CN110216596B - 一种用于金属加工的超硬工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于金属加工的超硬工具，包括机体和磨料层，所述的机体呈圆盘状，机体的圆周端面由磨料层包裹，所述的磨料层由金属结合剂包覆的金刚石或六方氮化硼(CBN)磨料组成，先将金属结合剂均匀混合，然后加入金刚石、CBN磨料以及造孔剂进行混合形成粉料，将混合完成后的粉料置入石墨模具进行热压烧结制成磨料层，总的，本发明具有既锋利又耐用的优点。

Description

一种用于金属加工的超硬工具
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种用于金属加工的超硬工具。
背景技术
金刚石作为一种超硬材料，经过数十年的发展，以金刚石和CBN为磨料的超硬工具应用十分广泛，产品种类繁多，不仅在金属加工、建筑行业传统领域作用巨大，而且在太阳能电池行业智能手机等新兴行业领域也发挥出不可替代的作用，现有的超硬工具大家庭，产品种类数以万计，各有各自用途，就以金属加工领域应用广泛的超硬工具来说，树脂砂轮和陶瓷砂轮用于金属材料精加工都有数十年历史，但树脂砂轮耐温性差，陶瓷砂轮强度低都无法满足金属材料粗加工的要求，现有金属结合剂砂轮虽然耐温性和强度都很好，已经在非金属领域广泛应用数十年；由于金属对金属结合剂砂轮研磨能力差，至今仍然不能用于金属材料尤其是黑色金属材料加工，以致国内外业界形成金属结合剂工具用于金属材料加工“耐用不锋利”结论，近几年，金刚石钎焊超硬工具发展很快，就是在金属机体上用焊上一层金刚石，金刚石虽然很耐用，但裸露的零点几毫米的工作层很难支持长时间使用，当接近焊接层，磨削能力大幅下降，失去使用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，从而提供一种用于金属尤其是黑色金属加工既锋利又耐用的用于金属加工的超硬工具。
本发明的目的是这样实现的一种用于金属加工的超硬工具，包括机体和磨料层，所述的机体呈圆盘状，机体的圆周端面由磨料层包裹，所述的磨料层由金属结合剂包覆的金刚石或六方氮化硼(CBN)磨料组成，先将金属结合剂均匀混合，然后加入金刚石、CBN磨料以及造孔剂进行混合形成粉料，将混合完成后的粉料置入石墨模具进行热压烧结制成磨料层，机体一起同混合好的粉料置入热压烧结机烧结成型，或单独把混合好的粉料先烧结成刀头或磨头，再用焊接、粘接方法使其固定在机体上，所述的金属结合剂由铁粉、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉、锌粉、铝粉、锰粉、铅粉和稀土组成，各原料的重量比重为铁粉50％～60％，铜粉10％～20％、镍粉3％～7％、钴粉3％～7％、锡粉13％～17％、锌粉3％～7％、铝粉0.8％～1.5％、锰粉1.5％～2.5％、铅粉1.5％～2.5％和稀土6％～7％，所述的稀土至少包含一种稀土元素，所述的磨料层在单独烧结时，在接触机体的刀头或磨头部分设置一层用于固定结合所述的磨料层的金属底层，金属底层不含金刚石和CBN磨料，减少甚至不用钴、镍金属材料；
所述的金属结合剂的制备步骤为：1)将55质量份数的铁粉，5质量份数的铜粉，5质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15质量份数的锡粉、5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，
2)将金属结合剂在混合均匀之后加入金刚石和造孔剂在三维混料机内混合不少于4小时，所述的造孔剂的质量份数在1％-3％；
所述的超硬工具的制备步骤为：1)将金属结合剂及金刚石、CBN和造孔剂在混合均匀之后得到中间物，
2)对于直径较小的机体将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟，
3)对于直径较大的机体，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层，再将磨料层通过粘接和焊接方法固定在机体上。
所述的金刚石的粒度粗细根据加工对象不同有较大区别，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目粗粒度，用于金属表面研磨的多选用100目以下细粒度，金刚石和CBN质量比例较宽泛，1％到30％均可，由不同比例金刚石和CBN所制成的磨料层的寿命、锋利度不同。
所述的金属结合剂、金刚石和CBN磨料生成磨料层，磨料层根据磨料的对象不同而适当调节各个成分的质量比例，当加工的对象较硬时减少镍粉的比例，增加铜粉、锡粉和锌粉的比例，所述的金属结合剂，预先制成各种合金粉末，再将各种合金粉末与各种单体金属粉末按比例混合配制。
本发明的有益效果：
①本发明超硬工具的磨料层是由多层磨料和金属结合剂均匀的烧结体，磨料层厚度至少达到3mm以上，由于大量使用黑色金属铁，铁在加工铁时在互相磨削，但金属结合剂中有含有铜钴镍等高抗磨材料，使刀头和磨头大大耐磨于被加工材料，使得本金属结合剂包裹的金刚石和CBN磨粒能够发挥更大作用，表现出既耐磨又锋利优秀品质，总的，本发明具有既锋利又耐用和使用寿命长的优点。
