萬(wàn)元華,石曉義,李水堤,張紹和,劉志環(huán)，

(1.江西眾利超硬材料工具有限公司，江西 鄱陽(yáng) 334000;2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 墻面地面開(kāi)槽的燒結(jié)金剛石鋸片設(shè)計(jì)

1.1 開(kāi)槽金剛石鋸片的性能要求

開(kāi)槽金剛石鋸片主要用于房屋裝修時(shí)在墻面或地面開(kāi)槽埋水管和線管，開(kāi)槽時(shí)需先對(duì)墻面和地面進(jìn)行切割?，F(xiàn)在房屋的墻體一般分為兩種：一種是磚墻，為大多數(shù)，是建筑區(qū)間面積隔離的主要墻體，墻體用紅磚砌成，墻面到磚體約2公分厚的材料是水泥砂漿；另外一種是剪力墻，為少數(shù)，是建筑的承重墻體，墻體是鋼筋混凝土材料，墻面1到2公分的材料也是水泥砂漿。水泥砂漿和紅磚都是很軟的材料，但是研磨性很強(qiáng)，在切割這類墻體時(shí)，對(duì)金剛石鋸片胎體的磨損很大，所以鋸片一定要耐磨，不然，鋸片很快就會(huì)消耗完，鋸片的使用成本就高；而反之，在切割這類墻體時(shí)，由于墻體材料研磨性很強(qiáng)，也有利于鋸片金剛石的出刃，金剛石鋸片在切割時(shí)的自銳從而使鋸片保持鋒利，所以設(shè)計(jì)這種鋸片首先要考慮鋸片的耐磨性。但是在偶爾切割剪力墻時(shí)，由于墻體里面是混凝土，混凝土硬度很高，要求金剛石鋸片還是要有一定的鋒利度，才不會(huì)出現(xiàn)鋸片燒片或切不動(dòng)的情況。所以開(kāi)槽金剛石鋸片的性能必須是在耐磨性好的基礎(chǔ)上，力求達(dá)到耐磨和具有一定鋒利度的完美結(jié)合，鋸片有這樣的性能才具有高的性價(jià)比。

1.2 開(kāi)槽金剛石鋸片配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于切割對(duì)象的以上特點(diǎn)，開(kāi)槽金剛石鋸片的配方設(shè)計(jì)首先一定要考慮刀頭胎體的耐磨性，或增加金剛石濃度提高鋸片的耐磨性，但是金剛石濃度也不能太高，否則鋸片在切割混凝土?xí)r的鋒利度會(huì)受影響，另外還要選擇恰當(dāng)?shù)慕饎偸钠芳?jí)，確保在切割混凝土?xí)r鋸片具有一定的鋒利度。我們經(jīng)過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，并多次對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的開(kāi)槽金剛石鋸片胎體配方為耐磨胎體，金剛石品級(jí)一般為JR4型料以上，金剛石濃度一般在15%、金剛石粒度為40～60目時(shí)，這種配方的鋸片開(kāi)槽時(shí)較耐磨，同時(shí)也可以滿足切割混凝土?xí)r對(duì)鋒利度的要求，深受經(jīng)銷商和使用者的歡迎。

1.3 常規(guī)尺寸干切開(kāi)槽金剛石鋸片款式設(shè)計(jì)

現(xiàn)在的裝修工人在房屋裝修時(shí)，主要的切割工具為Φ115手持切割機(jī)器，所以市場(chǎng)上的鋸片尺寸主要都是以Φ114為主，鋸片尺寸大了會(huì)裝不進(jìn)這種切割機(jī)，即配這種切割機(jī)的鋸片外徑一般不能大于Φ114。根據(jù)開(kāi)槽金剛石鋸片的性能要求，要保證鋸片的壽命還要鋸片有一定的鋒利度，這可以從兩個(gè)方面去考慮，一是根據(jù)開(kāi)槽金剛石鋸片配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)把鋸片的配方設(shè)計(jì)成偏耐磨型，但是刀頭太耐磨時(shí)鋸片的鋒利度會(huì)下降，甚至?xí)斐汕懈钯M(fèi)力或切不動(dòng)的情況，所以耐磨的設(shè)計(jì)也是相對(duì)的;二是直接加高刀頭，在耐磨性能一定的情況下，刀頭越高其使用壽命越長(zhǎng)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的鋸片刀頭高是12毫米(如圖1所示)，因?yàn)橥鈴街挥笑?14，所以加高刀頭一般只能縮小基體，但是基體小到一定的程度也會(huì)影響鋸片的切深，開(kāi)槽鋸片的切深一般要大于20，基體要大于Φ84才能保證鋸片的切深，所以我們將開(kāi)槽金剛石鋸片設(shè)計(jì)為刀頭高度15毫米。綜合配方設(shè)計(jì)和刀頭高度的設(shè)計(jì)，本公司設(shè)計(jì)的Φ114×15的加高刀頭開(kāi)槽鋸片如圖2所示，此款開(kāi)槽金剛石鋸片在混凝土墻開(kāi)槽時(shí)可以切到200米以上，在紅磚墻上開(kāi)槽時(shí)可以切到600米以上，以一百平方面積房子為例，可以開(kāi)槽3到4套房，比市場(chǎng)上一般的鋸片開(kāi)槽性價(jià)比更加優(yōu)良。

