CN104057404A - 一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，属于超硬磨料工具制造领域。排布方法如下：根据加工要求确定磨料参数，其中磨料包括负责主要加工作用的主要磨料，及起辅助作用的辅助磨料，其中主要磨料的粒度一般大于辅助磨料粒度；将上述步骤所确定的多种磨料按要求比例混合均匀或按照粒度大小次序顺序排布；制备工具可以通过添加混料剂将混合后的多种磨料与钎料、造孔剂按一定比例混合均匀，将上述混合物倒入模具中压制成坯；亦可以通过在基体表面刷涂粘结剂，然后在基体表面按粒度大小次序协同排布均匀混合的多种磨料，再添加钎料。本发明磨料加工适应性好，效率高，持续加工能力强，性能优异，加工稳定性高。

Description

一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法

技术领域：

本发明涉及一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其属于超硬磨料工具制造领域。

背景技术：

传统的固结磨料工具按照结合剂不同可分为树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂(包括电镀及烧结)金刚石工具等几类，这些超硬工具在生产中的大量应用，极大提升了加工业的总体水平和能力，也改变了加工业的原有面貌，但同时也使得它们的一些弊端逐步暴露出来，不论是单层电镀的还是多层烧结(热固化)的超硬工具，磨料只是被机械包埋镶嵌在镀层或胎体金属中，其界面缺乏结合力，在负荷较重的高效磨削作业中，砂轮磨粒或镀层易脱落，为增加把持力就必须增加结合剂层厚度，其结果又会带来磨粒裸露高度和容屑空间减小，工具容易堵塞等问题。

为了从根本上提高磨粒、结合剂、基体三者间的结合强度，国外在上世纪90年代初期开始着力研究用高温钎焊技术替代电镀开发单层超硬磨料工具，期望籍高温钎焊时在磨料、钎料和基体界面上发生的化学冶金作用提高磨料的把持强度。瑞士A.K.Chattopadhyay等用火焰喷镀法把Ni-Cr钎料合金镀于工具钢基体上，并将金刚石排布在钎料层表面上，然后在1080℃氩气保护下感应钎焊30秒来实现金刚石与钢基体结合。实验结果表明Ni-Cr钎料合金对金刚石的良好浸润性。德国的A.Trenker等在钎焊过程中采用了镍基活性钎料来实现金刚石与基体的结合，并通过和电镀工具的对比说明钎焊工具性能比电镀工具优异。国内开展金刚石磨料高温钎焊研究工作的主要有西安交通大学、台湾中国砂轮公司、南京航空航天大学等机构。西安交通大学在国内外钎焊金刚石研究的基础上，采用真空炉内高温钎焊工艺，实现了金刚石与钢基体间的牢固结合，钎料在金刚石磨粒间分布均匀，金刚石出刃高度高，其耐用度较电镀砂轮有了明显提高，工作后仅有少量金刚石脱落。台湾中国砂轮公司推出单层均布金刚石高温钎焊串珠，在不降低其寿命的条件下，金刚石用量减少50％，切割速度提高两倍。南京航空航天大学在90年代中期开始跟踪国外关于高温钎焊金刚石磨料砂轮的最新研究动向，掌握了金刚石磨料真空炉内和气体保护感应钎焊的核心技术，研制出系列钎焊金刚石工具，并于2003年实现了产业化批量生产。

国内外研究结果表明，高温钎焊可以实现金刚石磨粒和基体高的结合强度，在重负荷磨削加工过程中，高温钎焊金刚石工具可以有效避免磨粒、结合剂层的脱落与剥落，磨粒的利用更加充分，砂轮寿命更高。此外，由于高的界面结合强度，结合剂层厚度只需维持在磨粒高度的30％左右就能够牢固地把持住磨粒，这样钎焊工具极大扩展了其容屑空间。而随着研究的深入发现，对于难加工的黑色金属材料，传统的单一类型磨料工具难以有效加工，钎焊金刚石工具加工黑色金属材料时散热性能好，但因容易高温石墨化难以高效快速加工；而钎焊cBN工具虽然具有较好的加工黑色金属的性能，但在加工中遇到高温时易与水发生反应，降低其性能，而多数情况下加工条件中都会用到冷却液。碳化硅及三氧化二铝磨料虽然磨料锋利，加工表面质量较高，但磨损量大，消耗快，不适于高端机床加工。为了解决上述问题，有研究者试图开发多层钎焊超硬磨料工具来提高工具的寿命，并有相关研究成果见诸报道。但这并不能从根本上解决实际加工中所遇到的单一磨料加工局限性的问题。此外，烧结超硬磨料技术中尚未见有多种磨料协同的排布制备工具的报道。

