兩種冷壓方式對金剛石串珠及其切割效率的影響

莫 睿, 張 俊, 鐘 帥

(1.桂林特邦新材料有限公司 ,廣西 桂林 541004;2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 廣西超硬材料重點實驗室，廣西 桂林 541004;3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西 桂林 541004)

1 簡介

金剛石串珠繩鋸生產(chǎn)中，串珠的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程[1]。由于金剛石工具的特殊性，金剛石分布對金剛石串珠繩鋸的性能有決定性影響，而冷壓是決定金剛石分布的最后一道工序，對最終產(chǎn)品的性能起著決定性作用，后道工序不能再對金剛石的分布變化產(chǎn)生影響，對金剛石在金剛石串珠胎體中的分布起著“把關”作用。隨著國內(nèi)金剛石串珠繩鋸工具生產(chǎn)線上自動化程度的大幅提高[2-3]，金剛石串珠冷壓生產(chǎn)形式的變化使得生產(chǎn)工藝參數(shù)隨之變化[3-4]，而對金剛石分布變化的研究較少。

金剛石數(shù)量對金剛石工具制品的性能起著非常重要的作用[5]，而金剛石串珠繩鋸在工作過程中直徑不斷減小，其金剛石數(shù)量也隨之變化。

本次實驗通過使用兩種冷壓方式下生產(chǎn)的金剛石串珠做成花崗巖礦山繩鋸，對花崗巖礦山進行切割，研究金剛石數(shù)量隨金剛石串珠直徑縮小而產(chǎn)生的變化，并統(tǒng)計金剛石數(shù)量變化與繩鋸切割效率之間的變化，探索兩種冷壓方式對金剛石分布數(shù)量隨串珠直徑變化和花崗巖切割效率的影響。

2 實驗

2.1 實驗原料

采用W15A2金剛石串珠結(jié)合劑配方粉料，采用三維混料機混大料8小時后，加入添加劑，質(zhì)量分數(shù)0.5%，然后添加金剛石混合50分鐘。

2.2 實驗串珠規(guī)格

實驗串珠規(guī)格：外徑：Φ12.2mm，基體外徑：Φ8mm，高6.4mm；

實驗串珠重量：3.61g；

實驗繩鋸規(guī)格：每米串珠數(shù)量40粒，每種樣品總長度50m；

實驗切割花崗巖：五蓮花；

實驗切割使用功率：55kW；

實驗切割量：100m2/刀。

2.3 生產(chǎn)工藝

冷壓方式：半自動冷壓，全自動冷壓。

燒結(jié)溫度及壓力：860℃，25MPa；

2.4 實驗方式

將同一批次混合出來的W15A2金剛石串珠配方結(jié)合劑粉料，分別使用半自動冷壓與全自動冷壓按指定重量進行冷壓壓制，使用相同的燒結(jié)工藝燒結(jié)成串珠，各自制作50m礦山繩鋸，使用55kW的繩鋸機將繩鋸分別對五蓮花花崗巖進行切割。

在金剛石串珠制作過程中，將兩種方式冷壓出來的串珠，進行打磨，直徑每打磨0.6mm后分別記錄其表面金剛石數(shù)量。主要比對前5層金剛石。

繩鋸切割礦石時，每次切割記錄其切割效率，單位為m2/h。

3 結(jié)果與討論

3.1 金剛石串珠外觀對比

兩種冷壓方式制作出來的串珠繩鋸初開刃時候就可以看出，兩者表面金剛石的分布明顯不同，如圖1到圖4。

圖1 半自動冷壓串珠繩鋸外觀Fig.1 Appearance of semi-automatic cold pressed bead wire saw

圖2 半自動冷壓串珠金剛石狀況Fig.2 Surface diamond condition of semi-automatic cold pressed beads

圖3 全自動冷壓串珠繩鋸外觀Fig.3 Appearance of fully automatic cold-pressed bead wire saw

圖4 全自動冷壓串珠金剛石狀況Fig.4 Condition of fully automatic cold pressed bead diamond

可以看出，剛開刃時，全自動冷壓出來的金剛石串珠表面的金剛石密度，遠大于半自動冷壓串珠的表面金剛石密度，說明冷壓工序中不同設備對粉料存在不同的處理方式，使粉料輸送的條件發(fā)生變化，影響了金剛石在輸送過程中的運動軌跡，造成了金剛石在串珠胎體內(nèi)部的分布產(chǎn)生變化，冷壓并燒結(jié)成型后其金剛石的分布呈現(xiàn)出明顯不同。

3.2 不同直徑下金剛石串珠表面金剛石顆粒數(shù)變化

對兩種冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數(shù)量進行比對，金剛石數(shù)量結(jié)果見表1和表2。

