CN106041088A - 无压烧结干切片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无压烧结干切片的制造方法，超硬切割制品的技术领域。本发明所述的无压烧结干切片的制造方法，所述干切片包括切片基体和金刚石刀头；所述制造方法包括以下步骤：(1)通过冷压工艺在所述切片基体的上下表面上形成金刚石刀头坯体；(2)通过无压烧结工艺形成所述金刚石刀头，所述无压烧结工艺是指在常压或低压的保护性气氛条件下进行烧结。本发明的无压烧结干切片的制造方法在烧结步骤中无需外加压力，从而显著降低了能耗且提高了石墨模具的使用寿命，从而降低了制造成本。另外，本发明的干切片厚度薄，在加工时不仅降低了能耗，而且减少了被加工料的损耗，提高了切割质量。

Description

无压烧结干切片的制造方法
技术领域
本发明涉及超硬切割制品的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于大理石、花岗岩、水泥混凝土的切割和修边等非金属脆硬材料加工的无压烧结干切片的制造方法。
背景技术
当今市场，金刚石工具已广泛应用于大理石、花岗岩、混凝土，沥青，陶瓷、玻璃、珠宝玉石等硬质材料的切割和修补加工；不断提高切割效率，减少材料损耗，提高金刚石工具的使用寿命是市场共同追求的方向。金刚石工具通常包括金刚石刀头和基体，基体厚度决定金刚石刀头厚度，基体厚度越厚，切割时切缝越宽，切割效率越低，材料损耗越大，经济效益越差，基体厚度变薄，刀头变薄，切割效率提升，材料损耗下降；但是基体变薄后将导致基体本身刚性下降，承受载荷能力降低，切割时产生偏摆，进而丧失切割能力。因此如何解决基体厚度与刚性之间的矛盾，在保证基体刚性情况下，生产出更薄的金刚石干切片一直是困扰人们的难题。
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无压烧结干切片的制造方法。
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：
一种无压烧结干切片的制造方法，所述干切片包括切片基体和金刚石刀头；其特征在于所述制造方法包括以下步骤：
(1)通过冷压工艺在所述切片基体的上下表面上形成金刚石刀头坯体；
(2)通过无压烧结工艺形成所述金刚石刀头，所述无压烧结工艺是指在常压或低压的保护性气氛条件下进行烧结。
其中，所述无压烧结的温度为800-900℃，优选为810-880℃，更优选为830-850℃。
其中，所述切片基体通过钢基体机械加工而成，所述切片基体包括圆形主体和自所述圆形主体的外边缘向外延伸形成的环形安装端，所述金刚石刀头坯体冷压形成在所述环形安装端的上表面和下表面上。
其中，所述金刚石刀头的上表面和下表面上均设置有凹斜U型齿，相邻的金刚石刀头之间设置有延伸至所述圆形主体的排屑槽。
其中，所述切片基体采用钢基体，所述钢基体以化学成分计含有C：0.62～0.68wt％、Si：0.18～0.35wt％、Mn：0.88～1.25wt％、Cr：0.05～0.25wt％、Cu：0.10～0.20wt％，Ni≤0.20wt％、S≤0.03wt％，P≤0.030wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢基体优选在850～880℃保温45～60min，然后炉冷至720～750℃保温2.0～3.0h，炉冷至650～660℃后空冷室温即可。所述钢基体通过高的碳含量，并通过成分设计(需要控制Ni的含量)以及热处理工艺规范，能够获得不仅强度高，而且韧性好的特性，从而能够将金刚石工具设计成干切片的形式，并保证其使用寿命。所述钢基体的屈服强度≥800MPa、抗拉强度≥980MPa，屈强比≥0.8，断裂伸长率为15～22％。
其中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.50～0.80ct/cm3；所述胎体粉末以重量百分比计，由35～40wt％的预合金粉、25～30wt％的铜粉、2～4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。
其中，所述预合金粉以重量百分计含有0.10～0.15wt％的碳、0.05～0.15wt％的硼、12.5～13.0wt％的铬、2.5～3.0wt％的锰、2.0～2.5wt％的钛、2.1～2.5wt％的镍、0.03～0.08wt％的锆，余量为铜。所述预合金粉例如可以为雾化合金粉或机械合金粉，从成本角度考虑优选使用雾化合金粉，例如水雾化合金粉或气雾化合金粉。
其中，所述金属结合剂，以重量百分计由30～35wt％的铜、6.0～8.0wt％的锡、3.0～5.0wt％的造孔剂，和余量的铁组成。
其中，所述无压烧结干切片的制造方法，具体来说包括以下步骤：
1)配料：按照重量百分比，取金刚石刀头的原料采用混料机，混料得到成型料；
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒得到造粒后的成型料；
3)冷压：调整好工装模具，投放造粒后的成型料和切片基体组装到模具中加压成型得到干切片毛坯；
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在保护气氛中进行无压烧结；
