摘要： 金剛石繩鋸已經(jīng)在石材切割和建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用， 一些新工藝和新方法被用于制作金剛石繩鋸。 采用串珠自動(dòng)冷壓成型技術(shù)， 串珠熱等靜壓技術(shù)， 使生產(chǎn)效率得到大幅度提高， 制作成本大幅下降； 釬焊技術(shù)和金剛石定向排布技術(shù)提高了金剛石繩鋸的綜合性能。 利用這些技術(shù)制作高性能的小直徑繩鋸和工程建筑用繩鋸進(jìn)一步擴(kuò)大了繩鋸的使用范圍。
　　
　　1、前言
　　
　　金剛石繩鋸作為一種柔性超硬材料切割工具，從面世至今，已有40多年的發(fā)展歷史，從最初的電鍍技術(shù)，發(fā)展到以燒結(jié)、 釬焊技術(shù)為主流的制造技術(shù)；從只能切割軟質(zhì)石材到廣泛應(yīng)用于花崗巖礦山的荒料開(kāi)采、鋼筋混凝土或金屬結(jié)構(gòu)件的切割，在制造技術(shù)推陳出新的同時(shí)，應(yīng)用范圍也 越來(lái)越廣。目前國(guó)產(chǎn)金剛石繩鋸的綜合性能已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平，且造價(jià)低廉，完全能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)石材礦山開(kāi)采和板材加工業(yè)的需求，甚至有許多企業(yè)生產(chǎn)的繩鋸 產(chǎn)品已開(kāi)始大量出口歐美等西方國(guó)家。隨著金剛石繩鋸機(jī)械及金剛石繩鋸切割技術(shù)的快速推廣使用，我國(guó)石材荒料開(kāi)采已進(jìn)入金剛石繩鋸時(shí)代，金剛石繩鋸制造企業(yè) 得到了空前的發(fā)展。如國(guó)內(nèi)某公司2007 年金剛石繩鋸產(chǎn)量已達(dá)3萬(wàn)多米，產(chǎn)值1500萬(wàn)元，盈利300多萬(wàn)，相對(duì)上一年度，產(chǎn)量、產(chǎn)值、利潤(rùn)等指標(biāo)都實(shí)現(xiàn)了翻番的目標(biāo)。國(guó)內(nèi)金剛石繩鋸制造企業(yè)通 過(guò)自主創(chuàng)新，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)金剛石繩鋸技術(shù)的快速進(jìn)步，為金剛石繩鋸的進(jìn)一步推廣使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　
　　2、金剛石繩鋸的制作新工藝
　　
　　隨著金剛石繩鋸使用量的增長(zhǎng)和應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，金剛石繩鋸的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，為了順應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)急劇發(fā)展的形勢(shì)，趕上國(guó)際先進(jìn)水 平，國(guó)內(nèi)一些公司近幾年不斷引進(jìn)新設(shè)備，研究應(yīng)用新技術(shù)，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量、 生產(chǎn)效率也大幅度提高，而制作成本卻在不斷下降。
　　
　　2.1 制粒及容積式自動(dòng)冷壓工藝
　　
　　目前國(guó)內(nèi)繩鋸生產(chǎn)廠家普遍采用不制粒的粉末進(jìn)行手工冷壓串珠生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量易受人為因素影響，且工作環(huán)境粉塵多，不利于人體健康。
　　
　　鑒于使用不制粒粉末進(jìn)行冷壓存在的諸多弊端，國(guó)內(nèi)某公司首先將粉末制粒工藝及配套設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。粉末制粒工藝就是將粉料加入容器中靠攪 拌器與切割刀的高速旋轉(zhuǎn)作用并噴射霧化溶劑使粉末形成顆粒，20min可完成10kg粉料的制粒，制粒粉經(jīng)烘干、篩選后，制成30～80目的球狀顆粒，成 型率在85%以上。這種方法制作的粉料，流動(dòng)性更好，金剛石經(jīng)過(guò)包衣與制粒粉末混合后，金剛石在工作唇面上的分布更均勻；包衣后的金剛石表面被粉末包裹， 在壓制過(guò)程中避免了與模具表面直接接觸，降低了模具的損耗。
　　
