在将大理石、花岗石由荒料加工为饰面板材的过程中,锯切加工是极为关键的工序,锯切加工成本占整个石材加工成本的50%以上。因此,降低锯切工具即金刚石圆锯片刀头的制造成本,提高其使用性能和寿命,就成为降低石材加工成本的重要途径之一。
目前,国内外普遍采用粉末冶金压制成型法制造金刚石圆锯片刀头(节块),但该工艺存在以下不足之处:(1)对金刚石品级要求较高;(2)对胎体配方的设计和工艺要求较严格,否则金刚石易脱落;(3)工艺过程会对金刚石产生热损伤,从而影响金刚石圆锯片的切削性能。 采用电镀工艺制造金刚石圆锯片的传统方法是一次成型法,即直接在基体上电镀出金刚石刀头。该方法生产周期长,工艺复杂且需要模具。另一方法为二次成型法,即首先采用电镀工艺制作刀头,然后通过电镀将刀头镶嵌到基体上制成锯片。与一次成型法相比,二次成型法生产周期较短,工艺较简单,不需要模具,成本较低,质量也容易控制。但由于石材工业对切割工具的精度、光洁度、平整度、成形性等要求不断提高,采用普通电镀工艺制造金刚石圆锯片仍有较大局限性,由于电流密度的限制,与热压成型法相比生产效率较低,生产批量较小。
为提高金刚石圆锯片的加工效率,降低加工成本,近年来人们采用了金刚石表面金属化技术、制粒技术、优化锯切参数、锯切工具与被加工石材匹配等多种手段[1~3]来改善金刚石圆锯片的切削性能,但刀头中金刚石利用率低的问题仍未得到很好解决。
本文在试验基础上提出一种采用电镀法制造金刚石复合基块,并通过低熔点粉末冶金法将其粘结成金刚石圆锯片刀头的新工艺。该工艺将低温电镀法与粉末冶金热压法相结合,可提高金刚石圆锯片的生产效率和使用性能,从而可有效降低刀具的制造成本,因此具有良好的推广应用价值。
二、制造工艺
1.电镀法制造金刚石复合基块
采用低温电镀法制造金刚石复合基块的工艺流程为[4]:前处理→冲击镀→空镀→上砂镀→加厚镀→水洗→烘干。
(1)前处理 工业生产的金刚石中含有杂质,需要去除后才能使用,否则会造成电镀复合基块中金刚石与胎体间的结合力下降。处理方法为:NaOH溶液加热煮沸→水洗→稀硝酸加热→水洗→镀液预浸泡。通过强碱与强酸的联合处理,可去除金刚石表面的有机物和金属杂质。经过镀液浸泡处理,可增加金刚石与镀液的浸润性,从而提高金刚石与胎体材料间的结合力。电镀基体在沉积之前要进行除油处理并充分水洗,以避免沉积面有绝缘处并保护镀液不受污染。
(2)复合沉积 选用1mm厚的铜板作为基体,经除油、清洗后用夹具夹持牢固。夹具将铜板分割为多个24mm×12mm(尺寸可根据需要设计)的小块,经复合电镀沉积金刚石与金属后,从每一小块表面即可得到一片金刚石电镀复合基块。夹具原理图如图1所示。
图1 夹具原理图
电镀时,以铜板为阴极,通电后先进行预镀,然后在铜板上均匀撒上一层金刚石(称为上砂),以小电流密度电镀一定的时间后下砂,随后加大电流密度进行加厚镀。当大部分或全部金刚石被电沉积金属埋入时,取出夹具,用水清洗后从铜板基体上揭下沉积好的复合基块。最后,对复合基块进行烘干处理,以供制造刀头时使用。
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