5)将无压烧结后的干切片进行擦片冲孔、喷漆、开刃。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的无压烧结干切片的制造方法具有以下有益效果：
本发明的制造方法的烧结步骤中无需外加压力，从而显著降低了能耗且提高了石墨模具的使用寿命，从而降低了制造成本。另外，采用本发明的制造方法得到的干切片厚度薄，在加工时不仅降低了能耗，而且减少了被加工料的损耗，提高了切割质量。
附图说明
图1为本发明所述的无压烧结干切片的制造方法的结构示意图。
图2为图1沿A-A方向的横截面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的无压烧结干切片的制造方法做进一步的阐述，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。
如附图1-2所示，本发明所述的无压烧结干切片的制造方法，包括切片基体10和金刚石刀头20，所述切片基体10包括圆形主体11和自所述圆形主体的外边缘向外延伸形成的环形安装端12，通过冷压工艺在所述环形安装端的双面上形成金刚石刀头坯体，并通过无压烧结工艺形成所述金刚石刀头20，所述无压烧结工艺是指在常压或低压的保护性气氛条件下进行烧结。所述金刚石刀头20的上表面和下表面上均设置有凹斜U型齿21，相邻的金刚石刀头20之间设置有延伸至所述圆形主体的排屑槽30。如图1所示，所述干切片上金刚石刀头的数量14个，当然根据切片基体的大小，所述金刚石刀头的个数可以为6～30个等不同。在本发明中，所述切片基体的直径为100～300mm，优选为125～250mm，例如可以为230mm等。所述切片基体的厚度为0.3～5.0mm，例如可以为0.3～2.0mm，0.5～1.2mm，0.3～0.8mm等。为了使得干切片具有提高的使用寿命，在本发明中所述切片基体采用钢基体，所述钢基体以化学成分计含有C：0.62～0.68wt％、Si：0.18～0.35wt％、Mn：0.88～1.25wt％、Cr：0.05～0.25wt％、Cu：0.10～0.20wt％，Ni≤0.20wt％、S≤0.03wt％，P≤0.030wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢基体优选在850～880℃保温45～60min，然后炉冷至720～750℃保温2.0～3.0h，炉冷至650～660℃后空冷室温即可。所述钢基体通过高的碳含量，并通过成分设计(需要控制Ni的含量)以及热处理工艺规范，能够获得不仅强度高，而且韧性好的特性，从而能够将金刚石工具设计成干切片的形式，并保证其使用寿命。所述钢基体的屈服强度≥800MPa、抗拉强度≥980MPa，屈强比≥0.8，断裂伸长率为15～22％。在本发明中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.50～0.80ct/cm3；所述胎体粉末以重量百分比计，由35～40wt％的预合金粉、25～30wt％的铜粉、2～4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉以重量百分计含有0.10～0.15wt％的碳、0.05～0.15wt％的硼、12.5～13.0wt％的铬、2.5～3.0wt％的锰、2.0～2.5wt％的钛、2.1～2.5wt％的镍、0.03～0.08wt％的锆，余量为铜。所述预合金粉例如可以为雾化合金粉或机械合金粉，从成本角度考虑优选使用雾化合金粉，例如水雾化合金粉或气雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由30～35wt％的铜、6.0～8.0wt％的锡、3.0～5.0wt％的造孔剂，和余量的铁组成。在本发明中，所述金刚石中，粒度35/40的占30～35％、40/45占35～40％、45/50占25～30％。
在本发明中，所述无压烧结干切片的制造方法通过以下工序制备得到：配料-简造-冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
实施例1
在本实施例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占35％、40/45占40％、45/50占25％。所述胎体粉末以重量百分比计，由35wt％的预合金粉、25wt％的铜粉、4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有0.12wt％的碳、0.10wt％的硼、12.5wt％的铬、3.0wt％的锰、2.5wt％的钛、2.5wt％的镍、0.05wt％的锆，余量为铜的水雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由32wt％的铜、8.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉、铜粉、锡粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
实施例2
