CN203197384U - 带磨料线锯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带磨料线锯，包括金属线材和包覆在金属线材表面的含有金属化合磨料的承载层，金属化合磨料为表面全部或部分包覆有金属化合层的磨料颗粒，金属化合层与磨料颗粒的表层在物理结合力之外存在化学键链接。本实用新型的有益效果是：磨料颗粒被金属化合层全部包覆或部分包覆，因此把磨料颗粒牢牢的把持住，不容易掉粒，延长了寿命，制备工艺具有连续性，成本低，可进行大规模生产。

Description

带磨料线锯

技术领域

本实用新型提供了一种带磨料线锯，特别指以附着颗粒(硬质磨料)不易脱落的带磨料线锯。这种线锯用于切锯难以切锯的材料和工件，包括石英、氧化铝、硅晶、玻璃、金属、宝石、水泥、石材及砖瓦等。 

背景技术

金刚石，碳化硅，立方氮化硼都是硬质材料，特别是金刚石由于其硬度高于一般的物质，因此常用来制作切割加工之工具，但也由于其硬度高于一般物质，因此在加工制造上有一定困难。现在已有很多利用金刚石附着在线材上制成切割硬质物品的锯材，然而由于材质硬度上差异过大，因此金刚石不易附着在线材上，而且容易脱落，导致线据受损或因切速太低不堪使用，或因切速过快，阻力过大而使线锯断裂等问题。 

现有的带磨料线锯主要有滚压嵌入式、挤压或冲压方式、树脂结合剂固结方式、电镀或复合镀方式制备而成，线锯直径小于5mm。 

滚压嵌入方式是直接将金刚石或其他磨料通过机械作用滚压嵌入到线材基体中，美国专利4485757曾提出一种用滚压嵌入方式制备连续金刚石线锯的工艺，此种工艺制备的金刚石线锯的金刚石涂层直径均匀而厚度及线径不均匀，很难生产出大于120米长的金刚石线。并且，通过机械作用将超硬磨料滚压嵌入到线材基体中，还大大降低了线材的强度。 

挤压或冲压方式是通过两维以上的冲挤压头模，将金刚石或磨料颗粒挤压、冲压进线材的表面以下，然后在冲挤压形成的磨料线锯的表面，涂覆一层1-10 微米的金属、非金属材料。这种方法的优点是可以形成自动化生产线，可以制备长度50km以上，直径均匀、抗磨性好的连续磨料线锯，生产成本低。但其缺点和滚压嵌入方式一样，就是磨料颗粒直接冲压进线材表面会大大降低线材的强度。 

树脂结合剂固结方式是通过热固性树脂或光固化树脂将磨料颗粒固结到线材上，如日本大阪府的住友电气工业株式会社和大阪金刚石工业株式会社共同申请的专利提到在高强度线材上用树脂固定上磨料和填料，磨料尺寸不小于树脂粘结层厚度的三分之二，填料尺寸小于粘结剂厚度的三分之二。线锯制作中的树脂固化需要加热和烧结工序，因此，此线锯制造速度只能提高到每分钟10米左右。这种树脂结合剂固结金刚石制备的金刚线锯磨料尺寸越大，切割速度快，但切割速度随时间变化较大，同时这种金刚石线锯都存在磨料把持强度不高，耐热性差，耐磨性低，加工时线锯磨损严重等问题。 

电镀或复合镀的方式，是通过电镀，电镀和化学镀复合镀的方式，将磨料溶于镀液中，均匀的夹杂在金属镀层中而附着在线材上制备的，这种方式是从水溶液内沉积金属层把磨料颗粒埋住而把持力不够，磨料线锯的寿命短，因此无法从根本上解决磨料颗粒脱落的问题。 

此外还有将磨料颗粒焊接到线材上的制备方式，这种方法通常需要在高温条件下进行，因此对线材和磨料的损伤比较大。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决磨料颗粒脱落的问题，本实用新型提供一种带磨料线锯，特别指以附着硬质磨料颗粒不易脱落的带磨料线锯。这种线锯用于切锯难以切锯的材料和工件，包括但不局限于石英、氧化铝、硅 晶、玻璃、金属、宝石、水泥、石材及砖瓦等。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带磨料线锯，包括金属线材和包覆在金属线材表面的含有金属化合磨料的承载层，所述的金属化合磨料为表面全部或部分包覆有金属化合层的磨料颗粒，所述的金属化合层与磨料颗粒的表层在物理结合力之外存在化学键链接。磨料颗粒被金属化合层全部包覆或部分包覆，且金属化合层与磨料颗粒的表层在范德华力等物理结合力之外存在化学键链接。因此把磨料颗粒牢牢的把持住，解决了磨料颗粒不易附着在线材上，而容易脱落的技术问题。 

