CN107214633B - 金刚石平面波纹磨轮及其制备方法 - Google Patents

金刚石平面波纹磨轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金刚石平面波纹磨轮及其制备方法，属于金刚石工具的技术领域。本发明的金刚石平面波纹磨轮的制备方法，包括基体加工、金刚石和金属结合剂的配料、混料、冷压和烧结；所述金属结合剂以重量百分比表示，含有25～30％的FAM1021合金粉，15～30％的LFP合金粉、5～8％锡粉，和35～40％铜粉；并且所述金刚石的浓度为0.6～0.8ct/cm3。本发明通过采用FAM1021合金粉以及LFP合金粉的铜基金属结合剂，能够横好的协调胎体与金刚石同步磨损，不仅提高了刀头的机械性能而且使得金刚石磨粒能够充分发挥作用。本发明的金刚石磨轮主要配备在手提角磨机上，用于磨削瓷砖、大理石、花岗岩、水泥混凝土的表面磨削，起到磨削边角和表面作用。

Description

金刚石平面波纹磨轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种金刚石平面波纹磨轮及其制备方法。
背景技术
金刚石磨轮广泛应用于混凝土、石材、地面涂层的打磨。由于金刚石表面存在较高的表面能，难与一般金属浸润，磨粒与胎体金属间的界面不存在牢固的冶金结合层。胎体对磨粒的把持力小，极易因胎体磨损而使磨粒脱落，利用率不高；另一方面，由于金刚石颗粒是机械包埋，故其出露的高度较小，切削效率不高。在现有技术中金刚石胎体一般由骨架成分和粘结剂两组材料构成。一组选取高熔点、高耐磨、高强度的金属做骨架材料，另一组选取低熔点金属用作粘结剂。由于常用的低熔点金属例如锡、锌等强度低、容易氧化和富集，性能不够理想。在机械混合粉末烧结的胎体中，存在于刀头中的金刚石是靠机械包镶和把持作用与胎体连接在一起。烧结后的金属结合剂胎体已具有一定的致密度和相当高的强度、硬度和韧性，对包裹在其中的金刚石也具有较为牢固的机械镶嵌作用。结合剂应具备两个基本功能：一是将耐磨材料连接成网格骨架把持金刚石；二是能随着金刚石的磨耗而磨耗，使金刚石正常出刃。另外，结合剂除了具有一定的硬度、韧性和耐磨性以外，如果对金刚石具有一定的浸润性，将极大的提高金刚石的出刃高度，从而改善磨削性能。性能良好的结合剂就是在金刚石、胎体材料、应用对象和使用条件等确定的情况下，胎体能与金刚石较好地保持同步磨损或略为超前的磨损，让金刚石充分发挥作用的同时，合理地磨损和脱落。但在现有技术中采用一般的金刚石胎体配方难以使得金刚石与胎体的磨损同步，难以兼有良好的把持力和强度适中的胎体。
发明内容
为了获得兼有良好锋利度、使用寿命和承载性能的综合性能，本发明提供了一种金刚石平面波纹磨轮及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明的第一方面采用了以下技术方案：
一种金刚石平面波纹磨轮的制备方法，包括基体加工、金刚石和金属结合剂的配料、混料、冷压和烧结；其特征在于：所述金属结合剂以重量百分比表示，含有25～30％的FAM1021合金粉，15～30％的LFP合金粉、5～8％锡粉，和35～40％铜粉；并且所述金刚石的浓度为0.6～0.8ct/cm3。
其中，以重量百分比表示，所述金属结合剂中还包括0.1～1.0％的稀土粉。
其中，所述稀土粉为La、Ce和Y的一种或几种。
其中，所述FAM1021合金粉为电解预合金粉，并且其中含有17.2～18.5wt％的Ni，1.8～2.1wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质。
其中，所述LFP合金粉为电解预合金粉，并且其中含有15.0～15.5wt％的Cu，3.6～4.0wt％的Sn，10～12.2wt％的Ni，1.8～2.0wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质。
其中，所述烧结在保护气氛下进行，并且烧结温度为850～880℃，压力为15～25MPa。
其中，所述基体为45号钢，所述45号钢经过车加工后形成基本为平面的上表面，所述金刚石和金属结合剂经过配料和混料后通过冷压设置在所述45号钢的上表面上。
本发明的第二方面还涉及一种金刚石平面波纹磨轮，其特征在于由上述制备方法制备得到。
其中，所述金刚石平面波纹磨轮包括圆形的基体，和多个金刚石刀头；所述金刚石刀头呈圆环形分布在所述基体的上表面的外围。
其中，相邻金刚石刀头之间设置有凹槽，并且相邻的凹槽不相互平行。
与最接近的现有技术相比，本发明的制备金刚石平面波纹磨轮具有以下有益效果：
本发明通过采用FAM1021合金粉以及LFP合金粉的铜基金属结合剂，能够很好的协调胎体与金刚石同步磨损，不仅提高了刀头的机械性能而且使得金刚石磨粒能够充分发挥作用。本发明的金刚石磨轮主要配备在手提角磨机上，用于磨削瓷砖、大理石、花岗岩、水泥混凝土的表面磨削，起到磨削边角和表面作用。
附图说明
图1为本发明的金刚石平面波纹磨轮的正视图。
图2为图1沿A-A方向的剖切结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的金刚石平面波纹磨轮及其制备方法做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
本发明的金刚石平面波纹磨轮如图1-2所示，包括金属圆形基体，和多个金刚石刀头；金刚石刀头呈圆环形分布在所述基体的上表面的外围。圆形基体的上表面基本呈平面，且其上通过车加工形成有中心安装孔以及多个散热孔，在图1所示中，散热孔呈对称分布，当然只要能够满足散热要求，所述散热孔也可以呈非对称分布的形式。并且散热孔的个数和尺寸也不受附图限制，根据现有技术可以设置数个散热孔，也可以设置成多个小散热孔形成的散热孔阵列。对散热孔或者散热孔阵列的设置基本不受限制，但应不影响所述金刚石磨轮的机械性能，例如不能使得圆形基体的强度明显降低而影响使用的机械性能。在本发明中，相邻金刚石刀头之间设置有凹槽，并且相邻的凹槽不相互平行，从而可以保证磨削的均匀性。本发明的金刚石磨轮主要配备在手提角磨机上，用于磨削瓷砖、大理石、花岗岩、水泥混凝土的表面磨削，起到磨削边角和表面作用。
在以下实施例和对比例中，采用的FAM1021合金粉为电解预合金粉，并且其中含有18.2wt％的Ni，2.0wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质。采用的LFP合金粉为电解预合金粉，并且其中含有15.0wt％的Cu，3.8wt％的Sn，12.0wt％的Ni，1.8wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质。
实施例1
本实施例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本实施例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，25％的FAM1021合金粉，27％的LFP合金粉、8％锡粉，和40％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
实施例2
本实施例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本实施例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，30％的FAM1021合金粉，30％的LFP合金粉、5％锡粉，和35％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
实施例3
本实施例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本实施例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，25％的FAM1021合金粉，27％的LFP合金粉、8％锡粉，1.0wt％的铈粉和39％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
实施例4
本实施例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本实施例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，29％的FAM1021合金粉，30％的LFP合金粉、5％锡粉，1wt％的铈粉和35％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
对比例1
本对比例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本对比例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，52％的FAM1021合金粉，8％锡粉，和40％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
对比例2
本对比例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本对比例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，70％的FAM1021合金粉，8％锡粉，和22％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
对比例3
本对比例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本对比例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，52％的LFP合金粉、8％锡粉，和40％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
对比例4
本对比例涉及一种金刚石平面波纹磨轮。本对比例的金刚石波纹磨轮的制造包括以下工序：基体加工-金刚石和金属粉料的配料-混料-装粉冷压-热压烧结-磨轮喷砂处理-测磨轮的动平衡-喷漆-开刃-打标、印字包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，70％的LFP合金粉，和30％铜粉；按金刚石浓度0.7ct/cm3，金刚石粒度35/40#-30％、40/50#-30％、50/60#-30％、60/70#-10％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料120分钟。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料-将粉料刮均匀-冷压成型钢模中加压成型，磨轮基体是45号钢。
3)热压烧结：将冷压的带螺纹柄的毛坯，组装在石墨模具中，用不锈钢芯棒串好，加上厚度15cm的铁块，在保护气体的环境中进行烧结，热压压力为20MPa，烧结温度在880℃左右。
4)波纹磨轮基体表面喷砂、测动平衡、喷漆、开刃，按工艺要求加工成所需尺寸。
5)后加工好的波纹磨轮，进行打标、印字，按要求包装入库。
对实施例1～4以及对比例1～4制备的金刚石平面波纹磨轮进行磨削测试，依据JB/T3235-1999测定磨耗比。另外根据实施例1～4以及对比例1～4的金属结合剂的配料、冷压和烧结工艺(不投放基体)制备40mm×5mm×5mm的金刚石刀头放在间隔为30mm的两个支座上，在中间施加压力直至断裂，测试试样的抗弯强度。结果如表1所示。
表1
磨耗比(万) 抗弯强度(MPa)
实施例1 3.9 1280
实施例2 3.8 1330
实施例3 3.9 1270
实施例4 3.8 1320
对比例1 3.2 1350
对比例2 3.0 1370
对比例3 2.8 1220
对比例4 2.8 1200
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 (7)

