CN101293785B - 采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于提高金刚石工具胎体力学性能的技术领域，特别是涉及一种交变磁强化装置，该装置的支撑框架(15)上由外到内分别放置供电单元和与其相连的磁极单元，磁极单元可产生交变磁场，金刚石工具胎体构件(5)通过卡具固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过金刚石工具胎体构件(5)的两个端面。该装置通过交变磁处理来提高金刚石工具胎体结构的力学性能：改善金刚石结块中胎体组织的致密度和均匀度，提高金刚石结块的硬度，改善金刚石颗粒与周围胎体组织间连接的紧密度，增加对金刚石颗粒的把持能力，从而提高了金刚石工具胎体的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于提高金刚石工具胎体力学性能的技术领域，特别是涉及一种交变磁强化装置。
背景技术
高新技术的迅猛发展对现有材料的性能提出了越来越高的要求，因而迫切需要研制出性能优良的新材料，并提供新的材料制备技术。金刚石工具材料是一类特殊的复合材料，其中数量最大的代表性产品——金刚石锯片被广泛用于石材、水泥、高速公路路面等加工中。金刚石锯片对石材的切割作用是刀头中所含金刚石颗粒对石材切割作用的综合体现，而包镶金刚石颗粒的胎体材料性能是影响工具性能的关键因素之一。为了提高金刚石工具胎体材料的性能，已有不少学者在结块的胎体配方、压制及烧结工艺等方面做了大量研究，并得出了许多有价值的研究成果，但由于生产效率低、制造成本高，在金刚石工具实际生产中的应用受到了一定局限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，该装置采用交变磁处理进行金刚石工具胎体性能改善的方法，具有见效快、实施方便、节约能源等明显优点，可产生有重大的经济效益和良好的社会效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，该装置的支撑框架上由外到内分别放置供电单元和与其相连的磁极单元，磁极单元可产生交变磁场，金刚石工具胎体构件通过夹具固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过金刚石工具胎体构件的两个端面。
本发明通过卡具将金刚石工具胎体构件固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过构件的两个端面，采用对金刚石工具胎体构件进行交变磁处理的方法来达到性能强化目的，具有见效快、实施方便、节约能源等明显优点。
作为本发明的一种优选方式，所述的供电单元由依次连接的交流接触器CJ1、单相调压器T1、整流变T2及全桥整流电路UR组成，其中，交流接触器CJ1与相交流电源相连，全桥整流电路UR的输出端与磁极单元相连。
作为本发明的一种优选方式，在单相调压器T1与整流变T2相连的回路中，依次连接电流互感器CT1、电阻R、电流互感器CT2；整流变T2与全桥整流电路UR相连的回路中，两条输出线路中分别连接有电流互感器CT3，其中一条中串有交流电流表A，全桥整流电路UR输出的两端连接交流电压表U和电流互感器CT4。
作为本发明的一种优选方式，所述的磁极单元的线圈为绕包式，其内安装铁心。
作为本发明的一种优选方式，所述的夹具的外圈是一个木质矩形框，矩形框的左、右轴心处设置圆柱形孔，其内安装可调节位置的左支架和右支架，左支架和右支架上分别安装左夹块和右夹块，左夹块和右夹块上四角处分别安装螺栓和螺母。
作为本发明的一种优选方式，所述的左支架和右支架两端分别设置螺柱，其上安装调节螺母。
本发明的有益效果是：该装置通过交变磁处理来提高金刚石工具胎体结构的力学性能：改善金刚石结块中胎体组织的致密度和均匀度，提高金刚石结块的硬度，改善金刚石颗粒与周围胎体组织间连接的紧密度，增加对金刚石颗粒的把持能力，从而提高了金刚石工具胎体的力学性能。
通过使用采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置提高了金刚石结块的硬度，使得金刚石颗粒与周围胎体间连接愈加紧密，增加了金刚石的把持能力，提高了胎体的冲击韧性，改善了金刚石结块中胎体组织的致密度和均匀度，从而提高了金刚石工具胎体的力学性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步具体详细的说明。