圖1 Φ114×12普通刀頭開(kāi)槽鋸片F(xiàn)ig.1 A Φ114×12 Slotted saw blade with regular segments

圖2 Φ114×15加高刀頭開(kāi)槽鋸片F(xiàn)ig.2 A Φ114×15 Slotted saw blade with heightened segments

1.4 常規(guī)尺寸濕切開(kāi)槽金剛石鋸片款式設(shè)計(jì)

某些工況下，特別是為了避免切割時(shí)產(chǎn)生的大量揚(yáng)塵而導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣，使用者切割時(shí)需要加水濕切。但是在濕切過(guò)程中，切割產(chǎn)生的碎屑容易黏在鋸片的基體上，這些碎屑研磨性很強(qiáng)，由于離心力的作用，碎屑會(huì)富集在鋸片刀頭和基體的連接處，會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生反復(fù)磨損，造成基體磨薄而形成溝槽，最終導(dǎo)致基體斷裂(如圖3所示),影響鋸片的使用壽命，同時(shí)也會(huì)造成使用的安全隱患。根據(jù)這個(gè)情況，本公司將鋸片設(shè)計(jì)成刀頭加高并且有保護(hù)齒的形狀(如圖4所示)，這種鋸片刀頭和基體的連接處的基體部分受到了金剛石刀頭的保護(hù)，基體磨薄、或?qū)е禄w斷裂的情況大大減少，消除了使用時(shí)的安全隱患。

圖3 普通的開(kāi)槽鋸片F(xiàn)ig.3 A regular slotted saw blade

圖4 加高且有保護(hù)齒的開(kāi)槽鋸片F(xiàn)ig.4 A Slotted saw blade with heightened and protected segments

1.5 加大尺寸開(kāi)槽金剛石鋸片款式設(shè)計(jì)

在有些情況下，為了能夠在墻面和地面埋沒(méi)更粗的管線，開(kāi)槽的深度就需要更深，這樣就需要更大直徑的鋸片，例如本公司設(shè)計(jì)的Φ125(如圖5)、Φ156(如圖6)、 Φ190(如圖7)、Φ230(如圖8)等，直徑越大，切割的深度越深，也就是開(kāi)槽的深度越深。這些鋸片也是在開(kāi)槽金剛石鋸片配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做加高刀頭設(shè)計(jì)，刀頭的高度都在15毫米以上,加高刀頭的設(shè)計(jì)有利于提高鋸片的壽命和確保鋒利度。

圖5 Φ125 開(kāi)槽金剛石鋸片F(xiàn)ig.5 A Φ125 Slotted diamond saw blade

圖6 Φ156 開(kāi)槽金剛石鋸片F(xiàn)ig.6 A Φ156 Slotted diamond saw blade

圖7 Φ190 開(kāi)槽金剛石鋸片F(xiàn)ig.7 A Φ190 Slotted diamond saw blade

圖8 Φ230 開(kāi)槽金剛石鋸片F(xiàn)ig.8 A Φ230 Slotted diamond saw blade

2 石材切割的金剛石鋸片設(shè)計(jì)

2.1 石材切割金剛石鋸片的性能要求

石材切割金剛石鋸片主要用于建筑物外墻的石材干掛、房屋地面、道路、廣場(chǎng)等石材鋪貼時(shí)的石材切割[4，5]。石材一般為各種花崗石?；◢徥捕雀?，莫氏硬度有些達(dá)7級(jí)以上，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)用Φ115手持式切割機(jī)切割，為施工方便，所以一般都是干切。在干切的條件下，很多鋸片在切割的時(shí)候容易出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：一是鋸片切割速度會(huì)衰減，也就是說(shuō)新的鋸片開(kāi)始切的時(shí)候鋒利度還可以，隨著切割的進(jìn)行，金剛石刃角的磨損，鋸片就越來(lái)越鈍，切割的時(shí)候也很費(fèi)力；二是由于有些花崗石特別硬，切割的阻力也就大，鋸片基體承受的沖擊力也加大，有時(shí)候會(huì)造成基體的疲勞斷裂，影響產(chǎn)品的使用壽命，甚至影響產(chǎn)品使用的安全性。所以石材切割金剛石鋸片的性能必須是鋒利度好，干切時(shí)速度不會(huì)衰減，基體不容易斷裂，在這個(gè)基礎(chǔ)上再保持一定的使用壽命，才能具有高的性價(jià)比。

