CN107262824B - 金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片及其制作工艺，本发明由厚度为0.1～1.0mm的工作层超薄片和隔离层超薄片复合成锯片节块；节块工作层超薄片胎体以金属粉末和金刚石为原料，节块隔离层超薄片以石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉为原料；工作层超薄片冷压成型时，采用放射状定位分布结构，将金刚石颗粒埋植在胎体预定位置；装料过程中采用超声波或其他高频率振动平台振动布料，保证其厚度均匀一致，再经热压烧结工艺制成。节块通过高频或激光焊接技术焊接于直径100～2500mm的锯片基体上。本发明制成的超薄层复合锯片，工作效率高、寿命长、能耗低，利于节省资源和能源。
Description
技术领域
本发明主要属于机械加工领域，利用粉末冶金技术，依靠超声波或其他高频率振动模式，借助高频或激光焊接方式，尤其涉及金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片及其制作工艺。
背景技术
常规金刚石锯片制作中存在用材多，金刚石在锯片上随机分布，导致金刚石不能完全发挥功效，常规锯片在工作时，切割阻力大、耗能高、效率低且精度差等，从而限制了金刚石锯片的正常使用，也限制了金刚石锯片的使用范围，阻碍了切割加工技术的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片及其制作工艺。
一种金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片，由厚度为0.1～1.0mm的工作层超薄片和厚度为0.1～1.0mm隔离层超薄片复合成锯片节块，超薄层复合锯片由多块锯片节块叠成；节块工作层超薄片胎体采用金属粉末和金刚石为原料，节块隔离层超薄片采用石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉为原料；金刚石颗粒采用放射状定位分布结构，埋植在胎体预定位置。
金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片直径为100～2500mm，工作层超薄片金刚石颗粒呈放射状定位分布结构，即以锯片中心点为圆心在工作层作出若干切削线，过中心点沿径向作若干放射线，金刚石布置在切削线和放射线的交点上。切削线和放射线的数量由锯片大小及工作层金刚石浓度决定，一般为2～20条/mm2。
金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，包括以下步骤：
第一步：模具准备
根据锯片尺寸，选用优质合金钢设计和加工冷压模具，其中钢压头是保证金刚石呈放射状定位分布结构，利用激光雕刻法或电火花法加工；选用体积密度大于1.85g/cm3、抗压强度大于45MPa的高强度高纯度高密度的石墨设计和加工烧结模具；
第二步：胎体粉末混合
称取质量合格的所需金属粉末，加入体积分数为30％至80％的润湿剂并混合均匀，得到混合均匀的胎体金属粉末混合料；
第三步：隔离层混料
称取质量合格的石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉做隔离层原料，加入体积分数为30％至80％的润湿剂混合均匀，得到混合均匀的隔离层粉料；
第四步：振动布料装模
称取混合均匀的胎体金属粉末混合料，装入放置在超声波或其他高频率振动平台上的冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，组装好钢压头后，移至压力机上加压成型得到胎体工作层超薄片压坯；称取充分混合均匀的隔离层粉料装入冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，然后移至压力机上加压成型得到隔离层超薄片压坯。
第五步：金刚石定位分布
使用钢压头冷压成型得到的工作层超薄片压坯，压胚留有满足金刚石呈放射状定位分布结构的放置坑，将工作层超薄片压坯从钢模取出，采用涂抹粘贴法将金刚石颗粒植入坑内，制得含金刚石颗粒的工作层超薄片压坯；
