一种用于切割石材的金刚石工具刀头的制作方法

本发明涉及石材切割领域，尤其是指一种用于切割石材的金刚石工具刀头。

背景技术：

现有金刚石工具刀头设计，大部分产品用到了粉末隔层或铁片的技术来提高效率和产品使用寿命，但所有产品使用的粉末或者铁片隔层都是均匀的尺寸，在对石材切割机理和提高金刚石工具的效率和寿命方面还存在不足。

就目前而言，行业内金刚石工具刀头普遍采用隔层比例为1:1:1的均匀隔层刀头结构生产金刚石工具刀头。

中国发明专利（申请号201810117078.x，公开号:cn108453903a）披露了一种多层耐用型金刚石锯片刀头，其包括中间层，所述中间层两侧分别设置有夹层，每个夹层的外层分别设置有边层，所述中间层的成分是直径大于0.9mm的粗金刚石颗粒10-30%、金属铜粉末20-30%、金属钴粉末20-30%、金属钨粉末20-30%、金属银粉末10-30%、金属锡粉末1-20%，其组份之和为100%；所述夹层的成分是金属铜粉末20-30%、金属钴粉末20-30%、金属钨粉末20-30%、金属银粉末10-30%、金属锡粉末1-20%，具有制造简单，机构合理，耐用，寿命长，长期使用也不影响切割精度，减少了生产成本，经过使用后的刀头，其表面形成“w”型切割面，切割效果非常好的优点，但是在实际的使用过程中还是存在有以下的不足之处其表面形成“w”型切割面，“w”型切割面切割时消耗的切割功有进一步降低的空间，金刚石工具刀头作为一种消耗品，如何进一步提高其使用寿命便成为行业内关注的焦点。

本方案通过对现有隔层比例为1:1:1的均匀隔层结构进行改进，设计一种非均匀隔层结构的金刚石工具刀头，从而提高金刚石工具刀头的使用寿命。

技术实现要素：

本发明提供一种用于切割石材的金刚石工具刀头，其主要目的在于延长现有金刚石工具刀头的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:

一种用于切割石材的金刚石工具刀头，包括刀头本体，所述刀头本体由工作层及分别夹设于各相邻工作层之间的隔层构成，所述刀头本体包括两个外隔层和至少一个位于两所述外隔层之间的内隔层，所述两个外隔层的厚度相等，所述所有内隔层的厚度相等；所述外隔层与所述内隔层的厚度比为1:a，其中0.2≤a≤0.8或1.2≤a≤5。

进一步的，所述a的取值范围为0.4≤a≤0.7或1.5≤a≤3。

进一步的，所述a的取值为0.5或2。

进一步的，所述内隔层的数量为1-3个。

进一步的，所述隔层占所述刀头本体的体积比为20%-80%。

进一步的，所述隔层占所述刀头本体的体积比为20%-40%。

进一步的，所述隔层占所述刀头本体的体积比为50%-80%。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:

1、本发明结构简单、实用性强，通过设置外隔层:内隔层的厚度比为1:a，其中0.2≤a≤0.8或1.2≤a≤5，相较于三明治结构的金刚石工具刀头或均匀隔层结构的金刚石工具刀头能够进一步提高金刚石工具的效率和使用寿命，并且石材切屑的粒度增大，有效提高切割效率，节约电能，有利于环保。

2、在本发明中，通过设置隔层占所述刀头本体的体积比为50%-80%，使得金刚石工具刀头更适用于花岗石的石材切割，一方面，隔层加厚之后有利于提高锋利度从而提高金刚石工具刀头的切割效率，且隔层加厚之后刀头寿命没有下降，另一方面，隔层部分的成本低于工作层部分的成本从而降低金刚石工具刀头整体的生产成本，一举两得。

3、在本发明中，通过设置隔层占所述刀头本体的体积比为20%-40%相比于隔层占所述刀头本体的体积比为50%-80%的金刚石工具刀头更适用于部分大理石切割需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明使用磨损后的结构示意图。

