CN100534723C - 金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法 - Google Patents

金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法 Download PDF

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CN100534723C CNB2004800132787A CN200480013278A CN100534723C CN 100534723 C CN100534723 C CN 100534723C CN B2004800132787 A CNB2004800132787 A CN B2004800132787A CN 200480013278 A CN200480013278 A CN 200480013278A CN 100534723 C CN100534723 C CN 100534723C
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Abstract

本发明涉及工具制造领域,特别涉及超硬磨具的制造方法。本发明金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法包括如下步骤原料配备、磨具生坯的制备、磨具生坯和介质组合体的形成及其加热与加压、磨具坯体的机加工。首先配制工作层粉体原料,随后冷压制生坯或松装制生坯,组合成生坯-介质组合体,组合体快速加热加压,冷却后分解组合体,最后磨具坯体进一步加工。用本发明制造金属或陶瓷结合剂超硬磨具,由于在热锻过程中采用无模液静加压,无模具跟随,因此不仅使坯体各方向受力均匀,且可以大量地节约模具,同时避免了模具型腔尺寸的变化对磨具精度的影响,节约了资金和能源。

Description

金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法
技术领域
本发明涉及工具制造领域,特别是一种以金属或陶瓷为结合剂的超硬磨具的制造方法。
背景技术
目前,超硬磨具制造大多采用等温锻造法,其原理是将原材料粉体装入等温模具后,模具和粉体一并送入加热炉加热保温,最后出炉锻造,由于整个锻造过程中,模具与工件温度相同而得名为等温锻造,其基本过程包括:装模--预压--加热--锻造--冷却--卸模--进一步加工。等温锻造工艺在世界已发展了数十年,但尚有几大难题困扰着众多磨具制造商:
其一为模具问题:(1)模具费用高,加工极其困难。国外制造商采用价值昂贵的高级高温合金为材料制造等温模具,价格约为9-10万美元一吨,造成极高的模具费用,并且这种材料极难加工;国内厂商常采用低等级的模具材料,模具寿命只能达到几次甚至一、两次,并且要专门配备一个模具车间不间断地制造模具,这样反而成倍地提高了模具的费用;(2)模具数量众多资金占用量大。等温锻造要求一个工料配一套模具并跟随整个工艺流程,因此每个生产批次有多少个工件,就必须配置多少套模具,从而使模具配备数量众多,当生产批量较大时模具占用的资金可以超过固定资产,造成巨大的资金占用;(3)模具精度的稳定性差,造成产品的质量稳定性差:由于工况恶劣,即使采用高级材料也不能保证模具型腔尺寸精度的稳定性,而模具型腔的尺寸精度直接影响产品的致密度,产品的致密度直接影响产品的内在质量。
其二这种工艺的自身特点决定了它无法采用自动化生产技术,必须依靠大量的手工作业,单件生产,至使劳动生产率低下,产品质量人为因素多,难于控制,制造成本高。
其三这种工艺能耗大,能源浪费严重。在正常情况下,这种工艺的模具重量是工件重量的5-10倍,而模具与工件需同时加热,这样热能有80-90%被模具消耗掉,致使能源浪费严重。
其四是有模单向加压,所以胎体的密度在不同的方向容易不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产成本低、能耗少、劳动生产效率高、且制品性能优异的金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法。
针对上述的目的,本发明金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法包括如下步骤:原料配备、磨具生坯的制备、磨具生坯-介质热组合体的形成及其加压、磨具坯体的机加工,现分述如下:
1.原料配备
本发明金属或陶瓷结合剂超硬磨具的原料成份包括超硬磨料、金属粉料或陶瓷粉料,其成份配比按超硬磨具常规原料成分配比。
所述的超硬磨料为金刚石或立方氮化硼。
所述的金属粉料为铜基、铁基、镍基、钴基、铝基、钨-钼基、碳化物基粉料中任一种或任两种或任两种以上的混合物。
所述的陶瓷粉料为氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的任一种或任两种或任两种以上的混合物。
2.磨具生坯的制备
将配备好的超硬磨料与金属粉料或陶瓷粉料在混料机中混合均匀制得的工作层粉体原料,并与刚性基体或基体粉料组合,再制成磨具生坯。磨具生坯的具体制造方法有如下两种:
a.冷压制生坯法:
按产品选用相应规格的模具,在涂有脱模剂的模具内装入基体粉料或刚性基体和工作层粉体原料后,加上压头,放置在压力机上,并快速加压模具,使基体粉料或刚性基体和工作层粉体原料成型后脱模,制得磨具生坯,如附图2所示,附图2提供了一种模具的组装示意图。使用时将下压板6、刚性基体2、上压板8通过螺栓5组装好,装入外套3内后装下压环4,将工作层粉体原料1装入模具型腔,装上压环7,移至压机上冷压成磨具生坯。采用冷压制生坯法可以选用全粉末压制也可采用刚性基体与工作层粉体原料结合压制。当选用高流动性的传压介质时所述制得的磨具生坯需涂覆保护涂层或加包套。压机上所施加的压力范围为200-1500兆帕,保压时间0.01~300分钟。压力机选用工业上普遍使用的压力机,只要其压力能够达到上述压力范围的要求即可。所使用的模具与常规工艺所使用的模具相同。
b.松装生坯法:
按产品选用相应的碳钢、耐热钢、玻璃或陶瓷包套,并在型腔内涂脱模剂,在包套内装入基体粉料和工作层粉体原料,随即对包套抽真空,抽真空后封闭包套,即得磨具生坯。包套具有各种不同磨具外形的形状和尺寸,它由塑性材料制成;所述的包套的内腔形状和尺寸应与所加工的磨具的外形和尺寸相匹配。
