摘要： 金剛石繩鋸已經在石材切割和建筑工程領域得到了廣泛的應用， 一些新工藝和新方法被用于制作金剛石繩鋸。 采用串珠自動冷壓成型技術， 串珠熱等靜壓技術， 使生產效率得到大幅度提高， 制作成本大幅下降； 釬焊技術和金剛石定向排布技術提高了金剛石繩鋸的綜合性能。 利用這些技術制作高性能的小直徑繩鋸和工程建筑用繩鋸進一步擴大了繩鋸的使用范圍。
　　
　　1、前言
　　
　　金剛石繩鋸作為一種柔性超硬材料切割工具，從面世至今，已有40多年的發展歷史，從最初的電鍍技術，發展到以燒結、 釬焊技術為主流的制造技術；從只能切割軟質石材到廣泛應用于花崗巖礦山的荒料開采、鋼筋混凝土或金屬結構件的切割，在制造技術推陳出新的同時，應用范圍也 越來越廣。目前國產金剛石繩鋸的綜合性能已經接近國際先進水平，且造價低廉，完全能夠滿足國內石材礦山開采和板材加工業的需求，甚至有許多企業生產的繩鋸 產品已開始大量出口歐美等西方國家。隨著金剛石繩鋸機械及金剛石繩鋸切割技術的快速推廣使用，我國石材荒料開采已進入金剛石繩鋸時代，金剛石繩鋸制造企業 得到了空前的發展。如國內某公司2007 年金剛石繩鋸產量已達3萬多米，產值1500萬元，盈利300多萬，相對上一年度，產量、產值、利潤等指標都實現了翻番的目標。國內金剛石繩鋸制造企業通 過自主創新，推動了國內金剛石繩鋸技術的快速進步，為金剛石繩鋸的進一步推廣使用奠定了堅實的基礎。
　　
　　2、金剛石繩鋸的制作新工藝
　　
　　隨著金剛石繩鋸使用量的增長和應用面的不斷擴大，金剛石繩鋸的生產技術也在不斷地進步，為了順應國內外市場急劇發展的形勢，趕上國際先進水 平，國內一些公司近幾年不斷引進新設備，研究應用新技術，在生產規模不斷擴大的同時，產品質量、 生產效率也大幅度提高，而制作成本卻在不斷下降。
　　
　　2.1 制粒及容積式自動冷壓工藝
　　
　　目前國內繩鋸生產廠家普遍采用不制粒的粉末進行手工冷壓串珠生產，生產效率低，產品質量易受人為因素影響，且工作環境粉塵多，不利于人體健康。
　　
　　鑒于使用不制粒粉末進行冷壓存在的諸多弊端，國內某公司首先將粉末制粒工藝及配套設備應用于生產實踐。粉末制粒工藝就是將粉料加入容器中靠攪 拌器與切割刀的高速旋轉作用并噴射霧化溶劑使粉末形成顆粒，20min可完成10kg粉料的制粒，制粒粉經烘干、篩選后，制成30～80目的球狀顆粒，成 型率在85%以上。這種方法制作的粉料，流動性更好，金剛石經過包衣與制粒粉末混合后，金剛石在工作唇面上的分布更均勻；包衣后的金剛石表面被粉末包裹， 在壓制過程中避免了與模具表面直接接觸，降低了模具的損耗。
　　
　　有了粉末制粒技術和金剛石包衣技術以后，國內一些公司引進國外生產的自動冷壓機進行串珠的生產，該設備是根據容積法（定粉料的量）從裝料到基體和胎體一起冷壓成型，自動化程度高，節省人力，從而大幅度提高了生產效率，降低了生產成本。
　　
　　2.2　熱等靜壓技術
　　
