專利名稱：：有序排列式金剛石工具的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種金剛石工具，此種工具通常用于切割各種硬物質，如石材、混凝土結構及瀝青結構等，特別涉及一種有序排列式金剛石工具。
背景技術：
：金剛石工具是以金剛石為關鍵原材料的一種特殊工具，一般的金剛石工具是由金屬基體和金剛石刀頭兩部分組成。金剛石刀頭中金剛石的濃度、刀頭刃部金剛石的間距及其排列方式、金剛石突出高度等是影響金剛石工具壽命和鋸切效率的重要因素。圖1顯示了傳統金剛石工具的一個例子，該金剛石工具包括刀頭11、基體U。刀頭11具有隨機分散于其中的金剛石顆粒2，在用金剛石工具切割工件中，分散于切割段中的金剛石顆粒將執行切割工作。在常規的金剛石工具中，具有隨機分散的金剛石顆粒的刀頭采用金剛石包覆制粒，三維混料，預壓成型，然后熱壓燒結。但由于金剛石和金屬粉末在粒度尺寸與材料比重上的差別，金剛石并不會均勻的分散。從而形成隨機分布造成的堆積區3或稀少區4，在堆積區，金剛石得不到有效利用而導致浪費，特別是零距離多顆粒金剛石由于把持力不夠牢固，4在切削過程中幾乎不作為而自行脫落。在金剛石稀少區，金剛石濃度過低，由于單顆粒承受工作載荷巨大，沖擊力加大，金剛石顆粒受沖擊力破碎而過早脫落，也不能進行行之有效的切削加工。因此常規金剛石工具中金剛石的有效利用率很低，限制了工具鋒利度和壽命的提高。
發明內容本實用新型的目的是提供一種有序排列式金剛石工具，通過將金剛石顆粒恰當有效的分布在刀頭的三維空間里，保證每顆金剛石都能均勻有效的執行切割工作，以提高切割壽命、切割效率及切割穩定性。為了達到上述目的，本實用新型是這樣實現的一種有序排列式金剛石工具，包括刀頭(11)和基體(12),刀頭(11)上有分散其中的金剛石顆粒(2)，所述金剛石顆粒在刀頭高度呈多層分布，每層上有多個重復分布的金剛石顆粒組，各組金剛石顆粒在頂刃切割面上形成V型的切割角，切割角為1560度。金剛石顆粒為粗細粒徑交替排列。在刀頭寬度方向，由兩個V型切割角并列組成M型切割頂刃，或三個V型切割角并列組成鋸齒型切割頂刃。在刀頭高度方向，所述金剛石顆粒在刀頭表面沿切割弧度方向逐行呈階梯狀分布，在第一行金剛石顆粒高于第二行顆粒高度的1/3,第三行低于第二行顆粒高度的1/3。各行金剛石顆粒在刀頭高度方向沿折線分布。，在刀頭高度方向，相鄰各行金剛石顆粒組成的隊列呈雙曲線分布，曲線間距由刀頭中心線向外逐漸減小。在刀頭高度方向，相鄰各行金剛石顆粒組成的隊列呈同心圓弧狀分布，圓弧間距從刀頭的起始切割端向后逐漸增大。本實用新型的設計方案是在有序排列式金剛石工具中，金剛石顆粒被有效的布置在金剛石工具刀頭的環形頂刃切割面、刀頭寬度和刀頭高度的三維空間里。在刀頭寬度方向，金剛石顆粒在頂刃切割面上形成了多組均勻分布的金剛石，每組金剛石在頂刃切割面上形成V形切割角，切割角范圍在15~60度之間；除此之外，根據不同的排列方式，還可以形成兩個相鄰的V型切割角組成的M型切割頂刃，以及三個相鄰V型切割角組成的鋸齒形切割頂刃。在刀頭高度方向，金剛石在刀頭表面(該表面垂直于頂刃切割面)沿切割弧度方向逐行分布，在第一行金剛石出刃高度達到金剛石尺寸的1/3時，第二行金剛石開始出刃，而當第一行出刃至金剛石粒度的2/3，第二行隨之出刃l/3后，第三行金剛石開始出刃，從而使預合金粉末胎體對第一行金剛石的包鑲面到保護作用，延遲了金剛石的失效，如此循環，直至刀頭高度方向最后一行金剛石消耗完畢。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于通過控制金剛石顆粒在三維空間上的位置，使刀頭表面的金剛石能在頂刃切割面及時、均勻地突出，從而延遲了金剛石的失效，確保了每顆粒金剛石都能及時有效的工作；頂刃切割面上的金剛石呈V狀均勻分布，這樣不僅能實現金剛石間的無縫隙切割，而其1560度的切割角又能迅速的提高切割速度，因此通過本實用新型不僅能提高金剛石工具的切割速度和切割壽命，還能提高切割穩定性。