合金圓刀片是在0. 10～ 0. 15mm厚的基體支撐下,形成0.20～ 0.32 mm厚的金剛石切割刃口,將切割損耗降低在0.33mm以下;而且這種刀片的厚度幾乎不受其直徑的影響。也就是說(shuō),不增加切割損耗,就可以加工更大直徑的晶體,這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是外圓切割刀片無(wú)法達到的。世界上第一片金剛石內圓刀片的外徑為206 mm,最大切割晶體尺寸只有38 mm。刀片制造商和設備制造商以及晶體加工商們經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀的不斷努力,使刀片制作技術(shù)和使用工藝日趨完善,如今可以制作出外徑860 mm最大切割晶體尺寸200 mm的合金圓刀片。

  基體

  用如此薄的刀片切割,關(guān)鍵是沿外圓周加張力。刀片的金屬基體是在夾緊狀態(tài)下張緊。這種張緊為刀片提供了必須的剛度,以保證處于內圓的刀口在切割時(shí)不搖擺、不抖動(dòng)。金剛石內圓刀片的基體須經(jīng)得起高張力而不被撕裂,同時(shí)要求引起的應力沿著(zhù)整體結構均勻分布。

  基體材料的選擇也經(jīng)歷了數次波折,最初使用過(guò)磷青銅、不銹鋼網(wǎng),因當時(shí)這些材料軋制時(shí)比鋼更易于保證公差。但由于這些材料的物理強度相對較低,長(cháng)時(shí)間張緊和高速旋轉,會(huì )因發(fā)熱而失去張力,引起一系列切片質(zhì)量問(wèn)題。后來(lái),冷軋不銹鋼的厚度和精密公差得以解決,便成為刀片的標準基體。最佳的基體材料是強度大于137.2931MPa的不銹鋼,有著(zhù)精確的厚度、張力和延伸率,標準的延伸率應小于5%。

  粘結劑

  金剛石微粒用粘結材料粘結在刀片的內圓上,形成一層包裹層,微粒就嵌入在內。包裹層比金剛石軟,在切割過(guò)程中起到緩沖撞擊力的作用,同時(shí)還要有一定的韌性,能讓金剛石自我調整方向而不脫落,這樣對工件就可以持續暴露新的切割刃口。

  制作合金圓刀片一般有四種粘結方式:樹(shù)脂性、搪瓷、熱壓、電鍍,其中只有電鍍法適用于制作金剛石內圓刀片。樹(shù)脂受熱會(huì )變軟,搪瓷和熱壓在切割硬材料顯得太脆。電鍍粘結材料采用金屬鎳。鎳有許多優(yōu)點(diǎn),在精心的控制條件下其機械性能可以按照要求改變?，F代電鍍處理技術(shù)已經(jīng)解決了不銹鋼上鍍鎳結合力不良的問(wèn)題。

  通常,切割材料越硬,包裹層也越硬,但是,如果金剛石微粒包的太堅固,在切割撞擊力下就會(huì )粉碎,從而降低刀片的壽命。從另一方面講,金剛石必須要包的足夠緊,以防從包裹層中脫落。鍍層硬了,切割時(shí),金剛石表面打滑,產(chǎn)生的熱量大,散發(fā)熱困難。硬度低的鍍層散熱特性好。

  金剛石微粒

  用于制作內圓刀片的金剛石有:天然、人造和混合金剛石。金剛石的型號和粒度適合被切割的材料時(shí)就會(huì )得到最佳切割效果。通常,天然金剛石最適于切割硅,這是因為天然的有著(zhù)不規則的鋒利晶體形狀,并具有良好的高溫強度和自由切削特性,切割時(shí)有極少的微粉和碎裂物。

  金剛石的粗細也是需要考慮的一個(gè)因素。一般情況下,粗的和中型的砂礫更好些。太細的砂礫緊密地合并在一起影響切屑的排除和冷卻。在最佳切割速度下,切割硅、鐵氧體和類(lèi)似的其它材料時(shí),最好使用微粒范圍在270～ 325目。

  金剛石濃度也是內圓刀片的一個(gè)重要參數,金剛石太少將意味著(zhù)切割慢和刀片壽命短,太多的金剛石又會(huì )降低鍍層的強度,也會(huì )降低刀片的壽命。

  內圓刀片的使用

  刀片的正確安裝和使用,是確保刀片長(cháng)壽命的一個(gè)非常重要因素。內圓刀片必須在安裝同心下精確地磨損。金剛石內圓刀片其刃口最多有0.25 mm的金剛石延伸層,可靠的說(shuō)法是0.10～ 0.20 mm。因此,如果磨損量超過(guò)0.1 mm,刀片的壽命就會(huì )急劇下降。

  由于金剛石的沉積會(huì )有近0.08 mm的誤差,也就是說(shuō)刃口對于刀片并不完全同心,因此,僅靠刀環(huán)上的定位銷(xiāo)來(lái)定刀片中心是不可靠的,應該用顯微對刀裝置把刀調到同心。刀片對心和壓緊后要張緊。張緊方式有兩種,即液壓張緊和機械張緊。

  液壓張緊是通過(guò)液壓油作用在張力環(huán)上,將壓力均勻地施加在刀體圓周上達到張緊刀片的目的。它具有簡(jiǎn)單、快速、力量準確的特點(diǎn)。但是由于刀體一般都采用單向軋制鋼帶,不可避免地存在應力分布不均。液壓張緊的壓力是均勻分布各向相等,所以無(wú)法消除這些應力,而機械張緊卻能克服這個(gè)缺點(diǎn),它用一個(gè)個(gè)分立的螺釘作用在張力環(huán)上,通過(guò)人工調整來(lái)達到刀片的應力各向分布均勻。機械張緊比起液壓張緊需要更高的操作技能,花費更多的時(shí)間,但卻是可靠的,所以現在的設備多采用機械式張緊。其方法為通過(guò)測量刀片內徑的擴張量來(lái)檢驗,擴張量應為內徑的0.5%～0.8%。

  確定刀片張力恰當后,還應測量一下刀片的應變量。沿著(zhù)離刃口3 mm的圓環(huán)施加一個(gè)100 g的力,用刻度表(千分表)顯示這一點(diǎn)的應變量應該在0.025 mm,如圖1。在運轉動(dòng)態(tài)條件下,基體材料會(huì )因摩擦和發(fā)熱降低應力,造成張力松弛,所以建議和實(shí)行在機器上再張緊。