关于烧结金刚石锯片分类设计的研究

万元华,石晓义,李水堤,张绍和,刘志环，

(1.江西众利超硬材料工具有限公司，江西 鄱阳 334000;2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410000)

1 墙面地面开槽的烧结金刚石锯片设计

1.1 开槽金刚石锯片的性能要求

开槽金刚石锯片主要用于房屋装修时在墙面或地面开槽埋水管和线管，开槽时需先对墙面和地面进行切割。现在房屋的墙体一般分为两种：一种是砖墙，为大多数，是建筑区间面积隔离的主要墙体，墙体用红砖砌成，墙面到砖体约2公分厚的材料是水泥砂浆；另外一种是剪力墙，为少数，是建筑的承重墙体，墙体是钢筋混凝土材料，墙面1到2公分的材料也是水泥砂浆。水泥砂浆和红砖都是很软的材料，但是研磨性很强，在切割这类墙体时，对金刚石锯片胎体的磨损很大，所以锯片一定要耐磨，不然，锯片很快就会消耗完，锯片的使用成本就高；而反之，在切割这类墙体时，由于墙体材料研磨性很强，也有利于锯片金刚石的出刃，金刚石锯片在切割时的自锐从而使锯片保持锋利，所以设计这种锯片首先要考虑锯片的耐磨性。但是在偶尔切割剪力墙时，由于墙体里面是混凝土，混凝土硬度很高，要求金刚石锯片还是要有一定的锋利度，才不会出现锯片烧片或切不动的情况。所以开槽金刚石锯片的性能必须是在耐磨性好的基础上，力求达到耐磨和具有一定锋利度的完美结合，锯片有这样的性能才具有高的性价比。

1.2 开槽金刚石锯片配方的设计要点

基于切割对象的以上特点，开槽金刚石锯片的配方设计首先一定要考虑刀头胎体的耐磨性，或增加金刚石浓度提高锯片的耐磨性，但是金刚石浓度也不能太高，否则锯片在切割混凝土时的锋利度会受影响，另外还要选择恰当的金刚石的品级，确保在切割混凝土时锯片具有一定的锋利度。我们经过调整设计参数，并多次对比试验，设计的开槽金刚石锯片胎体配方为耐磨胎体，金刚石品级一般为JR4型料以上，金刚石浓度一般在15%、金刚石粒度为40～60目时，这种配方的锯片开槽时较耐磨，同时也可以满足切割混凝土时对锋利度的要求，深受经销商和使用者的欢迎。

1.3 常规尺寸干切开槽金刚石锯片款式设计

现在的装修工人在房屋装修时，主要的切割工具为Φ115手持切割机器，所以市场上的锯片尺寸主要都是以Φ114为主，锯片尺寸大了会装不进这种切割机，即配这种切割机的锯片外径一般不能大于Φ114。根据开槽金刚石锯片的性能要求，要保证锯片的寿命还要锯片有一定的锋利度，这可以从两个方面去考虑，一是根据开槽金刚石锯片配方的设计要点把锯片的配方设计成偏耐磨型，但是刀头太耐磨时锯片的锋利度会下降，甚至会造成切割费力或切不动的情况，所以耐磨的设计也是相对的;二是直接加高刀头，在耐磨性能一定的情况下，刀头越高其使用寿命越长。传统设计的锯片刀头高是12毫米(如图1所示)，因为外径只有Φ114，所以加高刀头一般只能缩小基体，但是基体小到一定的程度也会影响锯片的切深，开槽锯片的切深一般要大于20，基体要大于Φ84才能保证锯片的切深，所以我们将开槽金刚石锯片设计为刀头高度15毫米。综合配方设计和刀头高度的设计，本公司设计的Φ114×15的加高刀头开槽锯片如图2所示，此款开槽金刚石锯片在混凝土墙开槽时可以切到200米以上，在红砖墙上开槽时可以切到600米以上，以一百平方面积房子为例，可以开槽3到4套房，比市场上一般的锯片开槽性价比更加优良。

图1 Φ114×12普通刀头开槽锯片Fig.1 A Φ114×12 Slotted saw blade with regular segments

图2 Φ114×15加高刀头开槽锯片Fig.2 A Φ114×15 Slotted saw blade with heightened segments

1.4 常规尺寸湿切开槽金刚石锯片款式设计

某些工况下，特别是为了避免切割时产生的大量扬尘而导致工作环境恶劣，使用者切割时需要加水湿切。但是在湿切过程中，切割产生的碎屑容易黏在锯片的基体上，这些碎屑研磨性很强，由于离心力的作用，碎屑会富集在锯片刀头和基体的连接处，会对基体产生反复磨损，造成基体磨薄而形成沟槽，最终导致基体断裂(如图3所示),影响锯片的使用寿命，同时也会造成使用的安全隐患。根据这个情况，本公司将锯片设计成刀头加高并且有保护齿的形状(如图4所示)，这种锯片刀头和基体的连接处的基体部分受到了金刚石刀头的保护，基体磨薄、或导致基体断裂的情况大大减少，消除了使用时的安全隐患。