第六步：粉末冶金法制造节块
将植入金刚石颗粒的工作层超薄片压坯和隔离层超薄片压坯，按照工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—……—工作层超薄片压坯的顺序和规定数量组装安置在石墨模具中，置于锯片节块烧结炉中，先通过加温加压，温度逐步提升至900℃至980℃，压力逐步加至25KN至40KN，然后降温至700℃至790℃，降压至15KN至25KN，进行保温保压2分钟至8分钟，完成热压制作流程；
第七步：冷却脱模
将置于烧结炉的石墨模具组件，待烧结过程结束和冷却后从石墨模中取出得到金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片节块毛坯；
第八步：修磨抛光
将金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片节块毛坯，加工磨光其焊接面及抛光其它各表面；
第九步：焊接开刃
将修磨抛光后节块，利用高频焊接或激光焊接技术，焊接在直径为100～2500mm的锯片基体上，即制成金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片。
步骤二所述的胎体金属粉末是钴粉、镍粉、铁粉、钛粉、铬粉、铜粉和锡粉；其中：钴粉、镍粉、铁粉、钛粉和铬粉各占总质量的2％～65％；铜粉和锡粉各占总质量的3％～65％；所用粉末粒径为0.075mm以下。
步骤三所述的隔离层粉料配方是石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉；其中石墨粉占总质量的3％～90％，粒径为0.075mm以下；碳化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉各占总质量的5％～50％，粒径为0.075mm以下。
步骤四中所述的振动布料装模，布料装模时将合金钢磨具放置在超声波或其他高频率振动平台上振动振动1～8分钟，振动频率为20000Hz至80000Hz，振动平台采用超声波或其他高频率振动源提供激振力。
步骤五中所述的金刚石放射状定位分布，使用的金刚石体积浓度为2％～60％，颗粒度为0.04～0.60mm。金刚石颗粒放射状定位分布结构植于超薄工作层胎体中的预定位置，预定位置是利用激光雕刻法或电火花法加工冷压成型的钢压头，用钢压头表面的凹凸坑位置来确定预定位置，冷压成型的超薄工作层压坯中凹坑即为金刚石颗粒植入处，采用涂抹粘贴法将金刚石颗粒置于坑内。
本发明金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的主要特点在于：使用超声波或其他高频率振动布粉手段利于粉料的均匀化；金刚石植入位置摈弃常规的随机分布形式，而执行放射状定位结构，充分发挥了金刚石的功效；利用粉末冶金热压法在本发明所述的温度和压力工艺下制作超薄层复合锯片，能达到超薄层复合锯片的性能指标；锯片节块由若干厚度0.1～1.0mm的工作层超薄片和隔离层超薄片复合而成，经高频或激光焊接方法焊接在基体100～2500mm上制得锯片。
附图说明
图1为本发明的金刚石放射状定位分布示意图。
具体实施方式
实施例1
金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片，锯片直径Φ500mm，其节块中工作层超薄片尺寸：长×高×厚＝40mm×10mm×0.3mm；隔离层超薄片尺寸：长×高×厚＝40mm×10mm×0.2mm，每节块含7层工作层超薄片和6层隔离层超薄片，组成锯片节块尺寸为长×高×厚＝40mm×10mm×3.3mm。
工作层超薄片胎体配方质量比例：钴粉-55％、镍粉-10％、铁粉-5％、钛粉-2％、铬粉-3％、铜粉-20％、锡粉-5％，粉末粒度均为325目(45微米)以细；金刚石体积浓度为8％，粒度为80/100目(150-178微米)。
隔离层超薄片配方质量比例：石墨粉-70％、碳化硅粉-10％、氧化铝粉-10％、陶瓷粉-10％，粉末颗粒直径均为325目(45微米)以细。
其制作工艺流程为：
①合金钢模具和石墨模具加工。
