CN108972373A - 一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮及其制备方法，其中金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积比为(40～50)∶(45～55)∶(3～5)；复合结合剂由合金粉及陶瓷粉组成，其中合金粉为自制，通过以下重量百分比的金属粉：铜Cu 40～50%，钴Co 20～30%，锡Sn 20～30%，银Ag 3～5%，使用机械合金化的方法制得；陶瓷粉为自制，由以下重量百分比的原料熔炼而成：石英砂55～65%，硼砂8～20%，氧化铝5～12%，氧化锂5～12%，氧化钙2～5%，二氧化钛2～5%。采用上述金属陶瓷复合结合剂制备的金刚石砂轮在五轴数控机床上段差磨削硬质合金刀具时，既具有陶瓷结合剂锋利性好，自锐性优的特点，又具有金属结合剂强度高，耐磨性好，型面保持性佳的特点，综合加工效率提升50～75%。

Description

一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂 金刚石砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及数控磨床加工，具体为五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，属于金刚石砂轮领域。
背景技术
金刚石磨料具有硬度高、抗压强度高、耐磨性好的特性，使金刚石磨具在磨削加工中成为磨削硬脆材料的理想工具，广泛用于加工低铁含量的金属及非金属硬脆材料。
随着技术发展和新产品的不断涌现，近年来以智能手机、平板电脑、智能电视、可穿戴设备为代表的新兴消费电子产品增长迅猛，整体产业始终保持着活跃的态势。3C行业典型的特点是更新换代快，对应用于3C领域的刀具供应商提出了快速打样、快速攻关、批量交货、提供解决方案等严苛的要求。得益于数控超精密磨床、各类高精高速专用磨床技术的发展，数控刀具的性能不断提高，对加工用的金刚石砂轮提出更高的要求。如何保证产品表面粗糙度，亮度，微观纹路等的前提下，提升产品的加工效率，这是现代数控磨床尤其是五轴联动数控磨床对金刚石砂轮性能提出的具有挑战性的课题。
金刚石砂轮优良的锋利性、自锐性以及超强的耐磨性是充分提高数控磨床加工效率的关键；而结合剂又是影响金刚石砂轮性能的关键因素。传统的树脂结合剂虽然锋利性好，但是由于强度低，耐磨性差导致砂轮需要频繁修整，影响加工效率而无法满足批量化的生产作业。而陶瓷结合剂由于气孔较多，加工出的工件纹路较粗，无法满足产品的质量指标。金属结合剂虽然强度高，刚性好，但是其锋利性及自锐性差，无法满足大切削加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于五轴数控硬质合金刀具段差磨削的金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，该复合结合剂中的金属组分与陶瓷组分有接近的烧结温度，相当的膨胀系数，并且金属基质与陶瓷基质在烧结温度下能够互相键合填充，互为增强相。采用该金属陶瓷复合结合剂制备的金刚石砂轮兼备优异的锋利性、自锐性与超强的刚性、耐磨性，在加工过程中具备超高的磨削效率。
为达到上述目的，本发明具体的技术方案是：
一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨削层构成，所述磨削层的原料包括复合结合剂、金刚石、碳纤维；所述复合结合剂包括合金粉、陶瓷粉。
上述技术方案中，所述复合结合剂中，合金粉、陶瓷粉的质量百分数分别为90～95%、5～10%。所述金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积比为(40～50)∶ (45～55) ∶(3～5)。
优选的，所述合金中，铜、钴、锡、银的质量百分数分别为40～50%、20～30%、20～30%、3～5%；所述陶瓷粉中，石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛的质量百分数分别为55～65%、8～20%、5～12%、5～12%、2～5%、2～5%。
上述金属陶瓷复合结合剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备合金粉：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；将混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制得合金粉末。
(2)制备陶瓷粉：将制备陶瓷粉的原料置于三维混料机中充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；将混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；将微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
(3)将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂。
上述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压；然后将冷压后带砂轮胚体的模具置于含有H2的电炉中烧结，得到带砂轮烧结体的模具。所述冷压的压力为50MPa，烧结为1～2小时由室温升至600℃，然后分段600℃升温至700℃，700℃升温至800～900℃，保温4～6小时；然后降温至700～800℃；
（4）将带砂轮烧结体的模具冷压，然后出模得到砂轮成型体；所述冷压的压力为200MPa；
（5）将砂轮成型体机加工后得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。所述机加工包括车床加工、磨床加工。
本发明还公开了一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮成型体及其制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压；然后将冷压后带砂轮胚体的模具置于含有H2的电炉中分段升温烧结，得到带砂轮烧结体的模具；
（4）将带砂轮烧结体的模具冷压，然后出模得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮成型体。
上述技术方案中，步骤（3）中，冷压的压力为50MPa，分段升温为室温至600℃，600℃升温至700℃，然后700℃升温至800～900℃；步骤（4）中，冷压的压力为200MPa。
本发明还公开了一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮坯体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮坯体。
本发明还公开了一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料。