图3为隔层为四层的结构示意图。

图4为隔层为五层的结构示意图。

名词解释:

1、金刚石工具:指使用金属、树脂或者陶瓷结合剂将人造金刚石或天然金刚石包襄成一定形状，从而对特定材料进行切、削、磨加工的产品。完整的金刚石工具包括提供加工动力和加工方式的机台/机器，承载刀头并和刀头一起固定在机台上的基体，实际与被加工材料相互作用而进行切、削、磨的刀头。

2、基体:指承载金刚石工具进行加工的载体，通常呈特定厚度的带齿状圆形或长条形。一般使用时将刀头以特定方式固定在基体上，再将基体固定在机台上，从而进行加工。

3、刀头:指含有金刚石并且在金刚石工具的加工过程中与被加工对象进行实际接触并对被加工对象进行切、削、磨加工的部分，含有人造或者天然金刚石并以金属、树脂、陶瓷等材料为结合剂，根据不同使用环境具有特定形状和结构。

4、隔层:金刚石工具中x方向上分为多层，部分层含有金刚石，部分层不含有金刚石，该不含有金刚石的层即称为隔层。

在金属结合剂的金刚石工具刀头中，隔层为粉末隔层或铁片隔层。

5、粉末隔层:指金属结合剂金刚石工具内隔层以金属粉末烧结结合而成，其中金属粉末可以是铜、锌、锡及铁构成的金属粉末混合物。

6、铁片隔层:指金属结合剂金刚石工具的隔层由具有特定形状的铁片（或其他金属）代替。

7、外料层:指金刚石工具中含金刚石和结合剂部分，在刀头结构的左右两外侧的称为外料层。

8、内料层:指金刚石工具中含金刚石和结合剂部分，在隔层结构的左右两侧都有隔层的称为内料层。

9、金刚石工具x方向:指圆锯片或者排锯金刚石工具切割时进给和下刀方向都垂直的方向。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一:参照图1和图2,一种用于切割石材的金刚石工具刀头，包括刀头本体1，所述刀头本体1由工作层20及夹设于相邻工作层20之间的隔层10构成，所述刀头本体1包括至少三层隔层10，所述隔层10包括两个等厚度的外隔层12和位于两外隔层12之间的至少一个内隔层11，所述外隔层12与所述内隔层11的厚度比为1:a，其中0.2≤a≤0.8或1.2≤a≤5。

进一步的，所述隔层10占所述刀头本体1的体积比优选为20%-80%。

进一步的，所述隔层10最多优选为五层，其中所述内隔层11最多优选为三层。

进一步的，所述a的取值为0.4≤a≤0.7或1.5≤a≤3。

进一步的，所述a的取值优选为0.5或2其中任意一值。

进一步的，所述工作层20包括内料层22及外料层21，所述内料层22:所述外料层21的厚度比为b:1，其0.65≤b≤0.9。

所述内隔层11及所述外隔层12为粉末隔层10或金属隔层10其中任意一种。金属隔层10优选为铁片或铜片其中任意一种。

参照图1和图2,上述一种用于切割石材的金刚石工具刀头，当刀头本体1厚度为14mm，隔层10占刀头本体1的体积比优选为60%，a取值为2，内隔层11优选为一层，外隔层12:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:1,工作层20为四层，内料层22:外料层21的厚度比为0.8:1。

由此可得，隔层10总厚度为14×0.6=8.4mm，因为外隔层12:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:1，即c+2c+c=8.4mm，c=2.1mm，所以三个隔层10的厚度分别为外隔层2.1mm、内隔层4.2mm及外隔层2.1mm，工作层20的总厚度为14×0.4=5.6mm，内料层22有两层，外料层21有两层，内料层22:外料层21的厚度比为0.8:1，d+d+0.8d+0.8d=5.6mm，d=1.56，所以四个工作层20厚度分别为外料层1.56mm、内料层1.24mm、内料层1.24mm及外料层1.56mm。

