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/國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

1 簡 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采、異形石板加工等，隨著社會進(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[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?；旌辖M成的粉末在常溫下壓制為串珠冷壓坯的過程[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程中位移情況非常復(fù)雜，不能簡單歸為單向、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]，串珠壓制后脫模過程中模具沒有分型過程，使得無制粒劑的金剛石工具胎體雖然減小了制粒劑對產(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)對模具損傷很大。模具磨損后，壓坯在退模時(shí)容易破損，會導(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)果見表1和表2。

圖1 無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有添加劑的高度小，方差小，說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2s后，保壓效果下降。

3.3 壓力參數(shù)對模具壽命的影響

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箟褐频拇閴号髌茡p，無法生產(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)延長保壓時(shí)間會增加串珠壓制周期，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，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，實(shí)現(xiàn)中國制造2025的目標(biāo)盡一份綿薄之力。