CN104002092A - 一种金属表面加工用pdc滚压轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属表面加工用PDC滚压轮及其制备方法，其特征在于：它由下述重量百分比的原料组成：金刚石微粉78~88%、钴5~10％、硅：4~9%、二氧化钛：0.8~1.5%。将上述原材料按照比例进行混合，均匀后放入真空炉进行处理4~6小时，将物料装入带硬质合金基体的金属杯进行预压成型，然后装入叶腊石块中形成结构块，再将结构块置入六面顶压机中经过1300~1380℃、4500~5500Mpa、10~20分钟的高温高压合成，取出后再经过机械加工即得到本发明产品。本发明产品与硬质合金滚压轮相比，本产品具有硬度高、耐磨性高、使用寿命长等特点，特别适用于金属工件的表面滚压加工，能显著提高生产效率、降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种无切削的金属表面滚压机械加工方法，特别是涉及一种金属表面加工用PDC滚压轮及其制备方法。该滚压轮主要用于以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业中超精密零部件的表面加工。
背景技术
滚压加工是将高硬度且光滑的滚轮与金属表面滚压接触，使其表面层发生局部微量的塑性变形后得到改善表面粗糙度的塑性加工法的一种。被滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间就可以达到Ry0.1-0.8μm，而且加工面硬化后其耐磨性得到提高的同时疲劳强度也增加30%以上，其具有切削加工中无法比拟的优点。由于工效高、成本低，被广泛用于以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业中超精密零部件的表面加工。
金属工件在表面滚压加工后，表层得到强化极限强度和屈服点增大，工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显的提高，一般硬度可提高15～30%，耐磨性可提高15%，表面粗糙度可从Ra6.3提高到Ra2.4～Ra0.2，同时还具有较高的生产效率。滚压加工能解决目前某些工艺方法不易实现的关键问题，例如对特大形缸体的加工。同时它也适用于特小孔的精整加工或某些特殊材料的精整加工。不论是从加工质量、生产效率，还是生产成本等方面来看，滚压加工都是一项比较优越的加工方法。在某些方面，它完全可代替精磨、研磨、珩磨等光整加工。
目前市面上滚压轮多采用高速钢或硬质合金制作，该种滚压轮的使用寿命短、耐磨性低、易损坏，综合使用成本高，且对可加工工件的硬度存在很大的限制(≤40HRC)，已无法满足高效率生产加工的需求。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种金属表面加工用PDC滚压轮及其制备方法。该方法制得的PDC滚压轮，具有极高的硬度和耐磨性，克服了传统滚压轮寿命短、易损坏、可加工范围窄的缺点，特别适用于以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业中超精密零部件的表面加工。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的金属表面加工用PDC滚压轮是由下述重量百分比的原料组成：金刚石微粉78~88%、钴 5~10％、 硅：4~9%、二氧化钛：0.8~1.5%。
本发明所述的原料金刚石微粉尺寸为0.5μm~5μm，所述钴粉为≤400目的粉末，所述硅粉为≤400目的粉末，所述的二氧化钛为≤600目的粉末。
本发明所述的金属表面加工用PDC滚压轮的制备方法包括下述步骤：
①配料：按重量百分比取：金刚石微粉78~88％、钴 5~10％、硅：4~9%、二氧化钛：0.8~1.5%；
②混料：将步骤1所得的物料混合均匀；
③净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：840~880℃，压力10~100Pa，时间4~6小时；
④基体材料预处理：将用作基体材料的硬质合金表面去油、去除氧化层形成硬质合金基体；
⑤组装：将步骤4得到的硬质合金基体置入金属容器中，然后将步骤3中真空处理的物料填入金属容器，经预压成型后放入叶腊石中形成结构块；
⑥烧结：将步骤5得到的结构块，放在六面顶压机上进行高温高压烧结，烧结温度为1300~1380℃，压力为4500~5500Mpa，时间为10~20分钟；
⑦后处理：将步骤6所得结构块毛坯经过外圆磨、平面磨、激光打孔后即得产品。
本发明所述的混料步骤2包括以下过程：首先在步骤1所得的物料中加入所述物料总重量3~8%的丙酮，然后一起装入混料罐中，并加入硬质合金球作为混料介质，再装在三维混料机上进行混料4~6小时，最后去除硬质合金球即得到混合均匀的物料；所述混料步骤中加入的作为混料介质的硬质合金球的单体直径为6~9mm，加入的硬质合金球的总重量与金刚石微粉的重量相等。
本发明所述的硬质合金基体的形状为圆柱状。
本发明采用硅的作用是：加入硅以后，金刚石聚晶中Si元素主要以Si-C、Si-H等键合形式存在在的C－C键，从而可以达到提高，金刚石聚晶层中金刚石微粉颗粒之间相互生长连接的能力。
本发明采用二氧化钛的作用是：添加二氧化钛作为活性成份，与金刚石亲和力大，有助于金刚石与金属结合剂的冶金结合，促进形成D-M-D结构，提高晶核分布的均匀性，减少或避免聚晶的形成。
本发明的有益效果如下：
由于本发明在常规粘结剂钴中加入非金属元素硅和二氧化钛，并通过高温高压烧结，再经过后期机械加工，得到PDC滚压轮，此种滚压轮具有硬度高、耐磨性强、寿命长、生产效率高等特点。
