CN101200055A - 金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法及其模具 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种超硬材料磨具的生产方法及其模具，属磨具，一种金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其生产流程是1.制作外模，2.加工内模组件，3.初装内模组，4.混料、填压，5.总装内模组，6.加热外模，7.吊装内模组，8.模具整体加热，9.出炉，10.冷却，11.分解，12.成品；用于金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法生产的模具，其特征是内腔壁面为倒锥面的外模与安装在座圈上的水套之间形成环形冷却槽，在外模的内腔中安装由外壳、基体和实体内模组成的内模组，外周面为倒锥面的外壳和基体之间形成环形空隙层，在环形空隙层中冷压填充混料形成工作层，在加热、速冷过程中，径向热压生产出大直径的超硬材料磨具。

Description

金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法及其模具

技术领域

本发明属磨具，尤其是涉及一种超硬材料磨具的生产方法及其模具。

背景技术

现有金属结合剂磨具的生产方法，一种是冷压烧结法，即将工件在冷压模具中，按工作层的截面积，以4吨/cm²的压力轴向施压成型，脱模后在保护气中烧结，其主要缺点是1、制造大直径的磨具受到压力吨位的限制，2、磨具压制密度很差，一般不超过理论密度的70％，大大降低磨具的磨削质量和效率，所以目前一般不采用该方法；一种是热压烧结法，通常分：中频感应加热热压烧结和大电流电阻热压烧结，此生产方法一般是在石墨模具中边加热边热压；其主要缺点是当磨具直径大于320毫米后，用上述方法就无法制作，它受制于石墨模具；此外，还有一种是半热压烧结法，先在模具中将磨具冷压到一定压力，然后随模具或更换外模进炉烧结，可在炉中边烧结边加压也可以烧结结束后出炉加压将高出部份的压圈压平即可，一般目前直径大于250毫米的磨具绝大部份应用此法生产，其主要缺点是金属结合剂工作层的密度仍然达不到质量要求，因为在加热时，其外模同时膨胀，且外模在700°左右时也已软化，当加压压圈时，外模塑性变大，磨具的工作层体积相应增大，因此工作层的密度大大降低，一般不超过其理论密度的75％，所以大大影响磨削质量与效率，也缩短了磨具的使用寿命，另外，特大直径的磨具也受到设备吨位的限制，目前国内用这种方法生产的最大磨具产品的直径为750毫米，详见：中国磨料磨具制造商名录产品总览，由全国磨料磨具行业情报网郑州磨料磨具磨削研究所编。

发明内容

本发明的目的是提出一种金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法及其模具，解决国内尚未开发的直径大于750毫米的超硬材料磨具的制造，同时大大提高直径小于750毫米磨具的质量，提高工作层金属结合剂的密度，降低生产成本，提高磨具的使用寿命和工作效率。

本发明的目的是这样来实现的：一种金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其生产流程是1、制作外模，2、加工内模组件，3、初装内模组，4、混料、填压，5、总装内模组，6、加热外模，7、吊装内模组，8、模具整体加热，9、出炉，10、冷却，11、分解，12、成品。

其中：1、制作外模：采用普通钢材和常规金加工工艺制作，外模为环形件，外周面为圆柱面，内腔壁面为上口大下口小的倒锥面；

2、加工内模组件：采用普通钢材或铸铁件以及有色金属铸件和常规金加工工艺制作，加工实体内模、环形基体和环形外壳，实体内模上开设台阶形中心通孔，其上、下端面上均布螺孔，外壳的外周面为上口大、下口小的倒锥面，锥度与外模内腔倒锥面的锥度匹配，外壳倒锥面的径向尺寸对应略小于外模内腔倒锥面在加热保温后的径向尺寸，在外壳的内圆周面上涂刷脱模剂；

3、初装内模组：将环形基体滑装在实体内模的外周上，用螺栓安装带有均布螺孔的下环形连接板，将外壳和实体内模的底部连接起来，使外壳和基体之间形成一环形空隙层，当磨具为实心体，则可去消基体，实心体即为内模，在实心体和外壳之间形成一环形空隙层；

4、混料、填压：按预设的配方，混料均拌金属结合剂粉未和超硬材料，在外壳的外周安装限位保护套，然后用压力机将混料冷压填充在环形空隙层中形成磨削工作层，混料也可以先在冷压模中成型，再过渡到空隙层中；

5、总装内模组：用螺栓安装带有均布螺孔的上环形连接板，将外壳和实体内模的上端面连接起来并在实体内模的上端面上安装调整垫圈，在外模的上端面上安装环形防水限位板，配装吊环螺栓，形成一个吊装整体；

