金剛石工具是指以人造金剛石為切磨材料,借助于結合劑或其它輔助材料制成的具有一定形狀,用于加工石材、陶瓷、玻璃、混凝土等非金屬硬脆材料的系列工具。
這類工具類型包括:切、磨、鉆、銑、拋光。廣義地講,金剛石研磨膏、滾壓鋸片、冷鑲金剛石拉絲模、冷鑲金剛石刀具、釬焊金剛石復合片刀具等,也都屬于金剛石工具。
1、磨具
包括固結磨具、涂附磨具和松散磨具,如砂輪、砂瓦、珩磨磨石、異型磨頭、金剛石砂帶、精磨丸片、研磨膏等。
2、鋸切工具
分為兩類:一類是鋸切花崗巖、大理石、混凝土用的圓鋸、帶鋸、排鋸、繩鋸等;另一類是切割金屬及半導體材料的內圓切割片和外圓切割片。
3、鉆探工具
包括地質、石油、煤炭、冶金等部門的勘探和開采用的鉆頭、擴孔器,以及建筑工程套鉆。
4、切削刀具
金剛石聚晶復合片或天然大單晶制成車刀、鏜刀、銑刀,用來精加工汽車、飛機、機械上的非鐵金屬零件及塑料、陶瓷之類的非金屬材料。
5、修整工具
成型修整滾輪,修整筆,修整塊。
6、拉絲模具
金剛石聚晶制成拉絲模,拉制電線、燈絲、篩網絲等各種金屬細絲。
7、其它工具
劃線刀、玻璃刀、雕刻刀、套料刀、什錦銼、量具測頭、軸承、唱針、金剛石手術刀等等。
8、特殊儀器元件
硬度計壓頭、表面粗糙度儀測頭、高壓腔壓砧、內燃機噴嘴、大功率三極管、紅外窗口、微波器、激光器、大規模集成電路中的金剛石散熱元件、電阻溫度計等。
金剛石是非常堅硬的,所以制成的工具特別適合加工硬脆材料尤其非金屬材料,如石材、墻地磚、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、磁性材料、半導體、寶石等;也可以用于加工有色金屬、合金、木材,如銅、鋁、硬質合金、淬火鋼、鑄鐵、復合耐磨木板等。
金剛石工具廣泛應用于地質勘探、石材、機械、汽車及國防工業等各個領域,機械加工用的磨具、地質鉆頭及石材鋸切工具的制造工藝水平已有很大提高。
金剛石工具具有超硬、超耐磨、耐高溫、抗氧、抗腐蝕等優異的性能,具有較低的摩擦系數、較高的導熱性能和較低的熱膨脹系數,是一種非常特殊且不可替代的新型工具;
普通硬質合金車刀每磨除1克金屬需要消耗磨料4-15克,而金剛石車刀僅消耗2-4克;
普通硬質合金打磨汽車發動機氣缸需300塊碳化硅磨石,而金剛石磨石僅需一塊,損耗大大降低;
其余在加工表面精細度、橢圓度/錐度以及成本節約等方面,金剛石工具都具備顯著優勢。
金剛石工具的制作工藝:(金屬粉末+金剛石+液體石蠟)——混合——模具組裝——投料壓制——燒結——(焊接)——應力調整——噴漆開刃——檢驗——包裝——入庫
1、混料
主要功能是將配好的粉料進行充分的混合,保證后序壓制的正常進行。目前金剛石工具行業常用的搖擺三維混料機。這種混料設備具有旋轉運動、平移擺動和顛倒反轉三種運動方式,粉料的運動軌跡呈三維立體狀態,可以使粉料在較短的時間內混合均勻,且可以細化顆粒。
2、制粒
(1)粉末的流動性得到提高與改善。
(2)減少粉末與金剛石的偏析與聚集,使金剛石分布更為均勻,改善了制品的性能。
(3)降低了冷壓模具的損耗,由于粉末流動性好,金剛石均被粉末包裹,分布更為均勻,故冷壓模具損耗降低,模具壽命提高50%以上。
(4)提高了生產效率,為實現冷壓自動化生產創造了條件。
3、冷壓
主要功能是通過模具配合實現產品(刀頭)毛坯的壓制成型,分手動冷壓和自動冷壓兩種。
4、燒結
燒結設備主要是電阻爐和熱壓機,主要完成金剛石工具或刀頭的燒結致密化工作。
5、焊接
焊接式金剛石圓鋸片是通過焊接的方式將節塊和基體連接到一起的。目前常用的焊接形式有兩種,一是高頻焊接,另一種是激光焊接。
6、后處理