使用本发明获得的滚压轮，其外形为圆柱体，PDC呈圆环状包裹在硬质合金基体周围，PDC硬度为HV7500~HV9000，是硬质合金的3~5倍；PDC具有很高的耐磨性，一般为硬质合金的60~80倍。另外，PDC还具有很高的导热性，是硬质合金的1.5~7倍，可大大的降低工作区域的温度，提高工具耐用度。
附图说明
图1是本发明PDC滚压轮的结构图。
图中序号：1、为硬质合金基体；2、PDC。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1
①配料：按下述重量百分比称取原料，其中：金刚石微粉88％、钴 5％, 硅：5.5%，二氧化钛：1.5%；
②混料：在步骤1的物料中加入其重量总和8%的丙酮然后一起装入混料罐中，并加入与金刚石微粉同等重量的直径为8mm的若干个硬质合金球作为混料介质，再装在三维混料机上进行混料4小时；
③净化处理：将步骤2得到的去除硬质合金球的物料，放入真空炉中进行处理，温度860℃，压力50Pa，时间4小时；
④基体材料预处理：将用作基体材料的圆柱形硬质合金表面去油、去除氧化层形成硬质合金基体；
⑤组装：将步骤4得到的硬质合金基体置入金属杯中，然后将步骤3中真空处理的物料填入金属杯，经预压成型后放入叶腊石中形成结构块；
⑥烧结：将步骤5得到的结构块，放在六面顶压机上进行高温高压烧结，工艺为1320℃，压力为5000Mpa，时间为18分钟；
⑦后处理：将步骤6结构块中的毛坯经过外圆磨、平面磨、激光打孔即得到本发明产品。
实施例2
①配料：按下述重量百分比称取原料，其中：金刚石微粉79.8％、钴 10％, 硅：9%，二氧化钛：1.2%；
②混料：在步骤1的物料中加入其重量总和3%的丙酮然后一起装入混料罐中，并加入与金刚石微粉同等重量的直径为8mm的若干个硬质合金球作为混料介质，再装在三维混料机上进行混料5小时；
③净化处理：将步骤2得到的去除硬质合金球的物料，放入真空炉中进行处理，温度840℃，压力70Pa，时间5小时；
④基体材料预处理：将用作基体材料的圆柱形硬质合金表面去油、去除氧化层形成硬质合金基体；
⑤组装：将步骤4得到的硬质合金基体置入金属杯中，然后将步骤3中真空处理的物料填入金属杯，经预压成型后放入叶腊石中形成结构块；
⑥烧结：将步骤5得到的结构块，放在六面顶压机上进行高温高压烧结，工艺为1370℃，压力为5300Mpa，时间为12分钟；
⑦后处理：将步骤6结构块中的毛坯经过外圆磨、平面磨、激光打孔即得到本发明产品。
实施例3
①配料：按下述重量百分比称取原料，其中：金刚石微粉85％、钴 7％, 硅：7%，二氧化钛：1%；
②混料：在步骤1的物料中加入其重量总和5%的丙酮然后一起装入混料罐中，并加入与金刚石微粉同等重量的直径为8mm的若干个硬质合金球作为混料介质，再装在三维混料机上进行混料4.5小时；
③净化处理：将步骤2得到的去除硬质合金球的物料，放入真空炉中进行处理，温度870℃，压力30Pa，时间6小时；
④基体材料预处理：将用作基体材料的圆柱形硬质合金表面去油、去除氧化层形成硬质合金基体；
⑤组装：将步骤4得到的硬质合金基体置入金属杯中，然后将步骤3中真空处理的物料填入金属杯，经预压成型后放入叶腊石中形成结构块；
⑥烧结：将步骤5得到的结构块，放在六面顶压机上进行高温高压烧结，工艺为1350℃，压力为5000Mpa，时间为15分钟；
⑦后处理：将步骤6结构块中的毛坯经过外圆磨、平面磨、激光打孔即得到本发明产品。
Claims (6)
1.一种金属表面加工用PDC滚压轮，其特征在于：它由下述重量百分比的原料组成：金刚石微粉78~88%、钴 5~10％、 硅：4~9%、二氧化钛：0.8~1.5%。
2.根据权利要求1所述的金属表面加工用PDC滚压轮，其特征在于：所述原料金刚石微粉尺寸为0.5μm~5μm，所述钴粉为≤400目的粉末，所述硅粉为≤400目的粉末，所述的二氧化钛为≤600目的粉末。
3.一种用于制备权利要求1所述的金属表面加工用PDC滚压轮的方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
①配料：按重量百分比取：金刚石微粉78~88％、钴 5~10％、硅：4~9%、二氧化钛：0.8~1.5%；
②混料：将步骤1所得的物料混合均匀；
③净化处理：将步骤2得到的混合物料，放入真空炉中进行处理，温度：840~880℃，压力10~100Pa，时间4~6小时；
④基体材料预处理：将用作基体材料的硬质合金表面去油、去除氧化层形成硬质合金基体；
⑤组装：将步骤4得到的硬质合金基体置入金属容器中，然后将步骤3中真空处理的物料填入金属容器，经预压成型后放入叶腊石中形成结构块；
⑥烧结：将步骤5得到的结构块，放在六面顶压机上进行高温高压烧结，烧结温度为1300~1380℃，压力为4500~5500Mpa，时间为10~20分钟；
⑦后处理：将步骤6所得结构块毛坯经过外圆磨、平面磨、激光打孔后即得产品。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述混料步骤2包括以下过程：首先在步骤1所得的物料中加入所述物料总重量3~8%的丙酮，然后一起装入混料罐中，并加入硬质合金球作为混料介质，再装在三维混料机上进行混料4~6小时，最后去除硬质合金球即得到混合均匀的物料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述混料步骤中加入的作为混料介质的硬质合金球的单体直径为6~9mm，加入的硬质合金球的总重量与金刚石微粉的重量相等。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述硬质合金基体的形状为圆柱状。
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