CN105903971B - 一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，属于金刚石工具的制造领域，包括：步骤A混料，将金属粉料与金刚石颗粒按照比例装入混料机混合均匀，混合完成后密封；步骤B压制成型，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进行压制形成刀头的形状；步骤C烧结，将压制成型的刀头装入石墨模具内，将装好刀头的石墨模具放入烧结机内烧制；步骤D冷却，烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具放入保护气氛冷却装置内冷却至200℃以下；步骤E拆模，冷却结束后将刀头拆出。本发明将装有金刚石刀头的石墨模具放入保护气氛冷却装置中进行冷却后，金刚石刀头的性能明显提升，同时石墨模具的寿命也得到了延长。

Description

一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺

技术领域

本发明涉及金刚石工具制造领域，尤其涉及一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺。

背景技术

金刚石是自然界中最硬的一种材料，因此金刚石被广泛的应用在各类切割工具上，例如金刚石锯片、金刚石钻头、陶瓷切割刀、玻璃刀等。在这些工具中，金刚石刀头是这些工具的主要工作部分，由于在切割过程中金刚石刀头和物料直接接触，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或者沙土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以及装有刀头的石墨模具在有保护气氛的环境下进行冷却生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，按照下述步骤进行生产。

步骤A混料：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压制成型：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冷压机内，并将粉料压制成刀头的形状。

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

步骤D冷却：烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具放入保护气氛冷却装置内冷却至冷却至200℃以下。

步骤E拆模：冷却结束后，将冷却完成刀头从石墨模具内拆出。

进一步的，所述保护气氛冷却装置包括一个冷却箱，冷却箱内贯穿设置有一个两端分别安装有密封盖板和搭板的冷却道，所述冷却道的一端安装有向冷却道内通入保护气体的进气管，所述冷却道与冷却箱的外壁相连并使冷却道与冷却箱的外壁之间形成一个供冷却液流动的围绕在冷却道周围的空腔，所述空腔连通有进水管和出水管。

进一步的，所述冷却箱及冷却道采用一端高另一端低的方式倾斜放置，所述进水管连接在空腔的低端，所述出水管连接在空腔的高端，所述进气管亦安装在冷却道的高端。

进一步的，所述密封盖板的下沿通过销轴与冷却道高端的下沿铰接，所述密封盖板的上沿安装有一个可在密封盖板闭合时使密封盖板与冷却道锁紧的卡扣，所述密封盖板与冷却道配合的一面或冷却道与密封盖板配合的一面安装有密封垫，所述搭板的上沿通过销轴与冷却道的低端的上沿铰接，所述冷却道的低端设置有一个在搭板闭合时与搭板接触的平面。

进一步的，所述进气管上安装有调节阀，所述进气管与氢气发生装置或氮气发生装置或氨分解气发生装置相连。

进一步的，所述出水管上安装有连通外部的截止阀和放气阀。

进一步的，冷却箱低端还安装有探测冷却道内温度的工业温度计。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明中的金刚石刀头的生产工艺将金刚石刀头生产过程中的冷却环节置于有保护气氛的装置内进行，本装置可以使金刚石刀头以及装有金刚石刀头的石墨模具的整个冷却过程始终处于惰性气体或者还原性气体的保护下。相对于传统的将金刚石刀头以及石墨模具放置于空气中或者埋入沙土进行冷却的做法，本工艺可以保证金刚石刀头在冷却的过程中不被氧化，采用本工艺制作完成的金刚石刀头的性能得到明显提升，其寿命更长、切削能力更强，同时，石墨模具的寿命也得到明显的延长。经过实验测定，本工艺可以使金刚石刀头的使用寿命提高13%，同时可以使石墨模具的寿命延长3.2倍。

本发明中的冷却箱放置在地面上时与水平面呈一定的角度，一端高而另一端低，同时进气管设计在高端。由于保护气体的密度小于大气密度，这样的设计可以在保证装入冷却道内的石墨模具不产生滑动的同时可以使保护气体自上而下地逐渐充满整个冷却道，从而保证了整个冷却道内气氛的纯净度。同时，冷却水路设计成进水管低出水管高，可以使冷却液从低向高逐渐充满整个空腔，而高温的石墨模具和保护气体的流向与水流方向相反，有利于冷却液更好的吸收热量。本装置同时还具有操作简便、坚固耐用、冷却速度快、对环境无污染等优点。