附图说明
图1是本发明一种用于金属加工的超硬工具的示意图。
图中：1、机体2、磨料层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示的一种用于金属加工的超硬工具，包括机体1和磨料层2，机体1呈圆盘状，机体1的圆周端面由磨料层2包裹，磨料层2由金属结合剂包覆的金刚石或六方氮化硼(CBN)磨料组成，先将金属结合剂均匀混合，然后加入金刚石、CBN磨料以及造孔剂进行混合形成粉料，将混合完成后的粉料置入石墨模具进行热压烧结制成磨料层2，机体1一起同混合好的粉料置入热压烧结机烧结成型，或单独把混合好的粉料先烧结成刀头或磨头，再用焊接、粘接方法使其固定在机体1上，金属结合剂由铁粉、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉、锌粉、铝粉、锰粉、铅粉和稀土组成，各原料的重量比重为铁粉50％～60％，铜粉10％～20％、镍粉3％～7％、钴粉3％～7％、锡粉13％～17％、锌粉3％～7％、铝粉0.8％～1.5％、锰粉1.5％～2.5％、铅粉1.5％～2.5％和稀土6％～7％，稀土至少包含一种稀土元素，磨料层2在单独烧结时，在接触机体1的刀头或磨头部分设置一层用于固定结合磨料层2的金属底层，金属底层不含金刚石和CBN磨料，减少甚至不用钴、镍金属材料；
金属结合剂的制备步骤为：
1)将55质量份数的铁粉，5质量份数的铜粉，5质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15质量份数的锡粉、5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，
2)将金属结合剂在混合均匀之后加入金刚石和造孔剂在三维混料机内混合不少于4小时，造孔剂的质量份数在1％-3％；
超硬工具的制备步骤为：1)将金属结合剂及金刚石、CBN和造孔剂在混合均匀之后得到中间物，
2)对于直径较小的机体1将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟，
3)对于直径较大的机体1，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层2，再将磨料层2通过粘接和焊接方法固定在机体1上。
金刚石的粒度粗细根据加工对象不同有较大区别，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目粗粒度，用于金属表面研磨的多选用100目以下细粒度，金刚石和CBN质量比例较宽泛，1％到30％均可，由不同比例金刚石和CBN所制成的磨料层2的寿命、锋利度不同。
金属结合剂、金刚石和CBN磨料生成磨料层2，磨料层2根据磨料的对象不同而适当调节各个成分的质量比例，当加工的对象较硬时减少镍粉的比例，增加铜粉、锡粉和锌粉的比例，金属结合剂，预先制成各种合金粉末，再将各种合金粉末与各种单体金属粉末按比例混合配制。
磨料层2的制备，第一步依次称取55质量份数的铁粉，5质量份数的铜粉，5质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15质量份数的锡粉、5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，第二歩：将金刚石粉碎成，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目的筛子过筛，用于金属表面研磨的多选用100目的筛子过筛，然后将过筛的金刚石、CBN磨料以及造孔剂加入混合好的金属结合剂中在三维混料机内再次混合不少于4小时，得到中间层，第三步：对于直径较小的机体1可以将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟后取出得到与机体1烧结在一起的超硬工具，而对于直径较大的机体1，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层2。
实施例2
如图1所示的一种用于金属加工的超硬工具，包括机体1和磨料层2，机体1呈圆盘状，机体1的圆周端面由磨料层2包裹，磨料层2由金属结合剂包覆的金刚石或六方氮化硼(CBN)磨料组成，先将金属结合剂均匀混合，然后加入金刚石、CBN磨料以及造孔剂进行混合形成粉料，将混合完成后的粉料置入石墨模具进行热压烧结制成磨料层2，机体1一起同混合好的粉料置入热压烧结机烧结成型，或单独把混合好的粉料先烧结成刀头或磨头，再用焊接、粘接方法使其固定在机体1上，金属结合剂由铁粉、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉、锌粉、铝粉、锰粉、铅粉和稀土组成，各原料的重量比重为铁粉50％～60％，铜粉10％～20％、镍粉3％～7％、钴粉3％～7％、锡粉13％～17％、锌粉3％～7％、铝粉0.8％～1.5％、锰粉1.5％～2.5％、铅粉1.5％～2.5％和稀土6％～7％，稀土至少包含一种稀土元素，磨料层2在单独烧结时，在接触机体1的刀头或磨头部分设置一层用于固定结合磨料层2的金属底层，金属底层不含金刚石和CBN磨料，减少甚至不用钴、镍金属材料；
