CN105903955B - 一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，属于工具制造领域。包括以下步骤：A，将金属粉料与金刚石颗粒按照比例装入混料机混合均匀后进行密封；B，根据需生产刀头的数量，将一定量的粉料倒入刀头冷压机内压制成刀头的形状；C，将压制成型的刀头装入石墨模具内，并用螺栓将模具紧固，再将装好刀头的石墨模具放入烧结机内进行烧制；D，烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具放入真空冷却设备内进行冷却；E，冷却结束后，将刀头从石墨模具内拆出。本工艺将刀头的冷却环节放入真空冷却设备内进行，极大的提高了金刚石刀头的性能和石墨模具的寿命。本发明同时还具有节省人力、节约能源、安全可靠等优点。

Description

一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺

技术领域

本发明涉及工具制造领域，尤其涉及一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺。

背景技术

金刚石刀头是金刚石锯片的工作主体，金刚石刀头和基体焊接在一起共同组成了金刚石锯片。由于在切割过程中金刚石刀头和被切物料直接接触，所以金刚石刀头的性能对于金刚石锯片的质量有决定性的作用。想要提高金刚石刀头的性能，首先要从它的生产工艺入手。

目前金刚石刀头的生产工艺主要包括混料、压制、烧结、冷却四个步骤。由于石墨模具良好的导热性以及在高温下变形率低等优点，所以金刚石刀头的烧结与冷却工序都是在石墨模具的参与下进行的。在烧结和冷却的过程中，一方面由于金刚石刀头本身的组成成分多为具有还原性的金属及碳等物质，另一方面石墨模具本身也具有还原性，所以二者在烧结与冷却的过程中都非常容易被氧化，进而影响金刚石刀头的性能和石墨模具的寿命。目前本领域内，针对金刚石刀头的烧结环节有专用的烧结机进行控制并保证其不受氧化，而针对冷却环节却没有专用的设备来保证金刚石刀头和石墨模具不被氧化。

针对金刚石刀头的冷却环节，本领域内技术人员通常的做法是在空气中将装有金刚石刀头的石墨模具进行冷却。由于刚刚烧结的金刚石刀头和石墨模具暴露在空气中，在高温的作用下，空气中的氧气会不断的氧化金刚石刀头和石墨模具。这样的做法在很大程度上会降低金刚石刀头的性能，也会影响石墨模具的寿命。

发明内容

本发明想要解决的技术问题是提供一种可以使金刚石刀头在真空环境中冷却的生产工艺，以解决烧结后的金刚石刀头在冷却过程中石墨模具和刀头被氧化的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，按照以下步骤进行生产：

步骤A将金属粉料与金刚石颗粒按照比例装入混料机混合均匀，将混合完成的粉料装入容器内并进行密封，所述金属粉料包括铜、锡、铁、镍、钴。

步骤B打开装粉料的容器，根据需生产刀头的数量，将一定量的粉料倒入刀头冷压机内压制成刀头的形状。

步骤C将压制成型的刀头装入石墨模具内，并用螺栓将模具紧固，再将装好刀头的石墨模具放入烧结机内进行烧制。

步骤D烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具放入真空冷却设备内进行冷却。

步骤E冷却结束后，将刀头从石墨模具内拆出。

进一步的，所述真空冷却设备包括一冷却柜，所述冷却柜内设置有储料格，储料格与冷却柜的内壁支撑连接并使储料格与冷却柜的内壁之间以及与相邻的储料格之间形成供冷却液流动的与进水管和出水管连通的空腔，储料格设有伸到冷却柜外表面的开口，储料格的开口处安装有密封门，每个储料格均通过一条分支气路与总气路相连，所述总气路与抽真空设备相连。

