CN109848871B - 一种多区块金刚石磨具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多区块金刚石磨具及其制作方法，多区块金刚石磨具包括基体和金刚石刀头，金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成；B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成。本发明通过A区块与B区块调整配方，使得B区工作层磨损速率大于A区工作层，从而在环形刀头面中间形成浅凹槽，增加了快速散热和快速排屑通道，提高了磨边轮的使用稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石磨具技术，尤其涉及一种多区块金刚石磨具及其制作方法。
背景技术
金刚石磨具是用圆形刚性基体及含金刚石的金属刀头构成的切割工具，具有硬度高、切割方便等优点，已广泛应用于大理石、花岗岩、马路、耐火材料、沥青、瓷砖、玻璃等硬脆质材料的深加工。不断提高金刚石锯片的切削效率、降低切割材料的损耗、增加锯片的使用寿命，是市场与研究人员共同努力的方向。
受工艺条件的制约，绝大部分金刚石磨具只有一种工作层。为提高产品的综合使用性能，工具厂家制备出多环结构金刚石磨边轮，通过逐个焊接刀头的方法在同一个钢基体上焊接加工出同心的内层磨轮和外层磨轮，使用效果有明显改善，但刀头热压及焊接过程耗时长，效率低下。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种多区块金刚石磨具。本发明通过A区块与B区块调整配方，使得B区工作层磨损速率大于A区工作层，从而在环形刀头面中间形成浅凹槽。凹槽的出现，相当于给工作状态中的金刚石磨边轮增加了快速散热和快速排屑通道，提高了磨边轮的使用稳定性。A区块与B区块调整配方也使磨削特性可自由调控，能够充分发挥不同区块的协同作用，满足市场新要求。
本发明的目的之二在于提供一种多区块金刚石磨具的制作方法。本发明多区块金刚石模具的制作方法一次热压成型，实现整体烧结，不需要焊接工序，大大简化了制造流程。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种多区块金刚石磨具，包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；
所述A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
所述B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉、5～8份的造孔剂；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
进一步地，所述造孔剂选自石墨或氧化铝空心球。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：一种多区块金刚石磨具的制作方法，该多区块金刚石磨具包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均采用A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成；B区块磨轮层采用B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成；
具体包括如下步骤：
混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，加入有机溶剂，经超声分散配成浆料；
制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；
制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结，即得。
进一步地，在混料的步骤中，所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
进一步地，在混料的步骤中，所述有机溶剂选自乙醇或聚乙二醇。
进一步地，在制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤中，所述低温预烧的预烧温度为380-420℃，预烧时间为50min-70min。
进一步地，在制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤中，所述模具包括用于固定基体的内模、套设在内模外的外模；内模与外模之间形成金刚石刀头型腔；在内模与外模之间还设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔。
进一步地，在制作B区块磨轮层的步骤：中，所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉、5～8份的造孔剂；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
进一步地，在制作B区块磨轮层的步骤中，所述热压烧结条件如下：烧结温度为730℃～800℃，压力为15～20MPa，保温结1～3小时。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过A区块与B区块调整配方，使得B区工作层磨损速率大于A区工作层，从而在环形刀头面中间形成浅凹槽。凹槽的出现，相当于给工作状态中的金刚石磨边轮增加了快速散热和快速排屑通道，提高了磨边轮的使用稳定性。A区块与B区块调整配方也使磨削特性可自由调控，能够充分发挥不同区块的协同作用，满足市场新要求。
(2)本发明多区块金刚石模具的制作方法一次热压成型，实现整体烧结，不需要焊接工序，大大简化了制造流程。
附图说明
图1为本发明多区块金刚石磨具的截面示意图。
图中，1、基体；2、金刚石刀头；21、A区块内磨轮层；22、B区块磨轮层；23、A区块外磨轮层。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
如图1所示，本发明的多区块金刚石磨具，包括基体1和金刚石刀头2，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层21、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层22以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层23组成；
所述A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45～70份的铜粉(Cu)、5～15份的铁粉(Fe)、5～8份的钴粉(Co)、5～8份的碳化钨粉(WC)、10～16份的锡粉(Sn)；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
所述B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉、5～8份的造孔剂；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
进一步地，所述造孔剂选自石墨或氧化铝空心球。
本发明的多区块金刚石模具中A区工作层(包括A区块内磨轮层和A区块外磨轮层)和B区工作层(是指B区块磨轮层)磨损性能存在差异。B区工作层添加有造孔剂，刀头组织结构相对疏松，而A区工作层不含造孔剂，刀头组织结构相对致密。在使用过程中，B区工作层的磨损速率快于A区工作层，因而刀头面中间会逐渐形成环形浅凹槽。凹槽的出现有助于磨削热的快速转移，降低磨削接触面温度，保证产品使用性能的稳定性。同时，凹槽还是快速排走磨屑的通道，这在一定程度上提高了磨边轮的自锐能力，改善了加工效果。
该多区块金刚石磨具的制作方法，其中，A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均采用A区块用粉料制成；B区块磨轮层采用B区块用粉料制成；
具体包括如下步骤：
混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，加入有机溶剂，经超声分散配成浆料；作为进一步的实施方式，所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；作为进一步的实施方式，所述模具包括用于固定基体的内模、套设在内模外的外模；内模与外模之间形成金刚石刀头型腔；在内模与外模之间还设有两块环形隔板。所述低温预烧的预烧温度为380-420℃，预烧时间为50min-70min。