　　金剛石串珠燒結是繩鋸生產中的重要環節，直接影響繩鋸的鋸切性能。串珠是圓筒薄壁結構，要求燒結致密度高，通常的熱壓燒結方法由于上下壓頭壁 太薄，受壓能力差，直接限制了串珠的燒結致密度，而且壓頭損耗大 ，成本較高。傳統的先冷壓再無壓燒結方法，串珠的燒結致密度更低，嚴重影響繩鋸的性能。目前最有效的燒結方式就是采用熱等靜壓（HIP）技術，在串珠生產 中的應用就是將燒結后的串珠置于玻璃套中（也有企業不放入玻璃套，直接放入熱等靜壓燒結爐中），放入熱等靜壓機中，以惰性氣體Ar氣為傳壓介質，溫度升到 800℃～900℃進行等靜壓處理，然后采用滾筒處理或噴丸處理將玻璃套去掉。用該技術生產的串珠孔隙少，致密度高，能提高串珠的硬度、強度、耐磨性及工 作壽命，還能提高基體與胎體之間的粘接強度；由于爐腔大，一次性可以裝幾千粒串珠，利于批量生產。
　　
　　
　　
　　3、金剛石繩鋸的新技術
　　
　　3.1　釬焊技術
　　
　　孕鑲金剛石工具是一種將金剛石顆粒和金屬粉末混合后燒結制成的特殊復合材料。金剛石顆粒在胎體中一般呈隨機狀態分布，工具工作時隨著胎體的不 斷磨損，使得一層層的金剛石顆粒不斷出露并作為微切削刃刻取被切割物，自身不斷磨損碎裂和脫落，以接力的形式連續工作，循環往復以至消耗完畢。孕鑲燒結串 珠的金剛石在胎體中的分布都是隨機的，磨粒之間的間隔不均，而胎體又主要是靠機械力的方式對金剛石把持，金剛石出刃值低，切割效率低，出刃自銳問題難于解 決，不能發揮每一顆金剛石的磨削作用，造成原料的浪費。金剛石串珠 “釬焊” 的原理是采用含有活性元素（如Ti、Cr、W 等）的釬料在釬焊的過程中使活性元素與金剛石表面發生化學反應并形成一層碳化物，借助于這層碳化物的作用，金剛石、胎體（釬料）、基體三者就能實現牢固的 化學冶金結合。國內釬焊串珠主要用鎳基或鈦基釬料，然后在真空條件或氬氣保護氣氛下燒結。目前國內企業主要是制作單層金剛石釬焊串珠，多層金剛石釬焊串珠 還有待研究。
　　
　　3.2　金剛石定向排布技術
　　
　　金剛石按照一定的規律有序地在工具工作唇面上排布，金剛石與金剛石之間的排列距離，排列規律都是可控的，用以適應不同切割對象的切割要求，我 們將此種技術稱為金剛石定向排布技術。實現金剛石有序排列的方法有模板法、點膠法、激光法。最新的實用方法是在胎體冷壓成型過程中形成所需要的規則排布的 孔，孔的直徑大小按照金剛石包衣的最粗粒度設計，采用自動冷壓機自動冷壓成型，然后采用特殊的專用設備將金剛石填入孔中，再冷壓后進行熱壓燒結。金剛石在 串珠工作唇面上有序地排列后，其切割效率和切割壽命比傳統的串珠有較大改善，金剛石的利用率也有很大的提高。
　　
　　3.3　綜合技術應用
　　
　　綜上所述，采用高溫釬焊和金剛石有序排布綜合制造技術制作的串珠與孕鑲燒結、 電鍍串珠比較，有著不可比擬的優勢，特別是在小直徑串珠繩上的應用。其主要優勢有： ①金剛石出露高，普通型串珠的金剛石出刃高度限制在磨粒高度的1/3，而釬焊型串珠的出刃高度可達2/3，具有高達70%～80%的金剛石裸露高度，大大 擴展了容屑空間，不容易發生切屑堵塞而導致工具失效。②切割效率高，釬焊型串珠的切割效率是普通燒結型串珠的4 倍，其牢固的化學冶金結合適合高效磨削。③金剛石的利用率高，金剛石用量減少一半，降低了成本，而鋸切壽命相當于常規串珠。釬焊技術在小直徑串珠上的應用 能產生很好的效果，若把孕鑲燒結型串珠的胎體直徑減小便失去了其多層金剛石的特點，而釬焊技術卻能夠制造出性能優越而規格比較小的金剛石串珠。
