程文耿 厦门市凯源金刚石工具有限公司
注：本文已被中国石材协会的“石材”期刊收录，并刊载于2009年第7期上。
引 言：金刚石圆锯片已成为我国金刚石工具最量大面广的产品之一。其配套用的节块（俗称刀头），近廿年来，由于原料制造技术的进步以及通过不断改进产品结构与胎体材质设计等措施，使得产品的性价比获得很大的提高，基本上满足了国内外以加工石材为主的庞大市埸需求。可是由于其制造技术的总体水平与先进的国家尚存在一定的差距，例如，至今国内仍未普遍的应用先进的“容积法装料自动冷压成形工艺”等等，因而难以满足需要进一步提高产品性价比，特别是制造高性能高附加值产品的市场要求。为此，加速淘汰“手工称装粉料直接热压成形”老工艺，尽快推广采用这一先进工艺，已被越来越多的企业提到日程上来。
1.采用容积法装料冷压工艺的优点及其应用概况
1.1.容积法装料冷压工艺的优点
相对于手工称装料直接热压的工艺，容积法装料自动冷压成形再热压的工艺具有以下优点：
1）可减少粉料因称、装粉料而产生的组份偏析甚至人为的差错，有利于产品性能的提高与质量的稳定性；
2）经冷压的半成品体积小，有利于提高热压生产率与降低能耗；
3）方便于产品结构设计的创新，以改进产品的性能。如改变刀头层数、分段及形状等等。此外更为实施“金刚石有序或均匀排列”，提供了重要的条件；
4）提高劳动生产率，降低人工成本并改善劳动条件。为企业遇向机械化生产与现代化管理创造了良好条件。
1.2.容积法装料冷压成形工艺的应用概况
金刚石刀头采用容积法装料冷压成形工艺需要克服的技术难点，一是其原料通常采用细粒度金属粉末，因流动性差导致易堵塞粉料流动通道或产生装料重量的超差；二是粉料中的金刚石如同“研磨粒子”，处理不当便会加剧装料组合件与压模的磨损。因此，直到上世纪九十年代初，厦门某公司从欧洲引进先进的金刚石工具冷压机，仍采用先“机械手”称、装粉料，而后冷压成形的工艺。因该压机价格昂贵且效率也不高，随后国内便普遍为“手工称料与装粉再直接热压”的工艺所替代，并且仍被众多的厂家沿用至今。
20世纪九十年代中期，德国等专业设备厂商推出了粉料“制粒”工艺与专用装备，通过粘结剂的作用，使粉料得以粗化并成近似球状，大大减少了粉料之间的流动阻力，提高了粉料的流动性，从而解决了容积法装料的主要难点。制粒时，若采用粉料包覆金刚石的方法，并能有效他降低金刚石对装料组合件与压模的磨损。于是此后，以采用超细粉末（如超细钴、羰基镍及预合金粉等）为主体原料的刀头制造厂，为实现了容积法装料冷压成形这一先进工艺，以更好地适应出口市场批量生产的需求，便先后引进了这套专用的制粒工艺与装备。
20世纪九十年代后期，厦门凯源金刚石工具有限公司，为了采用容积法装料冷压成形工艺，针对金刚石刀头胎体已采用Fe、Cu基粉末为主体以及产品多层组合结构等特点，通过不断的摸索，终于开发出在粉料不预先制粒情况下，实现了容积法装料自动冷压成形，然后组合分层薄片再热压的新工艺方法。这一成果，历经十余年的大批量生产的考验，已充分表明它与“制粒法”实现容积法装料冷压成形的工艺，具有同等的效果，另具有节省购置较为昂贵的专用制粒与冷压装备以及制粒处理的各项费用的优势。
2.粉料不预先制粒实现容积法装料冷压成形的可行性分析
2.1提高粉料“充模能力”的途径：“制粒”工艺的实质，是减少粉料之间的“流动摩擦力”，以提高其自身的流动性，从而达到提高其充模能力的效果。可见克服粉料“流动阻力”是关键。由此，便从中分析出，若从“外部”对粉料施助一种平稳、均衡且适当的“强制力”，则在一范围内，当可获得提高粉料的流动性与充模能力的相同效果。从如下多种粉冶制品的生产实践，便证明了这一判断的正确性。
2.2经验的借鉴：有些粉末冶金零件（如铜基摩擦片等），系以－325目电解铜粉及—200目锡粉为主体。为了克服其流动性差，难以满足容积法自动装料的要求，笔者了解到，在上世纪八十年代引进国外的大吨油压机中，已采用了在送料系统内设置了机械“强制力”的特殊装置，从而在粉料不预先制粒情况下，实现了容积法装料自动冷压成形的工艺过程。而国内在生产同一产品时，曾先后普遍采用加大模具台面以“储存”未制粒的混合料，再以专用的手工推料器，将粉料平稳地送入模腔的方法，也有效地解决粉料不制粒容积法装料冷压成形的工艺过程。另一些粉末冶金零件，为了提高粉料充模能力，采用了“粉末吸入充填成形”法1，在充填粉料的同一瞬间，令下模冲同步向下运动，而产生了“负压”的吸附力，也是以提高其粉料“充模能力”而达到了均匀充填的作用。