制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结，即得。作为进一步的实施方式，所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉、5～8份的造孔剂；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；所述热压烧结条件如下：烧结温度为730℃～800℃，压力为15～20MPa，保温结1～3小时。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1：
一种多区块金刚石磨具，包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；
所述A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45份的铜粉、5份的铁粉、5份的钴粉、5份的碳化钨粉、10份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
所述B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45份的铜粉、5份的铁粉、5份的钴粉、5份的碳化钨粉、10份的锡粉、5份的石墨。所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
该多区块金刚石磨具的制作方法，具体包括如下步骤：
混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，加入有机溶剂乙醇，经超声分散配成浆料；
制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，预烧温度为400℃，预烧时间为60min，取出环形隔板，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；
制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结。热压烧结条件如下：烧结温度为760℃，压力为18MPa，保温结2小时，即得。
实施例2：
一种多区块金刚石磨具，包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；
所述A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；58份的铜粉、10份的铁粉、7.5份的钴粉、6.5份的碳化钨粉、13份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的32％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；
所述B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；58份的铜粉、10份的铁粉、7.5份的钴粉、6.5份的碳化钨粉、13份的锡粉、6.5份的石墨。所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的32％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
该多区块金刚石磨具的制作方法，具体包括如下步骤：
混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，，加入有机溶剂乙醇，经超声分散配成浆料；
制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，预烧温度为400℃，预烧时间为60min，取出环形隔板，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；
制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结。热压烧结条件如下：烧结温度为760℃，压力为18MPa，保温结2小时，即得。
实施例3：
一种多区块金刚石磨具，包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；
所述A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均由A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；70份的铜粉、15份的铁粉、8份的钴粉、8份的碳化钨粉、16份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
所述B区块磨轮层由B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成：所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；70份的铜粉、15份的铁粉、8份的钴粉、8份的碳化钨粉、16份的锡粉、8份的石墨。所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％。
该多区块金刚石磨具的制作方法，具体包括如下步骤：
混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，，加入有机溶剂乙醇，经超声分散配成浆料；
制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，预烧温度为400℃，预烧时间为60min，取出环形隔板，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；
制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结。热压烧结条件如下：烧结温度为760℃，压力为18MPa，保温结2小时，即得。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种多区块金刚石磨具的制作方法，其特征在于，该多区块金刚石磨具包括基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头由包覆在基体圆端面的A区块内磨轮层、包覆在A区块内磨轮层外壁的B区块磨轮层以及包覆在B区块磨轮层外壁的A区块外磨轮层组成；A区块内磨轮层和A区块外磨轮层均采用A区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成；B区块磨轮层采用B区块结合剂粉料与金刚石混合制备而成；具体包括如下步骤：混料的步骤：按配方量称取A区块结合剂和金刚石，加入有机溶剂，经超声分散配成浆料；所述A区块结合剂粉料如下重量份计的组分组成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；所述有机溶剂选自乙醇或聚乙二醇；制作A区块内、外磨轮层待烧坯的步骤：取出模具，模具内设有金刚石刀头型腔；金刚石刀头型腔内设有两块环形隔板，用于将刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；将混合好的浆料倒入A区块内磨轮层型腔和A区块外磨轮层型腔中，然后将模具置于真空炉中进行低温预烧，得到具有一定强度的A区块内、外磨轮层待烧坯；所述低温预烧的预烧温度为380-420℃，预烧时间为50min-70min；所述模具包括用于固定基体的内模、套设在内模外的外模；内模与外模之间形成金刚石刀头型腔；在内模与外模之间还设有两块环形隔板，用于将金刚石刀头型腔分隔成A区块内磨轮层型腔、B区块磨轮层型腔以及A区块外磨轮层型腔；制作B区块磨轮层的步骤：将配方量的B区块结合剂和金刚石采用干法工艺混合好，然后将混合好的B区块结合剂和金刚石均匀充填于预设的B区块磨轮层型腔内，并组装好上压环，在真空或者气氛保护条件下进行热压烧结，即得；所述B区块结合剂粉料如下重量份计的组分制备而成；45～70份的铜粉、5～15份的铁粉、5～8份的钴粉、5～8份的碳化钨粉、10～16份的锡粉、5～8份的造孔剂；所述金刚石的加入量为金刚石工业浓度的25-40％；所述金刚石工业浓度为每立方厘米金刚石刀头内含0.88g金刚石，该金刚石工业浓度为100％；所述热压烧结条件如下：烧结温度为730℃～800℃，压力为15～20MPa，保温结1～3小时。
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