超硬磨料在硬脆材料切割中的應用

    山東大學機械工程學院高偉劉鎮(zhèn)昌l.SH4W=JSl，也各有其局限性。除了金剛石串珠4居外，般都難=珠銀切割等。這此切割方法各有其特點，用途各視本文還比較詳細地介紹了較先進的線銀切割的，并且切縫較寬材率低，不適用于貴重材，的貨重的硬脆非金屬材料，并且切割速度7斤式。指出環(huán)形電，金剛石線鋸切縫窄，特別適合切割主詞超硬磨料硬脆材料切割會則石概述硬脆村料是指硬度高脆性大的村料。通常為非導或半導呢如衷祝材寶。玻璃娃晶體石英0曰體硬頃合金陶瓷和稀士磁性村料等。隨著工業(yè)的發(fā)展，硬脆村料在各個領域的應用，益廣泛在硬脆材料的各種加工方法中，切割加工占有很重要的地位，對脆性材料的切割大致有以下要求高效率低成本窄切縫材料利用率尚無損傷無環(huán)境污染。

　　
    近十幾年來，隨著超硬材料的迅速崛起，硬脆材料現(xiàn)。超硬材料主要指金剛石和立方氮化硼，它仙以單品聚品及薄膜等形式出現(xiàn)，足當今，界高科技領域中最有活力最有前景的材料之。金剛石是世界上己知最硬的物質(zhì)，并具有高導熱性高絕緣性高化學穩(wěn)定性等多種優(yōu)良性能，可用于鋁銅等有色金屬及其合金的高效桁密加工，特，適用于加工硬脆非金屬材料。

　　
    立方氦化硼的硬度僅次于金剛石。具有高化學穩(wěn)定件。高熱穩(wěn)定性等優(yōu)性能，特別適用滬加工黑色金屬材料及其合金。超硬材料的獨特性能決定了其在各種工程材料尤艽是硬脆材料的切割加工領域將有廣涵2硬脆材料的切割方法3前。按切割工具形狀分，硬脆材料的切割方法可分為1的幾種。

　　
    2.1圓鋸片切害人造金剛石的大量上市，金剛石圓片鋸作為切割工具2天己進入全盛時期。這種設備具有操作方便效率高加工質(zhì)量好等優(yōu)點，但噪音較大，刀片剛性差。切割過程中鋸片易產(chǎn)生振擺跑偏，導致被切割工件的平行度差，鋸片主軸唯以承受較大的鋸片，使切割過程中產(chǎn)生擺魂而不能切出直線，盡管增加鋸片厚度可以提1其剛性。1仍難以保證切1的平行度，另外，增加厚度個僅，加廣鋸片成木。而兒使鋸縫寬度增加而降低了出材率2.外圓切割的線速度較高，可達508，鋸切深度受到鋸片直徑的限制，般不超過直徑的分之。目前，鋸切深度般不超過1米1997年德國研制成功直徑達5米的圓鋸片芯片，據(jù)稱是世界之，外圓切割1要用干石材的切割。房4橋梁路面等建筑的拆除改建。為提高生產(chǎn)率，生產(chǎn)板材多用先進的多片式圓片鋸，般不超過30片，多者可達55按切割形式，圓鋸片切割又分為外圓切割和內(nèi)圓切割兩種。外，切割機以鋸片外周上的金剛公磨粒內(nèi)圓切割機是利用圓鋸片內(nèi)孔圓周上的金剛石磨切割沖的剛性好可做得很目前最薄可達內(nèi)圓切割的切縫窄，材料利用率高，機床易于調(diào)整，切割晶體質(zhì)量高，對材料損傷極小。由于其顯著優(yōu)點，因此，內(nèi)圓切割在硬脆材料的切割領域中應用廣泛，發(fā)展迅速，特別適于切割硅晶體陶瓷及硬質(zhì)合金等硬脆材料。但是，內(nèi)圓切割只能進行直線切割，無法切割曲面。，2.2帶狀具切割框架銀是種古老的使用帶狀工具的切割設備，人們對框架鋸切割原理進行了深入的研究1213.現(xiàn)代框架鋸的工藝參數(shù)在定范圍內(nèi)可自動調(diào)節(jié)，連桿行程可實現(xiàn)不停機自動補償。目前，世界上**的框架鋸次可安裝180根鋸條，能切出厚板材，銀條行程為80，1采用雙連桿驅動，可確保鋸路的直線性3.框架鋸是生產(chǎn)花崗巖大理石板材的常用機械設備，特別適合生產(chǎn)大尺寸板材。根據(jù)切割介質(zhì)分，框架鋸有使用游離磨料的，也有使用固結磨料的。使用游離磨料的框架鋸采用含有鋼砂的切割液為切割介質(zhì)，切割過程中產(chǎn)生的大量廢鋼砂漿對環(huán)境污染嚴重，切割效率較低，工具磨損較快，因此，采用固結金剛石磨料的銀條是框架鋸的個發(fā)展方向。不過，金剛石框架鋸目前還不能用于切割較硬的花崗巖石材。這是因為框架鋸的鋸條作往復運魂使金剛石燒結塊刀頭上的金剛石后部無法形成魚尾狀支撐，把持力較小，容易從胎體上脫落框架鋸鋸切大理石等較軟的石村時現(xiàn)在廣泛采用金剛石框架，備種框架，金剛邵鋸是以，焊金剛燒纟改的環(huán)形鋸條為切割工具。金剛石帶鋸于20世紀50年代出現(xiàn)于市場，我國于80年代才開始研制出該類設備14.這種設備有鋸小。鋸切違度快。刀幾材料消耗小噪音小等優(yōu)點。但它對荒料要求規(guī)整，不能逃行多炒切割鋼片切割機是利用排定間隙的張緊的鋼片在工件上作往復運動進行切割，其原理類似于鋼砂鋸。