图1是采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置；
图2是采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置的夹具结构图；
图3是采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置的供电单元电路原理图；
图4是磁处理前、后的试件硬度的变化曲线图；
图5是磁处理前的胎体显微组织(×100)；
图6是磁处理后的胎体的显微组织(×100)；
图7是磁处理前的金刚石与胎体连接形貌图；
图8是磁处理后的金刚石与胎体连接形貌图。
具体实施方式
本发明所涉及的采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，该装置是通过交变磁场来实现金刚石工具胎体构件5强化的目的。本装置的支撑框架15上由外到内分别放置供电单元和与其相连的磁极单元，磁极单元可产生交变磁场，金刚石工具胎体构件5通过卡具固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过金刚石工具胎体构件5的两个端面，在一定强度和一定时间的交变磁场处理后实现金刚石工具胎体构件5的强化，该装置整体结构如图1所示。
图3所示为本发明中的供电单元电路原理图。所述的供电单元由依次连接的交流接触器CJ1、单相调压器T1、整流变T2及全桥整流电路UR组成，其中，交流接触器CJ1与相交流电源相连，全桥整流电路UR的输出端与磁极单元相连。该磁极单元的线圈为绕包式，其内安装铁心。在单相调压器T1与整流变T2相连的回路中，依次连接电流互感器CT1、电阻R、电流互感器CT2；整流变T2与全桥整流电路UR相连的回路中，两条输出线路中分别连接有电流互感器CT3，其中一条中串有交流电流表A，全桥整流电路UR输出的两端连接交流电压表U和电流互感器CT4。
磁极单元的线圈11为绕包式，线圈11内安装铁心12。磁极单元通过导线与位于支撑框架15上的接线箱13内的接线柱14相连，依据设定的磁感应强度值给定相应的电流强度值。电路的通断通过CJ1交流接触器来进行控制，电压的大小通过调压器来控制。利用交流电流表和数字电压表来监测电路中的电流和电压。全桥整流电路使得输出的电流满足需要。
通过对线圈内的电流的控制来实现对所产生的交变磁场的控制。此装置可产生的最大磁感应强度是2T，频率为0.5～50HZ。
夹具结构图如图2所示。夹具的外圈是一个木质矩形框1，矩形框的左、右轴心处设置圆柱形孔，其内安装可调节位置的左支架2和右支架7，左支架2和右支架7上通过螺栓3和螺母16分别安装左夹块4和右夹块6，左夹块4和右夹块6上四角处分别安装螺栓10和螺母9。左支架2和右支架7两端分别设置螺柱，其上安装调节螺母8。这样，微调调节螺母8可以调节左夹块4和右夹块6间的空隙，金刚石工具胎体构件5就可以夹在左夹块4和右夹块6之间，并通过螺栓10和螺母9将其固定。
采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，中频交流电流来实现中频交变磁场，使得金刚石工具胎体构件5内部产生电磁振荡，有利于微观组织脱离缠结，提高了金刚石结块的硬度，金刚石颗粒与周围胎体间连接愈加紧密，增加了金刚石的把持能力，因而组织变得更加均匀致密，从而提高了其力学性能。
工作时，首先按下CJ1交流接触器，通过设定通入的电流值，从而设定交变磁场的磁感应强度。设定交流电的频率，从而设定交变磁场的频率。达到强交变磁处理设定好的时间后，切断CJ1交流接触器。通过卡具将金刚石工具胎体构件5固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过构件的两个端面，在一定强度和一定时间的交变磁场处理后实现金刚石工具胎体构件的强化。工作结束后从夹具中卸下金刚石工具胎体构件。
下面选取一块金刚石工具胎体构件通过本装置进行强化。实验材料选用原材料粉末为-200目的Cu粉、WC粉、Fe粉、Ni粉、Sb粉、Cr粉等，金刚石选用40-50目、SMD25型人造金刚石。原材料粉末和金刚石按一定比例配比混合均匀后，采用预压-热压烧结法制备金刚石结块试件，试件的外形尺寸(长×高×厚)：25mm×10mm×3.6mm。