目前，钎焊工具的研究主要集中在金刚石磨料的钎焊，金刚石磨料、立方氮化硼磨料、碳化硅磨料、三氧化二铝磨料等多种磨料的同时钎焊以制作寿命更长、加工效率更高的工具的研究尚未涉及。

以国家高铁建设中所用到的轨道板切削为例。2008年8月1日，时速350公里的京津城际高速铁路开通运营，开创了我国高速铁路新纪元。为保证轨道线路的平顺性、稳定性和安全性，我国高速铁路的钢轨不是铺设在普通的枕木上，而是铺设在经过机床精确打磨的轨道板——博格板上。实际使用过程中博格板是一块长6.45米、高20厘米、重达9.6吨的高强度、高致密度钢筋混凝土承轨台。博格板承接钢轨处需要磨削加工，为保证博格板在大型磨床上的定位精度，博格板两侧面出露的螺纹钢头及混凝土部分必须切除，每块博格板两侧面各有66根高强度螺纹钢头，直径10mm，在两侧面各安装一个直径为500mm的锯片，锯片转速2700r/min，原地旋转，博格板作匀速运动1.5m/min。2008年我国神超锯业制造有限公司等几家工具生产企业研制出可切割博格板高强度螺纹钢的金刚石锯片，锯片外形尺寸为(外径)×(安装孔径)×4mm(厚度)，采用粉末冶金工艺。金刚石锯片在使用过程中暴露出一些让博格板生产企业无法忍受的通病，突出表现在：(1)锯片寿命低，国产锯片的平均寿命只有国外进口锯片的1/4,且稳定性差，主要原因是国产锯片金刚石极易脱落；(2)加工效率低，约为德国博格公司锯片效率的1/3，国产锯片因金刚石磨料无序排布，局部磨料堆积导致容屑空间小，锯片易堵塞打滑，不得不降低博格板进给速度；(3)锯片刀头易破碎脱落，主要原因是不连续切割，冲击载荷大。

后期制备的单层钎焊金刚石锯片样品进行试切割时，在切割初期时，单层钎焊金刚石工具的优势非常明显，切割效率较快，切割平稳，锯片不烧伤，切口平直，负载小，性能优势。但随着切割的进行，部分混凝土粉末及切削产生的切屑粘附于锯片之上，造成磨粒出露降低，切割效率下降，进一步损伤金刚石磨粒，使锯片温度升高，磨粒石墨化，形成恶性循环，导致锯片负载过大无法继续使用。实例说明，单一类型的磨粒工具在应用时难以发挥出长效、稳定的特点，需要新型的制备理论及制备方法来提高钎焊工具的性能。

此外，目前市场上还会遇到多种复合材料、混合结构材料等加工新问题，传统的单一类型工具，无论是烧结工具还是钎焊、电镀工具都难以进行。

综上可知，为了进一步提高超硬磨料工具行业的应用水平，需要一种新的磨料磨具制备理论，即利用多种磨料的优势，并利用合理的制造工艺及制备方法，将其集合于一种工具中，制备出一种新型的磨料工具，使其能够在一些新型领域发挥更大更广泛的作用。

发明内容：

本发明提供一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其基于传统钎焊/电镀超硬磨料工具的特点并结合烧结金刚石工具的工艺，以多种磨料的三维空间加工结构的构想为核心，提出的新型超硬工具磨料排布理论，其充分有效地利用多种磨料的性质特点，形成特定的三维空间结构，将其统一地综合到一种加工工具中去，实现新型工具对黑色金属、难加工材料、复合材料等的长寿、高效的加工。