6、加热外模：采用通用的井式加热炉或钟罩式加热炉和常规加热工艺，将外模加热并保温到预设的金属结合剂合金化的温度，使外模内径膨胀；

7、吊装内模组：将总装后的内模组吊进已加热保温过的外模中；

8、模具整体加热：继续加热，外模和内模组组成的模具整体达到预设的温度，并保温至工作层温度达到合金化温度；

9、出炉：当内模组和外模在预设温度上保温一定时间后，将外模和内模组出炉，吊装在预设的安装了水套的座圈上，外模和水套之间形成环形冷却槽；

10、冷却：将冷却液迅速泵送进冷却槽中，或在外模的底部安装底盖封住后，将内、外模整体直接吊放进冷却液池中，使外模快速冷却、降温；

11、分解：冷却后，吊出内模组，依次拆卸掉防水限位板、上、下连接板、外壳和内模；

12、成品：烧结后，磨削工作层和基体形成一体，加工后镶配在铝基上，组成了磨具成品。

采用本方法生产磨具的过程中，当内模组放入加热到预设温度的外模内腔后，通过外模热传导迅速加热外壳，外壳同时也将热传导至金属结合剂工作层，此时外壳受热后迅速膨胀，但其径向膨胀由于受到外模壁厚的限位，因此主要向较松散的工作层方向膨胀，加压工作层，这是在烧结中完成的第一次热压；

烧结中的第二次热压是当继续加热模具整体时，热传导至基体及实体内模，基体及实体内模迅速膨胀，径向从内向外压缩工作层，使其密度更加致密；

第三次热压为外模的收缩热压，由于外模迅速冷却后快速收缩，而里面的工作层仍为热塑状态，由于外模收缩挤压，至此完成整个径向热压过程，此时工作层密度可以高达理论密度的98％。

本发明所提出的用于金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法生产的模具，其特征是外模13为环形件，外模13的外周面为圆柱面，外模13的内腔壁面为上大下小的倒锥面，外模13安装在环形座圈24上，在座圈24的外周边的上方安装水套25，水套25与外模13之间为环形冷却槽，在外模13的内腔中安装由外壳14、基体16和实体内模17组成的内模组，实体内模17为圆柱体，在实体内模17的中心开设下大上小的台阶形通孔，在此通孔中穿装吊环螺栓22和螺母21，在实体内模17的上、下端面上均圆周均布螺孔，在实体内模17的外周边上滑装环形基体16，并在实体内模17的上、下端面上均用螺栓18安装环形连接板19连接外壳14，同时对基体16加以限位并对工作层封盖，外壳14和基体16之间为环形空隙层15，在外壳14的上、下端面上均开设环形内凹台阶面，外壳14的外周面为上大下小的倒锥面，其锥度与外模13内腔壁面的倒锥面的锥度匹配，此外，在外模13的上端面上安装环形防水限位板20，在实体内模17的上端面上安装调整垫圈23，使用时，先往外壳14和基体16之间的环形空隙层15中压填混料，用螺栓18安装带有均布螺孔有上环形连接板19，将外壳14和实体内模17的上端面连接起来并在实体内模17的上端面上安装调整垫圈23，在外模13的上端面上安装环形防水限位板20，配装吊环螺栓22，形成一个吊装整体，先加热外模13，将总装后的内模组吊进已加热保温过的外模13中继续加热，外模13和内模组在加热炉中加热到预设的温度后吊出，吊装在预设的安装了水套25的座圈24上，按需往环形冷却槽中泵入冷却液迅速冷却外模13，在加热、速冷过程中，径向热压就可生产出高质量的磨具。

本发明所提出的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法及其模具，有效地生产出大直径的高质量超硬材料磨具，大大提高金属结合剂的密度，提高磨具的使用寿命和磨削效率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明所提出的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法的生产流程框图示意图。

图2是本发明所提出的用于金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法的模具的主剖视示意图。

图2中：13、外模 14、外壳 15、环形空隙层 16、基体 17、实体内模 18、螺栓 19、连接板 20、防水限位板 21、螺母 22、吊环螺栓 23、调整垫圈 24、座圈 25、水套

具体实施方式

实施例：

1、为北京首钢某厂磨硬质合金轧辊孔用的直径为500毫米、工作层为5毫米、宽为30毫米的金刚石孔型砂轮，圆孔R17.5毫米，经该厂一年使用后性能良好。

2、为烟台首钢某公司制造的直径为250毫米、工作层4毫米、宽度为36毫米，圆孔R60毫米的瓦形砂轮加工钕铁硼，经半年多的使用，比传统的电鍍砂轮提高寿命30倍以上。