　　有了粉末制粒技術(shù)和金剛石包衣技術(shù)以后，國(guó)內(nèi)一些公司引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)的自動(dòng)冷壓機(jī)進(jìn)行串珠的生產(chǎn)，該設(shè)備是根據(jù)容積法（定粉料的量）從裝料到基體和胎體一起冷壓成型，自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
　　
　　2.2　熱等靜壓技術(shù)
　　
　　金剛石串珠燒結(jié)是繩鋸生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，直接影響繩鋸的鋸切性能。串珠是圓筒薄壁結(jié)構(gòu)，要求燒結(jié)致密度高，通常的熱壓燒結(jié)方法由于上下壓頭壁 太薄，受壓能力差，直接限制了串珠的燒結(jié)致密度，而且壓頭損耗大 ，成本較高。傳統(tǒng)的先冷壓再無(wú)壓燒結(jié)方法，串珠的燒結(jié)致密度更低，嚴(yán)重影響繩鋸的性能。目前最有效的燒結(jié)方式就是采用熱等靜壓（HIP）技術(shù)，在串珠生產(chǎn) 中的應(yīng)用就是將燒結(jié)后的串珠置于玻璃套中（也有企業(yè)不放入玻璃套，直接放入熱等靜壓燒結(jié)爐中），放入熱等靜壓機(jī)中，以惰性氣體Ar氣為傳壓介質(zhì)，溫度升到 800℃～900℃進(jìn)行等靜壓處理，然后采用滾筒處理或噴丸處理將玻璃套去掉。用該技術(shù)生產(chǎn)的串珠孔隙少，致密度高，能提高串珠的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及工 作壽命，還能提高基體與胎體之間的粘接強(qiáng)度；由于爐腔大，一次性可以裝幾千粒串珠，利于批量生產(chǎn)。
　　
　　
　　
　　3、金剛石繩鋸的新技術(shù)
　　
　　3.1　釬焊技術(shù)
　　
　　孕鑲金剛石工具是一種將金剛石顆粒和金屬粉末混合后燒結(jié)制成的特殊復(fù)合材料。金剛石顆粒在胎體中一般呈隨機(jī)狀態(tài)分布，工具工作時(shí)隨著胎體的不 斷磨損，使得一層層的金剛石顆粒不斷出露并作為微切削刃刻取被切割物，自身不斷磨損碎裂和脫落，以接力的形式連續(xù)工作，循環(huán)往復(fù)以至消耗完畢。孕鑲燒結(jié)串 珠的金剛石在胎體中的分布都是隨機(jī)的，磨粒之間的間隔不均，而胎體又主要是靠機(jī)械力的方式對(duì)金剛石把持，金剛石出刃值低，切割效率低，出刃自銳問(wèn)題難于解 決，不能發(fā)揮每一顆金剛石的磨削作用，造成原料的浪費(fèi)。金剛石串珠 “釬焊” 的原理是采用含有活性元素（如Ti、Cr、W 等）的釬料在釬焊的過(guò)程中使活性元素與金剛石表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成一層碳化物，借助于這層碳化物的作用，金剛石、胎體（釬料）、基體三者就能實(shí)現(xiàn)牢固的 化學(xué)冶金結(jié)合。國(guó)內(nèi)釬焊串珠主要用鎳基或鈦基釬料，然后在真空條件或氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)主要是制作單層金剛石釬焊串珠，多層金剛石釬焊串珠 還有待研究。
　　
　　3.2　金剛石定向排布技術(shù)
　　
　　金剛石按照一定的規(guī)律有序地在工具工作唇面上排布，金剛石與金剛石之間的排列距離，排列規(guī)律都是可控的，用以適應(yīng)不同切割對(duì)象的切割要求，我 們將此種技術(shù)稱(chēng)為金剛石定向排布技術(shù)。實(shí)現(xiàn)金剛石有序排列的方法有模板法、點(diǎn)膠法、激光法。最新的實(shí)用方法是在胎體冷壓成型過(guò)程中形成所需要的規(guī)則排布的 孔，孔的直徑大小按照金剛石包衣的最粗粒度設(shè)計(jì)，采用自動(dòng)冷壓機(jī)自動(dòng)冷壓成型，然后采用特殊的專(zhuān)用設(shè)備將金剛石填入孔中，再冷壓后進(jìn)行熱壓燒結(jié)。金剛石在 串珠工作唇面上有序地排列后，其切割效率和切割壽命比傳統(tǒng)的串珠有較大改善，金剛石的利用率也有很大的提高。
　　
　　3.3　綜合技術(shù)應(yīng)用
　　
