CN104015132A - 干式金刚石磨轮的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干式金刚石磨轮的制备工艺，包括以下步骤：(1)提供环形磨轮基体；(2)提供多个烧结金刚石刀头；(3)采用高频钎焊工艺将所述金刚石刀头焊接到磨轮基体上；所述多个烧结金刚石刀头均匀分布在所述环形磨轮基体上，而且所述金刚石刀头沿着径向成倾斜的角度分布，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度；所述金刚石刀头之间设置有间槽，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度。采用本发明所述的制备工艺制备得到的金刚石磨轮能够有效解决金刚石胎体在打磨过程中快速导热，散热的技术问题，能够避免在打磨过程中因为导热，散热效果不好而造成刀头烧伤而无法正常使用的问题，因而特别适合于混凝土类建筑材料以及石材的打磨。
Description
技术领域
本发明涉及超硬磨料制品的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于建筑材料、石材等非金属脆硬材料加工的干式金刚石磨轮的制备工艺。
背景技术
在现今工业快速发展的大环境下，磨轮被广泛应用于建筑材料以及石材等的打磨。耐火材料等建材的表面磨削，市场上大多数磨轮大都采用整环刀头或者磨削面积较小的块状到头紧密排的环形结构，而且通常都是在冷却水条件下进行施工的，但是在许多施工环境下，工人在高效作业时由于条件限制，往往无法在打磨作业时提供冷却水的条件，这就造成打磨速度慢，施工效率低下甚至无法正常施工。目前市场上现有的磨轮内外圆刀头打磨时的面积都是相同的，在正常打磨过程中由于外圆线速度高导致外圆部分刀头过早磨削，最后会形成外圆刀头低，内圆刀头由于线速度低，磨损小，导致内圆刀头高度大于外圆的刀头，使得磨轮成了凸状结构，无法继续正常使用。此外，现有技术中的金刚石胎体在打磨过程中由于散热效果不好而造成刀头烧伤而无法正常使用。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种干式金刚石磨轮的制备工艺。
为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种干式金刚石磨轮的制备工艺，包括以下步骤：(1)提供环形磨轮基体；(2)提供多个烧结金刚石刀头；(3)采用高频钎焊工艺将所述烧结金刚石刀头焊接到环形磨轮基体上；其特征在于：所述多个烧结金刚石刀头均匀分布在所述环形磨轮基体上，而且所述金刚石刀头沿着径向成倾斜的角度分布，所述金刚石刀头距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度；所述金刚石刀头之间设置有间槽，所述间槽距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度。
其中，所述间槽的面积大于所述金刚石刀头的面积。
其中，所述间槽距离所述磨轮中心最远端宽度是距离所述磨轮中心最近端宽度的5倍以上，所述间槽的面积是所述金刚石刀头面积的至少5倍以上。
其中，所述烧结金刚石刀头是由原料粉末均匀混合后经过热压烧结成型，并焊接在所述环形磨料基体上。
其中，热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
其中，所述原料粉末是由25～35wt％的铜、3～11wt％的镍、13～23wt％的钴、6～14wt％的锰、1.3～2.4wt％的磷或碳、1.3～2.0wt％的金刚石，0.9～1.5wt％的液体石蜡以及余量的铁组成。作为优选地，所述铁的含量例如为31～41wt％。
其中，钎焊温度为660～690℃，钎焊时间为12～18秒，真空度为0.01Pa以下。
其中，钎焊工艺中使用低银的银钎料片。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的干式金刚石磨轮的制备工艺具有以下有益效果：
(1)通过刀头磨削工艺学的研究设计，将刀头制作成特殊形状，当角磨机在高速运转的时候，由于磨轮外圆线速度比内圆线速度高，所以按照磨削原理外圆的刀头体积磨损的更多，所以我们设计磨轮刀头时，由于内外圆刀头在同一个平面内，所以我们只通过增加刀头磨削的面积来弥补外圆线更高的线速度带来的更大的刀头磨损，因此将刀头设计距离磨轮中心孔越远的刀头面积更宽，来达到磨轮在平面磨削的时候同步磨损。
(2)通过对基体优化设计，将基体设计成“风车”结构，使得磨轮在打磨过程排屑，散热更加流畅，从而保持磨轮刀头可持续磨削性能。
(3)本发明能够有效解决金刚石胎体在打磨过程中快速导热，散热的技术问题，能够避免在打磨过程中因为导热，散热效果不好而造成刀头烧伤而无法正常使用。
附图说明
图1为本发明制备的干式金刚石磨轮的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的干式金刚石磨轮的制备工艺做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解；需要指出的是实施例中有关结构、功能以及材料等的描述都是示例性的，而并不是指对发明保护范围的限制。
