CN107364010B - 双面烧结w型槽金刚石工具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双面烧结W型槽金刚石工具及其制备方法，属于金刚石工具的技术领域。本发明的双面烧结W型槽金刚石工具包括圆盘形基体，和在基体径向外边缘上设置的多个金刚石干切片；金刚石干切片相对的两个侧面上设置有W型凹槽，W型凹槽由两两相交的斜槽组成，并且W型凹槽自所述金刚石干切片的上边缘延伸至所述金刚石干切片的下边缘。本发明的W型槽金刚石工具在高速切削时能始终保持自锐性和锋利性，在高速干切的工况条件下也能够防止表面裂纹以及崩裂，能够显著提高切削效率和使用寿命，尤其适用于大理石、花岗岩、水泥混凝土的切割和修边。

Description

双面烧结W型槽金刚石工具及其制备方法
技术领域
本发明涉及金刚石工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种双面烧结W型槽金刚石工具及其制备方法。
背景技术
金刚石锯片是以金刚石为切削材料，借助于金属结合剂或其他辅助材料制成的具有一定形状、性能和用途的工具。目前金刚石工具已经广泛应用于大理石、花岗岩、混凝土等石材或建筑材料的切割、精整、磨削等方面，其中金刚石干切片通常包括圆盘形基体以及设置在沿该盘型基体外侧分布的多个金刚石干切片，并且在相邻金刚石干切片之间形成有沿着径向分布的通槽，但是这种结构由于安装以及制造精度上的偏差，在应用过程中尤其是高速运转且无冷却液冷却的状态下容易导致变形以及裂纹的形成和扩展。在金刚石锯片中，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。对于高速运转的干切片，需要保证金属结合剂对金刚石颗粒高的把持力大，而且同时要求具有较高的耐磨损性能。但现有技术中普遍采用的预合金粉末虽然能够提高金刚石与金属结合剂的把持力和浸润性，但预合金粉往往会导致胎体表面弱化，而使得耐磨性显著降低，从而不能与高速运转的干切片相适应。
发明内容
为了获得兼有良好的切割效率和使用寿命，本发明提供了一种双面烧结W型槽金刚石工具及其制备方法。
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：
一种双面烧结W型槽金刚石工具，包括圆盘形基体，和在所述基体径向外边缘上设置的多个金刚石干切片；其特征在于：所述金刚石干切片相对的两个侧面上设置有W型凹槽，所述W型凹槽由两两相交的斜槽组成，并且所述W型凹槽自所述金刚石干切片的上边缘延伸至所述金刚石干切片的下边缘。
其中，所述两个侧面上设置的W型凹槽形状相同，但二者相互错开。
其中，所述金刚石干切片由金属结合剂与金刚石颗粒经过配料、混料、冷压和无压烧结工艺形成。
其中，所述金属结合剂包括28-32(重量)％的EXD606合金粉、8-12(重量)％的LFP合金粉、6-8(重量)％的锡粉、8-12(重量)％的镍粉、0-4(重量)％的稀土合金粉，以及余量的铜粉。
其中，所述EXD606合金粉由28-35(重量)％的铜粉、4-7(重量)％的镍粉、4-8(重量)％的钴粉、3-7(重量)％的锡粉、1-3(重量)％的铬粉、1-3(重量)％的稀土合金粉，以及53-58(重量)％的铁粉组成。
其中，所述LFP合金粉由15-16(重量)％的铜粉、3～4(重量)％的锡粉、10～12(重量)％的镍粉、1-3(重量)％的钴粉，以及余量的铁粉组成。
本发明的第二方面，还涉及一种双面烧结W型槽金刚石工具的制备方法。
本发明的双面烧结W型槽金刚石工具的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，将金属结合剂和金刚石颗粒进行配料和混料得到成型料，在模具中放入圆盘形基体和成型料并通过冷压形成金刚石工具坯料，在冷压形成的每个金刚石干切片坯料相对的两个侧面上形成W型凹槽，所述W型凹槽由两两相交的斜槽组成，并且所述W型凹槽自所述金刚石干切片的上边缘延伸至所述金刚石干切片的下边缘；然后，将所述金刚石坯料组装在石墨垫片中，并在保护气氛下进行自由烧结。
其中，所述两个侧面上设置的W型凹槽形状相同，但二者相互错开。
其中，所述金属结合剂包括28-32(重量)％的EXD606合金粉、8-12(重量)％的LFP合金粉、6-8(重量)％的锡粉、8-12(重量)％的镍粉、0-4(重量)％的稀土合金粉，以及余量的铜粉。
其中，所述自由烧结的温度为870～900℃。
与最接近的现有技术相比，本发明的双面烧结W型槽金刚石工具具有以下有益效果：
在高速切削时能始终保持自锐性和锋利性，在高速干切的工况条件下也能够防止表面裂纹以及崩裂，能够显著提高切削效率和使用寿命，尤其适用于大理石、花岗岩、水泥混凝土的切割和修边。
附图说明