抽真空后的真空度在1Pa-5×10-4Pa范围。
3.磨具生坯-介质热组合体的形成及其加压
生坯-介质组合体的形成及其加压包括如下三种方法:
①先组合后加热再加压
a、将所制备的磨具生坯置于装有传压介质的隔套中,组合成生坯-介质组合体;
b、将生坯-介质组合体放入加热炉内加热,加热温度200~1300℃,达到粉体原料的固结温度后,保温0.01-60小时;得到生坯-介质热组合体;
c、将加热后的生坯-介质热组合体从加热炉内取出,放入已处于压力机上的模具内,并快速加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压0.01-300分钟。
②先加热后组合再加压
a.将所制备的磨具生坯涂覆保护涂层或者加包套,放入加热炉中加热至200~1300℃温度,保温0.01~60小时;另外将传压介质置于容器内,也加热至至200~1300℃温度,保温0.01~120小时;
b.将加热后的生坯与介质组合成生坯-介质热组合体后,置入压力机罐形模具内加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压时间0.01~300分钟;
③加热后在罐形模具中组合再加压
a.将所制备的磨具生坯,放入加热炉中加热至200~1300℃温度,保温0.01~60小时;另外将传压介质置于容器内,加热至200~1300℃温度,保温0.01~120小时;
b.随后将上述加热后的传压介质倒于压力机上的罐形模具内,再将加热后的涂覆保护涂层或者加包套的磨具生坯置于已处于压力机罐形模具内的传压介质中,并加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压时间0.01~300分钟,或先将生坯置入模具中后倒入介质再加压。
上述具体加热温度、保温时间及保压时间依据磨具产品的种类和规格及介质的种类而定。
4.磨具坯体的机加工
将加热与加压后的磨具生坯-介质组合体从压力机上取出,冷却至室温,在外力作用下分解,将磨具坯体从组合体中分离出来,随后将磨具坯体进入机加工工序,最终制成磨具制品。
上述传压介质在球状颗粒介质或流态介质中选择。其中球状颗粒介质可以是球状陶粒或钢砂等;流态介质为延性金属、延性金属合金、叶腊石、滑石、非晶态无机非金属材料或熔盐中任一种。上述延性金属为铜、铁、镍或铜合金、铁合金、镍合金中任一种;上述非晶态无机非金属材料为B2O3、PbO、Na2O、K2O、ZnO、SiO2中的任一种或任两种或两种以上的混合物;上述熔盐为NaCl、KCl、Ba盐或NaNO任一种或任两种及任两种以上之混和。
一般情况下,颗粒介质用于各种烧(固)结温度的磨具。流态介质用于其软化或熔化温度与磨具的烧(固)结温度一致或者低于磨具的烧(固)结温度的场合。传压介质在组合使用中,当考虑延长热压操作允许时间,可以内层为流态介质,外层为颗粒介质;当考虑提高加工精度时,可以是内层为颗粒介质,外层为流态介质;另外,为延长操作允许时间,降低生坯要求,同时保证精度,可以内层为颗粒介质,中层为流态介质,外层为颗粒介质。如何确定选用何种介质与所使用的工作层粉体原料的种类、成品的精度有关,但必须保证所选用的介质在粉体原料所需的固结温度、保温时间和工艺参数下具有良好的各向传压特性。球状陶粒在压力低、精度低时优先选用。本发明选用介质的热稳定性较高,因此在烧结温度下与生坯的扩散很微小,不至于影响质量。如遇个别活性较高的生坯材料,可采用与之无反应的介质,或使用低扩散的涂料、包套解决。
组合体中的隔套是由碳钢或耐热钢薄板制成的可用盖子封闭或无盖的容器,用来盛装传压介质和磨具生坯。
表1列举了各种传压介质的特性和选用条件。
表1介质特性和选用表
Figure C20048001327800101
与现有技术相比,本发明金属或陶瓷结合剂超硬磨具制造方法具有如下优点:
(1)本方法在生坯生成后即从模具内取出,在此以后的工艺过程中无需模具跟随,因此大大减少了模具的占用量,降低了生产成本、节约了资金。
(2)本工艺将材料的成型与致密化过程分离,在室温下冷压或松装成型,然后再利用高温传压介质进行热致密化,变有模单向加压为无模全方位液态静压,坯体在各方向的受压均匀,使磨具的胎体密度均匀一致,同时整个工艺流程很容易实现自动化生产,组成一条无模液态静压生产线,其生产效率可达到过去一套老生产线的50-100倍。
(3)本方法在生坯生成后即从模具内取出,与介质组成组合体后在热压模内通过压力机压制到所规定的尺寸,不再受模具内腔尺寸变化的影响,因此提高了磨具的尺寸精度和内在质量。
(4)本方法由于模具不和生坯一起加热,因此没有模具对热量的消耗,而介质的热损耗很低,因此降低了能耗,节约了能源。
(5)在磨具生坯和介质组合体的形成及其加过程中,可采用高压低温工艺,压力越大,相应的所需加热温度越低,有利保持超硬磨具的耐磨性及锋利度,因为当加热温度高时,超硬磨料金刚石则遭到损伤,温度越高损伤越严重,超硬磨料的强硬性下降越多,促使磨具的耐磨性和锋利度也下降。
(6)采用磨具生坯和介质组合体的形成及其加热中的第③种方法,即先加热后在罐形模具中组合再加压,可省去隔套,有利于实现生产自动化。
现结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为介质-磨具生坯组合体结构示意图;
图2为刚性基体和粉料相结合的冷压制生坯法的一种模具组装结构示意图。
具体实施方式
按照本发明所述的制造方法的具体步骤制备19批金属或陶瓷结合剂超硬磨具,先分述如下:
实施例1
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):20%铜、70%铁、5%锡、3%钴、2%石墨。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内按工艺依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在350兆帕,保压2分钟;将模具从压机上移下,脱模后即得磨具生坯;采用先组合后加热再加压的方法,将磨具生坯与作为介质的叶腊石组合成生坯-介质组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至850℃并保温3小时后;将加热后的生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为500兆帕,保压3分钟;将生坯-介质组合体从罐性模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与磨具坯体分离后进入下道加工工序,加工成磨具制品。