②工作层超薄片胎体金属粉末混料；隔离层粉末混料；体积分数为50％的润湿剂。
③混合好的胎体金属粉末装入合金钢模具内，放置在超声波振动平台上振动0.5分钟，振动频率为25000Hz；将振动均匀后的合金钢模具移至压力机上加压，取出压坯，涂抹粘贴金刚石颗粒于呈放射状定位分布结构的相应坑内，得到工作层超薄片压坯备用，金刚石放射状定位分布如图1所示。
④混合好的隔离层粉末装入合金钢模具内，放置在超声波振动平台上振动0.5分钟，振动频率为25000Hz；将振动均匀后的合金钢模具移至压力机上加压，得到并取出隔离层超薄片压坯备用。
⑤按照7片工作层超薄片压坯和6片隔离层超薄片压坯间隔交叉组装于石墨模具中，将装好锯片节块冷压坯的石墨模具放入中频炉中加热加压烧结，温度加热至970℃，加压至35KN，然后进行保温保压工作，保温温度为790℃，保压压力为25KN，保温时间为3分钟，达到保温要求，随炉冷去后取出脱模。
⑥将烧结完成的锯片节块，置于砂轮机上加工磨平焊接面，并在抛光机上抛光其它各表面。
⑦将修整抛磨好的节块，使用高频焊接机将节块牢固焊接在直径Φ500mm的标准合金钢基体上，开刃完成后的锯片即可进行清洁包装处理和待用。
实施例2
金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片，锯片直径Φ1600mm，其节块中工作层超薄片尺寸：长×高×厚＝24mm×12mm×0.4mm；隔离层超薄片尺寸：长×高×厚＝24mm×10mm×0.2mm，每节块含17层工作层超薄片和16层隔离层超薄片，组成锯片节块尺寸为长×高×厚＝24mm×12mm×10mm。
工作层超薄片胎体配方质量比例：钴粉-45％、镍粉-15％、铁粉-10％、钛粉-2％、铬粉-3％、铜粉-20％、锡粉-5％，粉末粒度均为325目(45微米)以细；金刚石体积浓度为8％，粒度为40/60目(380-250微米)。
隔离层超薄片配方质量比例：石墨粉-85％、碳化硅粉-5％、氧化铝粉-5％、陶瓷粉-5％，粉末颗粒直径均为325目(45微米)以细。
其制作工艺流程为：
①合金钢模具和石墨模具加工。
②工作层超薄片胎体金属粉末混料；隔离层粉末混料；体积分数为60％的润湿剂。
③混合好的胎体金属粉末装入合金钢模具内，放置在超声波振动平台上振动1分钟，振动频率为30000Hz；将振动均匀后的合金钢模具移至压力机上加压，取出压坯，涂抹粘贴金刚石颗粒于放射状定位分布结构的相应坑内，得到工作层超薄片压坯备用。
④混合好的隔离层粉末装入合金钢模具内，放置在超声波振动平台上振动0.5分钟，振动频率为30000Hz；将振动均匀后的合金钢模具移至压力机上加压，得到并取出隔离层超薄片压坯备用。
⑤按照17片工作层超薄片压坯和16片隔离层超薄片压坯间隔交叉组装于石墨模具中，将装好锯片节块冷压坯的石墨模具放入中频炉中加热加压烧结，温度加热至970℃，加压至35KN，然后进行保温保压工作，保温温度为790℃，保压压力为25KN，保温时间为5分钟，达到保温要求，随炉冷去后取出脱模。
⑥将烧结完成的锯片节块，置于砂轮机上加工磨平焊接面，并在抛光机上抛光其它各表面。
⑦将修整抛磨好的节块，使用高频焊接机将节块牢固焊接在直径Φ1600mm的标准合金钢基体上，开刃完成后的锯片即可进行清洁包装处理和待用。
Claims (5)
1.一种金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，超薄层复合锯片由厚度为0.1～1.0mm的工作层超薄片和厚度为0.1～1.0mm隔离层超薄片复合成锯片节块，工作层超薄片金刚石颗粒呈放射状定位分布，超薄层复合锯片由多块锯片节块叠成，其特征在于包括以下过程：
第一步：模具准备
根据锯片尺寸，选用优质合金钢设计和加工冷压模具，其中钢压头是保证金刚石呈放射状定位分布结构，利用激光雕刻法或电火花法加工；选用体积密度大于1.85g/cm³、抗压强度大于45MPa的高强度高纯度高密度的石墨设计和加工烧结模具；
第二步：胎体粉末混合
称取质量合格的所需金属粉末，加入体积分数为30%至80%的润湿剂并混合均匀，得到合均匀的胎体金属粉末混合料；
第三步：隔离层混料
