關于燒結金剛石鋸片分類設計的研究

萬元華,石曉義,李水堤,張紹和,劉志環，

(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)

1 墻面地面開槽的燒結金剛石鋸片設計

1.1 開槽金剛石鋸片的性能要求

開槽金剛石鋸片主要用于房屋裝修時在墻面或地面開槽埋水管和線管，開槽時需先對墻面和地面進行切割。現在房屋的墻體一般分為兩種：一種是磚墻，為大多數，是建筑區間面積隔離的主要墻體，墻體用紅磚砌成，墻面到磚體約2公分厚的材料是水泥砂漿；另外一種是剪力墻，為少數，是建筑的承重墻體，墻體是鋼筋混凝土材料，墻面1到2公分的材料也是水泥砂漿。水泥砂漿和紅磚都是很軟的材料，但是研磨性很強，在切割這類墻體時，對金剛石鋸片胎體的磨損很大，所以鋸片一定要耐磨，不然，鋸片很快就會消耗完，鋸片的使用成本就高；而反之，在切割這類墻體時，由于墻體材料研磨性很強，也有利于鋸片金剛石的出刃，金剛石鋸片在切割時的自銳從而使鋸片保持鋒利，所以設計這種鋸片首先要考慮鋸片的耐磨性。但是在偶爾切割剪力墻時，由于墻體里面是混凝土，混凝土硬度很高，要求金剛石鋸片還是要有一定的鋒利度，才不會出現鋸片燒片或切不動的情況。所以開槽金剛石鋸片的性能必須是在耐磨性好的基礎上，力求達到耐磨和具有一定鋒利度的完美結合，鋸片有這樣的性能才具有高的性價比。

1.2 開槽金剛石鋸片配方的設計要點

基于切割對象的以上特點，開槽金剛石鋸片的配方設計首先一定要考慮刀頭胎體的耐磨性，或增加金剛石濃度提高鋸片的耐磨性，但是金剛石濃度也不能太高，否則鋸片在切割混凝土時的鋒利度會受影響，另外還要選擇恰當的金剛石的品級，確保在切割混凝土時鋸片具有一定的鋒利度。我們經過調整設計參數，并多次對比試驗，設計的開槽金剛石鋸片胎體配方為耐磨胎體，金剛石品級一般為JR4型料以上，金剛石濃度一般在15%、金剛石粒度為40～60目時，這種配方的鋸片開槽時較耐磨，同時也可以滿足切割混凝土時對鋒利度的要求，深受經銷商和使用者的歡迎。

1.3 常規尺寸干切開槽金剛石鋸片款式設計

現在的裝修工人在房屋裝修時，主要的切割工具為Φ115手持切割機器，所以市場上的鋸片尺寸主要都是以Φ114為主，鋸片尺寸大了會裝不進這種切割機，即配這種切割機的鋸片外徑一般不能大于Φ114。根據開槽金剛石鋸片的性能要求，要保證鋸片的壽命還要鋸片有一定的鋒利度，這可以從兩個方面去考慮，一是根據開槽金剛石鋸片配方的設計要點把鋸片的配方設計成偏耐磨型，但是刀頭太耐磨時鋸片的鋒利度會下降，甚至會造成切割費力或切不動的情況，所以耐磨的設計也是相對的;二是直接加高刀頭，在耐磨性能一定的情況下，刀頭越高其使用壽命越長。傳統設計的鋸片刀頭高是12毫米(如圖1所示)，因為外徑只有Φ114，所以加高刀頭一般只能縮小基體，但是基體小到一定的程度也會影響鋸片的切深，開槽鋸片的切深一般要大于20，基體要大于Φ84才能保證鋸片的切深，所以我們將開槽金剛石鋸片設計為刀頭高度15毫米。綜合配方設計和刀頭高度的設計，本公司設計的Φ114×15的加高刀頭開槽鋸片如圖2所示，此款開槽金剛石鋸片在混凝土墻開槽時可以切到200米以上，在紅磚墻上開槽時可以切到600米以上，以一百平方面積房子為例，可以開槽3到4套房，比市場上一般的鋸片開槽性價比更加優良。

圖1 Φ114×12普通刀頭開槽鋸片Fig.1 A Φ114×12 Slotted saw blade with regular segments

圖2 Φ114×15加高刀頭開槽鋸片Fig.2 A Φ114×15 Slotted saw blade with heightened segments

1.4 常規尺寸濕切開槽金剛石鋸片款式設計

某些工況下，特別是為了避免切割時產生的大量揚塵而導致工作環境惡劣，使用者切割時需要加水濕切。但是在濕切過程中，切割產生的碎屑容易黏在鋸片的基體上，這些碎屑研磨性很強，由于離心力的作用，碎屑會富集在鋸片刀頭和基體的連接處，會對基體產生反復磨損，造成基體磨薄而形成溝槽，最終導致基體斷裂(如圖3所示),影響鋸片的使用壽命，同時也會造成使用的安全隱患。根據這個情況，本公司將鋸片設計成刀頭加高并且有保護齒的形狀(如圖4所示)，這種鋸片刀頭和基體的連接處的基體部分受到了金剛石刀頭的保護，基體磨薄、或導致基體斷裂的情況大大減少，消除了使用時的安全隱患。