实施例2
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):50%青铜、45%铁、3%钨、2%石墨。将一定粒度的立方氮化硼和金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在包套内依次装入基体粉料和工作层粉体原料抽真空后封闭包套,制得生坯。生坯与叶腊石组合成生坯-介质组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至860℃并保温3小时后,将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为500兆帕,保压20分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例3
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):18%碳化钨、5%镍、4%锰、3%钴、70%铜。介质选用非晶态非金属材料,其组分为(重量百分比):5%的B2O3、15%的氧化钠和80%的氧化硅,冷压压力为500兆帕,保压1小时,热压压力为200兆帕,保压25分钟,加热温度为800℃,保温时间为2小时,其余与实施例1相同。
实施例4
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):39%青铜、40%铁、10%镍、5%钴、4%石墨、2%铬。介质选用非晶态非金属材料,其组分为(重量百分比):5%PbO、8%B2O3、87%的SiO2,冷压压力为700兆帕,保压0.1分钟,热压压力为200兆帕,保压5分钟加热温度为800℃,保温时间为2小时,其余与实施例1相同。
实施例5
介质选用球状陶粒,金属粉料为钴基胎体,加热温度为850℃,保温时间为4小时,冷压压力为400兆帕,保压32分钟,热压压力为100兆帕,保压70分钟,将生坯-介质组合体冷却至室温后,通过振动的方式取出加压后的磨具坯体,其余与实施例2相同。
实施例6
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):60%Al2O3、15%SiC、15%ZrO2、10%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和上述陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕,保压5分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的具有生坯模腔的20#钢组合成生坯-介质组合体,使20#钢包覆在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃并保温2小时后,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为600兆帕,保压40分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后经机械加工去掉介质后得工件,进入下道工序加工。
实施例7
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):70%Al2O3、10%SiC、15%MgO、5%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕,保压7分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的具有生坯模腔的铜-镍合金组合成生坯-介质组合体,并使铜-镍合金均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃并保温2小时后,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为700兆帕,保压50分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后,经机械加工去除铜-镍合金得工件,进入下道工序加工。
实施例8
超硬磨料选取立方氮化硼,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):75%Al2O3、15%Si3N4、10%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和上述陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕,保压7分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将含有10%的B2O3、15%Na2O和75%的SiO2的非晶态混合物作为介质,将生坯与介质组合成生坯-介质组合体,并使介质均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至900℃并保温6小时使介质软化,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为100兆帕,保压1.5小时,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后用小锤击打,将介质与磨具坯体分离后进入下道工序加工。
实施例9
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):60%Al2O3、15%SiC、15%ZrO2、10%硼玻璃。制得的生坯需加包套,介质选用KCl,冷压压力为900兆帕,保压10分钟,热压压力为700兆帕,保压40分钟,加热温度为950℃,保温时间为2小时,其余与实施例6相同。