实施例二:本实施例二与实施例一大体相同其不同之处在于，参照图1和图2，当刀头本体1厚度为14mm（该刀头可应用于矿山），隔层10占刀头本体1的体积比优选为70%，a取值为2，内隔层11优选为一层，外隔层12:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:1,工作层20为四层，内料层22:外料层21的厚度比为0.75:1。

采用与实施例一相同的数学计算方法可得隔层10总厚度为9.6mm，外隔层12为2.4mm、内隔层11为4.8mm，工作层20总厚度为4.2mm，内料层22厚度为0.9mm及外料层21厚度为1.2mm。其它结构与实施例一相似，在此就不再赘述。

实施例三:参照图1和图2，本实施例三与实施例一大体相同其不同之处在于，所述隔层10占所述刀头本体1的体积比优选为20%-40%。

当刀头本体1厚度为7mm，隔层10占刀头本体1的体积比优选为30%，a取值为1.5，内隔层11优选为一层，外隔层12:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:1.5:1,工作层20为四层，内料层22:外料层21的厚度比为0.69:1。

采用与实施例一相同的数学计算方法可得隔层10总厚度为2.1mm，外隔层12为0.6mm、内隔层11为0.9mm，工作层20总厚度为4.9mm，内料层22厚度为1.0mm及外料层21厚度为1.45mm。其它结构与实施例一相似，在此就不再赘述。

通过设置隔层占所述刀头本体的体积比为20%-40%相比于隔层占所述刀头本体的体积比为50%-80%的金刚石工具刀头更适用于部分大理石切割需求。

实施例四:本实施例四与实施例一大体相同其不同之处在于，参照图3，当刀头本体1厚度为14mm，隔层10占刀头本体1的体积比优选为60%，a取值为2，内隔层11优选为两层，外隔层12:内隔层11:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:2:1,工作层20为五层，内料层22:外料层21的厚度比为0.76:1。

由此可得，隔层10总厚度为14×0.6=8.4mm，因为外隔层12:内隔层11:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:2:1，即c+2c+2c+c=8.4mm，c=1.4mm，所以四个隔层10的厚度分别为外隔层1.4mm、内隔层2.8mm、内隔层2.8mm及外隔层1.4mm，工作层20的总厚度为14×0.4=5.6mm，内料层22有三层，外料层21有两层，内料层22:外料层21的厚度比为0.76:1，d+d+0.76d+0.76d+0.76d=5.6mm，d=1.3，所以五个工作层20厚度分别为外料层1.3mm、内料层1.0mm、内料层1.0mm、内料层1.0mm及外料层1.3mm。其它结构与实施例一相似，在此就不再赘述。

实施例五:本实施例五与实施例四大体相同其不同之处在于，参照图3，所述隔层10占所述刀头本体1的体积比优选为50%-80%。

当刀头本体1厚度为8mm，隔层10占刀头本体1的体积比优选为50%，a取值优选为0.5，内隔层11优选为两层，外隔层12:内隔层11:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:0.5:0.5:1,工作层20为五层，内料层22:外料层21的厚度比为0.74:1。

通过设置隔层占所述刀头本体的体积比为50%-80%，使得金刚石工具刀头更适用于花岗石的石材切割，一方面，隔层加厚之后有利于提高锋利度从而提高金刚石工具刀头的切割效率，且隔层厚之后刀头寿命没有下降，另一方面，隔层部分的成本低于工作层部分的成本从而降低金刚石工具刀头整体的生产成本，一举两得。

采用与实施例四相同的数学计算方法可得隔层10总厚度为4.0mm，外隔层12为1.3mm、内隔层11为0.65mm，工作层20总厚度为4.0mm，内料层22厚度为0.7mm及外料层21厚度为0.95mm。其它结构与实施例一相似，在此就不再赘述。