　　綜上所述，采用高溫釬焊和金剛石有序排布綜合制造技術(shù)制作的串珠與孕鑲燒結(jié)、 電鍍串珠比較，有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，特別是在小直徑串珠繩上的應(yīng)用。其主要優(yōu)勢(shì)有： ①金剛石出露高，普通型串珠的金剛石出刃高度限制在磨粒高度的1/3，而釬焊型串珠的出刃高度可達(dá)2/3，具有高達(dá)70%～80%的金剛石裸露高度，大大 擴(kuò)展了容屑空間，不容易發(fā)生切屑堵塞而導(dǎo)致工具失效。②切割效率高，釬焊型串珠的切割效率是普通燒結(jié)型串珠的4 倍，其牢固的化學(xué)冶金結(jié)合適合高效磨削。③金剛石的利用率高，金剛石用量減少一半，降低了成本，而鋸切壽命相當(dāng)于常規(guī)串珠。釬焊技術(shù)在小直徑串珠上的應(yīng)用 能產(chǎn)生很好的效果，若把孕鑲燒結(jié)型串珠的胎體直徑減小便失去了其多層金剛石的特點(diǎn)，而釬焊技術(shù)卻能夠制造出性能優(yōu)越而規(guī)格比較小的金剛石串珠。
　　
　　4　金剛石繩鋸新系列和新應(yīng)用擴(kuò)展情況
　　
　　4.1 金剛石繩鋸的新系列
　　
　　比較傳統(tǒng)的金剛石系列繩鋸（直徑一般為58-512mm） ，以小直徑金剛石繩鋸的應(yīng)用為代表（串珠直徑一般為55.5- 57.5mm ）形成了金剛石繩鋸的新系列品種，其主要應(yīng)用于嚴(yán)格要求切縫大小的領(lǐng)域。
　　
　　同時(shí)串珠直徑的減小，對(duì)珍貴石材的切割有重要意義。小直徑金剛石繩鋸在石材加工上的應(yīng)用，一方面節(jié)約石材資源，另一方面減少加工能耗，使得加 工手段更趨環(huán)保。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)一些公司現(xiàn)在已生產(chǎn)出多種規(guī)格的串珠繩，直徑最小的已能做到56.0?？s小繩鋸規(guī)格，必定要縮小鋼絲繩芯和金剛石 串珠的直徑，其采用的鋼絲繩直徑一般只有53.5～53.8mm ，由于切割阻力的減少，小直徑金剛石繩鋸可鋸切大面積（4m2）和厚度（5mm）很薄的花崗巖板材，鋸切效率提高了3 倍。小直徑繩鋸的切割力和能量消耗比59mm的繩鋸大約減少20%～30% ，每平方米的切割時(shí)間減少大約25%。用小直徑繩鋸加工出來(lái)的材料尺寸偏差也小于大直徑金剛石繩鋸，因此它具有一些特殊的性能。目前小直徑串珠最好采用熱 等靜壓技術(shù)（先經(jīng)過(guò)冷壓后熱等靜壓燒結(jié)）或是采用釬焊金剛石的方法制作?？s小金剛石串珠直徑有利于提高生產(chǎn)率、 降低生產(chǎn)成本，且在使用過(guò)程中噪音小，污染少，能耗低。
　　
　　4.2　鋼筋混凝土切割繩鋸的新應(yīng)用進(jìn)展
　　
　　目前國(guó)內(nèi)鋼筋混凝土繩鋸技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了相對(duì)成熟的階段，實(shí)際使用的范圍在不斷的擴(kuò)大。除了傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)切割，其在海底電纜切割，輸 油管道切割，大型的鋼鐵等金屬結(jié)構(gòu)件切割，鍋爐和冶煉爐的改造等領(lǐng)域也有大規(guī)模的應(yīng)用。如哈爾濱工程大學(xué)和國(guó)內(nèi)某公司合作開(kāi)發(fā)的海底輸油管道和電纜管道切 割繩鋸和配套的設(shè)備已經(jīng)得到了小規(guī)模的應(yīng)用；上海寶鋼和廣西柳鋼等國(guó)內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)冶煉爐的改造工程也大量使用了金剛石繩鋸，其具有的切縫小，操作簡(jiǎn) 單，環(huán)保，部件切割能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)能給企業(yè)節(jié)省大量的改造成本。
　　
　　5、結(jié)語(yǔ)
　　
　　相比較其它金剛石工具，金剛石繩鋸是柔韌性工具，其不僅可用于切割直板，還可切割異形板材；不受物體表面形狀限制，工作場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單，可以進(jìn) 行大面積切割；使用金剛石繩鋸可以提高資源利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染。由于具備這些優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用粉 末制粒技術(shù)和自動(dòng)冷壓技術(shù)，可大幅度提高金剛石繩鋸的生產(chǎn)效率；采用諸如熱等靜壓技術(shù)、金剛石定向排布技術(shù)、釬焊技術(shù)等新工藝、 新方法制作的金剛石繩鋸可以大幅度地提高繩鋸的綜合性能，高性能金剛石繩鋸的大規(guī)模使用對(duì)于提高石材資源的利用率，降低單位面積的切割成本和保護(hù)生態(tài)環(huán)境 具有十分重要的意義。