本发明采用如下技术方案：一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其步骤如下：

(1)根据加工要求确定磨料参数，所述磨料包括负责主要加工作用的主要磨料，及起辅助作用的辅助磨料，其中主要磨料的粒度大于辅助磨料粒度，其中主要磨料包括一种或者多种磨料种类，辅助磨料亦包括一种或者多种磨料种类；

(2)将步骤(1)所确定的多种磨料按体积比进行混合均匀或者按照粒度大小次序顺序排布；

(3)制备超硬工具的方法通过添加混料剂将混合后的多种磨料与钎料、造孔剂按一定比例混合均匀，然后将上述混合物倒入模具中压制成坯；或者通过在超硬工具表面刷涂粘结剂，然后在超硬工具表面按粒度大小次序协同排布均匀混合的多种磨料，再添加钎料；

(4)将步骤(3)中的制备品进行钎焊加热，所述制备品可以是多种磨料与钎焊合金粉末混合后形成的三维空间结构，也可以是在基体表面单层的多种磨料协同排布形成的三维空间结构。

进一步地，所述负责主要加工作用的主要磨料包括天然金刚石、人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼。

进一步地，所述主要磨料的粒度范围为1目～300目。

进一步地，所述辅助磨料为碳化硅、氧化铝、棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉。

进一步地，所述辅助磨料的粒度范围为1目～300目。

进一步地，所述主要磨料体积比比例为40％～90％。

进一步地，所述辅助磨料体积比比例为10％～60％。

进一步地，所述主要磨料粒度与辅助磨料粒度比在1.1-1.6之间。

本发明具有如下有益效果：

(1).由于钎焊工具的巨大优势，本发明首次提出利用钎焊原理将多种磨料协同排布制备新型的钎焊超硬磨料工具，本发明的提出与成功实现，不仅能很好地解决适应性更广的新型锯片的制作和难加工材料的高效、精密、持久切割问题，而且也可为全国钎焊、电镀、烧结金刚石工具制造企业提供钎焊多种磨料工具制作新理论、新工艺，加速国内金刚石工具产业的升级换代，进而提高加工业水平具有重要意义；

(2).本发明不仅可以应用于制备多层钎焊超硬磨料工具，亦可以制备烧结超硬磨料工具，所制备工具如切割锯片、打磨磨盘、钻头等常用加工类型工具可以应用于黑色金属、有色金属、复合材料、硬脆材料等的切割、磨削、抛光、钻削等加工领域。

(3).本发明利用多种磨粒在三维空间上形成的持续加工结构来达到加工工具长寿、高效的目的，不仅可以应用于传统石材、非金属材料的加工，还可以应用于黑色金属、复合材料、混合材料等难加工材料以及新兴材料的加工，对加工材料的适合性好；此外本发明所采用的制备技术工艺简单稳定，易于操作并进行工业化生产，具有巨大的经济效益。

(4).磨料加工适应性好，效率高，持续加工能力强，性能优异，加工稳定性高，尤其是对复合材料的加工具有较好的稳定性，制备的工具适用范围广，尤其适合于切割用锯片、研磨类工具等。

附图说明：

图1为多种磨料三维协同排布示意图。

图2为第一阶段状态。

图3为第二阶段状态。

图4为第三阶段状态。

图5为单层工具上多种磨料磨损阶段。

其中：

1-第一主要磨料；2-第二主要磨料；3-第一辅助磨料；4-造孔剂；5-钎料；9-造孔形成的空洞；10-熔化后的钎料；11-磨损的第一主要磨料；12-磨损的第一辅助磨料；13-磨损的第二主要磨料；14-新出露第一主要磨料；15-新出露第一辅助磨料；16-新出露第二主要磨料；17-第三主要磨料；18-第四主要磨料；19-第二辅助磨料；20-磨损后的第三主要磨料；21-开始磨损的第四主要磨料；22-磨损后的第四主要磨料。

