CN109551386B - 多功能磨切金刚石磨轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能磨切金刚石磨轮，属于金刚石磨轮技术领域。本发明通过对金刚石刀头原材料组成、钎料化学成分及制备工艺进行设计，同时通过刀基体的结构设计和刀头的合理排布，使得磨轮可以最大限度的发挥使用功能，解决了工人在打磨和切割开槽并用的施工条件下不用频繁更换工具耗费时间和携带多余打磨或切割机器，该发明既可以打磨，也可以对材料进行切割切断，为使用者带来极大的便利，大幅提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石磨轮技术领域，具体涉及一种多功能磨切金刚石磨轮。
背景技术
金刚石磨轮是由金刚石金刚石刀头焊接或者冷压在金属基体上而成，金刚石刀头是通过人造工业金刚石和其它的金属粉末经冷压和热压烧结而成，然后焊接在碗形状的金属基体上。金刚石磨轮通常被装在混凝土打磨机上来打磨混凝土、石材或其他材料墙面/地面等。
在经济飞速发展的大背景下，现今用人成本越来越高，越来越多的工具朝着更加多功能化及长寿命的方向发展。因此，通过对现有金刚石磨轮的材质及结构进一步改进，以期提升工具的使用寿命，成为目前工业发展的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能磨切金刚石磨轮，通过对磨轮基体结构的优化设计及刀头化学成分的改进，提高刀头与基体之间的结合力及磨切时间，进一步提高工具的使用寿命。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种多功能磨切金刚石磨轮，包括磨轮基体和焊接在磨轮基体上的金刚石刀头；所述磨轮基体为圆盘状，磨轮基体的外侧为环形磨切面，所述环形磨切面为阶梯面，包括内侧环形平面和外侧环形平面，外侧环形平面的厚度小于内侧环形平面的厚度；所述外侧环形平面的宽度为5.5-6.5cm，所述外侧环形平面与内侧环形平面的厚度差优选为1cm。
所述金刚石刀头为多个，均匀焊接于磨轮基体的环形磨切面上；每个金刚石刀头均同时与磨轮基体的内侧环形平面和外侧环形平面相接触，具体为：所述金刚石刀头为一体成形的T字形结构，其平面端焊接在外侧环形平面上，柱状部分焊接在内侧环形平面上；T字形结构的平面端的宽度略大于外侧环形平面的宽度。
所述磨轮基体的底面中心开设有轴孔，用于固定磨轮基体；所述磨轮基体上在底面与环形磨切面之间的区域开设多个通孔，在打磨和切割时，通过能够流畅的排屑，以及使风流更加通畅，使得多功能磨切盘可以很好的散热，始终保持基体的刚性不变形，达到持续干磨切的作用。
所述磨轮基体的材质为45号钢；所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经热压烧结成型制成；按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜23～34份，铁30～43份，镍2～12份，铜锡钛合金22～38份，液体石蜡0.18～0.7份，金刚石1.2～2.8份；其中：铜锡钛合金的粒度为100-200目，金刚石的粒度为30-50目(优选为30/40目或40/45目)，金刚石的抗压强度≥20kg。
按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成优选为：
铜25～32份，铁32～40份，镍3～10份，铜锡钛合金24～35份，液体石蜡0.25～0.6份，金刚石1.4～2.6份。
按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成更优选为：
铜28份，铁35份，镍4份，铜锡钛合金33份，液体石蜡0.3份，金刚石1.7份。
所述铜锡钛合金是由Cu、Sn和Ti三种元素组成，其中Sn含量为12-14wt.％，Ti含量为8-10wt.％，Cu为余量。
所述多功能磨切金刚石磨轮的制备工艺，包括如下步骤：
(1)基体加工：
根据图纸要求，通过机械加工(车加工和切割等)制备所需结构的磨轮基体；
(2)金刚石刀头的烧结成型：
采用热压烧结技术制备金刚石刀头：将刀头原材料按照所需比例混合，混合均匀后先进行冷压成型，然后热压烧结，最后经砂轮砂带打磨获得所述金刚石刀头；其中，所述热压烧结过程中，烧结温度为765～780℃，烧结压力为150～350kg/cm2，保温时间2～6分钟。
(3)高频钎焊：使钎料焊接强度高、流动性好、抗氧化能力好。
将金刚石刀头放在基体上相应位置，金刚石刀头与磨轮基体之间放置银基钎料片；调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起；其中钎焊工艺参数为：钎焊温度820-835℃，钎焊时间10-15秒；