图3 普通的开槽锯片Fig.3 A regular slotted saw blade

图4 加高且有保护齿的开槽锯片Fig.4 A Slotted saw blade with heightened and protected segments

1.5 加大尺寸开槽金刚石锯片款式设计

在有些情况下，为了能够在墙面和地面埋没更粗的管线，开槽的深度就需要更深，这样就需要更大直径的锯片，例如本公司设计的Φ125(如图5)、Φ156(如图6)、 Φ190(如图7)、Φ230(如图8)等，直径越大，切割的深度越深，也就是开槽的深度越深。这些锯片也是在开槽金刚石锯片配方设计要点的基础上，做加高刀头设计，刀头的高度都在15毫米以上,加高刀头的设计有利于提高锯片的寿命和确保锋利度。

图5 Φ125 开槽金刚石锯片Fig.5 A Φ125 Slotted diamond saw blade

图6 Φ156 开槽金刚石锯片Fig.6 A Φ156 Slotted diamond saw blade

图7 Φ190 开槽金刚石锯片Fig.7 A Φ190 Slotted diamond saw blade

图8 Φ230 开槽金刚石锯片Fig.8 A Φ230 Slotted diamond saw blade

2 石材切割的金刚石锯片设计

2.1 石材切割金刚石锯片的性能要求

石材切割金刚石锯片主要用于建筑物外墙的石材干挂、房屋地面、道路、广场等石材铺贴时的石材切割[4，5]。石材一般为各种花岗石。花岗石硬度高，莫氏硬度有些达7级以上，在现场施工时用Φ115手持式切割机切割，为施工方便，所以一般都是干切。在干切的条件下，很多锯片在切割的时候容易出现两个问题：一是锯片切割速度会衰减，也就是说新的锯片开始切的时候锋利度还可以，随着切割的进行，金刚石刃角的磨损，锯片就越来越钝，切割的时候也很费力；二是由于有些花岗石特别硬，切割的阻力也就大，锯片基体承受的冲击力也加大，有时候会造成基体的疲劳断裂，影响产品的使用寿命，甚至影响产品使用的安全性。所以石材切割金刚石锯片的性能必须是锋利度好，干切时速度不会衰减，基体不容易断裂，在这个基础上再保持一定的使用寿命，才能具有高的性价比。

2.2 石材切割金刚石锯片配方的设计要点

基于切割对象的以上特点，在干切的条件下，为了锯片切割速度不会衰减，配方设计一定要考虑刀头胎体的硬度，以保证在锯片切割时金刚石不会脱落，或金刚石不会压入到胎体中，即能保证金刚石有一定的出刃高度，并且金刚石的品级一定要高，保证锯片在切割时金刚石不会提前破碎，但金刚石的浓度却不能太高，以确保每颗金刚石切割时有足够的切割力。我们设计的石材切割片刀头的胎体硬度都在HRB100左右，金刚石一般用JR5型料，金刚石浓度一般在8%，这种配方的锯片锋利度既很好，又切割很轻松，深受经销商和使用者欢迎。

2.3 常规尺寸石材切割金刚石锯片款式设计

石材干挂、道路广场等石材铺贴时的石材切割，主要用的手持切割机器为Φ115的切割机，所以市场上主要的锯片尺寸都是以Φ114为主，锯片尺寸大了会装不进这种机器，也就是说配这种切割机的锯片外径一般不能大于Φ114，传统锯片是以12毫米刀头的分齿锯片为主。我们在设计这类用途的锯片时，为了增强锯片的锋利度，在结构上，我们设计成分齿波纹形状。本公司设计的Φ114×12分齿波纹锯片如图9所示，石材切割锯片因基体承受的冲击力较大，为了保证不出现基体疲劳断裂的情况，基体的材料都是选用优于65Mn的材料。本公司还有一种设计为连续波纹形状的Φ114×12连续波纹锯片(图10所示)。连续波纹锯片在使用过程中因基体承受的冲击力较小，不容易出现基体的疲劳断裂，所以用常规的65MN材料即可。本公司的这两款锯片，干切20毫米厚的花岗石，寿命可达400米以上，从开始到锯片消耗完，切割的速度都不会衰减，基体也不会断裂。比市场上一般锯片切割石材的性能更加优良，市场上一般的锯片经常会有切不动或基体断裂的情况。