进一步的，所述每条分支气路上均安装有一真空阀，所述冷却柜上与每个储料格相对应地安装有向储料格内充空气的充气阀。

进一步的，所述总气路上串联安装有一个蓄势罐，所述蓄势罐上安装有电接点真空表。

进一步的，所述真空阀和充气阀均为电磁阀，所述密封门上均安装有挡片，冷却柜上对应每个挡片的位置安装有传感器，所述传感器与控制同一储料格的真空阀和充气阀相连。

进一步的，所述冷却柜上安装有与每个储料格相对应的计时器和运行指示灯，所述计时器和运行指示灯与相应储料格的真空阀和充气阀相连。

进一步的，所述冷却柜上安装有与每个储料格相对应的连通储料格内部的手动阀门。

进一步的，所述冷却柜上安装有与每个储料格相对应的应急开关，所述应急开关与控制相同储料格的真空阀和充气阀相连。

进一步的，所述储料格在冷却柜内交错布置，使相邻的储料格之间以及冷却柜内壁之间的空腔形成曲折的冷却液通道。

进一步的，将金刚石刀头放入冷却柜内进行冷却时按照以下步骤进行：

步骤A打开所有冷却柜上的密封门，接通抽真空设备电源，将电接点压力表的压力检测范围设定为-0.04MPa至-0.08MPa，接通与进水管和出水管相连的外部水源的电源，并打开与外部水源相关的所有阀门，设定计时器的倒计时时间为15分钟。

步骤B将一个装有金刚石刀头的石墨模具放入储料格内，手动关闭密封门，待密封门稳定吸附在冷却柜上时松开手，其余储料格也用同样方法装入石墨模具。

步骤C当某个储料格的计时器的15分钟倒计时结束后，相应的密封门被弹开，取出储料格内的石墨模具，将另外一个待冷却的石墨模具按照步骤B装入储料格内，用同样的办法将所有计时结束的储料格内的石墨模具取出，并换上待冷却的石墨模具，重复上述过程直至所有石墨模具完成冷却过程。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明将金刚石刀头的冷却环节置于真空冷却设备内进行。相对于传统的空气冷却的金刚石刀头生产工艺，采用真空冷却工艺的金刚石刀头可以避免刀头在冷却时受到空气的氧化，其性能相对于传统的采用空气冷却的金刚石刀头有明显提升，同时石墨模具的使用寿命也得到了有效的延长。

本发明中的真空冷却设备是应用于金刚石刀头生产过程中冷却环节的一种专用设备，可以精确控制其处于真空状态的时间和真空环境的真空度。采用本设备生产出的金刚石刀头性能明显提升，同时可以有效延长石墨模具的寿命。本发明中的真空冷却设备还具有节省人力、节约资源、安全可靠等优点。

本发明中的真空冷却设备采用了双层壁体的冷却柜，冷却柜内部通入冷却液，冷却柜上设置带有密封门的真空储料格，将金刚石刀头和石墨模具放入储料格内冷却，在保证冷却环境为真空的同时通过冷却液的循环可以使金刚石刀头的冷却速度更快，从而节省大量的时间，降低生产周期。

本发明采用电接点真空表加蓄势罐的形式来实现抽真空设备的自动化控制，电接点真空表通过检测蓄势罐内的真空度来控制抽真空设备的开启与关闭，这样可以避免手动控制抽真空设备时产生的提前开启关闭、滞后开启关闭甚至忘记关闭等不良后果。同时电接点真空表还能精确控制整个气路内的真空度。另外，本发明的蓄势罐可以增加整个气路的体积，对真空度的降低起到缓冲作用，当气路内进入少量空气时，蓄势罐可以起到稀释气路内空气的作用，在进入的空气量不足以影响整个真空冷却设备的真空度时可以不必开启抽真空设备，从而避免了不必要的能源浪费。

本发明采用电磁真空阀加传感器的形式来单独控制每个储料格的气路，省去了手动控制气路的麻烦。同时，每个传感器还对应的连接有计时器，可以精确地控制每个储料格处于真空环境的时间，这对改进金刚石刀头的生产工艺有极大的帮助。

本发明中对应每个储料格还安装有应急开关和手动阀门，当传感器或计时器失效时可以手动控制每个储物格的气路，或者切断电磁阀及传感器的电源。为设备的使用提供双重保障，最大限度的保证了设备在使用时的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明中真空冷却设备的主视图；

