国产超大直径金刚石圆锯片基体工艺设备的研发.docx
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国产超大直径金刚石圆锯片基体工艺设备的研发
国产超大直径金刚石圆锯片基体工艺设备的研发
——河北星烁锯业股份有限公司
一、背景
在世界范围内，金刚石圆锯片的发展趋势总的向着大直径发展，锯片厚度越来越薄，对锯切石材的质量要求越来越高，这也就对锯片生产企业的生产加工的技术提出了越来越高的要求。
大直径金刚石圆锯片基体由于技术含量高，研发和生产资金投入较大，目前，国际上只有德国、意大利等几个发达国家和我国的几家公司能够生产，这其中能够生产φ5000的大直径金刚石圆锯片基体的只有德国莫莫霍夫公司，产品代表了国际先进水平。
我国大直径金刚石圆锯片基体的研制开发从2000年开始的，河北星烁锯业股份有限公司分别于2000年、2001年、2003年首次研制开发出了φ2000、φ2500、φ3500直径的金刚石圆锯片基体，填补了国内空白。
目前，国内生产金刚石圆锯片基体的厂家很多，但能生产大直径金刚石圆锯片基体只有三四家。
河北星烁锯业股份有限公司在研制开发大直径金刚石圆锯片基体方面，始终处于国内领先水平。
星烁锯业通过研制开发和设备技术改造，具备了批量生产超大直径金刚石圆锯片系列产品的能力。
研制Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体存在的主要技术问题：
首先是研究锯片基体的各项技术指标和机械加工工艺参数的确定；其次是研究的热处理工艺及重要的工艺参数，保证锯片的良好热处理性能；第三为研制加工设备和锯片检测设备，保证锯片各项技术指标的的顺利实现，满足切割石材的使用要求；第四为保证锯片的经济环保，减少各种石材加工过程中的环境污染。
Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体用65Mn或使用性能不低于65Mn的钢板为原料，采用先进的热处理工艺技术，对其进行热处理加工，在保证金刚石圆锯片基体强度和硬度的同时，使其平面度、径跳、端跳以及张力等指标满足焊接金刚石刀头后的金刚石圆锯片切割石材的要求。
二、基体的材料、规格和主要技术指标
1、70Mn热轧钢板的化学成份，按GB699-89，见表1
表170Mn的化学成份单位：
mm
C
Si
Mn
P
S
0.67-0.75
0.17-0.37
0.9-1.2
≤0.035
≤0.035
经过一年多制锯的使用情况，表明70Mn热轧钢板化学成份的实际测定值符合上述标准，能够满足制作Φ3600-Φ5200超大直径金刚石圆锯片基体的需要。
2、产品开发的规格
本次研发的Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的规格如表2：
表2Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的规格单位：
mm
锯片外径
基体外径
内孔直径
厚度
齿数
3600
3582
150
9～11
184
3800
3782
150
9～11
190
4000
3982
150
9～11
200
4500
4482
200
10～12
226
5200
5182
200
10～12
248
3、产品主要性能及技术指标
1、表面粗糙度最大允许值为Ra3.2μm；
2、硬度值：
HRC44～46；
3、基体平面度为：
Φ3600-Φ4000为1.00mm；Φ4000-Φ5200为1.20mm；
4、基体外径对于内孔径向跳动符合GB1184的9级公差值见表3：
表3基体外径对于内孔径向跳动单位：
mm
外径
径向跳动
＞2000～3150
0.30
＞3150～5000
0.40
＞5000～8000
0.50
5、基体两侧面对内孔轴线的端面圆跳动公差应符合表4规定：
表4基体两侧面对内孔轴线的端面圆跳动单位：
mm
外径
端面跳动
外径
端面跳动
＞2200～2500
1.70
＞4000～4500
3.00
＞2500～3500
2.00
＞4500～5000
3.50
＞3500～4000
2.50
＞5000～5200
4.00
三、基体的试制
（一）、产品图纸
产品图纸主要是依据Q/YJ08-2007《矿山金刚石圆锯片》企业标准的规定，不同规格锯片的基体尺寸，公称参数，精度等级及公差，均按国家制图标准进行绘制，图样符合国家制图标准要求。
（二）、产品加工工艺的制定
基体片主要由热处理和机加工两大工艺加工完成，其中热处理保证基体的内在质量，而机加工主要是控制其外形几何尺寸及片体张力。
1、机加工工艺的制定
（1）、加工Φ3600-Φ5200锯片基体工艺流程如下：
下料－－热处理－－激光切割制齿－－回火－－粗平－－粗磨－－复平－－粗车内外圆－－半精平－－精磨－－精车内外圆－－精平－－抛光－－防锈包装－－入库
（2）、专用设备、工装的制造和购置
根据Φ3600-Φ5200片体加工工艺要求，我们在原有设备、工装的基础上，对热处理设备进行了技术改造，研制开发了热处理预热炉、三台加热炉、热处理淬火生产线和12台系列热处理液压加压回火炉；
为了本项目的顺利实施，我们从瑞士HRC公司购买了世界最先进的TBM80/2000型锯片矫直机；对公司原有德国莫莫霍夫公司生产的圆锯片应力辊碾检测机进行技术改进，
从而保证了Φ3600-Φ5200片体的制造和质量检验与控制；同时研制开发了车磨一体加工机床，保证锯片基体几何尺寸及加工精度的顺利实现。
