋸片切割性能的因素，如鋸片胎體配方、金剛石強度和粒度及濃度、鋸片的加工精度、基體的材質性能等進行了分析研究，通過多次試驗，我們研制出一款105濕式金剛石陶瓷切割片(圖1)，雖然款式上比較經典，但是性能上明顯升級，切割瓷磚能達到較滿意的效果，并得到了市場的廣泛認可。

圖1 105濕式金剛石陶瓷切割片Fig.1 105 wet type diamond ceramic cutting disk

2 實 驗

2.1 鋸片胎體配方設計

陶瓷是一種硬脆的建筑材料，硬度一般可以達到莫氏硬度5以上，最高的達到莫氏硬度8，比莫氏硬度7的石英還高，鋸片在切割時，其中的金剛石受到的沖擊力很大，因此，鋸片胎體對金剛石一定要有較好的包鑲能力，不然金剛石容易脫落，或被壓入胎體中，金剛石鋸片刃口沒有金剛石出露其鋒利度就自然不好。胎體包鑲金剛石的能力取決于胎體的硬度和胎體對金剛石的浸潤性，本實驗在其它情況相同的條件下，設計了3種硬度的胎體，對比切割陶瓷，切割所用的均是牧田手提式切割機，功率1200W，轉速12000轉/分，干切(以下各切割對比表的切割條件相同)。其鋒利度和切邊情況見切割對比表1。

表1 不同胎體鋸片切割10米600*600硬瓷磚效果對比

圖2 切割速度與胎體硬度關系圖Fig.2 Relational graph of cutting speed and matrix hardness

從表1和圖2可以看出：胎體硬度在90HRB左右的胎體配方切割時更鋒利，70HRB左右的最差，基本上是胎體硬度高的鋒利度好些，同時切邊的效果也好一些。

經觀察切割后的鋸片，胎體硬度高的金剛石出露高，金剛石脫落少，胎體硬度低的金剛石出露少，金剛石脫落的現象明顯增多。

此次實驗還證明，如果鋸片鋒利度不好，鋸片在切割時就容易發熱，切割時切口產生高溫，造成瓷磚切邊的爆裂，另外鋸片溫度升高后，鋸片基體容易變形，切割時鋸片的擺動也容易造成瓷磚切邊的爆邊，所以鋒利度也是影響切邊效果的關鍵因素。

1.2 鋸片金剛石品級、粒度和濃度的選擇

在其它情況相同的條件下，本實驗分別設計了JR3、JR4、JR5型料的金剛石的鋸片進行切割對比，實驗表明：JR3型金剛石的鋸片在切割時速度最慢，并且產生很大的火花，同時多次卡刀，出現卡刀時，鋸片刀頭發紅，瓷磚切邊爆裂，JR4型金剛石的鋸片相對好多了，JR5型金剛石的鋸片切割速度最快(圖3)，切邊效果也好，其鋒利度和切邊情況見切割對比表2：

表2 不同品級金剛石切割效果對比

圖3 切割速度與金剛石品級關系圖Fig.3 Relational graph of cutting speed and diamond grade

在其它情況相同的條件下，本實驗分別設計了金剛石濃度在8%、12%、16%的三種鋸片進行了對比切割。實驗表明，隨著金剛石濃度的提高，鋸片的鋒利度降低(圖4)，其切邊效果也變差，其鋒利度和切邊情況見切割對比表3。

圖4 切割速度與金剛石濃度的關系圖Fig.4 Relational graph of cutting speed and diamond concerntration

序號規格型號金剛石濃度切割材料切10米平均速度(米/分鐘)切邊效果1105×7熱壓濕片8%600×600硬瓷磚0.732105×7熱壓濕片12%600×600硬瓷磚0.663105×7熱壓濕片16%600×600硬瓷磚0.46

在其它情況相同的條件下，本實驗分別設計了50/60、60/70、70/80粒度的三種金剛石的鋸片，實驗表明：金剛石粒度大小變化對鋒利度影響不是很大(圖5)，但是對切邊效果的影響比較明顯，70/80的切邊效果最好。其鋒利度和切邊情況見切割對比表4。

2.3 鋸片的加工精度

鋸片的加工精度主要是指中心孔的精度、中心孔和外圓的同心度及鋸片基體的平整度，即鋸片的徑跳和端跳，在生產實際中，中心孔的精度比較容易控制，通過標準鉸刀鉸孔基本可以達到要求，但是鋸片的徑跳和端跳受到機器設備和工藝操作水平的限制會有偏差，在切割實驗中，徑跳和端跳分別控制在0.15和0.1范圍內的鋸片切割更平穩，切邊效果更好，以上各切割對比表試切的鋸片徑跳和端跳均是經過檢測的，跳動在要求的范圍之內，如果跳動超過范圍，偏差越大切割效果越差，鋒利度下降，瓷磚切邊爆邊增多。