附图说明

图1是本发明中保护气氛冷却装置的主视图；

图2是本发明中保护气氛冷却装置的A-A向剖视图；

图3是本发明中保护气氛冷却装置B部分的局部放大图；

其中，1冷却道、2空腔、3密封盖板、4搭板、5进气管、6出水管、7进水管、8截止阀、9放气阀、10工业温度计、11卡扣。

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：

本发明是一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，按照以下步骤进行生产：

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，并根据金刚石刀头的不同用途添加不同的物料。将混合完成的粉料装入不锈钢容器内并进行密封。

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进行压制并将粉料压制成刀头的形状。在压制开始前应先清理冷压机内的残料，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保护气氛冷却装置的冷却道1内进行冷却，当观测到工业温度计10的温度低于200℃时冷却结束。通常情况下，为了使石墨模具和金刚石刀头充分冷却，还应当再将装有刀头的石墨模具在冷却道1内静置10分钟以上。

步骤E，冷却结束后，将石墨模具及刀头从保护气氛冷却装置的冷却道1内取出，将刀头从石墨模具内拆出并码放整齐，至此，整个金刚石刀头的生产过程结束。

如图1至图3所示，本发明中的保护气氛冷却装置包括一个长条形冷却箱，其横截面为“回”字型。冷却箱内自头至尾贯穿冷却箱两端设置有一个长条形的冷却道1，冷却道1的一端铰接有密封盖板3，另一端铰接有搭板4，冷却道1的宽高和安装有金刚石刀头的石墨模具的尺寸相适应。冷却道1的壁体和冷却箱的外壁相连接并形成一个空腔2，冷却道1的两端和冷却箱的两端密封连接在一起，使该空腔2成为封闭型结构。在空腔2的两端分别安装有进水管7和出水管6，并且该空腔2包裹在冷却道1内壁周围。冷却液从进水管7进入空腔2内，充满整个空腔2后从出水管6流出,同时带走冷却道1内散发出的热量。

在使用时，利用推杆等工具，将刚刚烧结完成的装有金刚石刀具的石墨模具从冷却道1的装卸料端依次推入冷却道1内进行冷却。冷却道1内可以依次排开若干个石墨模具同时进行冷却。冷却至指定温度后，再利用夹子、扒勾等工具将石墨模具逐一取出。冷却道1的密封端还安装有进气管5，进气管5的另一端和保护气体发生装置相连，此处的保护气体可以是氢气、氮气或者氨分解气。考虑到设备使用时的安全性及经济成本，优先选用氮气作为保护气体。

由于本发明中采用的保护气的密度均低于大气密度，在初始阶段将保护气体充入冷却道1内的时候，应该从冷却道1内较高的一端通入冷却道1内，这样保护气体才会自上而下地逐渐充满冷却道1，并且不会和冷却道1内的空气发生混合，保证冷却道1内气氛的纯净度。所以，本发明采用了一种倾斜的方式将冷却箱放置在地面上，使冷却道1和水平面呈一定的角度，其中较高的一端为冷却道1的密封端，较低的一端是冷却道1的装卸料端。为了使冷却箱倾斜的放置在地面上，本发明在冷却箱的密封端安装了两个较长的支腿，装卸料端安装两个较短的支腿。

密封盖板3的下沿和冷却道1密封端的下沿通过销轴铰接在一起，密封盖板3可以绕销轴转动对冷却道1的密封端进行开启和关闭。密封盖板3的上沿还安装有一个卡扣装置11，当密封盖板3处于关闭状态时，通过该卡扣装置11可以将密封盖板3和冷却道1进行锁紧，密封盖板3上还安装有密封垫，保证冷却道1密封端的密封性，同时将进气管5安装在较高的密封端。这样的设计可以达到使保护气体自上而下地逐渐充满整个冷却道1的目的。

搭板4的上沿和冷却道1装卸料端的上沿通过一销轴铰接在一起，搭板4可以绕此销轴进行转动对冷却道1的装卸料端进行开启和关闭。并且冷却道1的装卸料端设置有一平面，搭板4可以放在此平面上来关闭冷却道1装卸料端。当保护气体充满整个冷却道1时还可以顶起搭板4，使搭板4和冷却道1装卸料端之间形成一个缝隙供保护气体排出冷却道1。并且，当需要采用还原性气体作为保护气体时，例如氢气等可燃气体，可以在搭板4处点燃溢出的气体，并调节进气管5的调节阀使缝隙处形成稳定燃烧的火焰，避免可燃气体扩散到大气中与氧气混合后发生爆炸。

