关于切割陶瓷金刚石锯片的研究*

石晓义 ,郑致富,李水堤,刘志环 2

( 1.江西众利超硬材料工具有限公司，江西 鄱阳 334000;2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410000)

关于切割陶瓷金刚石锯片的研究*

石晓义1,郑致富1,李水堤1,刘志环1 2

( 1.江西众利超硬材料工具有限公司，江西 鄱阳 334000;2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410000)

结合目前国内切割陶瓷金刚石锯片的现状，通过从影响金刚石锯片切割性能的几方面因素——锯片胎体配方、金刚石强度、粒度和浓度、锯片的加工精度、基体的材质性能等，进行了分析研究；通过试验，提升了金刚石锯片的使用效果，可以为切割陶瓷金刚石锯片的设计提供参考。

金刚石锯片；陶瓷；配方;加工精度;基体

1 前 言

随着社会的发展和人民生活水平的提高，对家庭和各种建筑装修效果的要求更加精致，瓷砖作为一种建筑墙面和地面的装饰材料应用越来越广泛，在装修施工作业时，有的瓷砖要切割，一般情况下都是用装有金刚石锯片的手提式的切割机进行切割，为达到装饰的效果，瓷砖切割时要求锯片锋利，瓷砖切边要平滑、不爆边。这个要求和金刚石锯片的性能品质的好坏有很大的关系，目前国内市场上的切割陶瓷金刚石锯片性能品质良莠不齐，大部分都是105到114直径的锯片，款式各异，有的锯片不够锋利，有的锯片切割瓷砖时爆边很严重。本文结合目前国内切割陶瓷金刚石锯片的现状，从影响金刚石锯片切割性能的因素，如锯片胎体配方、金刚石强度和粒度及浓度、锯片的加工精度、基体的材质性能等进行了分析研究，通过多次试验，我们研制出一款105湿式金刚石陶瓷切割片(图1)，虽然款式上比较经典，但是性能上明显升级，切割瓷砖能达到较满意的效果，并得到了市场的广泛认可。

图1 105湿式金刚石陶瓷切割片Fig.1 105 wet type diamond ceramic cutting disk

2 实 验

2.1 锯片胎体配方设计

陶瓷是一种硬脆的建筑材料，硬度一般可以达到莫氏硬度5以上，最高的达到莫氏硬度8，比莫氏硬度7的石英还高，锯片在切割时，其中的金刚石受到的冲击力很大，因此，锯片胎体对金刚石一定要有较好的包镶能力，不然金刚石容易脱落，或被压入胎体中，金刚石锯片刃口没有金刚石出露其锋利度就自然不好。胎体包镶金刚石的能力取决于胎体的硬度和胎体对金刚石的浸润性，本实验在其它情况相同的条件下，设计了3种硬度的胎体，对比切割陶瓷，切割所用的均是牧田手提式切割机，功率1200W，转速12000转/分，干切(以下各切割对比表的切割条件相同)。其锋利度和切边情况见切割对比表1。

表1 不同胎体锯片切割10米600*600硬瓷砖效果对比

图2 切割速度与胎体硬度关系图Fig.2 Relational graph of cutting speed and matrix hardness

从表1和图2可以看出：胎体硬度在90HRB左右的胎体配方切割时更锋利，70HRB左右的最差，基本上是胎体硬度高的锋利度好些，同时切边的效果也好一些。

经观察切割后的锯片，胎体硬度高的金刚石出露高，金刚石脱落少，胎体硬度低的金刚石出露少，金刚石脱落的现象明显增多。

此次实验还证明，如果锯片锋利度不好，锯片在切割时就容易发热，切割时切口产生高温，造成瓷砖切边的爆裂，另外锯片温度升高后，锯片基体容易变形，切割时锯片的摆动也容易造成瓷砖切边的爆边，所以锋利度也是影响切边效果的关键因素。

1.2 锯片金刚石品级、粒度和浓度的选择

在其它情况相同的条件下，本实验分别设计了JR3、JR4、JR5型料的金刚石的锯片进行切割对比，实验表明：JR3型金刚石的锯片在切割时速度最慢，并且产生很大的火花，同时多次卡刀，出现卡刀时，锯片刀头发红，瓷砖切边爆裂，JR4型金刚石的锯片相对好多了，JR5型金刚石的锯片切割速度最快(图3)，切边效果也好，其锋利度和切边情况见切割对比表2：

表2 不同品级金刚石切割效果对比

图3 切割速度与金刚石品级关系图Fig.3 Relational graph of cutting speed and diamond grade

在其它情况相同的条件下，本实验分别设计了金刚石浓度在8%、12%、16%的三种锯片进行了对比切割。实验表明，随着金刚石浓度的提高，锯片的锋利度降低(图4)，其切边效果也变差，其锋利度和切边情况见切割对比表3。

图4 切割速度与金刚石浓度的关系图Fig.4 Relational graph of cutting speed and diamond concerntration