(4)打磨、喷漆、检验
将焊接后多功能磨切金刚石磨轮用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
步骤(3)中，所述银基钎料片按重量百分含量计的化学成分如下：
C 0.5-0.8％，铜7.5-8.5％，镍12-15％，锡0.4-0.8％，Al 1.2-2.6％，硼1.5-2.0％；硅2.5-2.8％和余量银。
本发明的设计机理及有益效果如下：
1、本发明通过磨轮基体的特殊结构设计，在磨轮基体平面外边缘车加工一周1mm深度的台阶，如图2所示，使多功能磨切盘在焊接时，刀头卡在台阶里焊接，增大了垂直方向的焊接面，虽然仅仅只有1mm的台阶高度，在垂直切割时可以牢固的让刀头卡在基体中不易脱落，提高产品的安全性。
2、通过对基体结构优化设计，如图1所示，在基体底面与环形磨切面之间的区域开设多个通孔，在打磨和切割时，能够流畅的排屑，以及使风流更加通畅，使得多功能磨切盘可以很好的散热，始终保持基体的刚性不变形，达到持续干磨切的作用。
3、本发明金刚石刀头所用原材料中，在适当钎焊温度下，铜锡钛合金中活性元素Ti向金刚石表面发生偏聚，生成TiC；同时，刀头与钢基体的结合界面发生元素扩散生成铁钛金属间化合物，Ti和C向基体中扩散，说明在金刚石刀头与金属基体之间有冶金反应发生。本发明中钎焊料在820-835℃能够润湿刀头及基体，同时该温度能够保证刀头中Ti和C向基体中的适量扩散。
4、本发明银基钎料片中，Al元素的添加能够与其他元素形成强化相，提高焊缝强度，但Al的化学活性高，对氮、氧有极强的亲和力，使钎料在制备时极易受到污染，本发明中通过同时添加微量的C与B使钎料表面氧化反应削弱，同时B的添加能够提升钎料的流动性。
5、本发明银基钎料片中，添加铜、镍可降低焊接的熔化温度，添加锡可进一步降低熔化温度，同时锡可以提高钎料的强度及塑性，但含有超过5％的锡同时钎料熔化温度过低时，钎料和母材界面上易形成脆性的金属间化合物Cu6Sn5；且当锡超过1％后，抗拉强度的变化较小，因此控制锡的添加量为0.4-0.8％，一方面避免在低的钎焊温度下形成脆性相，另一方面得以保证钎料合金的强韧性。
6、本发明银基钎料片中，硅元素的适量添加在提高强度的同时提高钎料的液态金属流动性及润湿性。另外，该钎焊料中不含有Ti元素，在钎焊过程中，可以提高Ti元素由刀头向磨轮基体的扩散程度和扩散速率。
7、本发明制备的金刚石磨轮，以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，抗拉强度测试结果表明：焊接头的抗拉强度为磨轮基体85％以上(达510MPa以上)。焊接接头没有母材液化现象出现，没有溶蚀问题。
8、本发明通过刀基体的特殊设计和刀头的合理排布，使得磨轮可以最大限度的发挥使用功能，解决了工人在打磨和切割开槽并用的施工条件下不用频繁更换工具耗费时间和携带多余打磨或切割机器，该发明既可以打磨，也可以对材料进行切割切断，为使用者带来极大的便利，大幅提高工作效率。
附图说明
图1为多功能磨切金刚石磨轮基体结构图(俯视图)。
图2为多功能磨切金刚石磨轮基体结构图(剖视图)。
图3为多功能磨切金刚石磨轮整体结构图(俯视图)。
图4为多功能磨切金刚石磨轮整体结构图(剖视图)。
图5为钎焊接头微观形貌图。
图6为钎焊接头力学性能。
图中：1-外侧环形平面；2-内侧环形平面；3-轴孔；4-通孔；5-金刚石刀头。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合附图及实离例对本发明进行描述，但实施例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明为多功能磨切金刚石磨轮，如图1-4所示。该金刚石磨轮包括磨轮基体和焊接在磨轮基体上的金刚石刀头5；所述磨轮基体为圆盘状，磨轮基体的外侧为环形磨切面，所述环形磨切面为阶梯面，包括内侧环形平面2和外侧环形平面1，外侧环形平面的厚度小于内侧环形平面的厚度；所述外侧环形平面的宽度优选为5.5-6.5cm，所述外侧环形平面与内侧环形平面的厚度差优选为1cm。
所述金刚石刀头为多个，金刚石刀头为一体成形的T字形结构，其平面端(图3中位于外侧环形平面上的部分)焊接在外侧环形平面上，柱状部分(图3中位于内侧环形平面上的部分)焊接在内侧环形平面上；T字形结构的平面端的宽度略大于外侧环形平面的宽度，如多出0.6mm。
所述磨轮基体的底面中心开设有轴孔3，用于固定磨轮基体；所述磨轮基体上在底面与环形磨切面之间的区域开设多个通孔4，在打磨和切割时，能够更好的排屑、对流及散热，始终保持基体的刚性不变形，达到持续干磨切的作用。