圖3 普通的開槽鋸片Fig.3 A regular slotted saw blade

圖4 加高且有保護齒的開槽鋸片Fig.4 A Slotted saw blade with heightened and protected segments

1.5 加大尺寸開槽金剛石鋸片款式設計

在有些情況下，為了能夠在墻面和地面埋沒更粗的管線，開槽的深度就需要更深，這樣就需要更大直徑的鋸片，例如本公司設計的Φ125(如圖5)、Φ156(如圖6)、 Φ190(如圖7)、Φ230(如圖8)等，直徑越大，切割的深度越深，也就是開槽的深度越深。這些鋸片也是在開槽金剛石鋸片配方設計要點的基礎上，做加高刀頭設計，刀頭的高度都在15毫米以上,加高刀頭的設計有利于提高鋸片的壽命和確保鋒利度。

圖5 Φ125 開槽金剛石鋸片Fig.5 A Φ125 Slotted diamond saw blade

圖6 Φ156 開槽金剛石鋸片Fig.6 A Φ156 Slotted diamond saw blade

圖7 Φ190 開槽金剛石鋸片Fig.7 A Φ190 Slotted diamond saw blade

圖8 Φ230 開槽金剛石鋸片Fig.8 A Φ230 Slotted diamond saw blade

2 石材切割的金剛石鋸片設計

2.1 石材切割金剛石鋸片的性能要求

石材切割金剛石鋸片主要用于建筑物外墻的石材干掛、房屋地面、道路、廣場等石材鋪貼時的石材切割[4，5]。石材一般為各種花崗石。花崗石硬度高，莫氏硬度有些達7級以上，在現場施工時用Φ115手持式切割機切割，為施工方便，所以一般都是干切。在干切的條件下，很多鋸片在切割的時候容易出現兩個問題：一是鋸片切割速度會衰減，也就是說新的鋸片開始切的時候鋒利度還可以，隨著切割的進行，金剛石刃角的磨損，鋸片就越來越鈍，切割的時候也很費力；二是由于有些花崗石特別硬，切割的阻力也就大，鋸片基體承受的沖擊力也加大，有時候會造成基體的疲勞斷裂，影響產品的使用壽命，甚至影響產品使用的安全性。所以石材切割金剛石鋸片的性能必須是鋒利度好，干切時速度不會衰減，基體不容易斷裂，在這個基礎上再保持一定的使用壽命，才能具有高的性價比。

2.2 石材切割金剛石鋸片配方的設計要點

基于切割對象的以上特點，在干切的條件下，為了鋸片切割速度不會衰減，配方設計一定要考慮刀頭胎體的硬度，以保證在鋸片切割時金剛石不會脫落，或金剛石不會壓入到胎體中，即能保證金剛石有一定的出刃高度，并且金剛石的品級一定要高，保證鋸片在切割時金剛石不會提前破碎，但金剛石的濃度卻不能太高，以確保每顆金剛石切割時有足夠的切割力。我們設計的石材切割片刀頭的胎體硬度都在HRB100左右，金剛石一般用JR5型料，金剛石濃度一般在8%，這種配方的鋸片鋒利度既很好，又切割很輕松，深受經銷商和使用者歡迎。

2.3 常規尺寸石材切割金剛石鋸片款式設計

石材干掛、道路廣場等石材鋪貼時的石材切割，主要用的手持切割機器為Φ115的切割機，所以市場上主要的鋸片尺寸都是以Φ114為主，鋸片尺寸大了會裝不進這種機器，也就是說配這種切割機的鋸片外徑一般不能大于Φ114，傳統鋸片是以12毫米刀頭的分齒鋸片為主。我們在設計這類用途的鋸片時，為了增強鋸片的鋒利度，在結構上，我們設計成分齒波紋形狀。本公司設計的Φ114×12分齒波紋鋸片如圖9所示，石材切割鋸片因基體承受的沖擊力較大，為了保證不出現基體疲勞斷裂的情況，基體的材料都是選用優于65Mn的材料。本公司還有一種設計為連續波紋形狀的Φ114×12連續波紋鋸片(圖10所示)。連續波紋鋸片在使用過程中因基體承受的沖擊力較小，不容易出現基體的疲勞斷裂，所以用常規的65MN材料即可。本公司的這兩款鋸片，干切20毫米厚的花崗石，壽命可達400米以上，從開始到鋸片消耗完，切割的速度都不會衰減，基體也不會斷裂。比市場上一般鋸片切割石材的性能更加優良，市場上一般的鋸片經常會有切不動或基體斷裂的情況。