序号规格型号金刚石浓度切割材料切10米平均速度(米/分钟)切边效果1105×7热压湿片8%600×600硬瓷砖0.732105×7热压湿片12%600×600硬瓷砖0.663105×7热压湿片16%600×600硬瓷砖0.46

在其它情况相同的条件下，本实验分别设计了50/60、60/70、70/80粒度的三种金刚石的锯片，实验表明：金刚石粒度大小变化对锋利度影响不是很大(图5)，但是对切边效果的影响比较明显，70/80的切边效果最好。其锋利度和切边情况见切割对比表4。

2.3 锯片的加工精度

锯片的加工精度主要是指中心孔的精度、中心孔和外圆的同心度及锯片基体的平整度，即锯片的径跳和端跳，在生产实际中，中心孔的精度比较容易控制，通过标准铰刀铰孔基本可以达到要求，但是锯片的径跳和端跳受到机器设备和工艺操作水平的限制会有偏差，在切割实验中，径跳和端跳分别控制在0.15和0.1范围内的锯片切割更平稳，切边效果更好，以上各切割对比表试切的锯片径跳和端跳均是经过检测的，跳动在要求的范围之内，如果跳动超过范围，偏差越大切割效果越差，锋利度下降，瓷砖切边爆边增多。

表4 不同粒度金刚石的切割效果对比

图5 切割速度与金刚石粒度关系图Fig.5 Relational graph of cutting speed and diamond particle size

2.4 锯片基体的材质

我们的金刚石锯片传统使用的是65Mn材料的基体，金刚石锯片在切割陶瓷的时候，因为陶瓷切边爆边和基体的强度有很大的关系，在切割时如果基体摆动，锯片刀头进、出刀时，会撞击切边，会造成陶瓷切边爆边。因为要提高锯片的锋利度，锯片要尽量薄，锯片刀头的厚度为1.4，基体的厚度为1.0。但这个厚度基体的锯片，65Mn材料的锯片基体在切割时特别容易发热不能满足强度要求，会变形，所以要提升锯片的使用效果，就要有一种性能优于65Mn的基体材料。实际上，有一种含V的钢的力学指标优于65Mn，V是强碳化物形成元素，形成的VC质点稳定性好，弥散分布，能有效提高钢的热强性，并且这些质点小，稳定，可以有效阻止晶界移动，从而有效地细化晶粒，可以提高钢的红硬性，耐磨性。以上各切割对比表试切的锯片均采用的是一种含V的钢为基体材料，表5为65Mn和含V钢的力学性能指标对比表，从表5中可以看出，含V的钢作为基体材料强度更高，热稳定性更好，锯片切割时更加稳定，不易变形。

表5 65Mn和一种含V钢的力学性能对比Table 5 Mechanical property contrast of 65Mn and V bearing steel

在其它情况相同的条件下，本实验分别设计了65Mn材料基体和含V钢材料基体的金刚石的锯片，试验表明，基体材料对锯片的锋利度和切边效果有明显的影响，含V钢材料基体的金刚石的锯片比65Mn材料基体的锯片不仅锋利度好(图6)，切边效果也明显改善，其锋利度和切边情况见切割对比表6。

图6 切割速度与基体种类关系图Fig.6 Relational graph of cutting speed and matrix type

序号规格型号基体材料切割材料切10米平均速度(米/分钟)切边效果1105×7热压湿片65Mn600×600硬瓷砖0.612105×7热压湿片含Ⅴ钢600×600硬瓷砖0.75

3 结 论

(1)切割陶瓷Φ105金刚石锯片胎体硬度HRB在85～95的范围内，有利于提高锯片锋利度。

(2)切割陶瓷Φ105金刚石锯片金刚石浓度在8%左右，金刚石品级要达到JR5，有利于提高锯片锋利度。

(3)提高锯片的锋利度有利于提升切边效果。

(4)切割陶瓷Φ105金刚石锯片的径跳要控制在0.15范围之内、端跳要控制在0.1范围之内，有利于提高锯片的切边效果。

(5)切割陶瓷Φ105金刚石锯片金刚石的粒度选择在70/80目左右，有利于提高锯片切边效果。

(6)切割陶瓷Φ105金刚石锯片基体选用强度高于65MN的材料有利于提高锯片切边效果。

[1] 潘建农.金属材料与热处理[M].长沙：湖南大学出版社,2009.6.

[2] 黄圣坤等.金刚石工具预合金粉末水雾化工艺研究[C].2012年全国超硬材料技术发展论坛，会议论文，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

石晓义(1968-)，男，高级工程师。现就职于江西众利超硬材料工具有限公司，主要从事金刚石锯片的研究与开发工作。

石晓义 ,郑致富,李水堤,等.关于切割陶瓷金刚石锯片的研究[J].超硬材料工程，2017，29(5)：25-29.

TQ164

A

1673-1433(2017)05-0025-05