圖1為一種傳統式金剛石工具結構示意圖。圖2為本實用新型的一種由三種不同排列方式組成的刀頭頂刃結構示意圖。圖3為本實用新型的一種由三種不同排布方式和有兩種不同粒徑的刀頭頂刃結構示意圖。圖4為本實用新型的一種由同粒徑和兩種不同排列方式的金剛石組成的刀頭頂刃結構示意圖，。圖5為本實用新型的一種由不同粒徑和三種不同排列方式組成的M型刀頭頂刃結構示意圖。圖6為本實用新型的刀頭頂刃結構示意圖。圖7為本實用新型的刀頭表面金剛石顆粒布置成折線型的結構示意圖。圖8為本實用新型的另一種刀頭表面金剛石顆粒布置成折線型的結構示意圖。圖9為本實用新型的刀頭表面金剛石顆粒沿雙曲線分布的結構示意圖。圖10為本實用新型的刀頭表面金剛石顆粒沿水波紋狀的同心圓分布結構示意圖。圖11為本實用新型的刀頭頂刃上的金剛石顆粒在切割平面上的投影示意圖。圖12為本實用新型的刀頭表面的具有兩種不同形式刀頭的結構示意圖。圖13為本實用新型應用于取芯鉆頭刀頭的示意圖。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。此種有序排列式金剛石工具，在刀頭寬度方向是由多層，且至少兩種不同排列方式的金剛石有序排列層組成。參見圖1中的三維直角坐標，x軸為頂刃切割線方向，Y軸為刀頭高度方向，Z軸為刀頭寬度方向。圖1顯示了一種傳統式金剛石工具，包括刀頭11和基體12兩部份。在刀頭11上分布著金剛石顆粒2，金剛石顆粒2在刀頭11中是隨機分布的，隨機分布的金剛石在刀頭中形成了堆積區3和稀少區4。圖2顯示了在X-Z平面中由三種不同排列方式的五組金剛石組成的刀頭頂刃結構示意圖，其中，21、22和23代表三種不同排列方式的金剛石層，21a、21b、22a、22b均為金剛石層。21a、21b均為21的排列方式，22a、22b均為22的排列方式，22a在21a、23之間,23在21b、22a之間，21b又在23、23b之間。金剛石在頂刃切割面上形成V型的切割角，切割角a的范圍是1560度。圖3顯示了X-Z平面中、另一種由三種不同排布方式的五層金剛石，且有兩種不同粒徑的刀頭頂刃結構示意圖，其中，31、32、(33)為三種不同排列方式的金剛石層，31a、31b、32a、32b、33均為金剛石層。31a、31b均為31粗粒徑金剛石的排列方式，32a、32b均為32細粒徑金剛石的排列方式，33也為粗顆粒金剛石層，32夾在31和33之間。在切割過程中，由粗顆粒金剛石切割形成的間隙隨即被細顆粒的金剛石研磨掉，從而刀頭中的粗顆粒金剛石起到了切割作用，而細顆粒金剛石起到了研磨效果，這樣金剛石的作用得到了最大的發揮。圖4為X-Z平面中、由同粒徑、兩種不同排列方式的五層金剛石組成的刀頭頂刃結構示意圖，其中41、42為兩種不同排列方式的金剛石層，41a、41b、41c、42a、42b為金剛石層。41a、41b、41c均為41的排列方式，42a、42b均為42的排列方式，金剛石在頂刃上形成了2個V型切割角，即組成了M型切割頂刃，切割角a的范圍是1560度。圖5顯示的是X-Z平面中由不同粒徑、三種不同排列方式組成的五層有序排列金剛石組成的M型切割頂刃結構示意圖，其中51、52和53為三種不同排列方式的金剛石層，51a、51b、52a、52b、53均為金剛石層。51a、51b均為51的排列方式，52a、52b均為52的排列方式,52在51、53之間。在刀頭的X-Y平面中，該平面垂直于頂刃切割面(X-Z平面)，在第一行金剛石出刃高度達到金剛石尺寸的1/3后，第二行的金剛石開始出刃，當第一行金剛石出刃2/3，第二行也隨之出刃1/3后，第三行金剛石開始出刃，由此類推直至最后一行的金剛石磨削完畢。