3、为河北某电子有限责任公司制作的磨制铁氧体软磁螺线的螺纹砂轮，其直径为305毫米、工作层3毫米、宽为102毫米，该厂原来用台湾及日本进口砂轮，该厂在用台湾的金刚石砂轮，每只电火花修正一次，只能生产120万只，而用本发明制造的金刚石砂轮能生产135万只，而砂轮的价格不到台湾的一半，而国内其它厂家生产的砂轮只能达到60万只左右。

对比表

表1：各种金属结合剂超硬材料磨具制作方法的优、缺点对比：

序号	制作方法	烧结过程	优点	缺点
					1	冷压烧结	冷压成型脱模后在保护气中烧结	成本低，制作简单	金属结合剂密度只能达到70％基本淘汰
2	热压烧结	中频感应加热、大电流大电阻加热均在石墨模具中进行	结合剂密度95％，磨具耐用质量好	当直径大于320毫米时无法加工，受石墨模具制约，温度不易控制
					3	半热压烧结	先冷压成型，连模具进炉在炉中或出炉将剩余的压缩量压平	结合剂密度达到75％左右、直径可以达到750毫米	由于轴向热压时，外模膨胀密度降低，因此产品质量不高
4	径向热压烧结	先冷压将压缩量放在径向，在炉中膨胀热压，出炉靠外模收缩热压	结合剂密度达98％，不受直径限制，质量好	制造周期较长

Claims (10)

1.一种金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其生产流程是1、制作外模，2、加工内模组件，3、初装内模组，4、混料、填压，5、总装内模组，6、加热外模，7、吊装内模组，8、模具整体加热，9、出炉，10、冷却，11、分解，12、成品。

2.一种用于金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法生产的模具，其特征是：

a、外模(13)为环形件，外模(13)的外周面为圆柱面，外模(13)的内腔壁面为上大下小的倒锥面，外模(13)安装在环形座圈(24)上；

b、在座圈(24)的外周边的上方安装水套(25)，水套(25)与外模(13)之间为环形冷却槽；

c、在外模(13)的内腔中安装由外壳(14)、基体(16)和实体内模(17)组成的内模组，实体内模(17)为圆柱体，在实体内模(17)的中心开设下大上小的台阶形通孔，在此通孔中穿装吊环螺栓(22)和螺母(21)，在实体内模(17)的上、下端面上均圆周均布螺孔，在实体内模(17)的外周边上滑装环形基体(16)，并在实体内模(17)的上、下端面上均用螺栓(18)安装环形连接板(19)连接外壳(14)，外壳(14)和基体(16)之间为环形空隙层(15)；

d、在外壳(14)的上、下端面上均开设环形内凹台阶面，外壳(14)的外周面为上大下小的倒锥面，其锥度与外模(13)内腔壁面的倒锥面的锥度匹配；

e、在外模(13)的上端面上安装环形防水限位板(20)，在实体内模(17)的上端面上安装调整垫圈(23)。

3.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是加工内模组件：外壳倒锥面的径向尺寸对应略小于外模内腔倒锥面在加热保温后的径向尺寸，在外壳的内圆周面上涂刷脱模剂。

4.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是初装内模组：用螺栓安装带有均布螺孔的下环形连接板，将外壳和实体内模的底部连接起来，使外壳和基体之间形成一环形空隙层。

5.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是混料、填压：按预设的配方，混料均拌金属结合剂粉未和超硬材料，在外壳的外周安装限位保护套，然后用压力机将混料冷压填充在环形空隙层中形成磨削工作层，混料也可先在冷压模中成型，再过渡到空隙层中。

6.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是加热外模：采用通用的井式加热炉或钟罩式加热炉和常规加热工艺，将外模加热并保温到预设的金属结合剂合金化的温度，使外模内径膨胀。

7.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是吊装内模组：将总装后的内模组吊进已加热保温过的外模中。

8.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是模具整体加热：继续加热，外模和内模组组成的模具整体达到预设的温度，并保温至工作层温度达到合金化温度。

9.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是出炉：当内模组和外模在预设温度上保温一定时间后，将外模和内模组出炉，吊装在预设的安装了水套的座圈上。

10.根据权利要求1所述的金属结合剂超硬材料磨具的径向热压法，其特征是冷却：将冷却液迅速泵送进冷却槽中，或在外模的底部安装底盖封住后，将内、外模整体直接吊放进冷却液池中，使外模快速冷却、降温。

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