表1 半自動冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數(shù)量Table 1 The number of diamonds on the surface of diamond beads of different diameters under semi-automatic

表2 全自動冷壓方式下不同直徑的金剛石串珠表面金剛石數(shù)量Table 2 The number of diamonds on the surface of diamond beads of different diameters in the fully automatic

通過表1和表2可以看出，兩種冷壓方式生產(chǎn)的金剛石串珠，在不同直徑下金剛石數(shù)量有明顯變化。

全自動冷壓的金剛石串珠前3層的金剛石總數(shù)量明顯大于半自動冷壓串珠的金剛石數(shù)量，但第4和第5層的總數(shù)量比半自動冷壓串珠多出的數(shù)量和百分比均明顯下降。而半自動冷壓串珠的金剛石數(shù)量在第2層最高，之后緩慢下降；全自動冷壓串珠的金剛石數(shù)量在第1層最高，第2層金剛石數(shù)量開始下降，第3和第4層金剛石數(shù)量下降的最快，第5層下降趨緩。

對比金剛石出露數(shù)量，其變化趨勢基本和金剛石總數(shù)相當，但到了第4和第5層，全自動冷壓串珠的出露金剛石數(shù)量趨同于半自動冷壓串珠的金剛石出露數(shù)量。

3.3 兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率變化對比

兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率結(jié)果見表3。

表3 兩種冷壓方式下金剛石繩鋸切割花崗巖的效率Table 3 The efficiency of diamond wire saw to cut granite under two cold pressing methods

可以看到，兩種冷壓方式制作的金剛石串珠繩鋸切割花崗巖，第1次的效率最低，然后不斷提高，直至趨于穩(wěn)定。

半自動冷壓串珠繩鋸的切割第1次切割9.4m2/h就達到了最高效率11.3m2/h的83%，到了第3次后效率基本保持在最高范圍，而全自動冷壓串珠繩鋸，在第1次切割時，效率5.5m2/h明顯低于半自動冷壓串珠繩鋸，只到同期半自動冷壓效率的58%，最高效率的49%，直到第4次切割，效率10.9m2/h才接近于半自動冷壓串珠繩鋸，達到96%，從第5次及其后效率達到半自動冷壓串珠繩鋸水平。

3.4 金剛石數(shù)量和花崗巖切割效率

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，如果金剛石數(shù)量——尤其是出露金剛石數(shù)量過多，如出露金剛石在200以上時，數(shù)量越多，對金剛石繩鋸的切割效率下降影響就越大，而出露金剛石在200以下時，金剛石繩鋸的切割效率會維持在一個較高范圍內(nèi)波動，總體效率基本達到其最高效率的90%以上。

4 結(jié)論分析

(1)不同冷壓方式生產(chǎn)的金剛石串珠，相同直徑下金剛石數(shù)量有較大差異，而隨串珠直徑變化，其金剛石數(shù)量變化趨勢也有明顯不同；

(2)外層的全自動冷壓串珠表面金剛石數(shù)量明顯比相同直徑的半自動冷壓串珠表面金剛石數(shù)量多，隨著串珠直徑的減小，兩者表面金剛石數(shù)量趨向相同；

(3)金剛石串珠表面金剛石過多，會大大降低金剛石串珠繩鋸的切割效率；

(4)金剛石串珠表面金剛石，尤其是出露金剛石下降到一定數(shù)量后，金剛石串珠繩鋸的切割效率會保持在一定的范圍不變。

5 展望

隨著串珠全自動冷壓技術在金剛石串珠和繩鋸生產(chǎn)企業(yè)中得以迅速推廣應用，進一步提升了金剛石串珠生產(chǎn)的自動化程度，而由于自動化生產(chǎn)的方式與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比較，在工序流程、模具結(jié)構(gòu)、粉料輸送方式上有較大差異，使得串珠性能上產(chǎn)生區(qū)別。隨著自動化生產(chǎn)設備在不斷改進，其對最終產(chǎn)品的性能影響仍然處于摸索階段，有極大的改進空間。

本文僅就全自動冷壓與傳統(tǒng)串珠生產(chǎn)方式對金剛石分布數(shù)量隨串珠直徑變化和花崗巖切割效率影響的不同做了粗略探索，而自動化生產(chǎn)工藝對金剛石串珠繩鋸的性能影響這個課題涉及方方面面，在這個非常廣闊的空間里仍存在大量問題，有待行業(yè)同仁們共同研究解決，對金剛石串珠繩鋸生產(chǎn)進一步自動化進行基礎性研究，為推進整個金剛石工具行業(yè)進行產(chǎn)業(yè)升級盡一份綿薄之力。