表4 不同粒度金剛石的切割效果對比

圖5 切割速度與金剛石粒度關系圖Fig.5 Relational graph of cutting speed and diamond particle size

2.4 鋸片基體的材質

我們的金剛石鋸片傳統使用的是65Mn材料的基體，金剛石鋸片在切割陶瓷的時候，因為陶瓷切邊爆邊和基體的強度有很大的關系，在切割時如果基體擺動，鋸片刀頭進、出刀時，會撞擊切邊，會造成陶瓷切邊爆邊。因為要提高鋸片的鋒利度，鋸片要盡量薄，鋸片刀頭的厚度為1.4，基體的厚度為1.0。但這個厚度基體的鋸片，65Mn材料的鋸片基體在切割時特別容易發熱不能滿足強度要求，會變形，所以要提升鋸片的使用效果，就要有一種性能優于65Mn的基體材料。實際上，有一種含V的鋼的力學指標優于65Mn，V是強碳化物形成元素，形成的VC質點穩定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強性，并且這些質點小，穩定，可以有效阻止晶界移動，從而有效地細化晶粒，可以提高鋼的紅硬性，耐磨性。以上各切割對比表試切的鋸片均采用的是一種含V的鋼為基體材料，表5為65Mn和含V鋼的力學性能指標對比表，從表5中可以看出，含V的鋼作為基體材料強度更高，熱穩定性更好，鋸片切割時更加穩定，不易變形。

表5 65Mn和一種含V鋼的力學性能對比Table 5 Mechanical property contrast of 65Mn and V bearing steel

在其它情況相同的條件下，本實驗分別設計了65Mn材料基體和含V鋼材料基體的金剛石的鋸片，試驗表明，基體材料對鋸片的鋒利度和切邊效果有明顯的影響，含V鋼材料基體的金剛石的鋸片比65Mn材料基體的鋸片不僅鋒利度好(圖6)，切邊效果也明顯改善，其鋒利度和切邊情況見切割對比表6。

圖6 切割速度與基體種類關系圖Fig.6 Relational graph of cutting speed and matrix type

序號規格型號基體材料切割材料切10米平均速度(米/分鐘)切邊效果1105×7熱壓濕片65Mn600×600硬瓷磚0.612105×7熱壓濕片含Ⅴ鋼600×600硬瓷磚0.75

3 結 論

(1)切割陶瓷Φ105金剛石鋸片胎體硬度HRB在85～95的范圍內，有利于提高鋸片鋒利度。

(2)切割陶瓷Φ105金剛石鋸片金剛石濃度在8%左右，金剛石品級要達到JR5，有利于提高鋸片鋒利度。

(3)提高鋸片的鋒利度有利于提升切邊效果。

(4)切割陶瓷Φ105金剛石鋸片的徑跳要控制在0.15范圍之內、端跳要控制在0.1范圍之內，有利于提高鋸片的切邊效果。

(5)切割陶瓷Φ105金剛石鋸片金剛石的粒度選擇在70/80目左右，有利于提高鋸片切邊效果。

(6)切割陶瓷Φ105金剛石鋸片基體選用強度高于65MN的材料有利于提高鋸片切邊效果。

[1] 潘建農.金屬材料與熱處理[M].長沙：湖南大學出版社,2009.6.

[2] 黃圣坤等.金剛石工具預合金粉末水霧化工藝研究[C].2012年全國超硬材料技術發展論壇，會議論文，2012：192-194.

StudyofDiamondSawBladeforCeramicCutting

SHI Xiao-yi1, ZHENG Zhi-fu1, LI Shui-di1, LIU Zhi-huan1,2

(1.JiangxiZhongliSuperHardMaterialToolsCo.,Ltd.，Poyang,Jiangxi334000,China; 2.SchoolofGeoscincesandInfo-Physics,Changsha,Hunan41000,China)

Several aspects-blade matrix formula, diamond strengh, particle size and concerntration, blade machining precision and matrix material properties-have been studied based on the current situation of domestic diamond saw blade for ceramic cutting. The application result has been improved through experiment, which provides reference for the design of diamond saw blade for ceramic cutting.

diamond saw blade; ceramic; formula; machining precision; matrix

2017-02-28

石曉義(1968-)，男，高級工程師。現就職于江西眾利超硬材料工具有限公司，主要從事金剛石鋸片的研究與開發工作。

石曉義 ,鄭致富,李水堤,等.關于切割陶瓷金剛石鋸片的研究[J].超硬材料工程，2017，29(5)：25-29.

TQ164

A

1673-1433(2017)05-0025-05