　　
    磨液不斷地澆注到鋼片與工件的接觸部位，鋼片將磨液帶入工件切縫中形成切割作用。磨液中的磨料通常為碳化硅。鋼片切割機可同時切割幾十片上百片工件，切割效率高，質(zhì)量好。磨液經(jīng)處理后可重復使用，但切割環(huán)境較臟，對環(huán)境仍造成定污染。鋼片切割法適用于大量生廣石英諧振器的石英振子，計算機磁頭用的陶瓷鐵氧體結合劑，彩電用的延時玻璃片，陶瓷等的切斷切槽等13.

　　
    線鋸可分為種鋼絲鋸金剛石線鋸和金剛石串珠鋸。

　　
    2.3.1鋼絲釙鋼絲鋸分為單線式和多線式兩種，但常用多線式。

　　
    多線式鋼絲鋸原理2，是利用根鋼絲纏繞在組鋸絲導輪上，形成排以定間隔排列的切割線，切割時，鋼絲按定方向運動，同時工件和鋼絲相5壓緊，當含有游離磨料的切割液澆注到工件和鋸絲之間時，鋸絲快速運動將切割液帶入工件切縫，產(chǎn)生切削作用。切割液通常為磨料和礦物油按定比例混合而成。常用的磨料為碳化硅。

　　
    傳統(tǒng)的鋼絲鋸般為住復式記動，受到鋼絲度了利用單向程鋼絲進行高速高精度切斷加解決了08的大直徑硅片的高精度高效切斷加工問使切割線始終朝1個方向運動。比往復式鋼絲鋸切割違度提高12倍，可達0800通過提；1送料速度可縮短鋸切時間，這種鋼絲可重復使用510次。

　　
    該裝置可切割單晶硅英瓷和水品等。

　　
    加工大規(guī)模集成電路散熱器，1998年0必開發(fā)了種多線切割技術。該裝置仍為單向走絲，鋼絲線長達，切⑴是般線長的，捫倍似大走線速度鋼絲鋸的主要特點為切縫窄，目前最小切縫可達0.2切片量大，切片成本低；但可靠性差，鋼絲耐用度低。