在本实施例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占35％、40/45占40％、45/50占25％。所述胎体粉末以重量百分比计，由35wt％的预合金粉、25wt％的铜粉、4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有0.10wt％的碳、0.08wt％的硼、12.8wt％的铬、2.8wt％的锰、2.2wt％的钛、2.2wt％的镍、0.08wt％的锆，余量为铜的水雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由30wt％的铜、6.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉、铜粉、锡粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
实施例3
在本实施例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占30％、40/45占40％、45/50占30％。所述胎体粉末以重量百分比计，由40wt％的预合金粉、30wt％的铜粉、2wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有0.10wt％的碳、0.08wt％的硼、12.8wt％的铬、2.8wt％的锰、2.2wt％的钛、2.2wt％的镍、0.08wt％的锆，余量为铜的水雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由30wt％的铜、6.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉、铜粉、锡粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
对比例1
在本实施例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占35％、40/45占40％、45/50占25％。所述胎体粉末以重量百分比计，由64wt％的预合金粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有0.10wt％的碳、0.08wt％的硼、12.8wt％的铬、2.8wt％的锰、2.2wt％的钛、2.2wt％的镍、0.08wt％的锆，余量为铜的水雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由30wt％的铜、6.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
对比例2
在本对比例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占35％、40/45占40％、45/50占25％。所述胎体粉末以重量百分比计，由50wt％的铜、4wt％的锡粉、0.035wt％的碳、0.03wt％的硼、4.5wt％的铬、1.02wt％的锰、0.75wt％的钛、0.70wt％的镍、0.03wt％的锆和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有。所述金属结合剂，以重量百分计由30wt％的铜、6.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉、铜粉、锡粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
对比例3
在本对比例中，所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.60ct/cm3，其中粒度35/40的占35％、40/45占40％、45/50占25％。所述胎体粉末以重量百分比计，由35wt％的预合金粉、25wt％的铜粉、4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。所述预合金粉为以重量百分计含有12.8wt％的铬、2.8wt％的锰、2.2wt％的钛、2.2wt％的镍、0.08wt％的锆，余量为铜的水雾化合金粉。所述金属结合剂，以重量百分计由30wt％的铜、6.0wt％的锡、5.0wt％的石蜡，和余量的铁组成。所述无压烧结干切片的制造方法的制备工艺如下：
1)配料：以上述重量百分比表示，取金属结合剂、预合金粉、铜粉、锡粉和金刚石，预混制成成型料，采用混料机，混料120分钟得到成型料。
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒。
3)冷压：调整好工装模具，先投放一半的成型料，然后放入切片基体，再投放剩余的成型料组装到冷压成型钢模中加压成型得到干切片毛坯。
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在氩气气氛中进行无压烧结，无压烧结的温度保持在830～850℃。
5)擦片冲孔、喷漆、开刃：将无压烧结后的干切片，进行去氧化皮，按工艺要求加工成所需尺寸。
烧结后得到的金刚石刀头的性能，参照GB/T 230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分测试硬度；参照GB/T5319-2002烧结金属材料横向断裂强度测定抗弯强度；参照的GBT5318-1985烧结金属材料无切口冲击试样测定冲击韧性，其结果如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