所述磨轮基体的材质为45号钢；所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经热压烧结成型制成；按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜23～34份，铁30～43份，镍2～12份，铜锡钛合金22～38份，液体石蜡0.18～0.7份，金刚石1.2～2.8份；其中：铜锡钛合金的粒度为100-200目，金刚石的粒度为30-50目，金刚石的抗压强度≥20kg。
实施例1：
本实施例中，所述磨轮基体的材质为45号钢，金刚石刀头所用原材料的重量组成为：铜2.8kg，铁3.5kg，镍0.4kg，铜锡钛合金3.3kg，液体石蜡0.03kg，金刚石0.17kg。
所述铜锡钛合金的化学组成为：Sn为12.8wt.％，Ti为9.0wt.％，Cu为余量。
所述银基钎料片按重量百分含量计的化学成分为：C 0.55％，铜7.8％，镍14.1％，锡0.55％，Al 2.4％，硼1.7％；硅2.72％和余量银。
所述银基钎料片采用常规工艺制备，即经过合金熔炼、开坯、轧制等工序，加工成所需形状和规格的带材。
本实施例多功能磨切金刚石磨轮的制备工艺包括如下步骤：
(1)基体加工：
根据图纸要求，通过机械加工制备所需结构的磨轮基体(如图1-2)；
(2)金刚石刀头的烧结成型：
采用热压烧结技术制备金刚石刀头：将刀头原材料中的铜粉、铁粉、镍粉、铜锡钛合金粉按比例放入混料桶中混40分钟后，添加液体石蜡和金刚石，继续混料2小时；然后得混合物料灌入模具中冷压成型，再经热压烧结，最后经砂轮砂带打磨获得所述金刚石刀头；其中，所述热压烧结过程中，烧结温度为770℃，烧结压力为200kg/cm2，保温时间5分钟。
(3)高频钎焊：
将金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与磨轮基体之间放置银基钎料片；调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起；其中钎焊工艺参数为：钎焊温度825℃，钎焊时间15秒；钎焊后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测。
(4)打磨、喷漆、检验
将焊接后多功能磨切金刚石磨轮用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
本发明制备的金刚石磨轮，对钎焊接头进行工，
以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，抗拉强度测试结果表明：焊接头的抗拉强度为磨轮基体80％以上(达520MPa左右，如图6)。焊接接头没有母材液化现象出现，没有溶蚀问题(如图5)。
实施例2：
本实施例中，所述磨轮基体的材质为45号钢，金刚石刀头所用原材料的重量组成为：铜2.9kg，铁3.5kg，镍0.5kg，铜锡钛合金2.85kg，液体石蜡0.04kg，金刚石0.21kg。
所述铜锡钛合金的化学组成为：Sn为13.1wt.％，Ti为9.2wt.％，Cu为余量。
所述银基钎料片按重量百分含量计的化学成分为：C 0.6％，铜8.2％，镍13.1％，锡0.66％，Al 1.5％，硼1.8％；硅2.70％和余量银。
本实施例多功能磨切金刚石磨轮的制备工艺中，高频钎焊工艺参数为：钎焊温度825℃，钎焊时间12秒。其他均与实施例1相同。
本发明制备的金刚石磨轮，以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，抗拉强度测试结果表明：焊接头的抗拉强度为磨轮基体80％以上，焊接接头没有母材液化现象出现，没有溶蚀问题。
实施例3：
本实施例中，所述磨轮基体的材质为45号钢，金刚石刀头所用原材料的重量组成为：铜2.8kg，铁3.6kg，镍0.4kg，铜锡钛合金3.5kg，液体石蜡0.03kg，金刚石0.17kg。
所述铜锡钛合金的化学组成为：Sn为12.2wt.％，Ti为9.3wt.％，Cu为余量。
所述银基钎料片按重量百分含量计的化学成分为：C 0.54％，铜7.8％，镍12.6％，锡0.6％，Al 1.8％，硼1.58％；硅2.6％和余量银。
本实施例多功能磨切金刚石磨轮的制备工艺中，高频钎焊工艺参数为：钎焊温度828℃，钎焊时间12秒。其他均与实施例1相同。
本发明制备的金刚石磨轮，以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，抗拉强度测试结果表明：焊接头的抗拉强度为磨轮基体80％以上，焊接接头没有母材液化现象出现，没有溶蚀问题。