圖6為刀頭頂刃的X-Y平面結構示意圖，其中61、62、63表示在刀頭表面上第一、二、三行的金剛石，61a、61b、61c、61d、62a、62b、62c、62d、63a、63b、63c、63d表示各行上的金剛石顆粒。在切割期間，布置在金剛石工具刀頭表面上的金剛石顆粒暴露于該切割表面。61、62、63分別為在刀頭表面上的第一、二、三行金剛石，61a、61b、61c、61d表示在61行上的金剛石顆粒，62a、62b、62c、62d表示在62行上的金剛石顆粒，63a、63b、63c、63d表示在63行上的金剛石顆粒，當61a、61b、61c、61d金剛石出刃高度達到金剛石尺寸1/3時，62a、62b、62c、62d開始出刃，當61a、61b、61c、61d金剛石出刃2/3后，62a、62b、62c、62d金剛石隨之出刃1/3，63a、63b、63c、63d的金剛石開始出刃。圖7為刀頭X-Y平面金剛石顆粒布置呈折線型的結構示意圖，即沿刀頭高度，多行金剛石顆粒呈折線布置，71行金剛石出刃高度為金剛石尺寸的l/3后，72行金剛石開始出刃，72行金剛石出刃高度為其尺寸的1/3后，73行的金剛石開始出刃，由此類推，直至所有金剛石工作完為止。圖8為X-Y平面中另一多行金剛石顆粒布置成折線形的示意圖，81行金剛石出刃高度達到其尺寸的1/3后，82行的金剛石開始出刃，由此類推。圖9為刀頭X-Y平面中、多行層金剛石顆粒沿刀頭高度呈雙曲線分布的示意圖。如圖9所示，金剛石分布在雙曲線和切割弧線的交叉點上，10其中雙曲線的間距沿刀頭表面中心線向外緣逐步減小，這樣不僅保證了每行金剛石出刃1/3高度后，就有下一行的金剛石的及時出刃，還保證了在刀頭兩側有更多的金剛石來承受較大的沖擊力。圖IO顯示了刀頭X-Y平面中、多行金剛石顆粒沿刀頭高度呈水波紋狀的同心圓逐步分布，其間距由圓心向外圓逐步增大，金剛石分布密度也由刀頭一側向另外一側逐漸減小，這樣保證在起始切割段有較多的金剛石承受較大的沖擊力，從而就提高金剛石的有效利用率。圖ll顯示了在刀頭X-Z平面中、由金剛石顆粒在切割面上形成了n列交錯分布的金剛石，每列金剛石在頂刃切割面上成鋸齒型。刀頭表面垂直切割平面，第二列的金剛石122在第一列金剛石lll的縫隙之間，第三列金剛石131又在第二列金剛石122的縫隙之間，由此形成一個循環的過程。在切割過程中，因后列金剛石的顆粒層定位在前列金剛石顆粒層之間，前列金剛石顆粒切除形成的凸緣隨即既被后列的金剛石磨平，后列形成的凸緣又被其后的金剛石磨平，從而實現了切割效率的顯著提高。圖12顯示的是本實用新型的一種金剛石工具，其刀頭由兩種不同形式的金剛石刀頭組成，第一V型切割角221為同粒度金剛石組成，第二V型切割角222由兩種不同粒度金剛石組成。圖13顯示的是一種取芯鉆頭，其刀頭是根據本發明在頂刃切割面上成V型切割角。本實用新型的金剛石工具按以下步驟制造首先將預合金胎體粉末和金剛石分別制粒，然后，把胎體粉末壓制成帶圓坑的刀頭小薄片，圓坑的分布形式就是本發明中金剛石的分布形式，隨后在刀頭薄片表面灑上金剛石，保證每個圓坑里正好掉入一顆金剛石，隨后把多余的金剛石刮走，再用平板在帶金剛石的毛坯表面輕輕復壓一次；最后將不同排列方式的毛坯交錯疊加并進行熱壓燒結成型，這樣便造出本發明金剛石工具所需的刀頭。上述制造金剛石工具的過程是一個例子，但不作為對本實用新型的限制。實施例1以cj)400mm的激光焊接鋸片進行切割試驗，測量金剛石工具的切割性能。鋸片共有28個刀頭，刀頭厚度3.5mm、長40mm、高12mm，使用Co-Fe-Ni基合金為胎體，金剛石顆粒為元素六公司的SDB1090，粒度為30/40目，金剛石濃度為1.2cts/cc,分別制造出金剛石隨機排列式刀頭的鋸片和本發明中多層有序排列式鋸片進行切割對比試驗，此試驗中的有序排列式刀頭有5層金剛石組成V型切割角，見圖2，刀頭表面金剛石的分布形式如圖8所示，鋸片圓周線速度為60-80m/s，切割對象為含1.5~2cm大小骨料的混凝土塊，切深為50鵬，以鋸片在某一進給速度下能持續切割時的速度表示鋸片的切割速度，以持續切割時電流的波動大小表示鋸片的切割平穩性。