圖9 Φ114×12分齒波紋鋸片Fig.9 A Φ114×12 Segmented turbo saw blade

圖10 Φ114×12連續波紋鋸片Fig.10 A Φ114×12 Rim turbo saw blade

2.4 加大尺寸石材切割鋸片的款式設計

在某些工況下，特別是石材雕刻、整形，需要更深的切割深度或更高的切割效率，這就需要用到更大的手持切割機，也就需要用到更大直徑的鋸片。一般是Φ190直徑和Φ230直徑的鋸片，刀頭設計同樣是采用分齒波紋的方式。本公司設計的Φ190×15鋸片和Φ230×15的金剛石鋸片分別如圖11、圖12所示：

圖11 Φ190×15分齒波紋鋸片Fig.11 A Φ190×15 Segmented turbo saw blade

圖12 Φ230×15 分齒波紋鋸片Fig.12 A Φ230×15 Segmented turbo saw blade

3 瓷磚切割的金剛石鋸片設計

3.1 瓷磚切割金剛石鋸片的性能要求

瓷磚切割金剛石鋸片主要用于房屋裝修時在墻面或地面的瓷磚鋪貼，瓷磚鋪貼時，如果瓷磚尺寸超出了要鋪貼的尺寸，就要對瓷磚進行切割，為了切割方便，現在一般也是干切。現在鋪貼的瓷磚有釉面磚、全瓷通體磚、全瓷拋釉磚等，瓷磚本身硬度高，并且隨著生產水平的提高，有些瓷磚的莫氏硬度也達到7級以上，如有些全瓷通體磚、全瓷拋釉磚，一般的金剛石鋸片根本切不動，切割時火花四濺。所以切割瓷磚的鋸片要做特別的設計，首先要考慮鋸片的鋒利度，另外，瓷磚是硬脆材料，切割時容易出現爆邊的情況，在施工中的要求是切邊要整齊，所以瓷磚鋸片還要在切割效果上下功夫，盡量避免出現爆邊的情況。所以瓷磚切割金剛石鋸片的性能必須是在鋒利性好、切割瓷磚不爆邊的基礎上，力求達到一定的使用壽命，鋸片有這樣的性能才具有高的性價比[6]。

3.2 瓷磚切割金剛石鋸片配方的設計要點

在現場切割施工時一般用Φ115手持式切割機干切，在干切的條件下，同樣為了鋸片切割速度不會衰減，配方設計也一定要考慮刀頭胎體的硬度、特別是刀頭胎體的紅硬性、金剛石的品級、金剛石的濃度，同時還要考慮金剛石的粒度，我們設計的瓷磚切割片刀頭胎體硬度HRB在85～95的范圍內，有利于提高鋸片鋒利度，金剛石濃度在6%左右、金剛石品級為JR5以上，有利于提高鋸片鋒利度，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。這種配方的鋸片很受使用者歡迎。

3.3 瓷磚切割金剛石鋸片款式設計

房屋裝修時在墻面或地面的鋪貼瓷磚，用Φ115的切割機可以切透30毫米厚的板，瓷磚厚度一般在10～15毫米。為了達到瓷磚切割金剛石鋸片的性能要求，即要鋒利，可以將鋸片刀頭和基體都減薄，即超薄設計，鋸片外徑還可以縮小。超薄鋸片縮小外徑可以增加鋸片切割時的穩定性。經過試驗表明：刀頭可以設計為1.2～1.4毫米厚，相應的基體厚為0.8～1毫米厚即可，鋸片外徑可以設計為Φ100～Φ105。本公司設計的Φ105×10鋸片如圖13所示。刀頭設計為連續波紋形狀，從結構上進一步增加了鋸片的鋒利度，刀頭設計不宜太高，10毫米即可，因為是超薄的刀頭，刀頭太高有可能在使用時出現刀頭斷裂的情況，會影響鋸片使用的安全性。本公司設計的這款鋸片在切割各種硬瓷磚時都很鋒利，切邊質量也很好，不會爆邊，能切硬瓷磚300米以上，性能明顯優于市場上的一般產品。

圖13 Φ105×10連續波紋鋸片Fig.13 A Φ105×10 Rim turbo saw blade

4 結論

(1)市場上應用最廣的有三類燒結金剛石鋸片：分別是用于墻面地面開槽的燒結金剛石鋸片、石材切割的燒結金剛石鋸片和瓷磚切割的燒結金剛石鋸片。

(2)用于墻面地面開槽的燒結金剛石鋸片除配方設計的合理性外，刀頭一般采用加高設計，以滿足對鋸片壽命的要求，濕切開槽還要加保護齒設計。

(3)石材切割的燒結金剛石鋸片除配方設計的合理性外，刀頭一般采用波紋設計以進一步增加鋸片鋒利度。

(4)瓷磚切割的燒結金剛石鋸片除配方設計的合理性外，鋸片一般采用超薄設計，并且鋸片外徑縮小，增加切割時的穩定性，使切割的瓷磚不爆邊；刀頭采用波紋設計以增加鋸片的鋒利度。

(5)開槽和石材切割鋸片有切深更深要求時，相對采用大直徑的鋸片，配方設計原理和刀頭設計原理相同。