称取石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉做隔离层原料，加入体积分数为30%至80%的润湿剂并混合均匀，得到混合均匀的隔离层粉料；
第四步：振动布料装模
称取混合均匀的胎体金属粉末混合料，装入放置在超声波或其他高频率振动平台上的冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，组装好钢压头后，移至压力机上加压成型得到胎体工作层超薄片压坯；称取充分混合均匀的隔离层粉料装入冷压模具中，开动超声波或其他高频率振动平台振动0.5～10分钟，振动频率为800Hz至100000Hz，然后移至压力机上加压成型得到隔离层超薄片压坯；
第五步：金刚石定位分布
使用钢压头冷压成型得到的工作层超薄片压坯，压胚留有满足金刚石呈放射状定位分布结构的放置坑，将工作层超薄片压坯从钢模取出，采用涂抹粘贴法将金刚石颗粒植入坑内，制得含金刚石颗粒的工作层超薄片压坯；
第六步：粉末冶金法制造节块
将植入金刚石颗粒的工作层超薄片压坯和隔离层超薄片压坯，按照工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—工作层超薄片压坯—隔离层超薄片压坯—……—工作层超薄片压坯的顺序组装安置在石墨模具中，置于烧结炉中，先通过加温加压，温度逐步提升至900℃至980℃，压力逐步加至25KN至40KN，然后降温至700℃至790℃，降压至15KN至25KN，进行保温保压2分钟至8分钟，完成热压制作流程；
第七步：冷却脱模
将置于烧结炉的石墨模具组件，待烧结过程结束和冷却后从石墨模中取出得到金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片节块毛坯；
第八步：修磨抛光
将金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片节块毛坯，加工磨光其焊接面及抛光其它各表面;
第九步：焊接开刃
将修磨抛光后节块，利用高频焊接或激光焊接技术，焊接在直径为100～2500mm的锯片基体上，即制成金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片。
2.根据权利要求1所述的金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，其特征在于：步骤二所述的胎体金属粉末是钴粉、镍粉、铁粉、钛粉、铬粉、铜粉和锡粉；其中：钴粉、镍粉、铁粉、钛粉和铬粉各占总质量的2%～65%；铜粉和锡粉各占总质量的3%～65%；所用粉末粒径为0.075mm以下。
3.根据权利要求1所述的金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，其特征在于：步骤三所述的隔离层粉料配方是石墨粉、碳化硅粉、氧化铝粉和陶瓷粉；其中石墨粉占总质量的3%～90%，粒径为0.075mm以下；碳化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉各占总质量的5%～50%，粒径为0.075mm以下。
4.根据权利要求1所述的金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，其特征在于：步骤四中所述的振动布料装模，布料装模时将合金钢磨具放置在超声波或其他高频率振动平台上振动1～8分钟，振动频率为20000Hz至80000Hz，振动平台采用超声波或其他高频率振动源提供激振力。
5.根据权利要求1所述的金刚石放射状定位分布超薄层复合锯片的制作工艺，其特征在于：步骤五中所述的金刚石放射状定位分布，使用的金刚石体积浓度为2%～60%，颗粒度为0.04～0.60mm，金刚石颗粒放射状定位分布结构植于超薄工作层胎体中的预定位置，预定位置是利用激光雕刻法或电火花法加工冷压成型的钢压头，用钢压头表面的凹凸坑位置来确定预定位置，冷压成型的超薄工作层压坯中凹坑即为金刚石颗粒植入处，采用涂抹粘贴法将金刚石颗粒置于坑内。
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