后處理設備主要包括拋光機、開刃機、應力調整機、噴漆線等設備。這些設備主要工作是完成成品前的開刃、滿足產品設計的應力要求、美觀要求等。
合理選用金剛石工具,對提高工作效率,降低加工成本具有重要意義。下面以金剛石鋸片為例簡要介紹部分內容:
1、要考慮適用對象的因素:根據不同加工對象選擇通用型、石材專用、混凝土專用、瓷磚專用等鋸片。
2、要考慮性能匹配的因素:針對硬度較高、研磨性較差的切割材料,要選用鋒利度好、壽命適中的鋸片,以保證其切割效率;針對硬度較低、研磨性高的材料要選用長壽命、鋒利度適中的鋸片,有利降低切割成本。
3、要考慮幾何尺寸的影響因素:要根據切割材料的規格和質量要求選定鋸片的尺寸及類型。例如圓鋸片的直徑一般應大于被切工件的三倍。同時根據加工精度要求選定鋸片結構形式,即要求鋸切表面光滑或加工較薄、易碎的材料時,應選用窄槽型或連續齒鋸片,反之,鋸切表面要求不高或較厚的材料,可選用寬槽型鋸片。
4、要考慮使用設備的影響因素:設備功率較大可選用耐磨型鋸片保證其壽命,設備功率較小選擇鋒利型產品以保證其切割效率。對有偏擺或精度較差的切割機最好選用耐磨型鋸片,對于較新的精度好的切割機,可選用快速鋒利型鋸片。
金剛石刀片:在保養的過程中應采用脫脂棉加適量酒精或丙酮清洗金剛石刀具。這種化學物質也是目前行業中清洗金剛石刀片最常用的之一了。
金剛石砂輪:在生產過程中要使用金剛砂砂輪片在皮帶上打磨。一般砂輪片運轉5到7天就要卸下來進行清洗。(上面有打磨下來的橡膠碎屑,經過高溫摩擦后緊緊附著在金剛砂表面,很難清洗)所以可以用丙酮浸泡2小時,然后用進口清洗劑清洗。
隨著我國經濟的不斷發展,金剛石工具不僅廣泛應用于民用建筑和土木工程、石材加工業、汽車工業、交通運輸業、地質勘探和國防工業等現代高科技領域,而且出現在寶石、醫療器械、木材、玻璃鋼、石材工藝品、陶瓷和復合非金屬硬脆材料等許多新領域。社會對金剛石工具的需求逐年增加。
目前,國內已形成北京、石家莊、以丹陽為主的長三角、水頭、廈門、山東沿海和以佛山為主的珠三角等主要金剛石工具出口基地。另外,以鄭州為中心的中原地區和湖北鄂州地區的金剛石工具發展也很快。
就產品定位而言,金剛石工具市場一般分為專業市場和普通市場。市場對金剛石工具的專業需求主要體現在高性能指標上,即對于特定的切削設備和材料,金剛石工具必須滿足一定的切削效率、切削壽命、加工精度等技術指標。專業金剛石工具的產量僅占整個金剛石工具的10%左右,但其市場銷量卻占整個金剛石工具市場的80% ~ 90%。
世界金剛石工具產業轉移基本完成,國內產業集中度低。目前,中國和韓國已成為世界金剛石工具生產基地,歐美發達國家仍保留少量高端產能。以美國為例,中國產品占其進口的40%-50%,約占韓國的70%-80%。因為金剛石工具進入門檻不高,國內集中度很低。
石材生產基地會有大量的小型工具加工企業,往往只做幾類產品。與大型企業相比,盈利能力差距較大。隨著金剛石工具品類的升級和毛利率的回歸,行業趨于整合。
金剛石刀具行業的中國企業具備制造中高檔金剛石刀具的能力,產品性價比優勢明顯。西方國家在中高檔專業市場的技術壟斷被打破。
根據“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃:2025年前,國家將優先發展數控機床、基礎制造裝備、航空裝備、海洋工程裝備及船舶、汽車、節能環保等戰略性產業;積極推進制造業創新中心建設工程、工業強基工程、綠色制造工程、智能制造工程、高端裝備創新工程。中國金剛石工具的市場規模有巨大的增長空間。
