CN108972372B - 金刚石磨轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金刚石磨轮，属于金刚石工具的技术领域。本发明的金刚石磨轮包括基体，在所述基体上通过二次粉装冷压和一次烧结形成基底层和主工作层。所述基底层和主工作层中均含有金刚石磨粒，并且主工作层中的金刚石磨粒的浓度高于基底层中的金刚石磨粒浓度。本发明的金刚石磨轮无需采用钎焊工艺也能保证基体与金刚石刀头的高结合强度；另外，采用的金属结合剂能够很好的协调胎体基质与金刚石的同步磨损，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；从而使得本发明的金刚石磨轮能够适用于高速磨削的应用环境。

Description

金刚石磨轮
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磨轮。
背景技术
金刚石磨轮主要用于大理石、花岗岩、水泥混凝土等材料的平面磨削加工处理，主要起到磨削边角和表面作用。金刚石磨轮通常采用安装孔结构，易于装卸，具有加工平整度好、磨削效率高等特点，且能够适用于多种磨削设备。
金刚石磨轮通常包括金刚石刀头和磨轮基体，为了适应高速高效的切削操作，一方面需要保证金刚石刀头良好的切削性能，另一方面也需要保证金刚石刀头与磨轮基体的结合强度。为此在现有技术中通常通过两步法制备金刚石磨，即首先通过热压烧结制备金刚石刀头，然后将制备得到的金刚石刀头通过钎焊方法焊接到磨轮基体上。
发明内容
为了降低制备成本，本发明的目的在于提供一种刀头磨削性能好且与基体结合强度高的金刚石磨轮。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种金刚石磨轮，其特征在于：包括基体，并且在所述基体上通过二次粉装冷压和一次烧结形成基底层和主工作层。
其中，所述基底层的厚度为500μm～10mm，优选为500μm～2mm。
其中，所述基底层和主工作层中均含有金刚石磨粒。
其中，所述主工作层中的金刚石磨粒的浓度高于所述基底层中的金刚石磨粒浓度。
其中，所述主工作层中的金刚石磨粒的平局粒径小于所述基底层中的金刚石磨粒的粒径。
其中，所述主工作层中金刚石磨粒的浓度为0.6～0.8ct/cm3。
其中，所述基底层中金刚石磨粒的浓度为0.4～0.6ct/cm3。
其中，所述主工作层采用的金属结合剂以重量百分比表示：含有25～30％的FAM1021合金粉，25～30％的LFP合金粉，6～8％的锡粉，和35～40％的铜粉。
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；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，所述基底层用的金属结合剂以重量百分比表示：含有30～35wt％的铁粉，4～6wt％的镍粉，6～8wt％的锡粉，和55～60wt％的铜粉。
与最接近的现有技术相比，本发明的金刚石磨轮具有以下有益效果：
本发明的金刚石磨轮无需采用钎焊工艺也能保证基体与金刚石刀头的高结合强度；另外，采用的金属结合剂能够很好的协调胎体基质与金刚石的同步磨损，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；从而使得本发明的金刚石磨轮能够适用于高速磨削的应用环境。
附图说明
图1为本发明实施例的金刚石磨轮的正视图。
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。
本发明的金刚石磨轮包括金属圆形基体，并且在所述圆形基体上形成有基底层和主工作层。所述基底层设置在所述基体的上表面的外围且呈圆环形，在所述圆环形基底层上设置有主工作层，所述主工作层包括多个金刚石刀头，相邻的金刚石刀头之间形成有凹槽。圆形基体上通过车加工形成有中心安装孔以及多个散热孔，在图1和2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的凹槽不相互平行，从而可以保证磨削的均匀性。
在本发明中，所述基底层和主工作层中均含有金刚石磨粒。所述主工作层中的金刚石磨粒的浓度高于所述基底层中的金刚石磨粒浓度。并且作为优选地，所述主工作层中的金刚石磨粒的平局粒径小于所述基底层中的金刚石磨粒的粒径。在本发明中，基底层和主工作层采用不同的金属结合剂，并且施加的金刚石磨粒的浓度也不同，从而一方面即保证了主工作层与基体的结合强度，另一方面也保证了主工作层的磨削性能。另外本发明的基底层即保证了结合强度，另外基底层在工作层完全消耗之后也能参与磨削工作，从而可以减少金属结合剂的浪费。
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磨轮。本实施例的金刚石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-二次装粉冷压-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，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉；按金刚石浓度0.5ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到基底层的成型料(标记为成型料1)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分钟得到主工作层的成型料(标记为成型料2)。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放成型料2到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℃。
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磨轮。本实施例的金刚石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-二次装粉冷压-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，35wt％的铁粉，4wt％的镍粉，6wt％的锡粉，和55wt％的铜粉；按金刚石浓度0.5ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到基底层的成型料(标记为成型料1)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分钟得到主工作层的成型料(标记为成型料2)。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放成型料2到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℃。
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磨轮。本对比例的金刚石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-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分钟得到的成型料。
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℃。
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磨轮。本对比例的金刚石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-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，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉；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分钟得到的成型料。
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℃。
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磨轮。本对比例的金刚石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-二次装粉冷压-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，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉；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30分钟得到基底层的成型料(标记为成型料1)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分钟得到主工作层的成型料(标记为成型料2)。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放成型料2到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℃。
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磨轮。本对比例的金刚石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-二次装粉冷压-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，32wt％的铁粉，5wt％的镍粉，8wt％的锡粉，和55wt％的铜粉；按金刚石浓度0.5ct/cm3，金刚石粒度35/40#-35％、40/50#-30％、50/60#-35％的要求，混制成成型料，采用三维混料机，混料30分钟得到基底层的成型料(标记为成型料1)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分钟得到主工作层的成型料(标记为成型料2)。
2)冷压：调整好工装模具，先投放钢基体-投放成型料1-将粉料刮均匀-上压机半成型-卸上压头-再投放成型料2到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℃。
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1～2以及对比例1～4制备的金刚石磨轮进行磨削测试，依据JB/T3235-1999测定磨耗比(工作层的刀头)。另外还测试金刚石刀头与基体之间的抗剪强度，结果如表1所示。
表1
磨耗比(万) 抗剪强度(MPa)
实施例1 3.8 155
实施例2 3.8 150
对比例1 3.8 95
对比例2 2.5 115
对比例3 3.8 115
对比例4 3.2 150
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 (3)

1.一种金刚石磨轮，其特征在于：包括基体，并且在所述基体上通过二次粉装冷压和一次烧结形成基底层和主工作层，所述基底层的厚度为500μm～10mm；烧结温度为880℃，热压压力为20MPa；所述基底层和主工作层中均含有金刚石磨粒，并且所述主工作层中的金刚石磨粒的浓度高于所述基底层中的金刚石磨粒浓度，所述主工作层中的金刚石磨粒的平均粒径小于所述基底层中的金刚石磨粒的粒径；所述基底层用的金属结合剂以重量百分比表示：含有30～35wt％的铁粉，4～6wt％的镍粉，6～8wt％的锡粉，和55～60wt％的铜粉；所述主工作层采用的金属结合剂以重量百分比表示：含有25～30％的FAM1021合金粉，25～30％的LFP合金粉，6～8％的锡粉，和35～40％的铜粉；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；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。
2.根据权利要求1所述的金刚石磨轮，其特征在于：所述基底层的厚度为500μm～2mm。
3.根据权利要求1所述的金刚石磨轮，其特征在于：所述主工作层中金刚石磨粒的浓度为0.6～0.8ct/cm3；所述基底层中金刚石磨粒的浓度为0.4～0.6ct/cm3。
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