诸如此类利用在粉料外部施加一定“强制力”的方法，为金刚石刀头采用粉料不制粒法实现容积法装料冷压成形，提供了很好的经验。
2.3产品特点的有利条件。自20世纪九十年代中后期以来，由于“以铁代钴”的技术的成熟，金刚石刀头的胎体已普遍采用Fe基或用Fe--Cu基的粉料，其流动性与压制性已得到较大的改善，特别是国产刀头的多层组合结构（包括可用三个铁片作非工作层），从而方便采取独立压制单层压坯再行组合热压的工艺，避开了一次性压制多层压坯需要高性能自动冷压机的难题，为新工艺装备的成功开发创造了极为有利的条件。
3. 新工艺与装备的特点及其实际应用的效果
调研发现，现有的各类型粉体成形压力机（含机械或液压），其中绝大多数机型是为压制形状复杂、尺寸大且精度要求较高的粉体零件而设计制造的。因其功能多、结构复杂、配套件要求较高等致价格较为昂贵，也不便于刀头冷压的操作，因此精心选用或自行开发一种合适的专用冷压机，便成为实现这一新工艺技术的关健。
3.1.XDH型机械压力机的开发与应用效果
厦门凯源金刚石工具有限公司，精心筛选采用了XDH型机械压力机（如图1所示），该机型系我国粉末冶金行业最早从欧州引进的机型，具有结构简单、稳固，价廉以及操作简便等特点2，数十年以来，直至今日，仍为压制常规的硬质合金刀片所常用。针对该机的结构特点，通过不断模索，实施了如下几项的“决窍”技术，终于实现了粉料不预先制粒容积法装料冷压成形的工艺过程。
1）在送料系统，设置了利用“外力”的结构，确保了粉料达到容积法均匀装料的效果；
2）为确保送料机构在往复运动过程中保持粉料不泄漏，便在推料板底部添贴了一种特殊的有机密封耐磨材料衬垫，同时安装有可调整的加压装置，从而达到防止金刚石对台扳的划伤与磨损的效果；
3）精心设计的冷压模结构，不仅方便于安装与更换品种，更可有效地减少更换易损件的费用。
实用举例：选用额定压力为140KN的压机（经改造后为160KN），压制的混合料主要组份（总含量≥70％）为 —200目电解铜粉与—200（或—250）目还原铁粉；采用三维混合机，添加少量无水乙醇混合并在压制前已基本挥发。压坯尺寸：长23.5宽13厚大约1.5（系1.6米刀头分层薄片），采用新工艺与装备之后所取得的效果：
1） 质量：压坯重量误差≤± 0.02 g（1％Wt），并有效地避免人为的差错，提高了质量的稳定性，而刀头
的性能因粉料组份偏析度的减少而得到有效的改善。另外，先后已实施优化结构的设计（如改变刀头层数、分段与形状等）等多项技术，并在中径切割片中，现已用此冷压机批产制造出“金刚石有序排列”的刀头。
2）节省投资与生产成本：省去了百万元购置进口装备的投资，且可减少混合料的成本（制成制粒料仅添加剂一项约需10元 / Kg ）：
3）冷压模具耗费：以Cr钢的冷压模计，正常的寿命约达5---10万个薄片。使得生产每副1.6米的刀头的平均耗费< 0.75 元；
4）生产效率：双模腔结构，48片/ 分钟，一般可提高劳动生产率3—4倍。由此节省人工的成本，在1--2年内便能收回购置压机的投资；
5）综合效果：有效地提高了产品的性价比，大大提升了企业的市场竞争能力。尤其通过近二年的努力，已有一定批量的高性能产品出口至美欧澳等国的市场。这一新工艺与装备为企业获得相应的效益提供了重要的条件；
鉴于采用此项新技术可获得良好的技术经济综合效益，2007年初，当之被扩散之后，不仅受到闽南地区相关业者的特别关注，而且即被一些厂家所采用。随后，由于更多厂家的直接引用或仿照采用，均已获得良好的效果，于是淘汰老工艺，加速采用此项新工艺技术，己成为更多金刚石刀头厂家的共识。
3.2.其他类型冷压机的开发与应用简介