作为优选，所述的金属线材采用不锈钢线、碳钢钢线、镀铜钢线、镀锌钢线或镀黄铜钢线。所述的金属线材采用直单线、经过预变形的单线、绞线或编线。 

作为优选，所述的磨料颗粒采用金刚石、碳化硅、立方氮化硼、氧化铝、氧化锆、氮化硅或碳化钨中的一种或几种硬质材料。 

作为优选，所述的金属化合层材料采用以镍、铜、锡、锌、铝或银为主体的合金材料。 

为了提高金属化合层与磨料颗粒结合的活力，降低金属化合层形成的条件，方便高效率的加工生产，以确保金属化合层的性能，添加活化材料，所述的金属化合层中还含有活化材料，所述的活化材料为硅、钛、铬、锰、硼和铝中的一种或多种，所述的活化材料的重量百分比至少超过金属化合层中合金材料总体的0.1%。 

承载层通过电镀、热沾、涂覆、化学镀或复合镀方式部分或全部包裹金属化合磨料； 

承载层通过进一步加热，其中的金属或合金与金属化合磨料表面以及金属线材表面产生合金结合，从而进一步强化基础线材、承载层与金属化合磨料之间的结合牢度。 

为了使得金属化合磨料结合的更加牢固，不易脱落，所述的承载层上还包覆有至少一层用于覆盖金属化合磨料的复合层。所述的复合层为树脂层、金属层或合金层。 

为了提高耐磨性，所述的复合层还添加有无机填料，所述的无机填料的尺寸为磨料颗粒的1/30-3/4。 

上述的带磨料线锯的制备方法，包括以下工艺步骤： 

1）粘附剂调配工艺：将粘附剂溶入有机溶剂中，搅拌均匀； 

2）浸润工艺：将磨料颗粒浸入调配好的粘附剂中，使得磨料颗粒的表面涂覆有有机溶液； 

3）涂附工艺：将步骤2）中得到的磨料颗粒与合金粉末加以混拌，使得合金粉末附着在磨料颗粒表面，再除去多余的合金粉末； 

4）加热工艺：将附着有合金粉末的磨料颗粒和大量的细粒氧化陶瓷粉末混拌后置于承具中，再置于真空加热炉中或充有保护气体的条件下进行加热，使得合金粉末加热融化并保温5分钟-40分钟； 

5）冷却工艺：将步骤4）中加热后磨料颗粒的加以冷却并过滤，形成金属化合磨料； 

6）附着工艺：采用涂覆、热浸、电镀、化学镀或复合镀方式，通过承载层将金属化合磨料附着至金属线材的表面； 

7）冶金结合工艺：短时间单次或多次加热步骤6）中得到的线材，使得承载层与金属化合磨料的表层产生冶金结合； 

8）后处理和冷却工艺：将步骤7）中得到的线材经过后处理和冷却后，可以包括后续低温回火等步骤，制备出带磨料线锯； 

所述的步骤7）中的加热方式采用表面加热，加热温度为180℃-800℃，单次加热时间为2-60秒。 

作为优选，每毫米带磨料线锯上包括5-300颗金属化合磨料。 

作为优选，步骤1）中所述的粘附剂为聚乙二醇，石蜡，酚醛树脂、蜡乳胶、丙烯酸树脂或环氧树脂，所述的有机溶剂为甲醇，乙醇，丙酮，氯仿或香蕉油。 

带磨料线锯的制备方法还包括在步骤7）中得到的线材表面上加工至少一层用于覆盖金属化合磨料的复合层，所述的复合层通过涂覆、热沾、电镀、化学镀或复合镀的方式形成。 

本实用新型的有益效果是，本实用新型的带磨料线锯，具有如下优点： 

（1）磨料颗粒被金属化合层全部包覆或部分包覆，且金属化合层与磨料颗粒的表层在范德华力等物理结合力之外存在化学键链接。因此把磨料颗粒牢牢的把持住，不容易掉粒。 

（2）金属化合磨料的表层与承载层通过冶金工艺的处理，形成冶金化反应，具有强力的胶着能力，由于面积加大，表面粗糙，因此附着力大大增加，故金刚石颗粒不易脱落。 

（3）磨料颗粒的切点所产生的热会由磨料颗粒传导到金属化合层，因此散热面积增加，使得温度降低许多，从而大大降低了在切锯过程中由于高温对磨料颗粒的损害，延长了寿命。 

（4）复合层可以包覆金属化合磨料提高结合强度，使得金属化合磨料更加不易脱落。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型金属化合磨料的结构示意图； 