本发明所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，包括以下步骤：(1)提供环形磨轮基体；(2)提供多个烧结金刚石刀头；(3)采用高频钎焊工艺将所述烧结金刚石刀头焊接到环形磨轮基体上。如附图1所示，所述的磨轮包括环形磨轮基体10以及设置在环形磨轮基体上均匀分布的多个金刚石刀头20，所述金刚石刀头沿着径向成倾斜的角度分布，所述金刚石刀头距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度；所述金刚石刀头之间设置有间槽12，所述间槽距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度；并且所述间槽的面积大于所述金刚石刀头的面积。作为优选地，所述间槽距离所述磨轮中心最远端宽度是距离所述磨轮中心最近端宽度的5倍以上，所述间槽的面积是所述金刚石刀头面积的至少5倍以上。此外，在本发明中，所述金刚石刀头的原料粉末是由25～35wt％的铜、3～11wt％的镍、13～23wt％的钴、6～14wt％的锰、1.3～2.4wt％的磷或碳、1.3～2.0wt％的金刚石，0.9～1.5wt％的液体石蜡以及余量的铁组成。本发明通过在基体的结构设计以及原料组成的选择上进行了优化，并摒弃了传统的设计理念，尤其是在原料粉末中添加了相对较软的“锰”并协同碳或磷的使用，有效解决了工作过程中的散热以及烧伤的问题，不仅保持了可持续磨削的优异性能，反而出人预料的，也显著延长了所述干式金刚式磨轮的使用寿命。
具体来说，本发明所述的干式金刚石磨轮的制备工艺的制备工艺如下：
1.基体加工：根据图纸要求，车加工制备得到所述具有间槽的环形磨轮基体；2.金刚石刀头片制烧结成型：根据具体使用要求，按照配比要求将原料组份混匀后通过冷压成型，热压烧结制备金刚石刀头，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟；3.高频焊接：将金刚石刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起；其中，钎焊温度为660～690℃，钎焊时间为12～18秒，真空度为0.01Pa以下。然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测；4.打磨、喷漆、检验：将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
实施例1
刀头1：取铜粉2.6kg，铁3.36kg，镍0.8kg，钴2.1kg，锰1.1kg，碳0.14kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结而成，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
刀头2：取铜粉2.9kg，铁3.55kg，镍0.7kg，钴1.9kg，锰0.8kg，磷0.15kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
刀头3：取铜粉2.8kg，铁3.8kg镍0.62kg钴1.8kg锰0.8kg磷0.18kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.14kg，金刚石0.17kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
对照样刀头1：取铜粉2.9kg，铁4.30kg，镍0.7kg，钴1.9kg，磷0.15kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
对照样刀头2：取铜粉2.9kg，铁3.7kg，镍0.7kg，钴1.9kg，锰0.8kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
对照样刀头3：取铜粉3.0kg，铁4.35kg，镍0.7kg，钴1.9kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，其中热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
实施例1中金刚石的粒度为40/45，抗压强度为25Kg。金刚石刀头试样的抗弯强度以及磨耗比：磨耗比依据JB3/T3235-1999测定；抗弯强度通过将40mm×5mm×5mm的金刚石刀头烧结体直接放在相隔30mm的两个支座上，在间隔中间给力，直至试样断裂，测试抗弯强度。结果如表1所示：
表1
实施例2
在本发明中，金刚石刀头与环形磨料基体采用高频感应钎焊工艺，而非采用接触式的加热，如此加热效率高而且速度快，并且温度容易控制；可以局部加热，而且自动控制比较容易；此外，作业环境好，几乎无污染。高频感应加热加热所需的时间介于激光加热和电阻加热之间，一般在30秒以内，能够很好地减少金刚石热损伤的程度，同时也为钎焊界面生成连续的过渡层提供了足够的反应时间，钎焊结果较为理想。钎焊温度为660～690℃，钎焊时间为12～18秒，真空度为0.01Pa以下。在本发明中采用的是低银的银钎料片，其中不含有有毒的Cd。本发明中所述的银钎料的化学成分为：11.2～12.5wt％的银，30.0～32.0wt％的铜，4.2～5.0wt％的磷，1.2～1.5wt％的锡，0.8～1.0wt％的钛，和余量的锌。作为示例性地，所述银钎料片可以通过浇铸工艺制备得到，例如按照上述成分比例，采用真空熔炼工艺(惰性气体保护)浇铸成片状钎焊片，其中真空熔炼温度为1200～1350℃，真空度为0.01Pa以下。
银钎焊片样品1：12.0wt％的银，31.2wt％的铜，4.8wt％的磷，1.5wt％的锡，1.0wt％的钛，和余量的锌。
银钎焊片对照样品1：12.0wt％的银，31.2wt％的铜，1.5wt％的锡，1.0wt％的钛，和余量的锌。