二年多来，为加速采用这一新工艺装备技术，已有不少的厂家先后进行了努力，并取得了相应的发展。如已有专业设备厂采用带下顶出功能的大吨位油压机，采用机动或如上所述的人工推料的方法，实现了容积法装粉冷压成形的工艺过程。以采用2500KN油压机为例，产率：用30个模腔， 2.5次/ 分钟，总产率为75件/分。此类机型操作较方便，已有一些单位应用于品种单一且批量大的生产场合。
此外，其他类型的机械压机也得以试用。如闽南地区有单位运用冲床传动与粉体制品成形的原理，针对该地区刀头混合料及压坯尺寸的特点，开发出ZDL型全自动压片机，已得获不少厂家的采用。此外原用于批产粉末冶金含油轴承为主的10吨杠杆式机械压机，经近年试用表明，可用于不含金刚石粉料的小尺寸薄片的冷压成形。
综上所述，在短时间内，此项新工艺装备技术能为数十家刀头企业所采用，进一步证明它确是行之有效。而又有新机型得以开发与应用，尽管它们在适用性及功能等方面有其局限性，但这一发展事实不难表明，此项新工艺技术具有的生命力与良好的发展前景。
4. 进一步发展与推广这一新工艺与装备的建议
4.1进一步完善与开发多品种冷压机
面对可采用自动冷压的金刚石制品的形状规格多样，尺寸繁多，尤其是要满足不同厂家采用的胎体粉料，其流动性与压缩性等存在的差异性以及对压机的产率、性价比等的不同的需求等况，笔者认为，并非一二种机型所能够全面胜任的。因此，进一步发展这一新装备，走多品种系列化乃必由之路。
根据近年来XDH型压机以及新开发的机型（如ZDL型），在自动化程度、产率、可靠度及其适应性范围，又得到较大的提高且已有较大规模的采用量等发展情况，笔者就我国金刚石刀头，今后如何进一步发展与推广应用这一新工艺装备的相关问题，提出以下几点建议意见供参考。
1）压机与模具结构：一般选用机械式压机，具有效率高、体积小，重量轻、稳定牢固，维修量小以及一次性投资省等优势。压机应具有方便调换压模品种与机动调整上下模冲行程（即调整压制力与压坯重量）以及产量计数等功能。
至于配套的模具，刀头制造厂一般均视其与压机联为一个整体对待，要求其具有结构简单，耐用可靠，易操作以及最大限度他减小加工与维修工作量。只有同时具备了良好的模具结构，方能确保获得高效与低成本的效果。
2）额定能力与效率：建议取100、150、200以及250—300KN等系列品种。其中以200KN的规格需求量大；在实现全过程连续自动化的基础上，为适应不同粉料流动性的要求，其压制速率应可调，其范围，以单模（腔）计约在12—36件 / 分；
3）加料机构：良好的加料机构设置是实现此新工艺过程的关键所在。一是为进一步提高其防漏粉的稳定性与耐用度，须进一步寻找性能更好的密封层材料并改进其相应的结构；二是应针对粉料的不同流动性，分别设置恰当好处的“强制力”结构，防止因“强制力”过大而加大加料重量的误差度及粉料组份的偏析。为此，需开展与“流动性”相关问题的研究。如，要寻找或制定出一种简便的“难流动混合料的流动性标准检测方法”，以及要努力寻找某种使用性能更全面的混料用的“添加剂”，以在提高粉料的均匀度与减少细粉飞扬的同时，还能促进混合料的流动性得以提高3。
4）有必要开发使用“自动装片机”，以有效减轻装合多层压坯（入热压模）的劳动强度及节省人工成本。
4.2.关于采用此新工艺装备需注意事项
鉴于金刚石刀头（含及类似制品），无论是尺寸还是材质与性能，均难以标准化，便导致不同厂家对压坯的质量要求存在不小的差异性。因此，在采用这一新工艺装备时，要在深入了解压机制造厂提供的相关资讯以及已有相似产品采用此工艺装备实践的经验基础上，还应针对自身产品的技术要求，进行装备工艺能力等方面的必要核算，若能委托制造厂代为进行样品试制验证等项工作，则更能确保顺利达到得到预期的效果。
5．结束语
6.1. 金刚石刀头采用“容积法装料自动冷压”工艺，具有显著的技术经济综合效益。
6.2. 综合分析与实践表明，现有一般的铁铜基胎体合金混合料，采用粉料不制粒法实现“容积法装料自动冷
压”工艺，是行之有效，并正在被越来越多的企业所采用，具有良好的发展前景，；
6.3，通过产需双方的共同努力，进一步完善这一新工艺技术并开发出性价比更高的多品种冷压机，必将进一
步促进这一新工艺技术成果得到更加广泛的推广应用。