2.2 石材切割金剛石鋸片配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于切割對(duì)象的以上特點(diǎn)，在干切的條件下，為了鋸片切割速度不會(huì)衰減，配方設(shè)計(jì)一定要考慮刀頭胎體的硬度，以保證在鋸片切割時(shí)金剛石不會(huì)脫落，或金剛石不會(huì)壓入到胎體中，即能保證金剛石有一定的出刃高度，并且金剛石的品級(jí)一定要高，保證鋸片在切割時(shí)金剛石不會(huì)提前破碎，但金剛石的濃度卻不能太高，以確保每顆金剛石切割時(shí)有足夠的切割力。我們?cè)O(shè)計(jì)的石材切割片刀頭的胎體硬度都在HRB100左右，金剛石一般用JR5型料，金剛石濃度一般在8%，這種配方的鋸片鋒利度既很好，又切割很輕松，深受經(jīng)銷商和使用者歡迎。

2.3 常規(guī)尺寸石材切割金剛石鋸片款式設(shè)計(jì)

石材干掛、道路廣場(chǎng)等石材鋪貼時(shí)的石材切割，主要用的手持切割機(jī)器為Φ115的切割機(jī)，所以市場(chǎng)上主要的鋸片尺寸都是以Φ114為主，鋸片尺寸大了會(huì)裝不進(jìn)這種機(jī)器，也就是說(shuō)配這種切割機(jī)的鋸片外徑一般不能大于Φ114，傳統(tǒng)鋸片是以12毫米刀頭的分齒鋸片為主。我們?cè)谠O(shè)計(jì)這類用途的鋸片時(shí)，為了增強(qiáng)鋸片的鋒利度，在結(jié)構(gòu)上，我們?cè)O(shè)計(jì)成分齒波紋形狀。本公司設(shè)計(jì)的Φ114×12分齒波紋鋸片如圖9所示，石材切割鋸片因基體承受的沖擊力較大，為了保證不出現(xiàn)基體疲勞斷裂的情況，基體的材料都是選用優(yōu)于65Mn的材料。本公司還有一種設(shè)計(jì)為連續(xù)波紋形狀的Φ114×12連續(xù)波紋鋸片(圖10所示)。連續(xù)波紋鋸片在使用過(guò)程中因基體承受的沖擊力較小，不容易出現(xiàn)基體的疲勞斷裂，所以用常規(guī)的65MN材料即可。本公司的這兩款鋸片，干切20毫米厚的花崗石，壽命可達(dá)400米以上，從開(kāi)始到鋸片消耗完，切割的速度都不會(huì)衰減，基體也不會(huì)斷裂。比市場(chǎng)上一般鋸片切割石材的性能更加優(yōu)良，市場(chǎng)上一般的鋸片經(jīng)常會(huì)有切不動(dòng)或基體斷裂的情況。

圖9 Φ114×12分齒波紋鋸片F(xiàn)ig.9 A Φ114×12 Segmented turbo saw blade

圖10 Φ114×12連續(xù)波紋鋸片F(xiàn)ig.10 A Φ114×12 Rim turbo saw blade

2.4 加大尺寸石材切割鋸片的款式設(shè)計(jì)

在某些工況下，特別是石材雕刻、整形，需要更深的切割深度或更高的切割效率，這就需要用到更大的手持切割機(jī)，也就需要用到更大直徑的鋸片。一般是Φ190直徑和Φ230直徑的鋸片，刀頭設(shè)計(jì)同樣是采用分齒波紋的方式。本公司設(shè)計(jì)的Φ190×15鋸片和Φ230×15的金剛石鋸片分別如圖11、圖12所示：

圖11 Φ190×15分齒波紋鋸片F(xiàn)ig.11 A Φ190×15 Segmented turbo saw blade

圖12 Φ230×15 分齒波紋鋸片F(xiàn)ig.12 A Φ230×15 Segmented turbo saw blade

3 瓷磚切割的金剛石鋸片設(shè)計(jì)