实施例10
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):WC10%、Co20%、Fe40%、Cu25%、Sn5%。将一定粒度的金刚石和金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕,保压11分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的铜-镍合金组合成生坯-介质组合体,并使铜-镍合金均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至900℃并保温2小时使铜-镍合金软化,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为200兆帕,保压100分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后,经机械加工,将铜-镍合金与工件分离后进入下道工序加工。
实施例11
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):铁50%、镍25%、铜25%。将一定粒度的金刚石和上述金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在600兆帕,保压15分钟,保压20分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的20#钢组合成介质生坯组合体,并使20#钢包覆在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃并保温2小时后,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为200兆帕,保压120分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后经机械加工,将20#钢与磨具坯体分离后进入下道工序加工。
实施例12
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):铝95%、铜5%。将一定粒度的金刚石和上述金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在200兆帕,保压15分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的非晶态无机非金属材料组合成介质生坯组合体,并使介质均布在生坯的四周,非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O312%、PbO3%、Na2O 12%、K2O 1%其余为SiO2。将组合体移入加热炉内加热至500℃并保温2小时使介质软化,将组合体移入罐性模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为1兆帕,保压120分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后用锤击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例13
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):Al2O3 90%、硼玻璃10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在1000兆帕,保压0.1分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的叶腊石组合成生坯-介质组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至950℃并保温3小时使介质软化,将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为5GPa,保压1分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例14
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):W 50%、Ag10%、Cu 40%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕,保压10分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的陶粒组合成生坯-介质组合体,使陶粒均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至900℃并保温4小时,将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为100兆帕,保压140分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温,通过机械振动的方式将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例15
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):Fe 70%、Cu 20%、Zn 10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕,保压15分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的滑石组合成生坯-介质组合体,使滑石均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至900℃并保温2小时使介质软化,将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为100兆帕,保压90分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例16