采用实验研究的方法，对金刚石结块交变磁处理进行了实验研究，并对交变磁处理后金刚石结块的胎体性能和显微组织进行了分析。将加热到700℃的金刚石节块固定在磁场强度为1T、频率为50Hz的交变磁场中处理60分钟，使交变磁力线垂直通过金刚石结块。磁处理前后对比分析发现：试件表面的HRB硬度值平均提高3.58个硬度值；磁处理后试件的颗粒轮廓清晰，微观组织均匀、致密；磁处理后金刚石与胎体间的连接没有明显间隙，加强了对金刚石的把持能力。实验中，组合式的夹具设计实现了装卡范围的调节和快速固定模具的要求，同时绝缘电木外框保证了模具与磁场发生器直接接触部分不导电、不导磁。
胎体硬度是金刚石结块胎体性能的重要指标之一。在试件表面分别选取6个点，测量磁处理前后试件表面的硬度，图4所示为50Hz、1T、60min磁处理前、后试件表面的HRB硬度平均值，从图中可以看出，磁处理后，全部试件的HRB硬度明显提高。
利用金相显微镜观察磁处理前后胎体显微组织形貌如图5、图6所示。通过对比分析发现：加热磁处理后试件比较仅加热不进行磁处理试件的颗粒轮廓更加清晰，组织更加均匀、更加致密，说明交变磁场对液相流动、颗粒重排和晶粒的发育有明显的促进作用。试件加热后进行磁处理过程中，材料的致密化过程继续进行，固相在液相中的溶解和析出过程仍然继续，扩散过程在磁化力的作用下进一步发生，材料内部电磁场的交互作用，有利于均匀致密晶粒组织的形成。磁处理后试件组织均匀致密化是金刚石结块硬度提高的根本原因。
利用扫描电子显微镜观察磁处理前后金刚石颗粒与胎体之间镶嵌连接的形貌。图7为磁处理前金刚石与胎体间的连接形貌，从图7左侧可以清晰看到在金刚石周围与胎体连接出存在明显间隙，也说明胎体对金刚石的把持力要弱，图7右侧为金刚石脱落后留下的浅坑。图8为磁处理后金刚石与胎体间的连接形貌，没有明显间隙，表明在磁处理后胎体组织变得致密，金刚石颗粒与周围胎体间连接愈加紧密，增加了金刚石的把持能力，也提高了金刚石结块的力学性能。
本发明可用于金刚石工具胎体构件的强化，进而提高金刚石刀具刀头结块的力学性能，在国产金刚石硬质锯片的生产实践中具有广阔的应用前景。
Claims (5)
1.一种采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，其特征在于：该装置的支撑框架(15)上由外到内分别放置供电单元和与其相连的磁极单元，磁极单元产生交变磁场，金刚石工具胎体构件(5)通过夹具固定在交变磁场中，使得磁力线始终垂直穿过金刚石工具胎体构件(5)的两个端面；所述的夹具的外圈是一个木质矩形框(1)，矩形框的左、右轴心处设置圆柱形孔，其内安装可调节位置的左支架(2)和右支架(7)，左支架(2)和右支架(7)上分别安装左夹块(4)和右夹块(6)，左夹块(4)和右夹块(6)上四角处分别安装螺栓(10)和螺母(9)。
2.根据权利要求1所述的采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，其特征在于：所述的供电单元由依次连接的交流接触器(CJ1)、单相调压器(T1)、整流变(T2)及全桥整流电路(UR)组成，其中，交流接触器(CJ1)与相交流电源相连，全桥整流电路(UR)的输出端与磁极单元相连。
3.根据权利要求2所述的采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，其特征在于：在单相调压器(T1)与整流变(T2)相连的回路中，依次连接电流互感器(CT1)、电阻(R)、电流互感器(CT2)；整流变(T2)与全桥整流电路(UR)相连的回路中，两条输出线路中分别连接电流互感器(CT3)，其中一条中串有交流电流表(A)，全桥整流电路(UR)输出的两端连接交流电压表(U)和电流互感器(CT4)。
4.根据权利要求1所述的采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，其特征在于：所述的磁极单元的线圈(11)为绕包式，其内安装铁心(12)。
5.根据权利要求1所述的采用交变磁处理方式的金刚石工具胎体强化装置，其特征在于：所述的左支架(2)和右支架(7)两端分别设置螺柱，其上安装调节螺母(8)。
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