本发明的砂轮制备技术为先冷压成型，烧结，再成型。与现有的冷压烧结工艺对比，本工艺的优点为一是能够提升产品的成品率，二是能够大幅度提升产品的致密性，三是工艺简单易控制。而与现有的热压工艺对比，本工艺的优点为一是降低对烧结炉的要求，二是降低对工装夹具的要求，三是能耗降低。
本发明还公开了上述制备的五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料在制备五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮中的应用。
本发明将以下体积比的组分：金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维40～50%∶ 45～55%∶3～5%，混合制备金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。采用上述金属陶瓷复合结合剂制备的金刚石砂轮在五轴数控机床上段差磨削硬质合金刀具时，既具有陶瓷结合剂锋利性好，自锐性优的特点，又具有金属结合剂强度高，耐磨性好，型面保持性佳的特点。段差磨削时加工线速度可达100 m/s，相较其他进口砂轮提高25%；单次进给量可达1.2～1.75 mm，相较其他进口砂轮提高20～75%；进给速度可达15～18 mm/min，相较其他进口砂轮提高25～50%；修整间隔为13000～15000支，相较其他进口砂轮提高10～20%；寿命为去除450～500 cm3的材料，相较其他进口砂轮提高10～25%。在同等的测试条件下，本发明的金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮相较市场的其他砂轮综合加工效率提升50～75%。
由于上述方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、采用该金属陶瓷复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮兼备优异的锋利性自锐性与超强的刚性耐磨性，在加工过程中具备超高的磨削效率。
2、本发明公开的金属陶瓷复合结合剂的金刚石砂轮性能优异，与现有段差磨削砂轮相比，在同等测试条件下，加工线速度可提高25%；单次进给量可提高20～75%；进给速度可提高25～50%；修整间隔提高10～20%；寿命提高10～25%，综合加工效率提升50～75%。
3、本发明所公开的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺简单，原料无特殊要求，生产过程对环境不产生污染，适合于工业化生产与应用。
附图说明
图1为实施例一加工工件的图片；
图2为实施例一加工工件图片的放大图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一 制备复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：
1、制备合金粉：
将下列重量百分比的金属粉原料：铜粉40%、钴粉25%、锡粉30%、银粉5%混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的粉末原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂65%、硼砂15%、氧化铝8%、氧化锂7%、氧化钙3%、二氧化钛2%混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉90%，陶瓷粉10%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积百分比各为：47%、50%、3%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50MPa冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700 ℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至850 ℃，升温速率2 ℃/min，850 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至750 ℃。将模具取出，置入冷压机中，于200MPa冷压；冷却出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量达到1.75 mm，较3M提升75%；进给速度为18 mm/min，较3M提升50%；修整间隙及寿命比3M提高20%，综合加工效率提高75%。不加碳纤维或者将模具取出，自然冷却出模得到砂轮成型体制备的产品进给量分别为0.9 mm、1.1mm，进给速度分别为9 mm/min、10 mm/min。
参见附图1、附图2，本发明砂轮加工工件表面表面粗糙度、亮度、微观纹路性能优异，而且提升产品的加工效率。
实施例二 制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：
1、制备合金粉：
将以下重量百分比的金属粉原料：铜Cu 47%，钴Co 30%，锡Sn 20%，银Ag 3%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂65%，硼砂10%，氧化铝10%，氧化锂5%，氧化钙5%，二氧化钛5%，混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉95%，陶瓷粉5%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积百分比各为：45%、52%、3%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50MPa冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700 ℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至880 ℃，升温速率2 ℃/min，880 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至760 ℃。将模具取出，置入冷压机中，于200MPa冷压；冷却出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量为1.5mm，较3M提升50%；修整间隙为15000支，较3M提升25%；寿命为去除量500 cm3，较3M提升25%，进给速度为15 mm/min，综合加工效率提高60%。
实施例三 制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：
1、制备合金粉：