具体实施方式：

请参照图1至图5所示，本发明用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法的原理如下：将主要磨料与辅助磨料混合后均匀地分布于超硬工具表面，磨削时起主要加工作用的主要磨料参与切削与磨削过程，辅助磨料起到排屑，增加空间，提高散热的作用，两类磨料发挥自身的优势：如多刃的磨粒磨削锋利，提高加工效率；硬度高的磨粒提供坚固的空间结构，提高加工精度；散热性佳的磨料较快地将热量散出，抑制磨削区温升。当磨损到一定程度时，由于造孔剂形成的孔洞的存在，磨粒根部应力变大，导致磨粒脱落，而新的一层磨料层露出，继续进行加工。当多种磨料均为单层排布时，粒度大的负责主要加工作用的主要磨料磨损，高度降低，辅助磨料露出，快速磨损，主要磨料继续出刃，重新开始加工，以此达到持续磨削加工的目的。

其中超硬工具可以是指钎焊超硬磨料工具、电镀超硬磨料工具、烧结超硬磨料工具，亦可以是基于上述工具制备原理形成的其它类型超硬工具。

其中三维协同排布是指多种磨料在空间上形成以一种或者几种磨料为主，其余磨料为辅助作用，并在地貌空间上形成三维结构，各种磨料均能发挥各自性能的结构排布。

本发明用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其步骤如下：

(1)根据加工要求确定磨料参数包括(类型、品级、粒度、比例)，其中磨料包括负责主要加工作用的主要磨料，及起辅助作用的辅助磨料，其中主要磨料的粒度一般大于辅助磨料粒度，其中主要磨料包括一种或者多种磨料种类，辅助磨料亦包括一种或者多种磨料种类；

(2)将步骤(1)所确定的多种磨料按体积比进行混合均匀或者按照粒度大小次序顺序排布；

(3)制备超硬工具的方法可以通过添加混料剂将混合后的多种磨料与钎料(钎焊合金粉末)、造孔剂按一定比例混合均匀，将上述混合物倒入模具中压制成坯；亦可以通过在超硬工具表面刷涂粘结剂，然后在超硬工具表面(基体表面)按粒度大小次序协同排布均匀混合的多种磨料，再添加钎料(钎焊合金粉末)；

(4)将步骤(3)中的制备品进行钎焊加热，所述制备品可以是在超硬工具表面单层的多种磨料协同排布形成的三维空间结构；也可以是多种磨料与钎焊合金粉末混合后形成的三维空间结构。

步骤(1)中负责主要加工作用的主要磨料包括天然金刚石、人造金刚石、CBN(立方氮化硼)、聚晶金刚石、聚晶CBN等应用于材料加工的超硬磨料种类，其特点是加工用的磨粒强度高，磨损慢，主要利用磨粒刃口形成切削作用来对材料进行去除，粒度范围1目～300目。

辅助磨料主要为：碳化硅(绿碳化硅、黑碳化硅等)、氧化铝(棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉等)等在传统加工过程中以磨粒不断破碎形成刃口对材料进行去除的磨料，粒度范围1目～300目。

其中多种磨料均匀混合中负责主要加工作用的主要磨料体积比比例为40％～90％。

多种磨料均匀混合中负责辅助作用的辅助磨料体积比比例为10％～60％。

磨料参数中的粒度大小与磨料硬度的高低成正比关系，即硬度越高，所选用的磨粒粒度越大，硬度越低，所选用的磨粒粒度越小。

多种磨料中起主要加工作用的主要磨料粒度与辅助磨料粒度比在1.1-1.6之间。

请参照图2至图4所示，下面通过三种磨料混合后与钎料粉末混合制备为例详细说明本发明用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法。

(1)将三种磨料按体积比进行均匀混合。这是由于所发明方案主要以所形成的三维空间结构来达到多层加工的目的，由于磨料种类不同而引起的密度不一致，不宜称重配比。因此在取磨料时最好以磨粒的体积比为取量标准。