图1为本发明的双面烧结W型槽金刚石工具的透视图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的双面烧结W型槽金刚石工具做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
如图1所示，为本发明的双面烧结W型槽金刚石工具的透视结构示意图，包括圆盘形基体10，和设置在所述基体径向外边缘上的多个金刚石干切片20，圆盘形基体10上通过冷压、自由烧结结合的金刚石干切片20的个数可通过需要确定，一般可以根据圆盘形基体的大小来设计。如图1所示，相邻金刚石干切片20之间形成有向所述圆盘形基体10内部延伸的通孔槽30，并且所述通孔槽30的末端与圆孔12相连，所述圆孔12设置在所述圆盘形基体10内部，圆盘形基体10的中心设置有与轴(例如切割机的轴)相配合的安装孔15。该通孔槽12在金刚石干切片之间的部分一般被设计成V形或U形，即具有外沿开口大于内沿开口的特征，而在所述基体上的部分一般设计成等宽的形式。而且为了保证切削顺畅，所述圆盘形基体中心与所述圆孔12中心的连线(即径向)与该通孔槽30的中心线应当基本重合，或者二者之间的夹角应当小于5°，优选地小于3°即可保证切削的平顺性，而该加工精度要求对于普通的机加工机床即可简单地实现，无需增加设备或工艺成本。
在本发明中所述圆盘形基体通常可以采用65Mn钢等材料加工而成。而所述金刚石干切片可采用金属结合剂与人工金刚石颗粒通过配料、混合冷压、自由烧结的方式形成。在本发明中所述每个金刚石干切片相对的两个侧面上设置有W型凹槽40(图1中所示的虚线W型凹槽为其背面的透视投影)。所述两个侧面上设置的W型凹槽形状相同，但二者相互错开。例如二者错开的距离可以为0.5～2个斜槽的宽度。为了在整个切削操作和寿命期间维持高速切割时地自锐性和锋利性，所述W型凹槽较好地是自所述金刚石干切片的外沿延伸至所述金刚石干切片的内沿(所述W型凹槽的顶端至底端的距离为所述金刚石干切片的高度)。而为了使得切削过程中产生的内应力沿着金刚石干切片的宽度方向传递、分布和耗散，而防止内应力在槽的底部附近积累。在本发明中W型凹槽顶端两侧的宽度为所述金刚石干切片宽度的50％以上，优选为60％以上，例如可以为60～95％，更优选为80～90％。所述斜槽的宽度较好地为金刚石干切片宽度的1/10～1/30，优选为所述金刚石干切片宽度的1/10～1/20。所述斜槽的深度为所述金刚石干切片深度的1/5～1/20，优选为1/5～1/10。
本发明制备的直径为的一个金刚石工具的实施例，在该实施例中制备的W型槽上沿的宽度为金刚石干切片宽度的80％。上述W型槽自金刚石干切片的外沿延伸至内沿，斜槽的宽度为金刚石干切片宽度的1/20，深度为金刚石干切片厚度的1/10。
本发明的双面烧结W型槽金刚石工具的制备工艺流程包括以下步骤：配料-简造-二次装粉冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
配料涉及金刚石和金属结合剂的选择。根据实际应用以及所掌握的经验知识，通常选择不同粒度的金刚石进行搭配以满足切削和质量两方面的要求，例如对于大理石、花岗岩、水泥混凝土等的切削，通常可以选择粒度为35/40、40/50、50/60的金刚石颗粒进行级配，而金刚石的浓度也会影响切削效率和使用寿命，一般地如果金刚石浓度太小，平均每颗金刚石所受的载荷就大，且切削过程中，容易导致金刚石破碎和脱落。而另一方面，如果金刚石的浓度过大，又会导致胎体难磨损，金刚石出刃困难，从而降低锋利度，同样会影响切割效率。因而在本发明中，选择金刚石的浓度为0.6～0.8ct/cm3。在本发明中，圆盘形基体的材质选择厚度为2.2mm的65Mn钢(通过淬火以及中温回火，以满足使用性能要求)。所述金属结合剂包括28-32(重量)％的EXD606合金粉、8-12(重量)％的LFP合金粉、6-8(重量)％的锡粉、8-12(重量)％的镍粉、0-4(重量)％的稀土合金粉，以及余量的铜粉。所述EXD606合金粉为由28-35(重量)％的铜粉、4-7(重量)％的镍粉、4-8(重量)％的钴粉、3-7(重量)％的锡粉、1-3(重量)％的铬粉、1-3(重量)％的稀土合金粉，以及53-58(重量)％的铁粉为原料制备的气雾化粉末，粉末的直径为1-10μm，直径d50为3.5μm。所述LFP合金粉为由15-16(重量)％的铜粉、3-4(重量)％的锡粉、10-12(重量)％的镍粉、1-3(重量)％的钴粉，以及余量的铁粉为原料制备的电解粉末，电解粉末的直径为1-5μm，直径d50为2.1μm。在本发明的金属结合剂中，在含有镍、锡以及可选地稀土合金粉的铜基金属结合剂中添加了EXD606合金粉和LFP合金粉一方面能够保证金刚石颗粒的浸润并获得所需的把持力，而且采用该两种合金粉意外地也能改善胎体合金的显微组织，从而也较好地解决了胎体弱化的问题，使得胎体获得了能够适应于高速干切工况条件下的耐磨性，能够很好的与金刚石颗粒的磨耗相匹配，从而可以进一步提高金刚石工具的切削性能和使用寿命。