将以下重量百分比的金属粉原料：铜Cu 45%，钴Co 27%，锡Sn 25%，银Ag 3%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂63%，硼砂12%，氧化铝10%，氧化锂8%，氧化钙3%，二氧化钛4%，混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉93%，陶瓷粉7%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积百分比各为：48%、47%、5%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50MPa冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700 ℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至850 ℃，升温速率2 ℃/min，850 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至750 ℃。将模具取出，置入冷压机中，于200MPa冷压；冷却出模得到砂轮成型体。
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量为1.5 mm，较3M提升50%；进给速度为15 mm/min，较3M提升25%；寿命为材料去除量450 cm3，较3M提升10%，综合加工效率提高60%。
实施例四 制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：
1、制备合金粉：
将以下重量百分比的金属粉原料：铜Cu 42%，钴Co 23%，锡Sn 30%，银Ag 5%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂55%，硼砂20%，氧化铝12%，氧化锂8%，氧化钙2%，二氧化钛3%，混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉92%，陶瓷粉8%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积百分比各为：42%、53%、5%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内刮平，置入液压机中，于50MPa下冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700 ℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至860 ℃，升温速率2 ℃/min，860 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至740 ℃。将模具取出，置入冷压机中，于200MPa冷压；冷却后出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量为到1.5 mm，较3M提升50%；进给速度为13 mm/min，修整间隙及寿命与3M相当，综合加工效率提高50%。
对比例一 制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：
1、制备合金粉：
将以下重量百分比的金属粉原料：铜Cu 42%，钴Co 23%，锡Sn 30%，银Ag 5%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂55%，硼砂20%，氧化铝12%，氧化锂8%，氧化钙2%，二氧化钛3%，混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉92%，陶瓷粉8%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂的体积百分比各为：45%、55%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内刮平，置入液压机中，于50MPa下冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700 ℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至860 ℃，升温速率2 ℃/min，860 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至740 ℃。将模具取出，置入冷压机中，200MPa冷压；冷却出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量为到0.8 mm；进给速度为11 mm/min；修整间隙及寿命与现有产品相当，综合加工效率与现有产品近似。
对比例二 制备金属结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：
制备合金粉：
将以下重量百分比的金属粉原料：铜Cu 42%，钴Co 23%，锡Sn 30%，银Ag 5%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
制备结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属结合剂。将所得金属结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、金属结合剂、碳纤维的体积百分比各为：42%、53%、5%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入与钢基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50MPa下冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至860 ℃，升温速率2 ℃/min，860 ℃保温4小时；然后以3 ℃/min的速率降温至740 ℃。将模具取出，置入冷压机中，于200MPa冷压；冷却出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量为到0.9 mm；进给速度为10 mm/min；修整间隙及寿命与、综合加工效率与现有技术近似。
对比例三 制备复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：
1、制备合金粉：
将下列重量百分比的金属粉原料：铜Cu 40%，钴Co 25%，锡Sn 30%，银Ag 5%，混合制备合金粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将制备合金粉的原料置于三维混料机充分混合后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 制备合金粉末：将步骤(1)制得的混合粉末于行星式真空球磨机中球磨48小时，制备合金粉末；制备的合金粉末活性强。
2、制备陶瓷粉：
按照下列重量百分比原料：石英砂65%，硼砂15%，氧化铝8%，氧化锂7%，氧化钙3%，二氧化钛2%，混合熔炼制备陶瓷粉；
制备步骤为：
