CN103639914B

CN103639914B - 一种超硬磨具及其制备方法

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Publication number: CN103639914B
Application number: CN201310673525.7A
Authority: CN
Inventors: 魏彬; 常二霞
Original assignee: SHENZHEN CHANGXING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN CHANGXING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: CN103639914A

Abstract

本发明涉及超硬磨具技术领域，具体为一种超硬磨具及其制备方法，选用特定的不锈钢作为基体材料，并依次经过车削加工、清洗、电铸和酸处理进行加工。应用本发明所述的不锈钢作为超硬磨具的基体，可提高超硬磨具的使用寿命；结合本发明公开的超硬磨具制的备方法，尤其是在镀附磨料时选用特定的电流密度可显著提高超硬磨具的使用寿命，使用寿命提高40‑50%。

Description

一种超硬磨具及其制备方法

技术领域

本发明涉及超硬磨具技术领域，尤其涉及一种超硬磨具及其制备方法。

背景技术

超硬材料制品在现代工业中应用越来越广泛，超硬材料磨具是由基体材料、磨料（金刚石或立方氮化硼）、结合剂三部分构成的，其中基体材料在整个磨削过程中起着支撑作用，其自身的强度直接关系到超硬磨具的使用寿命。理想的基体材料应当具备以下特点：1、基体材料需具备较高的自身强度和刚性。强度是指材料产生破坏时所产生的应力，刚性是指材料在外力作用下抵抗自身变形的能力。这些指标是小尺寸磨具在加工中的寿命高低关键因素之一。2、基体材料需与结合剂具备较强的结合力。超硬磨具是将超硬磨料通过电铸或烧结等方式固结在基体上的一种产品，基体与结合剂的作用力大小决定了磨料是否可以充分地发挥磨料的切削能力，因此，此项指标也是磨具生产中关键点之一。3、基体材料本身需具备较强的可加工性。超硬磨具的基体种类繁多，客户定制性较强，形状复杂，因此选择基体材料时必须要考虑基体的可加工性，需要相对容易实现车削、磨削、钻孔等多种加工形式，并且加工出的工件表面粗糙度要符合要求。4、基体材料需具备较强的防锈特性。

现代工业发展中，各种成品尺寸要求越来越苛刻，以手机触屏玻璃为例，玻璃上需要磨加工出宽度尺寸为1.2mm甚至更小的区域，由于成品孔宽度较小，磨削所用刀具的直径就会相应减小，这时对打孔磨具提出了较高的要求。现有的可用于制作基体的材料众多，如合金元素含量不同的多种不锈钢，但是不锈钢中合金元素的含量的变化会极大的影响超硬磨具的使用寿命，此外超硬磨具的生产过程中，工艺参数的变化亦会极大影响超硬磨具的使用寿命。因此，我们需要寻找更合适的基体材料以及加工工艺，使磨具具有更长的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用寿命更长的超硬磨具及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超硬磨具，由基体、磨料和结合剂这三部分组成，所述基体为不锈钢，所述不锈钢由以下质量百分比的成分组成：C=0.055-0.008%，P=0.033-0.04%，S=0.257-0.39%，Mn=2.46-2.63%，Si≤0.43%，Ni=7-8%，余量为Fe。优选地，所述不锈钢由以下质量百分比的成分组成：C=0.055%，P=0.033%，S=0.257%，Mn=2.46%，Si≤0.43%，Ni=8%，余量为Fe。

以上所述超硬磨具的制备方法，包括以下步骤：

（1）车削加工：基体材料通过车削形成所需尺寸规格的基体。其中，基体的非电铸区的吃刀深度为0.5mm，进给速度为800-1000mm/min，转速为3000rpm；基体的电铸区的吃刀深度为0.05mm，进给速度为600-800mm/min，转速为3000rpm。

（2）清洗：将基体置于液体中并超声清洗5min以上至除去基体表面的油；然后将基体置于电解槽中电解5-8min。超声清洗基体时，保持水温为50-60℃。电解基体时，电流为n×2A/dm²，其中n为基体的表面积；所述液体为pH=8-12的碱性液体。