(2)造孔剂的选取占体积比的3％～25％，且在加热过后能挥发形成一个空腔，即造孔形成的孔洞9。造孔剂的目的是为提供一个理想的三维空间结构，因此，其在加热后必须能挥发或者直接脱落，不参与加工过程。为了达到造孔的良好效果，造孔的大小由造孔剂的粒度决定，且可以是统一粒度的，也可以是混合粒度的，如图1中所示。造孔剂4的粒度区间一般选用10目～300目之间。此外造孔剂4中的元素成分不能影响到钎料5或者第一主要磨料1、第二主要磨料2及第一辅助磨料3的焊接性能与加工性能。

(3)多种磨料中磨粒加工是依靠形成的三维空间结构来实现的。如图2至图4所示，可将加工看作三个阶段的循环。例如在加工黑色金属与石材形成的复合材料时，黑色金属宜用立方氮化硼(第一主要磨料1)进行加工，石材宜用金刚石(第二主要磨料2)进行加工，为了减少刚性振动，提高切割稳定性，可以用碳化硅作为辅助磨料(第一辅助磨料3)。

第一阶段，第一主要磨料1、第二主要磨料2及第一辅助磨料3中的三颗磨粒参与加工过程，熔化后的钎料10对磨料形成了焊接结合，保证了强度。当加工到一定程度后，磨料会磨损破碎达到第二阶段，由于造孔形成的空洞9的存在，第一主要磨料1、第二主要磨料2及第一辅助磨料3中的三颗磨粒的焊接强度有一定的降低，当磨损到一定程度后磨损的第一主要磨料11、磨损的第一辅助磨料12及磨损的第二主要磨料13会从根部脱落，附近的熔化后的钎料10也会被迅速磨掉，进入第三阶段。在第三阶段中，新出露的第一主要磨料14、新出露第一辅助磨料15及新出露的第二主要磨粒16重新参与加工，形成一个循环，这样便达到了持续加工的目的。在整个加工过程中，多种磨料均发挥各自的作用，并且统一于一个整体之内，有效地综合了多种磨料的特点，在一个三维空间上若干种磨料协同优势得到了体现。

请参照图5所示，下面通过三种磨料三维协同排布的钎焊工具基体表面的磨料排布方法来具体说明本发明用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法。

以三种磨料三维协同排布单层钎焊工具制备加工超硬陶瓷基复合材料为例。

多种磨粒中以人造金刚石磨粒为主要磨料，宜于加工陶瓷材料，立方氮化硼宜于防止加工表面粘附，提高加工精度。辅助磨料选择白刚玉进行排屑、散热、平抑振动等作用，由于人造金刚石硬度较其它种类磨粒硬，因此选用为第三主要磨料17，立方氮化硼负责对人造金刚石加工过的表面进行精加工，因此选用为第四主要磨料18，白刚玉负责提供散热空间与减振作用，并且可以保护基体表面磨损，因此选用为第二辅助磨料19。

当加工一段时间后，磨损后的第三主要磨料20磨平，相应地，低硬度的磨粒如立方氮化硼、白刚玉等顺次露出，由于其刃口多，开始磨损的第四主要磨料21更加锋利，因此可以继续保持较高的工具锋利度，并且不影响排屑、表面质量。待其磨损达到一定程度后，磨损后的第四主要磨料22成为重新开始磨削，以此循环，利用多种磨料的协同排布达到了持续加工的效果。

下面通过四个具体实施例来具体阐述本发明用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法。

实例一：

(1)制备一种长效切割高铁轨道板边缘的锯片刀头。锯片外形尺寸：(最大外径)×(安装孔径)×4mm(厚度)，锯片刀头尺寸：(刀头内径)×40mm(刀头长度)×12mm(刀头高度)×4mm(刀头厚度)要求所制备刀头能够对混凝土、螺纹钢进行稳定、高效、长寿的切割加工。

多种磨料三维协同排布方法如下：

1、由于所切割材料为钢筋混凝土，材料为复合种类，因此需要两种主要磨料，选择为金刚石、立方氮化硼，分别用于切割混凝土与钢筋，并且由于切割时排屑空间小，防止切割卡死现象，辅助磨料选用绿碳化硅磨料，此外绿碳化硅磨料具有减小摩擦力、减振的作用。