(1) 制备混合粉末：将石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛混合球磨后再过400目标准筛，制得混合粉末；
(2) 熔炼玻璃：将步骤(1)制得的混合粉末于电炉中1450 ℃熔炼4小时，水中急冷，得到微晶玻璃块体；
(3) 制备陶瓷粉：将步骤(2)制得的微晶玻璃块体于球磨机中破碎24小时后，再过400目标准筛，即制得陶瓷粉。
3、制备复合结合剂金刚石砂轮：
(1) 将以下重量百分比的原料：合金粉90%，陶瓷粉10%，置于三维混料机中充分混合4小时后，取出过400目标准筛，得到金属陶瓷复合结合剂。将所得复合结合剂与金刚石磨料置于三维球磨机中混合均匀，通过200目标准筛，再添加碳纤维，混合均匀后再过120目标准筛，得到砂轮混合料。
其中，金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积百分比为：47%、50%、3%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为200/230，市场有售，质量符合国家标准。碳纤维型号为T300，密度：1.76 g/cm3，直径：7μm，丝束：3K。
(2)将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50MPa下冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于含有H2还原气氛的电炉中烧结；烧结曲线为：室温至600 ℃，升温速率10 ℃/min；600 ℃保温一小时；600 ℃至700℃，升温速率5 ℃/min；700 ℃保温一小时；700 ℃至800 ℃，升温速率5 ℃/min，800 ℃保温1小时；800 ℃至850 ℃，升温速率2 ℃/min，850 ℃保温4小时；然后自然降温；冷却后出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
本砂轮实际应用的进给量达到1.0 mm；进给速度为10 mm/min；其他修整间隙及寿命、综合加工效率与现有产品相当。
传统的单一结合剂已不能满足高要求的数控磨床的需求，复合结合剂自然而然地跃入眼帘。本发明公开了一种兼具金属砂轮高强度、高保型性和陶瓷砂轮锋利性、自锐性优的新型金属陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法。通过组分调整，使得金属结合剂与陶瓷结合剂具有相近的烧结温度，相似的热膨胀系数。使得同温度下，两种组分能够互相填充键合。

Claims (10)

1.一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨削层构成，其特征在于，所述磨削层的制备原料包括复合结合剂、金刚石、碳纤维；所述复合结合剂由合金粉、陶瓷粉组成。
2.根据权利要求1所述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积比为(40～50)∶ (45～55)∶(3～5)；所述复合结合剂中，合金粉、陶瓷粉的质量百分数分别为90～95%、5～10%；所述合金包括铜、钴、锡、银；所述陶瓷粉包括石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛。
3.根据权利要求2所述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述合金中，铜、钴、锡、银的质量百分数分别为40～50%、20～30%、20～30%、3～5%；所述陶瓷粉中，石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛的质量百分数分别为55～65%、8～20%、5～12%、5～12%、2～5%、2～5%。
4.权利要求1所述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压；然后将冷压后带砂轮胚体的模具置于含有H2的电炉中烧结，得到带砂轮烧结体的模具；所述烧结为1～2小时由室温升温至600℃，然后分段升温至800～900℃，保温4～6小时；然后降温至700～800℃；
（4）将带砂轮烧结体的模具冷压，然后出模得到砂轮成型体；
（5）将砂轮成型体机加工后得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
5.根据权利要求4所述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述合金包括铜、钴、锡、银；所述陶瓷粉包括石英砂、硼砂、氧化铝、氧化锂、氧化钙、二氧化钛；所述金刚石磨料、复合结合剂、碳纤维的体积比为(40～50)∶ (45～55) ∶(3～5)；所述复合结合剂中，合金粉、陶瓷粉的质量百分数分别为90～95%、5～10%。
6.根据权利要求4所述五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，冷压的压力为50MPa，分段升温为600℃升温至700℃，然后700℃升温至800～900℃；步骤（4）中，冷压的压力为200MPa；步骤（5）中，机加工包括车床加工、磨床加工。
7.一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮成型体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压；然后将冷压后带砂轮胚体的模具置于含有H2的电炉中烧结，得到带砂轮烧结体的模具；所述烧结为1～2小时由室温升温至600℃，然后分段升温至800～900℃，保温4～6小时；然后降温至700～800℃；
（4）将带砂轮烧结体的模具冷压，然后出模得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮成型体。
8.一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮坯体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到砂轮混合料；
（3）将砂轮混合料投入已与钢基体配置好的模具内并刮平，冷压，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮坯体。
9.一种五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将合金粉与陶瓷粉混合后过筛，得到复合结合剂；
（2）将复合结合剂与金刚石混合后过筛，向筛下物中加入碳纤维，混合后再过筛，得到五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料。
10.权利要求9制备的五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮混合料在制备五轴数控硬质合金刀具用段差磨削金属陶瓷复合结合剂金刚石砂轮中的应用。
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