隨著中國金剛石工具制造業的技術積累和進步,中國金剛石工具企業現已具備制造中高檔金剛石工具的能力,產品性價比優勢顯著。西方國家在中高檔專業市場曾經的技術壟斷被打破。中國金剛石工具企業進軍中高端市場的趨勢已經顯現。
創立于1994年,國內金剛石工具行業先鋒品牌,業務涵蓋金剛石工具、涂附磨具、軌道交通裝備零部件的綜合性產業集團。博深工具主導和參與多項行業標準的制定,主導產品均通過了德國MPA質量安全認證和歐盟EN安全認證等多項專業機構認證,客戶覆蓋美洲、歐洲、東南亞、中東、北非等多個國家和地區。
黃河旋風成立于1998年,世界較大的大型人造金剛石制造基地,集科研、生產、貿易于一體的大型高新技術企業。黃河旋風主要生產碳系新材料(超硬材料及制品、超硬復合材料及制品、首飾用鉆石、金剛石線鋸、金剛石微粉、石墨烯)、智能制造、合金粉、3D打印金屬耗材及制件等,“旋風”牌系列產品暢銷日、美、歐等發達國家及東南亞市場。
國內金屬新材料領域翹楚,中國稀土行業協會磁性材料分會副會長單位之一,隸屬于中國鋼研集團,致力于金屬新材料產業發展和科技創新的高科技企業(股票代碼:000969)。安泰科技建立了從材料到制品、器件以及系統集成開發的完整產業平臺體系,致力于在金屬材料及關鍵部件領域為用戶提供全生命周期一體化解決方案,產品主要應用于消費電子、新能源汽車、工業電機、智能機器人(300024)等戰略新興產業。
創建于2006年,金剛石系列制品專業供應商,以輪胎成品測試裝備及高硬脆特性材料切割裝備及切割耗材的研發、生產及銷售為主營業務的的大型產業化企業。依托公司在自動檢測控制技術、高硬脆特性材料切割技術等領域積累的核心技術以及優質的售前售后服務能力,在業界成為享譽國內外的民營高科技企業。
成立于2015年,國內規模較大的金剛石線鋸制造商,主要從事電鍍金剛線及其他金剛石超硬工具研發、生產、銷售的高科技創新型企業,2020年在深交所創業板成功上市(股票代碼:300861)。美暢憑借專業的技術優勢、穩定的品質表現及規模的供應實力,在業內的知名度不斷提升,目前客戶群體主要涵蓋國內光伏硅片生產企業。
創辦于2009年。國內較早進行規模化生產鍍覆金剛石線的高新技術企業,2017年于深交所正式上市(股票代碼:300700)。目前岱勒新材專注于成為全球出色的硬脆材料加工耗材綜合服務商,為晶體硅、藍寶石、集成電路芯片、視窗系統、光學鏡頭、精密陶瓷及磁性材料等硬脆材料切割提供專業工具和完整解決方案。
創始于2006年,超硬材料制品領域翹楚,專注于新材料和機床工具開發、生產、銷售的現代化上市企業(股票代碼:688028)。沃爾德擁有較強的自主研發能力和多年的技術積累,目前主營PCD、PCBN、CVDD切削刀具;整體硬質合金刀具;鉆石刀輪及其配套產品,產品被廣泛應用于消費電子、汽車制造、工程機械等行業。
公司成立于1997年,專業研發生產聚晶金剛石等復合超硬材料的企業。四方達專注于生產優質的PCD材料,產品廣泛應用于石油鉆探及礦山開采,電線電纜、木材、陶瓷、金屬及其它材料的切割加工等領域,并出口到歐洲、美洲、非洲、東南亞等四十多個國家和地區。
始建于2000年,超硬材料制品行業知名品牌,專注于研發和生產各類金屬結合劑、高分子材料結合劑和陶瓷結合劑的金剛石工具、立方氮化硼精細磨削工具及稀土永磁材料及制品。目前奔朗在全球多個國家和地區設有全資及控股子公司,憑借出色的品質和良好的口碑贏得了全球廣大客戶的支持和信賴。
三超新材成立于1999年,2017年在創業板上市(股票代碼:300554),是一家專業從事金剛石、立方氮化硼工具的研發、生產與銷售的高新技術企業,是國內較早通過自主研發掌握金剛線制造的相關技術,成功實現產業化的企業之一,現擁有金剛石砂輪和金剛石線兩大類相互協同的產品系列。