2、金刚石磨料、立方氮化硼磨料、绿碳化硅磨料三种磨料粒度：35/40目:40/45目:45/50目；

3、由于在切割过程中，钢筋比例较低，综合考虑混凝土与钢筋切割效率因素，金刚石磨料、立方氮化硼磨料、绿碳化硅磨料三种磨料体积比例按5：3：2配制；

4、添加混料剂1％的液体石蜡将混合后的磨料与铜基钎焊合金粉末、造孔剂按一定比例混合均匀，造孔剂选用碳酸钙，体积比12％；铜基钎料选用合金粉末选用Ag-Cu-Ti，质量分数(％)比为73：10：17；

5、将上述混合物倒入长×宽×高为40mm×12mm×4mm模具腔中，施加1.5吨压力压制成坯；

6、将上述坯块放置真空钎焊炉中加热钎焊，最高温度890度，保温8分钟，真空度保持在0.05帕以内。

通过以上步骤即可制备出符合要求的长效切割高铁轨道板边缘的锯片刀头。

实例二：

制备一种磨抛硬脆石材的磨轮。磨轮盘型：(外径)×40mm(总高)，平面焊接9只平面磨块，要求所制备磨块能够对花岗岩、大理石、陶瓷能进行稳定、高效、长寿的磨抛加工。

多种磨料三维协同排布方法如下：

1、根据加工要求确定磨粒参数，要求中多用于加工硬脆材料，且适用范围较广，适合用金刚石及聚晶金刚石等主要磨料对其加工，由于需要一定的抛光作用，稳定性与精度是必须要考虑的，氧化铝磨料的辅助加入可以起来较好的排屑作用，且形成的空腔起来一定润滑作用，利于获得较好表面质量。确定三种磨料类型：人造金刚石磨料、聚晶金刚石(PCD)磨料、氧化铝磨料；

2、由于用于磨抛加工，且金刚石属于形貌较为规整磨料，因此三种磨料可以选择粒度相同，提高加工精度，三种磨料粒度均为40/45目。

3、人造金刚石磨料、聚晶金刚石(PCD)磨料、氧化铝磨料三种磨料中主要加工作用磨料由于性质接近，金刚石与PCD的选择使得磨削刃更为锋利多刃，有利于提高效率，因此三者体积比5：4：1；

4、将上述磨料按比例混合均匀；

5、添加混料剂1.5％的液体石蜡将混合后的磨料与铜基钎焊合金粉末、造孔剂按一定比例混合均匀，造孔剂选用碳酸钙，体积比8％；铜基钎料选用合金粉末选用Cu-Sn-Ti，质量分数(％)比为：65：15：20；

6、将上述混合物倒入长×宽×高为40mm×12mm×8mm模具腔中，施加2吨压力压制成坯；

7、将上述坯块放置真空热压炉中加热钎焊，最高温度900度，保温20分钟，真空度保持在0.1帕以内。

通过以上步骤即可制备出符合要求的磨抛硬脆石材的磨轮。

实例三：

1、制备应用于切割金属型材及复合板材的新型钎焊切割圆锯片。锯片外形尺寸：(最大外径)×(安装孔径)×2.8mm(最大厚度)；锯片基体材质：65Mn钢。

多种磨料三维协同排布方法如下：

1、根据加工条件与加工对象可知，金属型材的切割要求不能烧伤，切割平衡，切割效率高，毛刺少，切口平滑。常规金刚石磨料加工金属型材时易出现粘附现象，而且立方氮化硼无亲铁元素，红硬性好，不粘连，可使用立方氮化硼做为主要切割磨料，金刚石形状规范，导热性好，可作为辅助磨料。确定两种磨料类型：金刚石磨料、立方氮化硼磨料。