3.1 瓷磚切割金剛石鋸片的性能要求

瓷磚切割金剛石鋸片主要用于房屋裝修時(shí)在墻面或地面的瓷磚鋪貼，瓷磚鋪貼時(shí)，如果瓷磚尺寸超出了要鋪貼的尺寸，就要對(duì)瓷磚進(jìn)行切割，為了切割方便，現(xiàn)在一般也是干切。現(xiàn)在鋪貼的瓷磚有釉面磚、全瓷通體磚、全瓷拋釉磚等，瓷磚本身硬度高，并且隨著生產(chǎn)水平的提高，有些瓷磚的莫氏硬度也達(dá)到7級(jí)以上，如有些全瓷通體磚、全瓷拋釉磚，一般的金剛石鋸片根本切不動(dòng)，切割時(shí)火花四濺。所以切割瓷磚的鋸片要做特別的設(shè)計(jì)，首先要考慮鋸片的鋒利度，另外，瓷磚是硬脆材料，切割時(shí)容易出現(xiàn)爆邊的情況，在施工中的要求是切邊要整齊，所以瓷磚鋸片還要在切割效果上下功夫，盡量避免出現(xiàn)爆邊的情況。所以瓷磚切割金剛石鋸片的性能必須是在鋒利性好、切割瓷磚不爆邊的基礎(chǔ)上，力求達(dá)到一定的使用壽命，鋸片有這樣的性能才具有高的性價(jià)比[6]。

3.2 瓷磚切割金剛石鋸片配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在現(xiàn)場(chǎng)切割施工時(shí)一般用Φ115手持式切割機(jī)干切，在干切的條件下，同樣為了鋸片切割速度不會(huì)衰減，配方設(shè)計(jì)也一定要考慮刀頭胎體的硬度、特別是刀頭胎體的紅硬性、金剛石的品級(jí)、金剛石的濃度，同時(shí)還要考慮金剛石的粒度，我們?cè)O(shè)計(jì)的瓷磚切割片刀頭胎體硬度HRB在85～95的范圍內(nèi)，有利于提高鋸片鋒利度，金剛石濃度在6%左右、金剛石品級(jí)為JR5以上，有利于提高鋸片鋒利度，金剛石的粒度選擇在70/80目左右，有利于提高鋸片切邊效果。這種配方的鋸片很受使用者歡迎。

3.3 瓷磚切割金剛石鋸片款式設(shè)計(jì)

房屋裝修時(shí)在墻面或地面的鋪貼瓷磚，用Φ115的切割機(jī)可以切透30毫米厚的板，瓷磚厚度一般在10～15毫米。為了達(dá)到瓷磚切割金剛石鋸片的性能要求，即要鋒利，可以將鋸片刀頭和基體都減薄，即超薄設(shè)計(jì)，鋸片外徑還可以縮小。超薄鋸片縮小外徑可以增加鋸片切割時(shí)的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明：刀頭可以設(shè)計(jì)為1.2～1.4毫米厚，相應(yīng)的基體厚為0.8～1毫米厚即可，鋸片外徑可以設(shè)計(jì)為Φ100～Φ105。本公司設(shè)計(jì)的Φ105×10鋸片如圖13所示。刀頭設(shè)計(jì)為連續(xù)波紋形狀，從結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步增加了鋸片的鋒利度，刀頭設(shè)計(jì)不宜太高，10毫米即可，因?yàn)槭浅〉牡额^，刀頭太高有可能在使用時(shí)出現(xiàn)刀頭斷裂的情況，會(huì)影響鋸片使用的安全性。本公司設(shè)計(jì)的這款鋸片在切割各種硬瓷磚時(shí)都很鋒利，切邊質(zhì)量也很好，不會(huì)爆邊，能切硬瓷磚300米以上，性能明顯優(yōu)于市場(chǎng)上的一般產(chǎn)品。

圖13 Φ105×10連續(xù)波紋鋸片F(xiàn)ig.13 A Φ105×10 Rim turbo saw blade

4 結(jié)論

(1)市場(chǎng)上應(yīng)用最廣的有三類燒結(jié)金剛石鋸片：分別是用于墻面地面開(kāi)槽的燒結(jié)金剛石鋸片、石材切割的燒結(jié)金剛石鋸片和瓷磚切割的燒結(jié)金剛石鋸片。

(2)用于墻面地面開(kāi)槽的燒結(jié)金剛石鋸片除配方設(shè)計(jì)的合理性外，刀頭一般采用加高設(shè)計(jì)，以滿足對(duì)鋸片壽命的要求，濕切開(kāi)槽還要加保護(hù)齒設(shè)計(jì)。

(3)石材切割的燒結(jié)金剛石鋸片除配方設(shè)計(jì)的合理性外，刀頭一般采用波紋設(shè)計(jì)以進(jìn)一步增加鋸片鋒利度。

(4)瓷磚切割的燒結(jié)金剛石鋸片除配方設(shè)計(jì)的合理性外，鋸片一般采用超薄設(shè)計(jì)，并且鋸片外徑縮小，增加切割時(shí)的穩(wěn)定性，使切割的瓷磚不爆邊；刀頭采用波紋設(shè)計(jì)以增加鋸片的鋒利度。

(5)開(kāi)槽和石材切割鋸片有切深更深要求時(shí)，相對(duì)采用大直徑的鋸片，配方設(shè)計(jì)原理和刀頭設(shè)計(jì)原理相同。