对比例1：
与实施例1不同之处在于：所述银基钎料片的化学成分中不含B，经测试，所制备的银基钎料片中氧元素含量明显提高。
对比例2：
与实施例1不同之处在于：金刚石刀头所用原材料中的铜锡钛合金重量降至2.0kg；对最终制备的金刚石磨轮抗拉强度测试结果表明：焊接头的抗拉强度为磨轮基体50％左右。
Claims (7)
1.一种多功能磨切金刚石磨轮，包括磨轮基体和焊接在磨轮基体上的金刚石刀头；其特征在在：所述磨轮基体为圆盘状，磨轮基体的外侧为环形磨切面，所述环形磨切面为阶梯面，包括内侧环形平面和外侧环形平面，外侧环形平面的厚度小于内侧环形平面的厚度；所述金刚石刀头为多个，均匀焊接于磨轮基体的环形磨切面上；每个金刚石刀头均同时与磨轮基体的内侧环形平面和外侧环形平面相接触，具体为：所述金刚石刀头为一体成形的T字形结构，其平面端焊接在外侧环形平面上，柱状部分焊接在内侧环形平面上；T字形结构的平面端的宽度略大于外侧环形平面的宽度；
所述磨轮基体的材质为45号钢；所述金刚石刀头是将原材料粉末混合均匀后，经热压烧结成型制成；按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成为：铜23～34份，铁30～43份，镍2～12份，铜锡钛合金22～38份，液体石蜡0.18～0.7份，金刚石1.2～2.8份；其中：所述铜锡钛合金是由Cu、Sn和Ti三种元素组成，其中Sn含量为12-14wt.％，Ti含量为8-10wt.％，Cu为余量；
所述金刚石刀头与磨轮基体通过高频钎焊连接，其中钎焊工艺参数为：钎焊温度820-835℃，钎焊时间10-15秒；钎焊时使用银基钎料片，该钎料片按重量百分含量计的化学成分如下：
C 0.5-0.8％，铜7.5-8.5％，镍12-15％，锡0.4-0.8％，Al 1.2-2.6％，硼1.5-2.0％；硅2.5-2.8％和余量银。
2.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：所述外侧环形平面的宽度为5.5-6.5cm，所述外侧环形平面与内侧环形平面的厚度差为1cm。
3.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：所述磨轮基体的底面中心开设有轴孔，用于固定磨轮基体；所述磨轮基体上在底面与环形磨切面之间的区域开设多个通孔，在打磨和切割时，通过能够流畅的排屑，以及使风流更加通畅，使得多功能磨切盘可以很好的散热，始终保持基体的刚性不变形，达到持续干磨切的作用。
4.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：所述金刚石刀头原材料中，铜锡钛合金的粒度为100-200目，金刚石的粒度为30-50目，金刚石的抗压强度≥20kg。
5.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜25～32份，铁32～40份，镍3～10份，铜锡钛合金24～35份，液体石蜡0.25～0.6份，金刚石1.4～2.6份。
6.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：按重量百分含量计，金刚石刀头所用原材料的组成为：
铜28份，铁35份，镍4份，铜锡钛合金33份，液体石蜡0.3份，金刚石1.7份。
7.根据权利要求1所述的多功能磨切金刚石磨轮，其特征在于：所述金刚石磨轮的制备工艺包括如下步骤：
(1)基体加工：
根据图纸要求，通过机械加工制备所需结构的磨轮基体；
(2)金刚石刀头的烧结成型：
采用热压烧结技术制备金刚石刀头：将刀头原材料按照所需比例混合，混合均匀后先进行冷压成型，然后热压烧结，最后经砂轮砂带打磨获得所述金刚石刀头；其中，所述热压烧结过程中，烧结温度为765～780℃℃，烧结压力为150～350kg/cm2，保温时间2～6分钟；
(3)高频钎焊：
将金刚石刀头放在基体上相应位置上，金刚石刀头与磨轮基体之间放置银基钎料片；调整好焊接位置加热融化银基钎料片，使金刚石刀头和磨切基体结合在一起；
(4)打磨、喷漆、检验
将焊接后多功能磨切金刚石磨轮用喷砂机去除焊接造成的基体表面氧化皮，然后用专用砂轮打磨金刚石刀头的工作面，并使金刚石暴露出来，然后进行表面喷漆，烘干，以防止表面生锈，最后以600N/mm2强度标准对每个金刚石刀头进行焊接强度检测，合格后印刷包装入库。
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