实施例六:本实施例六与实施例一大体相同其不同之处在于，参照图4，当刀头本体1厚度为14mm，隔层10占刀头本体1的体积比优选为60%，a取值优选为2，内隔层11为三层，外隔层12:内隔层11:内隔层11:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:2:2:1,工作层20为六层，内料层22:外料层21的厚度比为0.67:1。

由此可得，隔层10总厚度为14×0.6=8.4mm，因为外隔层12:内隔层11:内隔层11:内隔层11:外隔层12的厚度比优选为1:2:2:2:1，即c+2c+2c+2c+c=8.4mm，c=1.05mm，所以三个隔层10的厚度分别为外隔层1.05mm、内隔层2.1mm、内隔层2.1mm、内隔层2.1mm及外隔层1.05mm，工作层20的总厚度为14×0.4=5.6mm，内料层22有四层，外料层21有两层，内料层22:外料层21的厚度比为0.67:1，d+d+0.76d+0.76d+0.76d+0.76d=5.6mm，d=1.2，所以六个工作层20厚度分别为外料层1.2mm、内料层0.8mm、内料层0.8mm、内料层0.8mm、内料层0.8mm及外料层1.2mm。其它结构与实施例一相似，在此就不再赘述。

通过设置所述内隔层:所述外隔层的厚度比为a:1，其中0.2≤a≤0.8或1.2≤a≤5，相对于三明治结构的金刚石工具刀头或均匀隔层结构的金刚石工具刀头能够进一步提高金刚石工具的效率和使用寿命，并且石材切屑的粒度增大，有效提高切割效率，节约电能，有利于环保。

与现有均匀隔层的金刚石工具刀头相比，本方案非均匀隔层的金刚石工刀头具不同位置隔层上对石材的切割方式不一样。

现有均匀隔层的金刚石工具刀头中，四个切割层三个隔层的结构产品，均匀隔层使用1:1:1的结构，三个隔层留下的隆起高度和宽度一致。

参照图2，若使用本方案的非均匀隔层1:2:1的结构（当上述a取值为2），金刚石工具刀头在使用时，因内隔层及外隔层内没有金刚石成分，磨损程度大于内料层及外料层，其刀头本体上的工作面会形成一波浪形状，其中内隔层及外隔层工作面上形成凹面，内料层及外料层工作面形成凸面，内隔层切割石材后在石材表面上留下的石材隆起高度和宽度远大于外隔层切割石材后在石材表面上隆起的高度和宽度，相较于现有金刚石锯片刀头形成的“w”型刀头锯片，本方案形成的“波浪形”刀头锯片切割深度更浅减少所作切割功，从而使得内隔层留下的石材部分切割所需要的切割量大幅度降低，该结构还有助于降低排屑过程的阻力。

本方案采用非均匀的隔层（固体铁片或者金属粉末）可以根据使用环境设计不同位置的隔层尺寸，从而在切割石材时将两侧石材和中间部分石材依据切割机理进行差别对待切割，直接结果是提高石材加工的效率，并提高工具使用寿命，另一方面，该设计有利于石材切割工具的薄片化发展也使石材加工石屑尺寸更大，从而实现节约资源和节能环保。

以下为实验对比:

对比产品1为现有的均匀隔层结构（隔层厚度比例1:1:1）使用性能属于均匀隔层方案中最好的产品且满足客户要求。

对比产品2为本方案中的非均匀结构（外隔层:内隔层:外隔层的厚度比厚度比例为1:2:1）。

两款对比产品除了隔层厚度比例差异外，其他设计完全一致。

应用环境为矿山石材圆锯片开采，加工对象为枫叶红花岗岩，且开采深度较深，石材硬度高切割难大。

在相同的使用环境下，测试结果为:

现有的均匀隔层结构的产品平均下刀深度5.8cm，走刀速度0.49米/min，电流70-80a，寿命单片150米。

本方案的非均匀隔层结构的产品平均下刀深度6.1cm，走刀速度0.66米/min，电流50-60a，寿命单片198米。

对比结果为本方案的产品比均匀隔层的产品效率高40%，节约电能27%，切割寿命长30%。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。