2、根据切割要求及经验，两种磨料粒度：35/40目：40/45目，体积比例按：6：4；

3、锯片基体表面进行喷砂，再用无水酒精清洗干净；

4、在刀头表面布磨料区域刷涂压敏胶；

5、按照粒度大小的次序从大到小分别布洒立方氮化硼磨料、金刚石磨粒；

6、布洒钎焊合金粉末。合金粉末选用Ag-Cu-Ti，元素成分质量分数比为：78：16：6；

7、采用真空钎焊炉钎焊加热，最高温度905度，保温8分钟，真空度保持在0.01帕以内。

通过以上步骤即可制备应用于切割金属型材及复合板材的新型钎焊切割圆锯片。

实例四：

制备用于磨削高强度钢结构表面的磨盘。磨盘外径125mm。基体采用盘状外形，在上端平面布料，用于对钢结构表面的磨削，抛光加工。磨盘基体采用65锰钢。

多种磨料三维协同排布方法：

1、根据加工条件可知，磨盘主要用于磨抛高强度钢，传统磨料为氧化铝，寿命短，不宜做为主要磨料，立方氮化硼具有加工黑色金属的天然优势，可选为主要磨料之一，较高品级的金刚石强度好，即使出现石墨化亦能够迅速自锐，较好地配合立方氮化硼的磨抛，由于金刚石强度最高，可做为最大粒度主要磨料。氧化铝常规磨料虽然破碎较快，但能将切割区域内磨屑迅速排出，并带走部分热量，迅速的破碎有利于三维协同结构的持续加工。确定3种磨料类型：金刚石磨料、立方氮化硼磨料、氧化铝磨料；

2、金刚石磨料、立方氮化硼磨料、氧化铝磨料3种磨料粒度：30/35、40/45、40/45；体积比例按：4：4：2；

3、磨盘基体进行喷砂，然后进行超声波清洗，晾干待用；

4、在磨盘表面布磨料区域刷涂压敏胶；

5、首先由于粒度一致，将立方氮化硼磨料与氧化铝磨料均匀混合，按照粒度大小的次序从大到小分别布洒金刚石磨粒、立方氮化硼磨料与氧化铝(刚玉)磨料混合体。

6、布洒钎焊合金粉末。合金粉末选用Cu-Sn-Ti；元素成分质量分数比为：75：18：7

7、采用真空钎焊炉钎焊加热，最高温度930度，保温15分钟，真空度保持在0.01帕以内。

通过以上步骤即可制备用于磨削高强度钢结构表面的磨盘。

本发明利用多种磨粒在三维空间上形成的持续加工结构来达到加工工具长寿、高效的目的，不仅可以应用于传统石材、非金属材料的加工，还可以应用于黑色金属、复合材料、混合材料等难加工材料以及新兴材料的加工，对加工材料的适应性广、效率高、寿命长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：步骤如下

(1)根据加工要求确定磨料参数，所述磨料包括负责主要加工作用的主要磨料，及起辅助作用的辅助磨料，其中主要磨料的粒度大于辅助磨料粒度，其中主要磨料包括一种或者多种磨料种类，辅助磨料亦包括一种或者多种磨料种类；

(2)将步骤(1)所确定的多种磨料按体积比进行混合均匀或者按照粒度大小次序顺序排布；

(3)制备超硬工具的方法通过添加混料剂将混合后的多种磨料与钎料、造孔剂按一定比例混合均匀，然后将上述混合物倒入模具中压制成坯；或者通过在超硬工具表面刷涂粘结剂，然后在超硬工具表面按粒度大小次序协同排布均匀混合的多种磨料，再添加钎料；

(4)将步骤(3)中的制备品进行钎焊加热，所述制备品是多种磨料与钎焊合金粉末混合后形成的三维空间结构，或者是在超硬工具表面单层的多种磨料协同排布形成的三维空间结构。

2.如权利要求1所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述负责主要加工作用的主要磨料包括天然金刚石、人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼。

3.如权利要求2所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述主要磨料的粒度范围为1目～300目。

4.如权利要求1所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述辅助磨料为碳化硅、氧化铝、棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉。

5.如权利要求4所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述辅助磨料的粒度范围为1目～300目。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述主要磨料体积比比例为40％～90％。

7.如权利要求6所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述辅助磨料体积比比例为10％～60％。

8.如权利要求7所述的用于制备超硬工具的多种磨料三维协同排布方法，其特征在于：所述主要磨料粒度与辅助磨料粒度比在1.1-1.6之间。