串珠全自動(dòng)冷壓中添加劑和冷壓機(jī)工藝參數(shù)的影響初探

莫 睿, 張 俊, 盧安軍, 潘曉毅, 鐘 帥

(1.桂林特邦新材料有限公司，廣西 桂林 541004;2.廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

1 簡(jiǎn) 述

金剛石串珠繩鋸是一種典型的柔性金剛石切割工具，在石材加工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，因其同時(shí)具備金剛石超強(qiáng)的剛性和繩索的柔韌特性，非常適合于石材礦山開(kāi)采、異形石板加工等，隨著社會(huì)進(jìn)步與人民生活水平提高，金剛石繩鋸應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，使用量不斷增長(zhǎng)[1]。

在金剛石串珠繩鋸生產(chǎn)中，串珠冷壓工序是非常重要的環(huán)節(jié)。串珠冷壓是指將金屬粉末與金剛石顆粒混合組成的粉末在常溫下壓制為串珠冷壓坯的過(guò)程[2]。金剛石串珠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以串珠基體做支撐，金剛石胎體粉末呈圓筒狀，高徑比大，使得串珠胎體粉末在冷壓過(guò)程中位移情況非常復(fù)雜，不能簡(jiǎn)單歸為單向、雙向壓制，另外冷壓坯成型后的形變、彈性后效等也難以控制[3-4]。

目前串珠全自動(dòng)冷壓系統(tǒng)仍屬于摸索階段[5]，串珠壓制后脫模過(guò)程中模具沒(méi)有分型過(guò)程，使得無(wú)制粒劑的金剛石工具胎體雖然減小了制粒劑對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的影響[6-7]，但冷壓坯中的金剛石在脫模時(shí)對(duì)模具損傷很大。模具磨損后，壓坯在退模時(shí)容易破損，會(huì)導(dǎo)致重量偏低，外觀不合格等缺陷，使模具不可使用。

本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究在串珠胎體中加入添加劑以及調(diào)整適合的冷壓工藝參數(shù)，觀察串珠冷壓坯的狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)模具壽命，探索添加劑和冷壓參數(shù)的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

采用未經(jīng)造粒的等量XF2金剛石串珠結(jié)合劑配方粉料三份，采用三維混料機(jī)混大料4小時(shí)后，1份不加入添加劑，1份加入添加劑A，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，1份加入添加劑B，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，然后分別添加等量金剛石混合50分鐘。

2.2 串珠規(guī)格

實(shí)驗(yàn)選定串珠冷壓坯規(guī)格為：外徑Φ12mm，目標(biāo)冷壓坯粉料總重4.20g，選取外徑為Φ7.2mm，內(nèi)徑Φ4.2mm，長(zhǎng)度11mm，重量1.70g的串珠基體。

2.3 冷壓設(shè)備

實(shí)驗(yàn)使用全自動(dòng)冷壓機(jī)，可以通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓制壓力和保壓時(shí)間等參數(shù)。

2.4 實(shí)驗(yàn)方式

比較三種添加劑粉料對(duì)冷壓坯外觀的影響：設(shè)置冷壓機(jī)，使用相同參數(shù)冷壓三種添加劑胎體粉料，壓制成型，觀察壓制出的串珠壓坯外觀。

三種添加劑粉料在不同壓制壓力、保壓時(shí)間參數(shù)下，測(cè)量壓制出的串珠冷壓坯高度，探索不同添加劑和壓制參數(shù)對(duì)串珠冷壓坯的影響。

使用三種添加劑粉料，調(diào)整壓制參數(shù)控制冷壓壓坯在同一高度之下，連續(xù)壓制串珠，在模具損壞引起壓坯損壞后，記錄模具使用次數(shù)，比較模具壽命。

3 結(jié)果與討論

3.1 初期壓制出的串珠外觀：

在串珠壓制初期，觀察壓制出的冷壓坯外觀質(zhì)量，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2及圖3。

可以看出，在自動(dòng)冷壓初期，加入添加劑B的串珠壓坯就已經(jīng)破損脫層，無(wú)法進(jìn)入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)從而報(bào)廢。而不加添加劑和加入添加劑A的串珠壓坯完好無(wú)損，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，加入添加劑B的粉料已失去繼續(xù)實(shí)驗(yàn)壓制壓坯的意義。