图2是本实用新型带磨料线锯的结构示意图； 

图3是本实用新型带有复合层的带磨料线锯结构示意图； 

图4是本实用新型的工艺流程图。 

图中：1、金属线材，2、金属化合磨料，2-1、金属化合层，2-2、磨料颗粒，3、承载层，4、复合层。 

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。 

实施例1 

如图1、2、4所示，一种带磨料线锯，包括金属线材1和包覆在金属线材1表面的含有金属化合磨料2的承载层3。金属化合磨料2的表面全部或部分包覆有金属化合层2-1的磨料颗粒2-2，所述的金属化合层2-1与磨料颗粒2-2的表层在物理结合力之外存在化学键链接，磨料颗粒2-2选用金刚石颗粒，金属线材1为单线材选用镀锌钢线。 

带磨料线锯的制备方法如下： 

1）粘附剂调配工艺，将酚醛树脂按一定浓度溶于乙醇中，搅拌均匀，根据粘度及流动性调整浓度（浓度越大，所得的包覆金刚石的属化合层就越厚）； 

2）涂覆工艺，将金刚石磨料置于漏勺中，再浸入粘附剂调配好的溶液中，经由摇动混拌后，将漏勺提起，将多余溶液漏掉，使得金刚石表面涂覆了有机溶液； 

3）涂附工艺，将表面涂覆了有机溶剂的金刚石和大量铜钛合金粉末在滚筒中混拌，使得合金粉末均匀的涂附在金刚石的表面，然后用筛网将多余的合金粉末除掉； 

4）加热工艺，将涂附了铜钛合金粉末的金刚石和大量细粒三氧化二铝粉末混拌后，置于氧化陶瓷承具中，再放于真空炉中进行加热，在1000度下加热13分钟（加热的温度和时间根据材料而定，但不局限于此），将铜钛合金粉末加热融化并保温5分钟； 

5）冷却工艺，将步骤4）中加热后的混料加以冷却并以筛网过滤，获得金属化合金刚石磨料； 

6）附着工艺，采用涂覆的方式，将锡铜合金粉和金属化合金刚石加入到环氧树脂中，并搅拌均匀，（通过调节金属化合金刚石的量，来决定最终金刚石的分布密度）；将镀锌钢线通过盛满上述混料的模具中，并通过模具中的孔洞，以类似电线漆包线的制法将混料均匀的附着在钢线四周，通过承载层3将金属化合金刚石颗粒附着钢线上，树脂固化后形成复合有金属化合金刚石磨料的线材。 

7）冶金结合工艺，采用表面加热，通过淬火炉中频短时间多次加热步骤6）中制备好的线材（不局限于采用淬火炉加热），促使承载层3与金属化合金刚石磨料的表层产生冶金结合。加热温度为220℃，典型单次加热时间为45秒。 

8）后处理与冷却工艺，将步骤7）中的线材进行冷却后，可以包括后续的低温回火等步骤，清洗干燥得到最终的带磨料线锯。 

实施例2: 

如图1、2、4所示，一种带磨料线锯，包括金属线材1和包覆在金属线材1表面的含有金属化合磨料2的承载层3。金属化合磨料2的表面全部或部分包覆有金属化合层2-1的磨料颗粒2-2，所述的金属化合层2-1与磨料颗粒2-2的表层在物理结合力之外存在化学键链接，磨料颗粒2-2选用金刚石颗粒，金属线材1为单线材选用镀黄铜钢线。 

带磨料线锯的制备方法如下： 

1）粘附剂调配工艺，将聚乙二醇10000溶于甲醇中，搅拌均匀； 

2）涂覆工艺，将金刚石置于漏勺中，再浸入粘附剂调配好的溶液中，经由摇动混拌后，将漏勺提起，将多余溶液漏掉，使得金刚石表面涂覆了有机溶液； 

3）涂附工艺，将表面涂覆了有机溶剂的金刚石和大量铜铬合金粉末在滚筒中混拌，使得合金粉末均匀的涂附在金刚石的表面，然后用筛网将多余的合金粉末除掉； 

4）加热工艺，将涂附了铜铬合金粉末的金刚石和大量细粒二氧化锆粉末（也可以是其他氧化陶瓷粉末）混拌后置于氧化陶瓷承具中，再放于真空炉中进行加热，在1050度下加热10分钟（加热的温度和时间根据材料而定，但不局限于此），将铜锆合金粉末加热融化并保温25分钟； 