图9 Φ114×12分齿波纹锯片Fig.9 A Φ114×12 Segmented turbo saw blade

图10 Φ114×12连续波纹锯片Fig.10 A Φ114×12 Rim turbo saw blade

2.4 加大尺寸石材切割锯片的款式设计

在某些工况下，特别是石材雕刻、整形，需要更深的切割深度或更高的切割效率，这就需要用到更大的手持切割机，也就需要用到更大直径的锯片。一般是Φ190直径和Φ230直径的锯片，刀头设计同样是采用分齿波纹的方式。本公司设计的Φ190×15锯片和Φ230×15的金刚石锯片分别如图11、图12所示：

图11 Φ190×15分齿波纹锯片Fig.11 A Φ190×15 Segmented turbo saw blade

图12 Φ230×15 分齿波纹锯片Fig.12 A Φ230×15 Segmented turbo saw blade

3 瓷砖切割的金刚石锯片设计

3.1 瓷砖切割金刚石锯片的性能要求

瓷砖切割金刚石锯片主要用于房屋装修时在墙面或地面的瓷砖铺贴，瓷砖铺贴时，如果瓷砖尺寸超出了要铺贴的尺寸，就要对瓷砖进行切割，为了切割方便，现在一般也是干切。现在铺贴的瓷砖有釉面砖、全瓷通体砖、全瓷抛釉砖等，瓷砖本身硬度高，并且随着生产水平的提高，有些瓷砖的莫氏硬度也达到7级以上，如有些全瓷通体砖、全瓷抛釉砖，一般的金刚石锯片根本切不动，切割时火花四溅。所以切割瓷砖的锯片要做特别的设计，首先要考虑锯片的锋利度，另外，瓷砖是硬脆材料，切割时容易出现爆边的情况，在施工中的要求是切边要整齐，所以瓷砖锯片还要在切割效果上下功夫，尽量避免出现爆边的情况。所以瓷砖切割金刚石锯片的性能必须是在锋利性好、切割瓷砖不爆边的基础上，力求达到一定的使用寿命，锯片有这样的性能才具有高的性价比[6]。

3.2 瓷砖切割金刚石锯片配方的设计要点

在现场切割施工时一般用Φ115手持式切割机干切，在干切的条件下，同样为了锯片切割速度不会衰减，配方设计也一定要考虑刀头胎体的硬度、特别是刀头胎体的红硬性、金刚石的品级、金刚石的浓度，同时还要考虑金刚石的粒度，我们设计的瓷砖切割片刀头胎体硬度HRB在85～95的范围内，有利于提高锯片锋利度，金刚石浓度在6%左右、金刚石品级为JR5以上，有利于提高锯片锋利度，金刚石的粒度选择在70/80目左右，有利于提高锯片切边效果。这种配方的锯片很受使用者欢迎。

3.3 瓷砖切割金刚石锯片款式设计

房屋装修时在墙面或地面的铺贴瓷砖，用Φ115的切割机可以切透30毫米厚的板，瓷砖厚度一般在10～15毫米。为了达到瓷砖切割金刚石锯片的性能要求，即要锋利，可以将锯片刀头和基体都减薄，即超薄设计，锯片外径还可以缩小。超薄锯片缩小外径可以增加锯片切割时的稳定性。经过试验表明：刀头可以设计为1.2～1.4毫米厚，相应的基体厚为0.8～1毫米厚即可，锯片外径可以设计为Φ100～Φ105。本公司设计的Φ105×10锯片如图13所示。刀头设计为连续波纹形状，从结构上进一步增加了锯片的锋利度，刀头设计不宜太高，10毫米即可，因为是超薄的刀头，刀头太高有可能在使用时出现刀头断裂的情况，会影响锯片使用的安全性。本公司设计的这款锯片在切割各种硬瓷砖时都很锋利，切边质量也很好，不会爆边，能切硬瓷砖300米以上，性能明显优于市场上的一般产品。

图13 Φ105×10连续波纹锯片Fig.13 A Φ105×10 Rim turbo saw blade

4 结论

(1)市场上应用最广的有三类烧结金刚石锯片：分别是用于墙面地面开槽的烧结金刚石锯片、石材切割的烧结金刚石锯片和瓷砖切割的烧结金刚石锯片。

(2)用于墙面地面开槽的烧结金刚石锯片除配方设计的合理性外，刀头一般采用加高设计，以满足对锯片寿命的要求，湿切开槽还要加保护齿设计。

(3)石材切割的烧结金刚石锯片除配方设计的合理性外，刀头一般采用波纹设计以进一步增加锯片锋利度。

(4)瓷砖切割的烧结金刚石锯片除配方设计的合理性外，锯片一般采用超薄设计，并且锯片外径缩小，增加切割时的稳定性，使切割的瓷砖不爆边；刀头采用波纹设计以增加锯片的锋利度。

(5)开槽和石材切割锯片有切深更深要求时，相对采用大直径的锯片，配方设计原理和刀头设计原理相同。