银钎焊片对照样品2：12.0wt％的银，31.2wt％的铜，4.8wt％的磷，1.5wt％的锡，和余量的锌。
银钎焊片对照样品3：12.0wt％的银，31.2wt％的铜，1.5wt％的锡，和余量的锌。
采用上述高频钎焊工艺的焊接性能如表2所示：
表2
| 性能 | 样品1 | 对照样品1 | 对照样品2 | 对照样品3 |
| 抗拉强度(MPa) | 780 | 850 | 780 | 880 |
| 剪切强度(MPa) | 90 | 60 | 58 | 70 |
实施例3
样品1：取铜粉2.6kg，铁3.36kg，镍0.8kg，钴2.1kg，锰1.1kg，碳0.14kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
样品2：取铜粉2.9kg，铁3.55kg，镍0.7kg，钴1.9kg，锰0.8kg，磷0.15kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
样品3：取铜粉2.8kg，铁3.8kg镍0.62kg钴1.8kg锰0.8kg磷0.18kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.14kg，金刚石0.17kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
对照样品1：取铜粉2.9kg，铁4.30kg，镍0.7kg，钴1.9kg，磷0.15kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
对照样品2：取铜粉2.9kg，铁3.7kg，镍0.7kg，钴1.9kg，锰0.8kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
对照样品3：取铜粉3.0kg，铁4.35kg，镍0.7kg，钴1.9kg，放入混料桶中混30分钟后，添加液体石蜡0.11kg，金刚石0.15kg，继续混料3小时后将粉料灌入模具中冷压成型，热压烧结，砂轮砂带打磨刀头，将刀头与银焊片一起放在按图纸要求相应的基体位置上，调整好焊接位置加热融化银焊片，使刀头和基体焊接在一起，然后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，将焊接后干式金刚石磨轮的制备工艺用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
实施例3中金刚石的粒度为40/45，抗压强度为25Kg。使用样品1-3以及对照样品1-3的干式金刚石磨轮的制备工艺对大理石进行干磨，在磨轮转速为1000～2500r/min的工作转速下，样品1-3具有显著延长的持续磨削能力，通常持续磨削能力为对照样品持续时间的1倍以上而不会发生刀头烧坏的现象。此外，实际使用的效果也表明，样品1～3不容易发生非正常的报废，平均使用寿命为对照样品的2～5倍。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种干式金刚石磨轮的制备工艺，包括以下步骤：(1)提供环形磨轮基体；(2)提供多个烧结金刚石刀头；(3)采用高频钎焊工艺将所述烧结金刚石刀头焊接到环形磨轮基体上；其特征在于：所述多个烧结金刚石刀头均匀分布在所述环形磨轮基体上，而且所述金刚石刀头沿着径向成倾斜的角度分布，所述金刚石刀头距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度；所述金刚石刀头之间设置有间槽，所述间槽距离环形磨轮基体的中心具有依据距离渐变的宽度，并且距离磨轮中心越远，具有越宽的宽度。
2.根据权利要求1所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：所述间槽的面积大于所述金刚石刀头的面积。
3.根据权利要求2所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：所述间槽距离所述磨轮中心最远端宽度是距离所述磨轮中心最近端宽度的5倍以上，所述间槽的面积是所述金刚石刀头面积的至少5倍以上。
4.根据权利要求1所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：所述烧结金刚石刀头是由原料粉末均匀混合后经过热压烧结成型，并焊接在所述环形磨料基体上。
5.根据权利要求4所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：热压烧结温度为650～710℃，压力180～280kg/cm2，保温时间2～4分钟。
6.根据权利要求1所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：所述原料粉末是由25～35wt％的铜、3～11wt％的镍、13～23wt％的钴、6～14wt％的锰、1.3～2.4wt％的磷或碳、1.3～2.0wt％的金刚石，0.9～1.5wt％的液体石蜡以及余量的铁组成。作为优选地，所述铁的含量例如为31～41wt％。
7.根据权利要求1所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：钎焊温度为660～690℃，钎焊时间为12～18秒，真空度为0.01Pa以下。
8.根据权利要求1所述的干式金刚石磨轮的制备工艺，其特征在于：钎焊工艺中使用低银的银钎料片。
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