1.一种金刚石平面波纹磨轮的制备方法，包括基体加工、金刚石和金属结合剂的配料、混料、冷压和烧结；其特征在于：所述金属结合剂以重量百分比表示，含有25～30％的FAM1021合金粉，15～30％的LFP合金粉、5～8％锡粉，35～40％铜粉，0.1～1.0％的稀土粉；所述FAM1021合金粉为电解预合金粉，并且其中含有17.2～18.5wt％的Ni，1.8～2.1wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质；所述LFP合金粉为电解预合金粉，并且其中含有15.0～15.5wt％的Cu，3.6～4.0wt％的Sn，10～12.2wt％的Ni，1.8～2.0wt％的Co和余量的Fe以及不可避免的杂质；并且所述金刚石的浓度为0.6～0.8ct/cm3。
2.根据权利要求1所述的金刚石平面波纹磨轮的制备方法，其特征在于：所述稀土粉为La、Ce和Y的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的金刚石平面波纹磨轮的制备方法，其特征在于：所述烧结在保护气氛下进行，并且烧结温度为850～880℃，压力为15～25MPa。
4.根据权利要求1所述的金刚石平面波纹磨轮的制备方法，其特征在于：所述基体为45号钢，所述45号钢经过车加工后形成基本为平面的上表面，所述金刚石和金属结合剂经过配料和混料后通过冷压设置在所述45号钢的上表面上。
5.一种金刚石平面波纹磨轮，其特征在于：由权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的金刚石平面波纹磨轮，其特征在于：所述金刚石平面波纹磨轮包括圆形的基体，和多个金刚石刀头；所述金刚石刀头呈圆环形分布在所述基体的上表面的外围。
7.根据权利要求6所述的金刚石平面波纹磨轮，其特征在于：相邻金刚石刀头之间设置有凹槽，并且相邻的凹槽不相互平行。
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