　　
    2.3.2金剛石線據(jù)金剛石線鋸是將高硬度高耐磨性的金剛石磨粒牢固地電鍍在鋼絲基體上面制成的種切割工具。和使用含碳化硅等傳統(tǒng)磨料的切割液為切割介質(zhì)的鋼絲據(jù)相比，由于金剛石磨料具有高硬度高耐磨性等顯著金剛石與磨料磨具工資〉觸，鋼絲壽命可大大提高，切割效率和精度也更高。金剛石線鋸不僅可以加工石材玻璃等普通硬脆材料，而且因其切縫窄可小于0.5，特別適用于切割寶石瑪瑙陶瓷水晶等貴重的硬脆材料。實驗研究明，金剛石線鋸切割硬脆材料有以下優(yōu)點⑴切割未經(jīng)燒結的她質(zhì)合企能保證其軟的邊緣不破損2脆性品體切片用線銀比用砂輪效果好，其振動旦接觸工件就馬停止3線鋸切割時溫度低?？捎脕砬懈铋澱巡牧?；4切割絕緣體不引起崩碎5能切褙密窄縫6能做大尺寸工件切岸金剛石線鋸亦單線式和多線式兩種金剛石多線鋸的切割運動形式類似于鋼絲鋸卞要用尸切斷加工切割，鋸絲從個絞輪繞到另個絞輪上叮實現(xiàn)中等速度的切割，但同鋼絲鋸樣，鋸絲必須有足夠節(jié)機構較繁瑣。80年代中期，英國有人做出種多線緊纏著100200英尺長的切割線。這種工具可鋸割金屬陶瓷玻璃石英等脆性物質(zhì)，且線拉得越直切割效果越好，央1的從咖1610了公司生產(chǎn)的金剛石線鋸也為多線式。該鋸可切割任意材料，切口面光潔，無崩刃現(xiàn)象發(fā)生25.

　　
    金剛石單線鋸多用于成型切割。金剛石單線鋸有兩種形式往復式多由曲柄機構驅，鋸絲上下往復運動。這種鋸結構簡單，適應性好，可以對各種硬脆材料進行內(nèi)外曲線面的切割。但由于往復運動，鋸絲的有效工作長度受到限制。鋸絲利用率低，切割速度較低。般為231.，瑞于8年代中朗研制出往復式金剛石線銀21.九十年代國內(nèi)先后研制出幾種類似設備2223，主要加工各種精密復雜形狀的石墨電極石墨零件等石墨制品，還可切割玻璃夾布膠木陶瓷火理等非金屬材料之徊轉式足將線鋸焊接成環(huán)形通過導輪實現(xiàn)循環(huán)切割叫轉式線鋸的整個長度內(nèi)都，工作史用壽命長，切割速度，切割速度可達10208.美中不足的是該形式的線銀切割內(nèi)曲面時必須先切割條進線口。1989年聯(lián)邦德國的130，3公司生產(chǎn)了種回轉式的金剛石線，該鋸用個導以輪使線鋸沿環(huán)形軌道導向，調(diào)節(jié)滾輪的位置可切割高達300的還料，切割寬度為0.61.5，可實現(xiàn)干切割硬質(zhì)合金陶瓷橡膠等各種軟硬材料24.1993年日本進行了金剛石電鍍環(huán)形線鋸的研宄，并提出了焊據(jù)可提高硅塊切割面的質(zhì)量2鋼絲鋸和金剛石線鋸般適用于尺寸較小的工件般不能用切割大尺寸工件2.3.3金剛石串珠鋸金剛石串珠鋸是近十幾年發(fā)展較快的切割工具。

　　
    它產(chǎn)生于70年代，最初應用于石材的開采，后來廣泛應用于建筑物橋梁等混凝土結構的拆除和改造，也用于切割玻璃等材料26氣金剛石串珠鋸0131 31聊由鋼絲繩芯金剛石串珠和隔離套組成串珠以定間隔穿在繩芯上，并由隔離套分開。串珠鋸的性能，如切割效率使用壽命等主要取決于金剛石串珠鍍和熱壓燒結。最初金剛石串珠是通過電鍍的方法制造的，1983年以后開始用燒結的方法生產(chǎn)23.前者只有層金剛石磨料，開始時切割速度較快，但磨損速度也較快；而后者的金剛石磨料可以不斷的更新，切割速度較慢，但使用壽命長。這兩種串珠的共同缺點是金剛石磨粒為隨機分布，分布不均。文獻2介紹了種焊接式金剛石串珠，金剛石磨?？砂炊ǚ较蜉^均勾地分布，取得了較好的應用效果。