5）冷却工艺，将步骤4）中加热后的混料加以冷却并以筛网过滤，即可获得金属化合金刚石磨料； 

6）附着工艺，采用电镀的方式，将金属化合金刚石加入到锌电镀液中，并搅拌均匀，（通过调节金属化合金刚石的量，来决定最终金刚石的分布密度）； 将镀黄铜钢线通过盛满上述混料的模具中，在22℃条件下，电流密度控制在20A/dm2，电镀3分钟，通过锌金属层即承载层把金属化合金刚石附着在线材表面上形成复合有金属化合金刚石磨料的线材。 

7）冶金结合工艺，采用表面加热，通过淬火炉中频短时间多次加热步骤6）中制备好的线材，促使承载层3与金属化合金刚石磨料的表层产生冶金结合。加热温度为4500℃，典型单次加热时间为30秒。 

8）后处理与冷却工艺，将步骤7）中得到的线材进行冷却后，可以包括后续的低温回火等步骤，清洗干燥得到最终的带磨料线锯。 

实施例3 

如图1、2、4所示，一种带磨料线锯，包括金属线材1和包覆在金属线材1表面的含有金属化合磨料2的承载层3。金属化合磨料2的表面全部或部分包覆有金属化合层2-1的磨料颗粒2-2，所述的金属化合层2-1与磨料颗粒2-2的表层在物理结合力之外存在化学键链接，磨料颗粒2-2选用碳化硅颗粒，金属线材1选用不锈钢线材。 

带磨料线锯的制备方法如下： 

1）粘附剂调配工艺，将环氧树脂加入乙醇中，搅拌均匀； 

2）涂覆工艺，将碳化硅颗粒置于漏勺中，再浸入粘附剂调配好的溶液中，经由摇动混拌后，将漏勺提起，将多余溶液漏掉，使得碳化硅颗粒表面涂覆了有机溶液； 

3）涂附工艺，将表面涂覆了有机溶剂的碳化硅颗粒和大量铝硅合金粉末在滚筒中混拌，使得合金粉末均匀的涂附在碳化硅颗粒的表面，然后用筛网将多 余的合金粉末除掉； 

4）加热工艺，将涂附了铝硅合金粉末的碳化硅颗粒和大量细粒玻璃粉末（也可以是其他氧化陶瓷粉末）混拌后置于氧化陶瓷承具中，再放于真空炉中进行加热，在1050度下加热12分钟（加热的温度和时间根据材料而定，但不局限于此），将铝硅合金粉末加热融化并保温40分钟； 

5）冷却工艺，将步骤4）中加热后的混料加以冷却并以筛网过滤，即可获得金属化合碳化硅磨料； 

6）附着工艺，采用热浸的方式，将金属化合碳化硅磨料加入到锡铅热溶液液中，并搅拌均匀，（通过调节金属化合的金刚石的量，来决定最终金刚石的分布密度）；将不锈钢线材浸在上述混料中，让混料均匀的附着在线材上，通过承载层3将金属化合碳化硅磨料附着于线材变面，冷却得到复合有金属化合碳化硅磨料的线材。 

7）冶金结合工艺，采用表面加热，通过淬火炉中频短时间单次加热步骤6）中制备好的线材，促使承载层3与金属化合碳化硅磨料的表层产生冶金结合，加热温度为300℃，典型单次加热时间为60秒。 

8）后处理与冷却工艺，将步骤7）中得到的线材进行冷却后，可以包括后续低温回火等步骤，清洗干燥得到最终的带磨料线锯。 

实施例4 

本实施例的内容与同实施例2的不同之处在于，本实施例的磨料颗粒2-2选用碳化硅，此外还可以选用立方氮化硼、氧化铝、氧化锆、氮化硅或碳化钨等硬质材料颗粒的一种或多种混合。 