配料完成后在三维混料机中进行包括平移、转动以及摇滚等运动在内的复杂运动，以保证无集聚，为了混合充分均匀，时间通常需要60min以上。混料完成后得到的成型料加入造粒剂进行简单造粒。然后调整好工装模具，放入成型料以及基体进行冷压，并在两侧形成W型槽。然后将冷压得到的坯料组装在石墨垫片中，在保护气氛下进行烧结，对于本发明的上述成型料，烧结温度在850～880℃。烧结完成后进行擦片以去除氧化皮，并且进行开刃和喷漆。
在以下实施例和对比例中，采用的EXD606合金粉为由31(重量)％的铜粉、5.2(重量)％的镍粉、4.2(重量)％的钴粉、3.6(重量)％的锡粉、1.0(重量)％的铬粉、1.5(重量)％的铈铜合金粉，以及53.5(重量)％的铁粉为原料制备的气雾化粉末，粉末的平均直径为2μm。采用的LFP合金粉为由15(重量)％的铜粉、3.6(重量)％的锡粉、11.2(重量)％的镍粉、1.2(重量)％的钴粉，以及69(重量)％的铁粉为原料制备的电解粉末，电解粉末的直径为1.5μm。采用的铜粉、锡粉和镍粉为400目。
实施例1
采用以下方法制备双面烧结W型槽金刚石工具。所述W型槽金刚石工具的制造方法包括以下顺序：配料-简造-二次装粉冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，EXD606合金30％、LFP合金粉10％、锡粉8％、镍粉10％、铈铜合金粉1％、铜粉41％。在所述金属结合剂中添加的金刚石浓度为0.8ct/cm3，金刚石粒度35/40占20％、40/50占50％、50/60％占30％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟。
2)简造：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，先投放成型料(铺在下表面)——放65Mn钢基体-再投放成型料(铺在上表面)组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到两侧形成W型槽的坯料。
4)无压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，烧结温度在870℃左右。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
实施例2
采用以下方法制备双面烧结W型槽金刚石工具。所述W型槽金刚石工具的制造方法包括以下顺序：配料-简造-二次装粉冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，EXD606合金28％、LFP合金粉12％、锡粉8％、镍粉10％、铈铜合金粉1％、铜粉41％。在所述金属结合剂中添加的金刚石浓度为0.8ct/cm3，金刚石粒度35/40占20％、40/50占50％、50/60％占30％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟。
2)简造：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，先投放成型料(铺在下表面)——放65Mn钢基体-再投放成型料(铺在上表面)组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到两侧形成W型槽的坯料。
4)无压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，烧结温度在870℃左右。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例1
采用以下方法制备双面烧结W型槽金刚石工具。所述W型槽金刚石工具的制造方法包括以下顺序：配料-简造-二次装粉冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，EXD606合金40％、锡粉8％、镍粉10％、铈铜合金粉1％、铜粉41％。在所述金属结合剂中添加的金刚石浓度为0.8ct/cm3，金刚石粒度35/40占20％、40/50占50％、50/60％占30％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟。
2)简造：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，先投放成型料(铺在下表面)——放65Mn钢基体-再投放成型料(铺在上表面)组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到两侧形成W型槽的坯料。