　　
    除了制造方法外，材料組成和工藝條件對串珠特性也有定影響。有不少學者對其進行了研宄，大部分的研究都是對以較昂貴的鈷為結合劑的金剛石串珠。最近幾年有人開始研宄以鐵作結合劑的串珠，并取了定效果33叫。

　　
    和傳統(tǒng)的磨料相比，金剛石特性優(yōu)良，金剛石工具既能加工石材。也可加玻璃；代它硬脆村料。因此各國對串珠銀的研究都非常重視。奧地利開發(fā)生產(chǎn)了種金剛石串珠據(jù)，可以加工玻璃石材等的圓形桌面和其他貴重家具，也可加工墓碑和石英玻逸以及切割玻璃板該鋸可完成斜面。1面內(nèi)部凹梢以及切割閱形等維曲面切割速度為抑，進給違度為公司1997年研制了種計算機控制的4軸聯(lián)動的金剛石串珠據(jù)，該鋸有兩個直線運動軌個垂直面的旋轉軸，個水平面的旋轉軸?？杉庸げ煌L度的柱體錐體及其它成型曲面。如可山整塊石料加工出旋轉樓梯切割速度為14，進給速度為1.幾巧。

　　
    金剛石串珠鋸不但能切割直面，而且還能切割曲面，切割板料時，還可進行多道串珠鋸切割，生產(chǎn)效率非常高37，因此，其作用非常廣泛，但受到串珠直徑的限制，切縫比較寬。村此。目前還+能亍細微結3硬脆材料切割技術的主要發(fā)展方向隨養(yǎng)硬脆村，應用的日，廣泛，近兒年來切剖技術也得到了日新月異的發(fā)展，總的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面。

　　
    高速切割。隨著刀具材料及機床技術的發(fā)展，切割速度不斷提高以金剛線鋸為例，往夂式的切割速度，為，如無法體現(xiàn)金剛心切割工幾的卓越性能而回轉式線銀其速度可提高到，以上。

　　
    高出材率。提高出材率有利于節(jié)約自然資源，降低生產(chǎn)成本。圓鋸片金剛石繩鋸框架鋸等傳統(tǒng)的切割方法的切縫都較寬，不適用于貴重材料的切割，內(nèi)圓切割的切縫雖可達0.1但只能切割直面，不能切割曲面，金剛石線鋸的切縫最小可為0.2，而且可以切割曲面，無疑是發(fā)展方向之。

　　
    自動編程與多軸聯(lián)動。隨著軟件技術的發(fā)展，數(shù)控切割的編程系統(tǒng)將更加完善，基于斯8和入1 01的動編程樂統(tǒng)將大人，編程效率，振動切割。日本對振動切割技術的研究較多，實際應用明振動切割效率相當于普通無振動切割具的壽命。

　　
    宇根宏治。金剛石圓鎊。1祝迅腿，993，9談耀麟。石材加工機械發(fā)展趨勢。石材，2⑴0l334 15康善存。硬脆材料的精密切割與發(fā)展趨勢。制造技術與機床，1997.

　　
    16小島，正康。利用單向行程鋼絲鋸進行高速高精度切斷加工。精密22張國林，陳玉全。電鍍金剛石絲鋸的開發(fā)研究。儀技術與傳感器，23畢善斌，陳玉全。硬脆材料線切割機床的研究。機械設計與制造，24聯(lián)邦德國6，上01心公司用金剛石線鋸切割的機床。他RolireprofiK 25取訪部仁。金剛石電鍍環(huán)形金屬錢材工具的開發(fā)，焊接法及焊接接。

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