切割lt據見表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>從表1可以看到，相對于常規鋸片，本實用新型的v型切割角有序排列金剛石鋸片表現出了較高的切割速度和切割壽命。其切割速度、切割平穩性以及切割壽命提高的原因是有序排列刀頭中的金剛石能夠不斷的出刃參與切割，且金剛石的利用率大大提高。實施例2以cj)350mm的激光焊接鋸片進行切割試驗，測量金剛石工具的切割性能。鋸片共有16個刀頭，刀頭厚度3.2歸、長40mm、高lOmm，使用Co-Cu-Ni基合金為胎體，采用兩種粒度的金剛石，分別為元素六公司的SDB1090、粒度30/40目和SDB1080、粒度40/50目，金剛石濃度為0.6cts/cc,分別制造出金剛石隨機排列式刀頭的鋸片和本實用新型中多層有序排列式鋸片進行切割對比試驗，此試驗中的有序排列式刀頭有5層金剛石組成M型切割角，見圖5,刀頭表面金剛石的分布形式如圖7所示，切割對象為中等硬度花崗巖板材，試驗時對板材進行循環切斷操作，切割長度和厚度為300x30mm,以鋸片切斷板材所用時間表征鋸片的切割速度。切割數據見表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從表2可以看到，相對于常規鋸片，本實用新型的M型切割角有序排列金剛石鋸片比金剛石隨機排列的鋸片表現出了較高的切割速度和切割壽命。本實用新型的實施例中采用了混合金剛石粒度，因此，其切割速度以及切割壽命獲得較大的提高。權利要求1、一種有序排列式金剛石工具，包括刀頭(11)和基體(12)，刀頭(11)上有分散其中的金剛石顆粒(2)，其特征在于所述金剛石顆粒在刀頭高度呈多層分布，每層上有多個重復分布的金剛石顆粒組，各組金剛石顆粒在頂刃切割面上形成V型的切割角，切割角為15～60度。2、4艮據權利要求1所述的金剛石工具，其特征在于在所述中，金剛石顆粒為粗細粒徑交替排列。3、根據權利要求1所述的金剛石工具，其特征在于在刀頭寬度方向，由兩個V型切割角并列組成M型切割頂刃，或三個V型切割角并列組成鋸齒型切割頂刃。4、根據權利要求l所述的金剛石工具，其特征在于在刀頭高度方向，所述金剛石顆粒在刀頭表面沿切割弧度方向逐行呈階梯狀分布，在第一行金剛石顆粒高于第二行顆粒高度的1/3,第三行低于第二行顆粒高度的1/3。5、才艮據;f又利要求l所述的金剛石工具，其特征在于各行金剛石顆粒在刀頭高度方向沿折線分布。6、根據權利要求1所述的金剛石工具，其特征在于在刀頭高度方向，相鄰各4亍金剛石顆粒組成的隊列呈雙曲線分布，曲線間距由刀頭中心線向外逐漸減小。7、根據權利要求1所述的金剛石工具，其特征在于在刀頭高度方向，相鄰各行金剛石顆粒組成的隊列呈同心圓弧狀分布，圓弧間距從刀頭的起始切割端向后逐漸增大。專利摘要本實用新型涉及一種有序排列式金剛石工具，通常用于切割各種硬物質，如石材、混凝土結構及瀝青結構等，它包括刀頭(11)和基體(12)，刀頭(11)上有分散其中的金剛石顆粒(2)，其中金剛石顆粒沿刀頭高度呈多層分布，每層上均有多個重復分布的金剛石顆粒組，各組金剛石顆粒在頂刃切割面上形成V型的切割角，切割角為15～60度。本實用新型通過控制金剛石顆粒在三維空間上的位置，使刀頭表面的金剛石能在頂刃切割面及時、均勻地突出，從而延遲了金剛石的失效，確保了每顆粒金剛石都能及時有效的工作；因此不僅能提高金剛石工具的切割速度和切割壽命，還能提高切割穩定性。文檔編號B28D1/24GK201244874SQ20082010820公開日2009年5月27日申請日期2008年5月30日優先權日2008年5月30日發明者姚炯彬,楊合丹,羅曉麗,剛趙,黃盛林申請人:安泰科技股份有限公司