图2是本发明中真空冷却设备的左视图；

图3是本发明中真空冷却设备的A-A向剖视图；

其中，1冷却柜、2空腔、3密封门、4分支气路、5总气路、6抽真空设备、7储料格、8进水管、9出水管、10真空阀、11充气阀、12蓄势罐、13电接点真空表、14挡片、15传感器、16计时器、17运行指示灯、18手动阀门、19应急开关。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

步骤A，根据金刚石刀头的用途，将包含有铜、锡、铁、镍、钴的金属粉料与金刚石颗粒按照比例装入混料机混合均匀，将混合完成的粉料装入容器内并进行密封；此处容器选用不易被氧化的不锈钢密封容器。

步骤B，打开装粉料的容器，根据需生产刀头的数量，将一定量的粉料倒入刀头冷压机内压制成刀头的形状；在压制开始前应先清理冷压机上的残料，防止这些残料影响刀头的成分。并且，在正式生产前应先压制3至5片进行试验，如果压制出的刀头不符合要求应当调整冷压过程中的各项参数直至压制出的刀头符合要求为止。

步骤C，将压制成型的刀头装入石墨模具内，并用螺栓将模具紧固，再将装好刀头的石墨模具放入烧结机内进行烧制；在石墨模具内应当根据情况加装石墨垫片，使刀头在烧结过程中不受螺栓的影响。烧结过程中，装有金刚石刀头的石墨模具在烧结机的挤压下进行，根据刀头类型的不同设定的压力值一般在110千牛至130千牛之间，烧结温度为935℃至945℃，达到设定温度后的保压时间为100至170秒。

步骤D，烧制完成后，将石墨模具及刀头放入真空冷却设备内进行冷却；冷却时间一般为15分钟，真空度为-0.04MP至-0.08MP。

步骤E，冷却结束后，将刀头从石墨模具内拆出，至此，整个金刚石刀头的生产过程结束。

如图1至图3所示，本发明中的真空冷却设备包括一个拥有双层壁体的立方体型冷却柜1。冷却柜1通过四个支腿放置在地面上。冷却柜1上设置有若干个立方体型储料格7，储料格7的尺寸和生产金刚石刀具所用的石墨模具尺寸相适应。储料格7均匀排列在冷却柜7的表面。储料格7通过铰接在开口处的密封门3隔绝外部空气，在密封门3上或冷却柜1与密封门对应的位置上安装有密封圈，密封门3关闭时，储料格7被密封。储料格7和冷却柜1的壁体相连接，并且使储料格7和冷却柜1的壁体之间以及储料格7和储料格7之间形成一个供冷却液流动的空腔2。空腔2内充满冷却液，冷却液通过进水管8和出水管9与外部水源连通，在外部水源的带动下空腔2内的冷却液开始循环并带走储料格7散发出的热量。冷却柜1的出水管9设置在柜体上部，进水管8设置在柜体下部。

对应每个储料格7都安装有一个分支气路4，分支气路4的一端和储料格7连接，所有分支气路4的另一端在冷却柜1外汇集成一个总气路5，每个分支气路4上都安装有控制其开闭的真空阀10，用来控制储料格7和总气路5的连通。总气路5上还串联有一个蓄势罐12，蓄势罐12上安装有一个电接点真空表13。电接点真空表13的电信号输出端和抽真空设备6的电路相连，通过检测蓄势罐12内的真空度是否符合设定的真空度，继而发出对应的信号控制抽真空设备6进行开启或关闭。

另外，每个储料格7上还安装有连通储料格7内部空气和大气的充气阀11，开启充气阀11可以使外部空气进入储料格7内，使储料格7内外大气压强相等，避免密封门3被大气压力压在冷却柜1上。