实施例5 

本实施例的内容与同实施例2的不同之处在于，本实施例的线材选用的是结构绞线，该绞线采用3三根镀锌钢线相互绞合而成，此外还可以选用编线。 

实施例6 

如图3所示，一种带磨料线锯，包括金属线材1和包覆在金属线材1表面的含有金属化合磨料2的承载层3。金属化合磨料2的表面全部或部分包覆有金属化合层2-1的磨料颗粒2-2，所述的金属化合层2-1与磨料颗粒2-2的表层在物理结合力之外存在化学键链接，承载层3上还包覆有一层（也可以是两层以上）用于覆盖金属化合磨料2的复合层4，复合层4为树脂层、金属层或合金层，复合层4还添加有无机填料，无机填料的尺寸为磨料颗粒2-2的1/30-3/4。（无机填料可以为金刚石，碳化硅、氮化铝、石墨、六方氮化硼或金属及合金微粉的一种或几种）。磨料颗粒2-2选用金刚石颗粒，金属线材1为单线材选用镀锌钢线，线材结构也可以是绞线或编线。 

带磨料线锯的制备方法如下： 

1）粘附剂调配工艺，将酚醛树脂按一定浓度溶于乙醇中，搅拌均匀，根据粘度及流动性调整浓度（浓度越大，所得的包覆金刚石的属化合层就越厚）； 

2）涂覆工艺，将金刚石磨料置于漏勺中，再浸入粘附剂调配好的溶液中，经由摇动混拌后，将漏勺提起，将多余溶液漏掉，使得金刚石表面涂覆了有机溶液； 

3）涂附工艺，将表面涂覆了有机溶剂的金刚石和大量铜钛合金粉末在滚筒中混拌，使得合金粉末均匀的涂附在金刚石的表面，然后用筛网将多余的合金粉末除掉； 

4）加热工艺，将涂附了铜钛合金粉末的金刚石和大量细粒三氧化二铝粉末混拌后，置于氧化陶瓷承具中，再放于真空炉中进行加热，在1000度下加热13分钟（加热的温度和时间根据材料而定，但不局限于此），将铜钛合金粉末加热融化并保温15分钟； 

5）冷却工艺，将步骤4）中加热后的混料加以冷却并以筛网过滤，获得金属化合金刚石磨料； 

6）附着工艺，采用涂覆的方式，将锡铜合金粉和金属化合金刚石加入到环氧树脂中，并搅拌均匀，（通过调节金属化合金刚石的量，来决定最终金刚石的分布密度）；将镀锌钢线通过盛满上述混料的模具中，并通过模具中的孔洞，以类似电线漆包线的制法将混料均匀的附着在钢线四周，通过承载层3将金属化合金刚石颗粒附着钢线上，树脂固化后形成复合有金属化合金刚石磨料的线材。 

7）冶金结合工艺，采用表面加热，通过淬火炉中频短时间多次加热步骤6）中制备好的线材（不局限于采用淬火炉加热），促使承载层3与金属化合金刚石磨料的表层产生冶金结合。加热温度为220℃，典型单次加热时间为45秒。 

8）在所述的步骤7）中得到的线材表面通过涂覆、热沾、电镀、化学镀或复合镀的方式形成复合层4。 

9）后处理与冷却工艺，将步骤7）中的线材进行冷却后，可以包括后续低温回火等步骤，清洗干燥得到最终的带磨料线锯。 

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 

Claims (8)

1.一种带磨料线锯，其特征在于：包括金属线材（1）和包覆在金属线材（1）表面的含有金属化合磨料（2）的承载层（3），所述的金属化合磨料（2）为表面全部或部分包覆有金属化合层（2-1）的磨料颗粒（2-2），所述的金属化合层（2-1）与磨料颗粒（2-2）的表层在物理结合力之外存在化学键链接。 

2.如权利要求1所述的带磨料线锯，其特征在于：所述的金属线材（1）采用不锈钢线、碳钢钢线、镀铜钢线、镀锌钢线或镀黄铜钢线。 

3.如权利要求1所述的带磨料线锯，其特征在于：所述的金属线材（1）采用直单线、经过预变形的单线、绞线或编线。 

4.如权利要求1所述的带磨料线锯，其特征在于：承载层（3）通过电镀、热沾、涂覆、化学镀或复合镀方式部分或全部包裹金属化合磨料（2）。 

5.如权利要求1所述的带磨料线锯，其特征在于：承载层通过进一步加热，其中的金属或合金与金属化合磨料表面以及金属线材（1）表面产生合金结合。 

6.如权利要求1所述的带磨料线锯，其特征在于：所述的承载层（3）外还包覆有一层或多层用于覆盖承载层（3）的复合层（4）。 

7.如权利要求6所述的带磨料线锯，其特征在于：所述的复合层（4）为树脂层、金属层或合金层。 

8.如权利要求7所述的带磨料线锯，其特征在于：所述的复合层（4）中添加有无机填料，所述的无机填料的尺寸为磨料颗粒（2-2）的1/30-3/4。 

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