（3）、加工工艺的验证
通过二年的试生产，对产品加工工艺进行了全面的验证，对存在的问题反复攻关，经多次修订，现在工艺已经成熟稳定。
2、热处理工艺的制定
（1）、国内外锯片基体钢种各项技术指标见表5、表6、表7：
表5各钢种的化学成份
国名
钢种
成分
含量
化学成份（%）
C
Si
Mn
Cr
V
Ni
S
P
德国
50Mn2V
实际
0.48
0.47
1.62
0.098
0.20
0.02
标准
0.47/
0.55
0.57/
0.37
1.40/
0.80
0.08/
0.16
≤0.40
≤0.04
日本
85Ni
实际
0.83
0.36
0.39
0.54
0.002
0.005
标准
0.82/
0.90
0.17/
0.37
0.50/
0.80
0.40/
0.60
≤0.40
≤0.04
中国
70Mn
实际
0.70
0.28
0.92
0.002
0.005
标准
0.62/
0.70
0.17/
0.37
0.90/
1.20
≤0.40
≤0.04
中国
70MnCr
实际
0.67
0.21
1.02
0.32
0.002
0.020
标准
0.65/
0.72
0.18/
0.27
0.96/
1.06
0.30/
0.60
0.004/
0.006
0.018/
0.025
中国
8MnSi
实际
0.82
0.41
0.96
0.006
0.017
标准
0.80/
0.84
0.40/
0.50
0.92/
1.00
0.004/
0.010
0.015/
0.020
中国
75Cr1
实际
0.72
0.46
0.68
0.36
0.007
0.018
标准
0.70/
0.76
0.40/
0.50
0.64/
0.73
0.25/
0.55
0.006/
0.010
0.015/
0.020
表6各种钢的相变临界点
相变临界点
钢种
Ac1
Ar1
Ac3
Ar3
Ms
50Mn2V
710
591
760
680
320
85Ni
730
600
745
630
240
70MN
726
641
765
689
280
70CrMn
732
622
763
739
266
8MnSi
723
610
730
718
250
75Cr1
736
623
742
661
258
表7各种钢的力学性能
钢种
50Mn2V
85Ni
70Mn
70CrMn
8MnSi
75Cr1
试样取向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
横向
力
学
性
能
σbN/mm²
1465
1445
1550
1440
1500
1420
1500
1420
1620
1580
1580
1520
σ0.2N/mm²
1390
1370
1405
1410
1380
1380
1430
1420
1500
1500
1460
1420
δ5（%）
10.2
11.0
5.8
5.4
11.0
10.5
8.3
8.0
6.0
5.8
7.8
6.8
Ψ（%）
42.5
45.5
20.0
38.0
30.0
32.0
28.0
30.0
26.0
23.0
25.0
24.0
αk焦耳/厘米²
50.0
44.0
30.0
29.0
45.0
44.5
46.0
44.8
44.0
46.0
45.0
44.0
洛氏硬度HRC
44.1
43.5
45.0
45.1
42.0
41.6
42.0
42.0
44.0
43.2
43.2
43.0
热
处
理
工
艺
850℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
810℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
830℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
820℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
800℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
830℃
15´油淬
440℃
90´空气回火
（2）、有关钢种正常淬、回火后的残余奥氏体含量见表8。
残余奥氏体含量有助于判断这些钢种的淬火效果，残余奥氏体量是采用磁性方法，在磁环仪器上做的。
表8正常淬、回火后钢种残余奥氏体量
钢种
50Mn2V
70Mn
85Ni
70CrMn
8MnSi
75Cr1
残余（%）
＜0.5
＜0.5
＜1.0
＜1.0
＜1.0
＜1.0
（3）、热处理工艺的制定
在实际生产中，因生产条件与试验条件存在一定差异，为此，我们在试生产中对热处理工艺又进行了进一步修改验证。
①、采用盐浴炉加热，用导电SR73仪表控温，淬火加热温度为830-880℃，加热系数1min/mm。
②、采用机械油淬火，并在淬火油池中设置搅拌和温度控制装置。
③、考虑淬火变形问题，再淬火过程中，我们将基体片淬火一些时间参数和冷却压平机校平参数进行了调整。
④、回火采用卡盘成组集中回火，回火温度400-450℃，保证3h到温后出炉空冷。
经过几个月的试生产，我公司生产的Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体，热处理工艺稳定可靠，经检验全部符合质量要求。