真空阀10和充气阀11均采用电磁真空阀，利用电信号控制其开闭。每个储料格7外的密封门3上均安装有挡片14，冷却柜1表面对应每个挡片14的位置安装有传感器15，传感器15与对应的真空阀10和充气阀11相连。通过传感器15感应挡片14的位置来发出信号使真空阀10和充气阀11进行开启或关闭。

冷却柜1表面还安装有与每个储料格7相对应的计时器16和运行指示灯17，每个储料格7对应一个计时器16和一个运行指示灯17，每个计时器16和运行指示灯17都与控制相应储料格7的真空阀10和充气阀11相连。计时器16可以控制真空阀10和充气阀11的开启与关闭，运行指示灯17可以根据真空阀10与充气阀11的开闭情况显示出不同的信号。

本发明中冷却柜1上与每个储料格7相对应地安装有可以使储料格7连通外部大气的手动阀门18和应急开关19，每个应急开关19都与控制相应储料格7的真空阀10和充气阀11相连。手动阀门18在正常情况下处于关闭状态，当计时器16失效或电磁真空阀失效时，首先利用应急开关19切断真空阀和传感器15的电源，如果依然无法使外部空气进入储料格7内，再使用手动阀门18将外部大气通入储料格7内部，避免由于大气压力的作用而导致密封门3无法开启的情况。

本发明的真空冷却设备的具体工作过程为：

第一步，准备阶段：此时设备所有的真空阀10均处于关闭状态，气路和储料格7内的空气被切断；所有的充气阀11均处于开启状态，储料格7内空气和大气连通；所有密封门3处于开启状态；所有手动阀门18处于关闭状态，并且在正常使用中该手动阀门18会一直处于关闭状态，除非发生故障时才会开启该手动阀门18。此时，开启外部水源的水泵，使冷却液沿进水管8进入冷却柜1的空腔2内，当冷却液充满整个空腔2后沿设置在冷却柜1上部的出水管9排出冷却柜1。接下来设定电接点真空表13的压力检测范围为-0.04MP到-0.08MP，设定计时器16的时间为15分钟。然后接通抽真空设备6的电源，当电接点真空表13检测到蓄势罐12内的真空度未能达到设定范围时会向抽真空设备6发送电信号并启动抽真空设备6，当蓄势罐12内真空度达到设定范围时电接点真空表13会再次向抽真空设备6发送电信号关闭抽真空设备6。

第二步，装入金刚石刀头和石墨模具：此时设备处于第一步中所述的状态，将烧结完成的装有金刚石刀头的石墨模具迅速放入冷却柜1其中一个储料格7内，随后关闭密封门3。此时，安装在密封门3上的挡片14进入对应的传感器15感应范围之传感器15被触发后发送电信号至真空阀10和充气阀11，使真空阀10开启并接通储料格7内空气和气路内空气，同时使充气阀11关闭并切断储料格7内空气和外部大气的连通。与此同时，传感器15发送信号至对应的计时器16，计时器16被激活后开始进入15分钟倒计时。当上述过程完毕后，储料格7内存储的少量空气进入整个气路以及蓄势罐12内，此时电接点真空表13若检测到蓄势罐12内真空度超出设定范围便会向抽真空设备6发送信号使抽真空设备6再次开始工作，当真空度达到设定范围内时再次发送信号至抽真空设备6使其停止工作。此时，由于储料格7及整个气路内的大气压强小于外界大气压强，密封门3在大气压强的作用下被压在冷却柜1表面，并且在密封条的作用下将储料格7和大空环境隔离开。其它储料格7也是通过上述方式装入金刚石刀头和石墨模具。

第三步,取出金刚石刀头和石墨模具：当某个储料格7的计时器16的倒计时结束时，发送电信号至电磁阀和电磁阀B，使电磁阀切断和该储料格7连通的气路，同时使电磁阀B开启，使外部空气进入该储料格7内。此时储料格7内大气压力和外界大气压力相同，密封门3在密封圈的弹力作用下被打开。工人使用夹子等工具将冷却完成的金刚石刀头和石墨模具取出。此时该储料格7将再次处于第一步所述的状态，并可以放入下一组待冷却的金刚石刀头和石墨模具。同样，其它储料格计时结束时也用同样的方法取出金刚石刀头的石墨模具。