超硬磨料选取立方氮化硼,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):SiC 90%、硼玻璃10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在1000兆帕,保压0.7分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的滑石组合成生坯-介质组合体,使滑石均布在生坯的四周,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至1000℃并保温2小时使介质软化,将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为100兆帕,保压240分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例17
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):Cu 25%、Fe70%、Sn 5%。介质选用NaCl,制得的生坯需加包套,冷压压力为500兆帕,保压20分钟,热压压力为100兆帕,保压120分钟,加热温度为850℃,保温时间为2小时,其余与实施例16相同。
实施例18
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):Co 100%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在500兆帕,保压20分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得磨具生坯。如图1所示,组合球状陶粒11和非晶态无机非金属材料10两种介质,用隔套13将二者隔开,将磨具生坯9置于最内层介质中,制成生坯-介质组合体。非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O312%、PbO 3%、Na2O12%、K2O 1%、其余为SiO2,将生坯-介质组合体移入加热炉内加热至900℃并保温2小时使介质软化,并将生坯-介质组合体移入罐形模具内,加上压头,在压机上快速加压,压力为200兆帕,保压130分钟,将生坯-介质组合体从罐形模具内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例19
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):Al2O3 90%、硼玻璃10%。介质选用非晶态无机非金属材料与叶腊石的组合,将叶腊石放在外层,非晶态无机非金属材料放在内层,非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O312%、PbO 3%、Na2O 12%、K2O 1%、其余为SiO2,冷压压力为1000兆帕,保压1.5分钟,加热温度为900℃,保温时间为2小时,热压压力为200兆帕,保压120分钟,其余与实施例16相同。
实施例20
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):Cu 25%、Fe70%、Sn 5%。所制得的磨具放入包套中,介质选用NaCl,冷压压力为500兆帕,保压12分钟,热压压力为100兆帕,保压280分钟,加热温度为850℃,保温时间为2小时,其余与实施例16相同。
实施例21
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):铁95%、铜5%。将一定粒度的金刚石和上述金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在200兆帕,保压15分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯,用保护涂层涂覆所制得的生坯。采用先加热后在罐形模具中组合的方法,将生坯加热至900℃并保温2小时,将介质加热至900℃并保温2小时,将介质置入移入罐形模具中再将生坯置入介质中在压机上快速加压,压力为1兆帕,保压280分钟,从罐性模具内取出组合体,在室温下冷却至室温后用锤击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O312%、PbO 30%、Na2O 12%、K2O 1%其余为SiO2
实施例22
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料为钴基胎体。将一定粒度的立方氮化硼和金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,在相应规格的包套内依次装入刚性基体粉料和工作层粉体原料抽真空后封闭包套,即制得带包套的磨具生坯。采用先加热后组合加压的方法,先将磨具生坯及其包套放入加热炉中加热至900℃并保温3小时后;将作为传压介质的Nacl及其盛装的容器放入炉中加热至840℃并保温3小时后;将加热好的磨具生坯及其包套和传压介质及其盛装的容器同时从加热炉中取出;将取出的磨具生坯及其包套迅速效放入盛装传压介质的容器,并将两者一并放入罐形模具中,然后进行加压,压力为500兆帕;保压23分钟,热压后将磨具生坯及其包套和盛装传压介质的容器从罐形模具中取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,获得磨具坯体后进入下道加工工序,加工成磨具成品。
实施例23