硬度(HRB) 108 112 105 95 115 90
抗弯强度(MPa) 1082 1250 1180 960 880 950
冲击韧性(J/cm2) 23 25 20 25 13 10
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 (10)

1.一种无压烧结干切片的制造方法，所述干切片包括切片基体和金刚石刀头；其特征在于所述制造方法包括以下步骤：
(1)通过冷压工艺在所述切片基体的上下表面上形成金刚石刀头坯体；
(2)通过无压烧结工艺形成所述金刚石刀头，所述无压烧结工艺是指在常压或低压的保护性气氛条件下进行烧结。
2.根据权利要求1所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述无压烧结的温度为800-900℃。
3.根据权利要求1所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述切片基体通过钢基体机械加工而成，所述切片基体包括圆形主体和自所述圆形主体的外边缘向外延伸形成的环形安装端，所述金刚石刀头坯体冷压形成在所述环形安装端的上表面和下表面上。
4.根据权利要求1所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述金刚石刀头的上表面和下表面上均设置有凹斜U型齿，相邻的金刚石刀头之间设置有延伸至所述圆形主体的排屑槽。
5.根据权利要求3所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述钢基体以化学成分计含有C：0.62～0.68wt％、Si：0.18～0.35wt％、Mn：0.88～1.25wt％、Cr：0.05～0.25wt％、Cu：0.10～0.20wt％，Ni≤0.20wt％、S≤0.03wt％，P≤0.030wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢基体在850～880℃保温45～60min，然后炉冷至720～750℃保温2.0～3.0h，炉冷至650～660℃后空冷室温即可；所述钢基体的屈服强度≥800MPa、抗拉强度≥980MPa，屈强比≥0.8，断裂伸长率为15～22％。
6.根据权利要求1所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述金刚石刀头的原料由金刚石和胎体粉末形成，其中所述金刚石的浓度为0.50～0.80ct/cm3；所述胎体粉末以重量百分比计，由35～40wt％的预合金粉、25～30wt％的铜粉、2～4wt％的锡粉和余量的金属结合剂组成。
7.根据权利要求6所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述预合金粉以重量百分计含有0.10～0.15wt％的碳、0.05～0.15wt％的硼、12.5～13.0wt％的铬、2.5～3.0wt％的锰、2.0～2.5wt％的钛、2.1～2.5wt％的镍、0.03～0.08wt％的锆，余量为铜；所述金属结合剂，以重量百分计由30～35wt％的铜、6.0～8.0wt％的锡、3.0～5.0wt％的造孔剂，和余量的铁组成。
8.一种无压烧结干切片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料：按照重量百分比，取金刚石刀头的原料采用混料机，混料得到成型料；
2)造粒：将造粒剂加入混好的成型料进行混料，简单造粒得到造粒后的成型料；
3)冷压：调整好工装模具，投放造粒后的成型料和切片基体组装到模具中加压成型得到干切片毛坯；
4)无压烧结：将得到的干切片毛坯，组装在石墨垫片中，在保护气氛中进行无压烧结；
5)将无压烧结后的干切片进行擦片冲孔、喷漆、开刃。
9.根据权利要求8所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述切片基体通过钢基体机械加工而成，所述切片基体包括圆形主体和自所述圆形主体的外边缘向外延伸形成的环形安装端，所述金刚石刀头坯体冷压形成在所述环形安装端的上表面和下表面上；所述钢基体以化学成分计含有C：0.62～0.68wt％、Si：0.18～0.35wt％、Mn：0.88～1.25wt％、Cr：0.05～0.25wt％、Cu：0.10～0.20wt％，Ni≤0.20wt％、S≤0.03wt％，P≤0.030wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢基体优选在850～880℃保温45～60min，然后炉冷至720～750℃保温2.0～3.0h，炉冷至650～660℃后空冷室温即可。
10.根据权利要求8所述的无压烧结干切片的制造方法，其特征在于：所述预合金粉以重量百分计含有0.10～0.15wt％的碳、0.05～0.15wt％的硼、12.5～13.0wt％的铬、2.5～3.0wt％的锰、2.0～2.5wt％的钛、2.1～2.5wt％的镍、0.03～0.08wt％的锆，余量为铜；所述金属结合剂以重量百分计由30～35wt％的铜、6.0～8.0wt％的锡、3.0～5.0wt％的造孔剂，和余量的铁组成。
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