Claims (8)

1.一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，按照以下步骤进行生产：

步骤A将金属粉料与金刚石颗粒按照比例装入混料机混合均匀，将混合完成的粉料装入容器内并进行密封，所述金属粉料包括铜、锡、铁、镍、钴；

步骤B打开装粉料的容器，根据需生产刀头的数量，将一定量的粉料倒入刀头冷压机内压制成刀头的形状；

步骤C将压制成型的刀头装入石墨模具内，并用螺栓将模具紧固，再将装好刀头的石墨模具放入烧结机内进行烧制；

步骤D烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具进行冷却；

步骤E冷却结束后，将刀头从石墨模具内拆出；

其特征在于：步骤D中，烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具放入真空冷却设备内进行冷却；

所述真空冷却设备包括一冷却柜（1），所述冷却柜（1）内设置有储料格（7），储料格（7）与冷却柜（1）的内壁支撑连接并使储料格（7）与冷却柜（1）的内壁之间以及与相邻的储料格（7）之间形成供冷却液流动的与进水管（8）和出水管（9）连通的空腔（2），储料格（7）设有伸到冷却柜（1）外表面的开口，储料格（7）的开口处安装有密封门（3），每个储料格（7）均通过一条分支气路（4）与总气路（5）相连，所述总气路（5）与抽真空设备（6）相连；

所述每条分支气路（4）上均安装有一真空阀（10），所述冷却柜（1）上与每个储料格（7）相对应地安装有向储料格（7）内充空气的充气阀（11）。

2.根据权利要求1所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述总气路（5）上串联安装有一个蓄势罐（12），所述蓄势罐（12）上安装有电接点真空表（13）。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述真空阀（10）和充气阀（11）均为电磁阀，所述密封门（3）上均安装有挡片（14），冷却柜（1）上对应每个挡片（14）的位置安装有传感器（15），所述传感器（15）与控制同一储料格（7）的真空阀（10）和充气阀（11）相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述冷却柜（1）上安装有与每个储料格（7）相对应的计时器（16）和运行指示灯（17），所述计时器（16）和运行指示灯（17）与相应储料格（7）的真空阀（10）和充气阀（11）相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述冷却柜（1）上安装有与每个储料格（7）相对应的连通储料格（7）内部的手动阀门（18）。

6.根据权利要求5所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述冷却柜（1）上安装有与每个储料格（7）相对应的应急开关（19），所述应急开关（19）与控制相同储料格（7）的真空阀（10）和充气阀（11）相连。

7.根据权利要求6所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述储料格（7）在冷却柜（1）内交错布置，使相邻的储料格（7）之间以及冷却柜（1）内壁之间的空腔（2）形成曲折的冷却液通道。

8.根据权利要求7所述的一种基于真空冷却设备的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：将金刚石刀头放入冷却柜（1）内进行冷却时按照以下步骤进行：

步骤A打开所有冷却柜（1）上的密封门（3），接通抽真空设备电源，将电接点压力表的压力检测范围设定为-0.04MPa至-0.08MPa，接通与进水管（8）和出水管（9）相连的外部水源的电源，并打开与外部水源相关的所有阀门，设定计时器的倒计时时间为15分钟；

步骤B将一个装有金刚石刀头的石墨模具放入储料格（7）内，手动关闭密封门（3），待密封门稳定吸附在冷却柜上时松开手，其余储料格（7）也用同样方法装入石墨模具；

步骤C当某个储料格（7）的计时器的15分钟倒计时结束后，相应的密封门（3）被弹开，取出储料格（7）内的石墨模具，将另外一个待冷却的石墨模具按照步骤B装入储料格（7）内，用同样的办法将所有计时结束的储料格（7）内的石墨模具取出，并换上待冷却的石墨模具，重复上述过程直至所有石墨模具完成冷却过程。