新型钎焊工具在石材加工中的应用

摘要：本文介绍了新型钎焊工具在石材、建材等材料加工上的应用。特别强调了新型钎焊工具产品与传统工具相比所具备的明显的社会效应和环境效应，并详细的指出了该类产品在非传统领域的广泛应用。

关键词：新型钎焊   石材加工  绿色   高效   应用

1 钎焊接金刚石工具原理简介

钎焊金刚石工具，自个世纪80年代末开始探索研究。目前，欧洲、日本和国内一些厂家（包括我国台湾地区在内）已经批量生产，属于新兴的金刚石工具。

电镀金刚石工具和钎焊金刚石工具都具有单层金刚石的特点；电镀法制备金刚石工具是通过金属的电沉积，将松散的金刚石颗粒固结在电镀层中，使金刚石颗粒具有切削能力。电镀工具上的镀层金属根本无法起到磨具行业严格意义上的“结合剂”的作用。由于电沉积的镀层金属在其与磨料和磨具基体的界面上均不存在牢固的化学冶金结合，镀层厚度必需高达磨料本身颗粒直径2/3以上，才能保证基体对金刚石有较强的镶嵌力，这种工具具有比较一致的磨粒出露高度，保证了被加工工件的表面质量。但只有1/3颗粒直径的出露高度，见图1，工具在加工过程中随着磨粒的磨损，切削刃逐渐变钝，工具的加工效率和使用寿命都不理想。钎焊金刚石工具采用在金刚石表面镀覆某些活性元素或钎焊合金中含有一定量的活性元素 (如Ti、Cr、W等)，并与金刚石发生化学反应在表面形成碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合，从而实现真正的金刚石表面金属化，见图1。

与电镀金刚石工具相比，钎焊金刚石工具由于其结合强高，对金刚石的把持力强，容屑空间大，功率消耗小，切削力小，加工效率高，使用寿命长、金刚石的利用率高，可以实现金刚石磨料的优化排布等优越性。更重要的是，生产过程无污染，适应当今绿色生产的理念。

目前，北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司依托中国钢铁研究总院及安泰科技的强大技术实力，钎焊金刚石工具已经掌握了两层，甚至多层技术。

图1 电镀和钎焊磨轮中金刚石出露高度对比

2  钎焊工具在石材加工各个工序的应用

2.1 荒料开采——钎焊金刚石绳锯

金刚石绳锯问世以来，是绳锯制造工艺不断革新的过程，也是绳锯不断发展和扩大应用过程。研究表明，金刚石串珠仍然是金刚石绳锯切割中成本与效益的主要因素。因此，国内外围绕串珠制造工艺做了一系列革新。目前串珠种类形成了烧结、电镀与高温钎焊多个产品种。

传统的烧结金刚石绳锯的使用性能在一定程度上取决于胎体对切割材料的匹配性，需要针对各种用途设计相应的胎体，如砂岩、板岩、大理石和花岗石等等，相同的石材不同的产地，硬度等指标也不相同。因此，难以制造通用性强的金刚石绳锯，要求绳锯的制作必须具有较强的针对性，生产出具有不同性能的绳锯以满足不同的使用要求。

钎焊金刚石绳锯是单层金刚石结构，加工范围广，不受石材类型限制；金刚石出露高度高，锋利度高，切割效率远远高于烧结绳锯；普通烧结绳锯的最小直径大约为8mm，钎焊绳锯的最小直径为6mm，资源浪费更小，这种串珠目前在世界上广泛用来加工名贵石材和复杂形状的石材产品。通过在美国、德国、意大利和台湾等地的广泛试验，获得令人满意的切削效果。

2.2 板材料的磨、抛——钎焊金刚石磨轮

随着世界建筑业及装饰业的发展，装饰材料的需求量越来越大。异型工艺石线产品无疑是最大量的。异型工艺板材的种类很多，其中磨边产品占了相当大的比重。所谓磨边，就是用成型磨边轮手工或机器将板材的一条边或几条边磨成具有几何形状的一种石材加工工艺，见图2。

图2  用金刚石磨边轮磨出的各种异型边

判断金刚石磨轮使用效果的好坏，主要依据三项指标，即磨削效率、使用寿命、加工质量。现在世界范围内通用的石材磨边工具是电镀金刚石磨边轮，此工具磨削寿命低、能耗大、生产过程污染严重，使用过程噪音大。随着现代制造业的发展，这种传统的石材磨边工具也越来越面临巨大挑战。

钎焊低噪音金刚石磨轮采用钢基体和环氧树脂基体两种材料组合的方式，钢基体的易加工性可以根据实际需要加工成各种复杂曲面形状，环氧树脂中心孔用于连接磨削设备。采用钢基体与环氧树脂基体相结合的方式，减轻了磨削工具重量，实现降低工作能耗，符合世界范围内的节能减排大趋势；减小工作过程的振动，实现降低噪音的效果，减少对操作人员的伤害，见图3。

图3  钎焊金刚石磨轮结构

2.3 玉石的艺术创作——钎焊雕刻针，见图4。

图4 北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司生产的

玉石雕塑工具

中国的琢玉以高超精巧的技艺称誉世界，玉及其雕琢的特技，是中国人的天才创造和杰出的贡献。俗话说得好：“人巧莫如家什妙”、“三分手艺七分家什”。新型钎焊雕刻针、锋利度高、雕琢玉时形准、规矩、利落、流畅，方寸之间可变化无穷。

 2.4 板材修复——钎焊钻头

人造石材是采用天然石材碎料加其他材料粘结合成，废弃的碎料的使用导致人造石材不可避免的存在着缺陷，采用钎焊钻头取芯填补法完全可以修补起缺陷，具体操作步骤如图5。

1－人造石；2－人造石破损；3－钎焊钻头；

4－钎焊钻取芯；5－料芯

图5  人造石的修补过程

在人造石材板上找到缺陷位置并标记；

用钎焊打孔钻去掉去掉缺陷位置；

在备用人造石板无缺陷位置处用钎焊取芯钻取芯；

在缺陷孔里涂树脂胶，把取出的去缺陷芯放入孔里。

新型钎焊钻头尺寸精度高，保证了芯块和孔的配合精度；金刚石出露高度高，不会被人造石中的树脂堵塞，见图6。

 
图6  钎焊金刚石薄壁钻头

2.5 破坏施工——钎焊锯片

随着全球气候的变暖，地壳活动进入一个相对活跃期，再加上随着社会经济的不断进步和发展，重大工程开工建设等人类活动的影响，世界各国正在遭受前所未有的地质灾害威胁。地震、崩塌、滑坡、泥石流、雨雪冰冻等突发性地质灾害日益增加。在地质环境灾害突然降临的时候，抢险应急产品能最大限度地抢救人民群众的生命和财产，将灾害对人类的危害和损失减少到最低程度。而高速锯片则是其中常用工具之一。

新型钎焊锯片在300〜500m/s以上直至1000m/s的超高速切削中唯一可以安全使用的高效金刚石锯片，见图7。

图7 新型钎焊金刚石超高速锯片

（此文发表于《石材》2012年2期）

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