（3）电镀：用屏蔽材料将基体中不需电铸的部位屏蔽后，将基体置于电铸槽中进行底层电铸，电流密度为1.1-1.3A/dm²，底层电铸时间为25-30min；然后将电流密度调为0.8-1.1A/dm²，继续镀附磨料，镀附磨料的电铸时间为3-4h；屏蔽材料为保鲜膜、绝缘胶水和PVC中的任一种。

生产具有多个工作工位的磨具时，如生产同时具有打孔工位、扩孔工位和精修孔工位的磨具，重复进行上述步骤（3）和步骤（4）来加工打孔工位、扩孔工位和精修孔工位。完成电镀工序后得初产品。

（4）酸处理：将初产品浸泡于盐酸中3-5s至其表面无杂质，然后取出并用水冲洗干净得终产品。其中，盐酸的浓度为9-10%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：应用本发明所述的不锈钢作为超硬磨具的基体，可提高超硬磨具的使用寿命；结合本发明公开的超硬磨具制的备方法可显著提高超硬磨具的使用寿命，使用寿命提高40-50%。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。

实施例1

本实施例选用不锈钢材料为基体材料，并制备同时具有打孔工位、扩孔工位和精修孔工位的金刚石磨具。

所选用的不锈钢为由以下质量百分比的成分组成：C=0.055%，P=0.033%，S=0.257%，Mn=2.46%，Si=0.43%，Ni=8%，余量为Fe。

在其它实施方案中，还可以选用由以下范围的质量百分比的成分组成的不锈钢作为基体材料：C=0.055-0.008%，P=0.033-0.04%，S=0.257-0.39%，Mn=2.46-2.63%，Si≤0.43%，Ni=7-8%，余量为Fe。

金刚石磨具由以下步骤制得：

（1）车削加工：通过车削将基体材料加工成所需尺寸规格的基体，基体的表面积为1.8dm²。车削基体的非电铸区时，吃刀深度为0.5mm，进给速度为900mm/min，转速为3000rpm；车削基体的电铸区时，吃刀深度为0.05mm，进给速度为700mm/min，转速为3000rpm。电铸区包括打孔工位、扩孔工位和精修孔工位。

在其它实施方案中，还可选择以下车削工艺参数：车削基体的非电铸区时的进给速度为800-1000mm/min；车削基体的电铸区时的进给速度为600-800mm/min。

（2）清洗：将基体置于已盛有碱性液体的超声仪中，碱性液体的pH=10（在其它实施方案中，pH可以是8-12），并将溶液温度调为55℃，基体超声清洗5min以上至除去其表面的油；然后将基体置于电解槽中，选用的电流密度为3.6A/dm²，将基体电解7min。

（3）电铸底层-打孔、扩孔工位：首先用保鲜膜包裹基体中不需电铸的部位，然后将基体置于电铸槽中进行底层电铸，电流密度为1.1A/dm²，电铸时间为25min。具体操作如下：首先将屏蔽好的基体装夹在通电夹具中，确保通电良好；接着通过电控箱设定电流为2.0A，时间为25min；然后接通电源，运行电铸程序。通过观察基体表面，镀层光亮、无气泡表明电铸底层合格。

在其它实施方案中，还可选用绝缘胶水和PVC等作为屏蔽材料；电流密度可为1.1-1.3A/dm²，电铸时间可为25-30min。

（4）镀附磨料-打孔、扩孔工位：先将电流调至1.8A（电流密度为1A/dm²），继续进行电铸，具体操作如下：首先将电流调节为1.8A并启动搅拌器，使磨料均匀地分布在电铸液中；然后使圆周型的夹具每隔5分钟转动一次，每次转动的角度为90°，此过程使夹具转动两周；镀附磨料的电铸时间为3h，包裹程度是65-70%。通过观察镀附磨料的效果，如果磨料均匀地分布在基体之上，则证明了该环节合格。

在其它实施方案中，还可以选用电流密度为0.8-1.1A/dm²，电铸时间为3-4h。

（5）精修孔工位加工：用保鲜膜包裹基体的非电铸区和电铸区的打孔工位及扩孔工位后，重复上述步骤（3）和步骤（4），得初产品

（6）酸处理：将初产品浸泡于浓度为9.25%的盐酸中5s，使基体表面的杂质去除，然后取出并用水冲洗干净得成品。

对成品进行常规检测后，包装入库。

本实施例所制得的超硬磨具简称为NEW1。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处是：镀附磨料时选用的电流密度不同，本实施例中选用的电流密度为0.8A/dm²。