4)无压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，烧结温度在870℃左右。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对比例2
采用以下方法制备双面烧结W型槽金刚石工具。所述W型槽金刚石工具的制造方法包括以下顺序：配料-简造-二次装粉冷压-无压烧结-擦片冲孔-喷漆-开刃-检验包装入库。
1)金刚石和金属结合剂的配料：以重量百分比表示，LFP合金粉40％、锡粉8％、镍粉10％、铈铜合金粉1％、铜粉41％。在所述金属结合剂中添加的金刚石浓度为0.8ct/cm3，金刚石粒度35/40占20％、40/50占50％、50/60％占30％，混制成成型料，采用三维混料机，混料时间120分钟。
2)简造：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，先投放成型料(铺在下表面)——放65Mn钢基体-再投放成型料(铺在上表面)组装到冷压成型钢模中加压成型，成型压力为20MPa，得到两侧形成W型槽的坯料。
4)无压烧结：将冷压形成的坯料组装在石墨垫片中，在保护气体的环境中进行烧结，烧结温度在870℃左右。
5)擦片冲孔、开刃、喷漆：将无压烧结后的工具擦片去氧化皮，冲孔，采用开刃机进行开刃，并进行喷漆。
对厚度为20mm中等硬度的花岗岩板材进行切削实验(切割速度为4.2m/min)，相应地的干切片的切割寿命如表1所示(5个试样取平均值)。
表1
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
切割寿命(m) 652 639 523 537
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 (6)

1.一种双面烧结W型槽金刚石工具，包括圆盘形基体，和在所述基体径向外边缘上设置的多个金刚石干切片；其特征在于：所述金刚石干切片相对的两个侧面上设置有W型凹槽，所述W型凹槽由两两相交的斜槽组成，并且所述W型凹槽自所述金刚石干切片的上边缘延伸至所述金刚石干切片的下边缘，W型凹槽顶端两侧的宽度为所述金刚石干切片宽度的50％以上。
2.根据权利要求1所述的双面烧结W型槽金刚石工具，其特征在于：所述金刚石干切片由金属结合剂与金刚石颗粒经过配料、混料、冷压和无压烧结工艺形成；所述金属结合剂包括28-32(重量)％的EXD606合金粉、8-12(重量)％的LFP合金粉、6-8(重量)％的锡粉、8-12(重量)％的镍粉、0-4(重量)％的稀土合金粉，以及余量的铜粉；所述EXD606合金粉由28-35(重量)％的铜粉、4-7(重量)％的镍粉、4-8(重量)％的钴粉、3-7(重量)％的锡粉、1-3(重量)％的铬粉、1-3(重量)％的稀土合金粉，以及53-58(重量)％的铁粉组成；所述LFP合金粉由15-16(重量)％的铜粉、3～4(重量)％的锡粉、10～12(重量)％的镍粉、1-3(重量)％的钴粉，以及余量的铁粉组成。
3.根据权利要求1所述的双面烧结W型槽金刚石工具，其特征在于：所述两个侧面上设置的W型凹槽形状相同，但二者相互错开。
4.一种双面烧结W型槽金刚石工具的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，将金属结合剂和金刚石颗粒进行配料和混料得到成型料，在模具中放入圆盘形基体和成型料并通过冷压形成金刚石工具坯料，在冷压形成的每个金刚石干切片坯料相对的两个侧面上形成W型凹槽，所述W型凹槽由两两相交的斜槽组成，并且所述W型凹槽自所述金刚石干切片的上边缘延伸至所述金刚石干切片的下边缘，W型凹槽顶端两侧的宽度为所述金刚石干切片宽度的50％以上；然后，将所述金刚石坯料组装在石墨垫片中，并在保护气氛下进行自由烧结，自由烧结的温度为870～900℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述金属结合剂包括28-32(重量)％的EXD606合金粉、8-12(重量)％的LFP合金粉、6-8(重量)％的锡粉、8-12(重量)％的镍粉、0-4(重量)％的稀土合金粉，以及余量的铜粉；所述EXD606合金粉由28-35(重量)％的铜粉、4-7(重量)％的镍粉、4-8(重量)％的钴粉、3-7(重量)％的锡粉、1-3(重量)％的铬粉、1-3(重量)％的稀土合金粉，以及53-58(重量)％的铁粉组成；所述LFP合金粉由15-16(重量)％的铜粉、3～4(重量)％的锡粉、10～12(重量)％的镍粉、1-3(重量)％的钴粉，以及余量的铁粉组成。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述两个侧面上设置的W型凹槽形状相同，但二者相互错开。
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