　　
　　4　金剛石繩鋸新系列和新應用擴展情況
　　
　　4.1 金剛石繩鋸的新系列
　　
　　比較傳統的金剛石系列繩鋸（直徑一般為58-512mm） ，以小直徑金剛石繩鋸的應用為代表（串珠直徑一般為55.5- 57.5mm ）形成了金剛石繩鋸的新系列品種，其主要應用于嚴格要求切縫大小的領域。
　　
　　同時串珠直徑的減小，對珍貴石材的切割有重要意義。小直徑金剛石繩鋸在石材加工上的應用，一方面節約石材資源，另一方面減少加工能耗，使得加 工手段更趨環保。為了滿足市場需求，國內一些公司現在已生產出多種規格的串珠繩，直徑最小的已能做到56.0。縮小繩鋸規格，必定要縮小鋼絲繩芯和金剛石 串珠的直徑，其采用的鋼絲繩直徑一般只有53.5～53.8mm ，由于切割阻力的減少，小直徑金剛石繩鋸可鋸切大面積（4m2）和厚度（5mm）很薄的花崗巖板材，鋸切效率提高了3 倍。小直徑繩鋸的切割力和能量消耗比59mm的繩鋸大約減少20%～30% ，每平方米的切割時間減少大約25%。用小直徑繩鋸加工出來的材料尺寸偏差也小于大直徑金剛石繩鋸，因此它具有一些特殊的性能。目前小直徑串珠最好采用熱 等靜壓技術（先經過冷壓后熱等靜壓燒結）或是采用釬焊金剛石的方法制作。縮小金剛石串珠直徑有利于提高生產率、 降低生產成本，且在使用過程中噪音小，污染少，能耗低。
　　
　　4.2　鋼筋混凝土切割繩鋸的新應用進展
　　
　　目前國內鋼筋混凝土繩鋸技術已經發展到了相對成熟的階段，實際使用的范圍在不斷的擴大。除了傳統的鋼筋混凝土結構切割，其在海底電纜切割，輸 油管道切割，大型的鋼鐵等金屬結構件切割，鍋爐和冶煉爐的改造等領域也有大規模的應用。如哈爾濱工程大學和國內某公司合作開發的海底輸油管道和電纜管道切 割繩鋸和配套的設備已經得到了小規模的應用；上海寶鋼和廣西柳鋼等國內大中型鋼鐵企業冶煉爐的改造工程也大量使用了金剛石繩鋸，其具有的切縫小，操作簡 單，環保，部件切割能力強等優點能給企業節省大量的改造成本。
　　
　　5、結語
　　
　　相比較其它金剛石工具，金剛石繩鋸是柔韌性工具，其不僅可用于切割直板，還可切割異形板材；不受物體表面形狀限制，工作場地要求簡單，可以進 行大面積切割；使用金剛石繩鋸可以提高資源利用率，減少對環境的污染。由于具備這些優勢，其市場規模越來越大，應用范圍越來越廣。隨著技術的進步，采用粉 末制粒技術和自動冷壓技術，可大幅度提高金剛石繩鋸的生產效率；采用諸如熱等靜壓技術、金剛石定向排布技術、釬焊技術等新工藝、 新方法制作的金剛石繩鋸可以大幅度地提高繩鋸的綜合性能，高性能金剛石繩鋸的大規模使用對于提高石材資源的利用率，降低單位面積的切割成本和保護生態環境 具有十分重要的意義。