所制得的超硬磨具简称为NEW2。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处是：镀附磨料时选用的电流密度不同，本实施例中选用的电流密度为1.1A/dm²。

所制得的超硬磨具简称为NEW3。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处是：选用不同的不锈钢材料作为基体材料。所选用的不锈钢为由以下质量百分比的成分组成：C=0.008%，P=0.04%，S=0.39%，Mn=2.63%，Si=0.2%，Ni=7%，余量为Fe。

所制得的超硬磨具简称为NEW4。

对比例1

本对比例与上述实施例的不同之处是：镀附磨料时选用的电流密度不同，本对比例中选用的电流密度为0.7A/dm²。

所制得的超硬磨具简称为NEW5。

对比例2

本对比例与上述实施例的不同之处是：基体材料不同。本对比例选用的基体材料是现今制备超硬磨具常用的不锈钢材料，该不锈钢由以下成分组成：C=0.1%，P=0.05%，S=0.257%，Mn=1.2%，Si=0.15%，余量为Fe。

所制得的超硬磨具简称为Y15。

测验数据

用实施例1-4和对比例1-2所制备的金刚石刀具对玻璃进行打孔、扩孔和精修孔加工。

1、测试条件：

2、测试结果：（分别使用每个实施例和对比例制备的四支金刚石刀具进行测试，并计算每种金刚石刀具的平均加工能力。）

实施例1制备的金刚石刀具NEW1的平均加工能力最强，平均每支刀具可加工110件产品，加工能力明显强于现今常用的基体材料制备的金刚石刀具Y15，NEW1的平均加工能力相比Y15的平均加工能力提高了50.6%。

此外，由上表中的NEW1-3和NEW5（实施例1-3及对比例1制备的金刚石刀具）的平均加工能力可知，镀附磨料步骤中的电流密度对加工得到的刀具的性能具有显著的影响，电流密度为1A/dm²时，所得金刚石刀具的加工能力最强，刀具的平均加工能力为110件/支；电流密度过大或过小都不利于增强刀具的加工性能，当电流密度降至0.7A/dm²时，所得刀具的平均加工能力降至89件/支。即本发明选用的基体材料需要用相应的工艺与之配合才能生产处加工能力更强的金刚石刀具。

以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims

1.一种超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述超硬磨具由基体、磨料和结合剂构成，所述基体为不锈钢，所述不锈钢由以下质量百分比的成分组成：C＝0.055-0.008％，P＝0.033-0.04％，S＝0.257-0.39％，Mn＝2.46-2.63％，Si≤0.43％，Ni＝7-8％，余量为Fe；所述制备方法包括以下步骤：

(1)车削加工：基体材料通过车削形成基体；

(2)清洗：将基体置于液体中并超声清洗5min以上至除去基体表面的油；然后将基体置于电解槽中电解5-8min，电流密度为n×2A/dm²，n为基体的表面积；

(3)电铸：用屏蔽材料将基体上不需电铸的部位屏蔽后，将基体置于电铸槽中进行底层电铸，电流密度为1.1-1.3A/dm²，底层电铸的电铸时间为25-30min；然后将电流密度调至0.8-1.1A/dm²，继续进行镀附磨料，镀附磨料的电铸时间为3-4h；得初产品；

(4)酸处理：将初产品浸泡于盐酸中3-5s至其表面无杂质，然后取出并用水冲洗干净得终产品。

2.根据权利要求1所述超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的超声清洗基体，水温为50-60℃。

3.根据权利要求2所述超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，盐酸的浓度为9-10％。

4.根据权利要求3所述超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，基体的非电铸区的吃刀深度为0.5mm，进给速度为800-1000mm/min，转速为3000rpm；基体的电铸区的吃刀深度为0.05mm，进给速度为600-800mm/min，转速为3000rpm。

5.根据权利要求4所述超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的屏蔽材料为保鲜膜、绝缘胶水和PVC中的任一种。

6.根据权利要求1-5任一项所述超硬磨具的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中镀附磨料时的电流密度是1A/dm²。