(四)力效應、溫度效應及磨破損
金剛石圓鋸片在切割石材的過程中,會受到離心力、鋸切力、鋸切熱等交變載荷的作用。 由于力效應和溫度效應而引起金剛石圓鋸片的磨捐損。
力效應:在鋸切過程中,鋸片要受到軸向力和切向力的作用。由于在圓周方向和徑向存在力的作用,使得鋸片在軸向呈波浪狀,在徑向呈碟狀。這兩種變形都會造成巖石切面不平直、石材浪費多、鋸切時噪音大、振動加劇,造成金剛石結塊早期破損、鋸片壽命降低。
溫度效應:傳統(tǒng)理論認為:溫度對鋸片過程的影響主要表現(xiàn)在兩個方面:一是導致結塊中的金剛石石墨化;二是造成金剛石與胎體的熱奕力而導致金剛石顆粒過早脫落。新研究表明:切割過程中產(chǎn)生的熱量主要傳入結塊?;^(qū)溫度不高,一般在40~120℃之間。而磨粒磨削點溫度卻較高,一般在250~700℃之間。而冷卻液只降低弧區(qū)的平均溫度,對磨粒溫度卻影響較小。這樣的溫度不致使石墨炭化,卻會使磨粒與工件之間摩擦性能發(fā)生變化,并使金剛石與添加劑之間發(fā)生熱應力,而導致金剛石失效機理發(fā)生根本性彎化。研究表明,溫度效應是使鋸片破損的最大影響因素。
磨破損:由于力效應和溫度較應,鋸片經(jīng)過一段時間的使用往往會產(chǎn)生磨破損。磨破損的形式主要有以下幾種:磨料磨損、局部破碎、大面積破碎、脫落、結合劑沿鋸切速度方向的機械擦傷。磨料磨損:金剛石顆粒與式件不斷摩擦,棱邊鈍化成平面,失去切削性能,增大摩擦。鋸切熱會使金剛石顆粒表面出現(xiàn)石墨化薄層,硬度大大降低,加劇磨損:金剛石顆粒表面承受交變的熱應力,同時還承受交變的切削應力,就會出現(xiàn)疲勞裂紋而局部破碎,顯露出銳利的新棱邊,是較為理想的磨損形態(tài);大面積破碎:金剛石顆粒在切入切出時承受沖擊載荷,比較突出的顆粒和晶粒過早消耗掉;脫落:交變的切削力使金剛石顆粒在結合劑中不斷的被晃動而產(chǎn)生松動。同時,鋸切過程中的結合劑本身的磨損和鋸切熱使結合劑軟化。這就使結合劑的把持力下降,當顆粒上的切削力大于把持力時,金剛石顆粒就會脫落。無論哪一種磨損都與金剛石顆粒所承受的載荷和溫度密切相關。而這兩者都取決于鋮切工藝和冷卻潤滑條件。
(五)金剛石鋸片制造方法
隨著汽車、航空和航天技術的飛速發(fā)展,對材料性能及加工技術的要求日益提高。新型材料如碳纖維增強塑料、顆粒增強金屬基復合材料(PRMMC)及陶瓷材料得到廣泛應用。這些材料具有強度高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小等特性,這決定了對它們進行機加工時刀具的壽命非常短。開發(fā)新型耐磨且穩(wěn)定的超硬切削刀具是許多高校、科研院所和企業(yè)研究的課題。 金剛石集力學、光學、熱學、聲學、光學等眾多優(yōu)異性能于一身,具有極高的硬度,摩擦系數(shù)小,導熱性高,熱膨脹系數(shù)和化學惰性低,是制造刀具的理想材料。
應用范圍
(1)難加工有色金屬材料的加工。加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合金時,材料易粘附刀具,加工困難。利用金剛石摩擦系數(shù)低、與有色金屬親和力小的特點,金剛石刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結。此外,由于金剛石彈性模量大,切削時刃部變形小,對所切削的有色金屬擠壓變形小,可使切削過程在小變形下完成,從而可以提高加工表面質(zhì)量。
(2)難加工非金屬材料的加工。加工含有大量高硬度質(zhì)點的難加工非金屬材料,如玻璃纖維增強塑料、填硅材料、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料時,材料的硬質(zhì)點使刀具磨損嚴重,用硬質(zhì)合金刀具難以加工,而金剛石刀具硬度高、耐磨性好,因此加工效率高。
(3)超精密加工。隨著現(xiàn)代集成技術的問世,機加工向高精度方向發(fā)展,對刀具性能提出了相當高的要求。由于金剛石摩擦系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)低、導熱率高,能切下極薄的切屑,切屑容易流出,與其它物質(zhì)的親和力小,不易產(chǎn)生積屑瘤,發(fā)熱量小,導熱率高,可以避免熱量對刀刃和工件的影響,因此刀刃不易鈍化,切削變形小,可以獲得較高質(zhì)量的表面。