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):60%Al2O3、15%SiC、15%ZrO2、10%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和上述陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入刚性基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕,保压15分钟,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯,将磨具生坯涂覆保护涂层。将生坯与作为介质的具有生坯模腔的20#钢组合成生坯-介质组合体,使20#钢包覆在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃,并保温2小时后,将组合体移入罐形模具中,加上压头,在压机上快速加压,压力为600兆帕,保压80分钟,从罐形模具内取出组合体,在室温中冷却至室温后经机械加工去掉介质后即得磨具坯,进入下道加工工序,加工成磨具制品。

Claims (18)

1.一种金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法,其工艺步骤包括:
(1)原料配备
金属或陶瓷结合剂超硬磨具的原料成份包括超硬磨料、金属粉料或陶瓷粉料,其成份配比按超硬磨具常规原料成分配比;
其特征在于:其制造方法还包括如下工艺步骤:
(2)磨具生坯的制备
将配备好的超硬磨料与金属粉料或陶瓷粉料在混料机中混合均匀制得工作层粉体原料,与刚性基体或基体粉料组合,制成磨具生坯;
(3)磨具生坯-介质组合体的形成及其加热与加压
将上述工序制成的磨具生坯与传压介质组成磨具生坯-介质热组合体,并加压;
(4)磨具坯体的机加工
将加压后的磨具生坯-介质组合体从压力机上取出,冷却至室温后,在外力作用下将磨具坯体从组合体中分离出来,随后将磨具坯体进入机加工工序,最终制成磨具制品。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的磨具生坯的制造方法包括冷压制生坯法和松装生坯法。
3.根据权利要求2所述的制造方法,其特征在于所述的冷压制生坯法为:按产品选用相应规格的模具,在涂有脱模剂的模具内装入基体粉料或刚性基体和工作层粉体原料后,加上压头,放置在压力机上,快速加压模具,使基体粉料或刚性基体和工作层粉体原料成型后脱模,制得磨具生坯;压机上所施加的压力范围为200-1500兆帕,保压0.01-300分钟。
4.根据权利要求2所述的制造方法,其特征在于所述的松装生坯法为:按产品要求选用相应的包套,并在包套型腔内涂脱模剂,在包套内装入刚性基体或基体粉料和工作层粉体原料,随即对包套抽真空,抽真空后封闭包套,即得磨具生坯。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于磨具生坯-介质组合体的形成及其加热与加压包括如下三种方法:先组合后加热再加压、先加热后组合再加压、先加热后在压力机模具中组合再加压。
6.根据权利要求5所述的制造方法,其特征在于所述的先组合后加热再加压为:
a、将所制备的磨具生坯置于装有传压介质的隔套中,组合成生坯-介质组合体;
b、将生坯-介质组合体放入加热炉内加热,加热温度200~1300℃,达到粉体原料的固结温度后,保温0.01-60小时,制得生坯-介质热组合体;
c、将生坯-介质热组合体从加热炉内取出,放入已处于压力机上的模具内,并快速加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压0.01-300分钟。
7.根据权利要求5所述的制造方法,其特征在于所述的先加热后组合再加压为:
a.将所制备的磨具生坯,放入加热炉中加热至200~1300℃,并保温0.01~60小时;另外将传压介质置于容器内,加热至200~1300℃,并保温0.01~120小时;
b.将加热后的生坯与介质组合成生坯-介质热组合体后,置入压力机罐形模具内加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压时间0.01~300分钟。
8.根据权利要求5所述的制造方法,其特征在于所述的先加热后在压力机模具中组合再加压为:
a.将所制备的磨具生坯,放入加热炉中加热至200~1300℃,并保温0.01~60小时;另外将传压介质置于容器内,加热至200~1300℃,并保温0.01~120小时;
b.随后将加热后的传压介质倒于压力机上的罐形模具内,再将加热后的磨具生坯置于已处于压力机罐形模具内的传压介质中,或先将生坯置入模具中后倒入介质再加压,组成生坯-介质热组合体后加压,压力范围为1MPa-10GPa;保压时间0.01~300分钟。
9.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的超硬磨料为金刚石或立方氮化硼。
10.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的金属粉料为铜基、铁基、镍基、钴基、铝基、钨-钼基、碳化物基粉料中任一种或任两种或任两种以上的混合物。
11.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的陶瓷粉料为氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的任一种或任两种或任两种以上的混合物。
12.根据权利要求1、5之一所述的制造方法,其特征在于所述的生坯-介质组合体有一种或两种或两种以上的用隔套相隔离的传压介质。
13.根据权利要求1、5之一所述的制造方法,其特征在于所述的组合体中的传压介质为球状颗粒介质或流态介质;其中球状颗粒介质可以是球状陶粒或钢砂;流态介质可以是延性金属、延性金属合金、叶腊石、滑石、非晶态无机非金属材料或熔盐。
14.根据权利要求13所述的制造方法,其特征在于所述的熔盐为氯化钠、氯化钾、硝酸钠或钯盐中任一种或任二种及二种以上的混合。
15.根据权利要求13所述的制造方法,其特征在于所述的延性金属为具有生坯模腔的固体铁、铜或镍。
16.根据权利要求13所述的制造方法,其特征在于所述的延性金属合金为具有生坯模腔的固体铜合金、铁合金或镍合金。
17.根据权利要求13所述的制造方法,其特征在于所述的非晶态无机非金属材料为粉状B2O3、PbO、SiO2、K2O、Na2O、ZnO中任一种或任二种及二种以上的混合物。
18.根据权利要求3、4之一所述的制造方法,其特征在于:所述制得的磨具生坯需涂覆保护涂层或加包套。
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