（4）、结论：
①、试验证明：
8MnSi,75Cr1,70CrMN,70Mn,50Mn2V其性能已达到国外相应钢种的水平。
②、根据数据分析8MnSi,75Cr1,50Mn2V,70Mn其性能、组织基体相同，从经济角度考虑，应优先选用70Mn。
③、锯片的加工制作证明，70Mn钢淬火回火后其综合性能良好，400-450℃回火，硬度为HRC42-48，完全能满足基体对使用硬度的要求。
四、基体节能环保方面的改进措施
常规的金刚石圆锯片在切割石材的过程中，会发出很大的噪音，对周围环境产生了巨大的噪声污染，并且在很大程度上降低了圆锯片的使用寿命。
我们经过多年的研究与实验，通过改变圆锯片片体的结构，从而改变圆锯片的固有频率，达到降低圆锯片在切割过程中的噪声，并进一步提高锯片的使用寿命的目的。
在锯片片体特定位置上均匀切割数条弯曲的曲线，并在曲线缝隙中灌入特制用胶。
能明显的降低金刚石圆锯片、切割金属硬质合金圆锯片以及切割木材硬质合金圆锯片在使用过程中噪声的产生，大大降低噪声对周围环境的污染，并在很大程度上提高圆锯片的使用寿命，提高锯切质量。
此项技术已申请了国家专利。
五、创新点
1、星烁锯业总结多年来制造金刚石圆锯片基体的经验，同时吸取德国等制锯先进国家制造超大直径金刚石圆锯片的经验，对我们制造的Φ3600-Φ5200超大直径金刚石圆锯片基体的板面热处理硬度、板面平面度、张力、端面圆跳动和径向圆跳动等指标进行了充分的实验和研究，最终确定了超大直径Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的各项指标和技术要求，制定了Q/YJ08-2007《矿山金刚石圆锯片》企业标准，在此标准基础上，正在制定《金刚石圆锯片基体》国家标准，填补我国在大直径金刚石圆锯片产品标准上的空白。
2、为了更好的完成本系列产品的研发的试制，星烁与锯片基体原材料生产企业协作，对原来的70Mn等锯片用钢进行了改进，使其热轧态组织更细小，使其热轧态和热处理硬度更高，提高了其可焊性和热处理性能。
3、常规的金刚石圆锯片在切割石材的过程中，会发出很大的噪音，对周围环境产生了巨大的噪声污染，并且在很大程度上降低了圆锯片的使用寿命。
星烁经过多年的研究与实验，通过改变圆锯片片体的结构，从而改变圆锯片的固有频率，达到降低圆锯片在切割过程中的噪声，并进一步提高锯片的使用寿命的目的。
在锯片片体特定位置上均匀切割数条弯曲的曲线，并在曲线缝隙中灌入特制用胶。
能明显的降低金刚石圆锯片、切割金属硬质合金圆锯片以及切割木材硬质合金圆锯片在使用过程中噪声的产生，大大降低噪声对周围环境的污染，并在很大程度上提高圆锯片的使用寿命，提高锯切质量。
4、在锯片基体的校平过程中，采用机械校平与手工锤击校平的方法相接合，在很大程度提高了锯片的校平效果，并提高了生产效率，提高了锯片综合性能。
5、Φ5200金刚石圆锯片基体的直径达到了Φ5182mm，为世界上最大直径金刚石圆锯片基体，填补了国际空白；其他规格产品也是填补国内空白的产品。
六、产品应用推广情况
1、项目产品于2008年底已成功通过了河北省科技厅专家组鉴定和验收，经过一年多的实施，已进入批量生产阶段。
2、Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的研制完成，填补了国内国际市场的空白。
本项目研究开发的产品是国际上生产量少和有潜在需求的产品，而河北星烁锯业股份有限公司有生产成本低、拥有自主知识产权、多年的生产经验和研发能力强等优势，同时由于国际上对大规格石材的需求越来越大，因此市场前景看好，经济效益可观。
本产品是填补国际空白的产品，在使用过程中各项指标和使用寿命都和进口产品不相上下，但成本却比进口产品低很多，因此，国际市场竞争力强，具有广阔的市场前景。
3、在世界范围内，金刚石圆锯片基体的发展趋势总的向着大直径发展，锯片厚度越来越薄，对锯切石材的质量要求越来越高，这也就对锯片生产企业的生产加工的技术提出了越来越高的要求。
当今世界各国都在注意环境保护和资源节约利用，石材生产的趋势是：
一方面逐步采用先进设备工艺生产荒料，减少资源浪费；另一方面尽量生产大块荒料，加工大面积板材，提高经济效益。
本项目产品加工成大直径金刚石圆锯片，就能满足上述需求。
据河北星烁锯业股份有限公司在国内外市场调查，印度、越南、巴基斯坦、柬埔寨、巴勒斯坦、乌克兰等国家和地区的锯片经销商和石材生产商都提出对Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的需求。
福建、山东、广东、广西、四川、重庆、云南、贵州等国内石材集中产地，为提高荒料成材率，需求
Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体的呼声很高。
正是由于国内和国际两个市场对Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体有比较广阔的潜在需求，预示着Φ3600-Φ5200金刚石圆锯片基体市场前景非常乐观。
4、本产品为石材生产厂家的产品提高了成材率，降低了成本，提高了石材生产厂家的经济效益，也提高了产品的竟争能力。
本产品技术含量高，开发难度大，是适销对路的新产品，具有很好的经济前景。
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