在冷却道1的装卸料端的外部还安装有一个可供石墨模具放置的托架，石墨模具冷却完成后可以用推杆将石墨模具从冷却道1内推到此托架上，方便工人拿走石墨模具。

本发明中的进水管7安装在空腔2较低的一端，出水管6安装在空腔2较高的一端。这样的设计可以使冷却液自下而上逐渐充满整个空腔2，并且方便使吸收热量后的冷却液沿空腔2向上运动并排出空腔2外。进水管7和出水管6都和外部水源相连，此处的外部水源包括相互连接的水泵、储水槽、散热片等装置。水泵和进水管7相连，用于向水路内充入冷却液；储水槽和出水管6相连，用于收集水路内排出的冷却液；散热片用于降低冷却液的温度。

本发明的出水管6上安装有连通外界空气的截止阀8和放气阀9，截止阀8和放气阀9串联安装，截止阀8安装在放气阀9的上游，放气阀9安装在水路的最高点。安装放气阀9的作用有两方面：其一是在初始阶段往空腔2中通入冷却液时方便将空腔2内的空气排出；其二是在冷却液的循环过程中将冷却液由于受热而产生的少量水蒸气排出设备外。安装截止阀8的作用是防止冷却液从放气阀9中溢出。同时，冷却箱的低端还安装有一个工业温度计10，可以随时监测冷却道1内的温度，确保所有石墨模具和金刚石刀头都冷却到指定温度。

下面氮气作为保护气的情况为例，具体说明本发明中保护气氛冷却装置的工作过程：

第一步，关闭截止阀8，锁紧密封盖板3，开启外部水源电源，使冷却液沿进水管7充入空腔2内部，观测到出水管6内流出冷却液以后证明整个空腔2已被充满冷却液；同时开启进气管5的调节阀，使氮气充入冷却道1内，然后用一个燃烧的小木棍放在搭板4和冷却道1的缝隙处，当小木棍熄灭后证明冷却道1内已经充满氮气。

第二步，打开搭板4，用夹子迅速地将装有金刚石刀头的石墨模具从烧结机内取出，放在冷却道1装卸料端的托架上，再用推杆将石墨模具由冷却道1的装卸料端推入冷却道1内，然后关闭搭板4；重复上述过程直至冷却道1内装满石墨模具。

第三步，观测到工业温度计10上显示的温度低于200℃后，关闭进气管5上的调节阀，再等待10分钟，打开搭板4和密封盖板3，从冷却道1的密封端伸入推杆，将石墨模具由装卸料端推出冷却道1，并码放整齐等待拆模。

第四步，重复第二步和第三步，直至烧结机内所有烧结完成的石墨模具全部完成冷却过程。

Claims (4)

1.一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，包括以下步骤：

步骤A混料：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压制成型：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冷压机内，并将粉料压制成刀头的形状；

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

步骤D冷却：烧制完成后，将装有金刚石刀头的石墨模具冷却至200℃以下；

步骤E拆模：冷却结束后，将冷却完成刀头从石墨模具内拆出；

其特征在于：所述步骤D中装有金刚石刀头的石墨模具是在保护气氛冷却装置内冷却至200℃以下的；

所述保护气氛冷却装置包括一个冷却箱，冷却箱内贯穿设置有一个两端分别安装有密封盖板（3）和搭板（4）的冷却道（1），所述冷却道（1）的一端安装有向冷却道（1）内通入保护气体的进气管（5），所述冷却道（1）与冷却箱的外壁相连并使冷却道（1）与冷却箱的外壁之间形成一个供冷却液流动的围绕在冷却道（1）周围的空腔（2），所述空腔（2）连通有进水管（7）和出水管（6）；

所述冷却箱及冷却道（1）采用一端高另一端低的方式倾斜放置，所述进水管（7）连接在空腔（2）的低端，所述出水管（6）连接在空腔（2）的高端，所述进气管（5）亦安装在冷却道（1）的高端；

所述密封盖板（3）的下沿通过销轴与冷却道（1）高端的下沿铰接，所述密封盖板（3）的上沿安装有一个可在密封盖板（3）闭合时使密封盖板（3）与冷却道（1）锁紧的卡扣（11），所述密封盖板（3）与冷却道（1）配合的一面或冷却道（1）与密封盖板（3）配合的一面安装有密封垫，所述搭板（4）的上沿通过销轴与冷却道（1）的低端的上沿铰接，所述冷却道（1）的低端设置有一个在搭板（4）闭合时与搭板（4）接触的平面。

2.根据权利要求1所述的一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述进气管（5）上安装有调节阀，所述进气管（5）与氢气发生装置或氮气发生装置或氨分解气发生装置相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：所述出水管（6）上安装有连通外部的截止阀（8）和放气阀（9）。

4.根据权利要求1所述的一种基于保护气氛冷却装置的金刚石刀头生产工艺，其特征在于：冷却箱低端还安装有探测冷却道（1）内温度的工业温度计（10）。