3.2 壓力與保壓時(shí)間對(duì)壓坯高度的影響

使用加入不同添加劑的金屬粉末，采用全自動(dòng)冷壓，設(shè)置不同的壓力參數(shù)，分別壓制50粒串珠，統(tǒng)計(jì)平均高度，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

圖1 無(wú)添加劑粉料壓制的金剛石串珠冷壓坯Fig.1 Diamond bead cold compact pressed without additive powder

圖2 混合 0.5% 添加劑A 粉料壓制的金剛石串珠冷壓坯Fig.2 Mixing 0.5% additive A powder into pressed diamond bead cold compact

表2 添加劑A的串珠粉料在不同壓力和保壓時(shí)間下冷壓高度數(shù)據(jù)

通過(guò)表1和表2，可以看出加入添加劑A后，使用相同的壓力和保壓時(shí)間壓制的串珠壓坯比沒(méi)有添加劑的高度小，方差小，說(shuō)明壓坯高度分布均勻。

而提高壓制壓力和保壓時(shí)間，均可降低串珠冷壓坯的高度，并使高度分布均勻穩(wěn)定，在保壓時(shí)間超過(guò)2s后，保壓效果下降。

3.3 壓力參數(shù)對(duì)模具壽命的影響

選定壓制1保壓時(shí)間2s，使用不同添加劑粉料連續(xù)壓制串珠，直至串珠壓坯破損，模具失效，統(tǒng)計(jì)模具壓制次數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同添加劑的串珠粉料壓制串珠的模具壽命

可以看出，加入添加劑A后，與未加入添加劑的粉料相比，模具壓制次數(shù)得到較大幅度提升，有利于提高模具壽命。

4 結(jié)論

(1)進(jìn)行全自動(dòng)冷壓時(shí)，選取不適當(dāng)?shù)奶砑觿?huì)使壓制的串珠壓坯破損，無(wú)法生產(chǎn)出合格的串珠。

(2)合適的添加劑可以在串珠冷壓時(shí)減少壓制壓力，使模具的損傷減小，進(jìn)而延長(zhǎng)模具使用壽命，還可以提高壓坯高度的均勻性，使串珠冷壓質(zhì)量穩(wěn)定。

(3)提升保壓時(shí)間可以在壓力不變的情況下降低串珠壓制高度，并提升串珠冷壓高度的穩(wěn)定性，有利于提升串珠冷壓質(zhì)量。

(4)保壓時(shí)間大于2s后，其降低串珠冷壓高度與提升穩(wěn)定性的作用已不明顯，繼續(xù)延長(zhǎng)保壓時(shí)間會(huì)增加串珠壓制周期，降低效率。

5 展望

近兩年，串珠全自動(dòng)冷壓技術(shù)以其生產(chǎn)效率高，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，極快地取代了傳統(tǒng)的人工組裝生產(chǎn)方式，在金剛石串珠和繩鋸生產(chǎn)企業(yè)中得以迅速推廣應(yīng)用，進(jìn)一步提升了金剛石串珠生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，使得整個(gè)行業(yè)在產(chǎn)業(yè)升級(jí)的進(jìn)程中又邁出一大步，給朝氣蓬勃的金剛石工具行業(yè)注入一股新的力量。

同時(shí)，自動(dòng)化生產(chǎn)的方式與傳統(tǒng)手工生產(chǎn)方式相比較，由于在工序流程、模具結(jié)構(gòu)、粉料輸送方式上有較大差異，其生產(chǎn)出的串珠性能上有區(qū)別；當(dāng)前，自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備仍在不斷改進(jìn)，生產(chǎn)工藝參數(shù)仍然處于摸索階段，配方體系、模具設(shè)計(jì)等方面也有極大的改進(jìn)空間。

本文僅粗略探索了影響串珠全自動(dòng)冷壓的幾個(gè)因素，在串珠全自動(dòng)冷壓這個(gè)全新領(lǐng)域仍有大量問(wèn)題，有待行業(yè)同仁們共同研究解決，使其進(jìn)一步成熟，為推進(jìn)整個(gè)金剛石工具行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025的目標(biāo)盡一份綿薄之力。