金属结合剂的制备步骤为：
1)将55质量份数的铁粉，5质量份数的铜粉，5质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15质量份数的锡粉、5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，
2)将金属结合剂在混合均匀之后加入金刚石和造孔剂在三维混料机内混合不少于4小时，造孔剂的质量份数在1％-3％；
超硬工具的制备步骤为：1)将金属结合剂及金刚石、CBN和造孔剂在混合均匀之后得到中间物，
2)对于直径较小的机体1将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟，
3)对于直径较大的机体1，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层2，再将磨料层2通过粘接和焊接方法固定在机体1上。
金刚石的粒度粗细根据加工对象不同有较大区别，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目粗粒度，用于金属表面研磨的多选用100目以下细粒度，金刚石和CBN质量比例较宽泛，1％到30％均可，由不同比例金刚石和CBN所制成的磨料层2的寿命、锋利度不同。
金属结合剂、金刚石和CBN磨料生成磨料层2，磨料层2根据磨料的对象不同而适当调节各个成分的质量比例，当加工的对象较硬时减少镍粉的比例，增加铜粉、锡粉和锌粉的比例，金属结合剂，预先制成各种合金粉末，再将各种合金粉末与各种单体金属粉末按比例混合配制。
磨料层2的制备，在对较硬的金属进行加工时适当减少镍，增加铜、锌和锡的比例，第一步先制备金属结合剂：第一步依次称取50质量份数的铁粉，12质量份数的铜粉，3质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15.5质量份数的锡粉、5.5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，第二歩：将金刚石粉碎成，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目的筛子过筛，用于金属表面研磨的多选用100目的筛子过筛，然后将过筛的金刚石、CBN磨料以及造孔剂加入混合好的金属结合剂中在三维混料机内再次混合不少于4小时，得到中间层，第三步：对于直径较小的机体1可以将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟后取出得到与机体1烧结在一起的超硬工具，而对于直径较大的机体1，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层2，再将磨料层2通过粘接和焊接方法固定在机体1上，总的，本发明具有既锋利又耐用和使用寿命长的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于金属加工的超硬工具，包括机体(1)和磨料层(2)，其特征在于：所述的机体(1)呈圆盘状，机体(1)的圆周端面由磨料层(2)包裹，所述的磨料层(2)由金属结合剂包覆的金刚石或六方氮化硼(CBN)磨料组成，先将金属结合剂均匀混合，然后加入金刚石、CBN磨料以及造孔剂进行混合形成粉料，将混合完成后的粉料置入石墨模具进行热压烧结制成磨料层(2)，机体(1)一起同混合好的粉料置入热压烧结机烧结成型，或单独把混合好的粉料先烧结成刀头或磨头，再用焊接、粘接方法使其固定在机体(1)上，所述的金属结合剂由铁粉、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉、锌粉、铝粉、锰粉、铅粉和稀土组成，各原料的重量比重为铁粉50％～60％，铜粉10％～20％、镍粉3％～7％、钴粉3％～7％、锡粉13％～17％、锌粉3％～7％、铝粉0.8％～1.5％、锰粉1.5％～2.5％、铅粉1.5％～2.5％和稀土6％～7％，所述的稀土至少包含一种稀土元素，所述的磨料层(2)在单独烧结时，在接触机体(1)的刀头或磨头部分设置一层用于固定结合所述的磨料层(2)的金属底层，金属底层不含金刚石和CBN磨料，减少甚至不用钴、镍金属材料；
所述的金属结合剂的制备步骤为：1)将55质量份数的铁粉，5质量份数的铜粉，5质量份数的镍粉、5质量份数的钴粉、15质量份数的锡粉、5质量份数的锌粉、1质量份数的铝粉、2质量份数的锰粉、2质量份数的铅粉和5质量份数的稀土进行混合，然后通过三维混料机中混合不少于2小时，
2)将金属结合剂在混合均匀之后加入金刚石和造孔剂在三维混料机内混合不少于4小时，所述的造孔剂的质量份数在1％-3％；
所述的超硬工具的制备步骤为：1)将金属结合剂及金刚石、CBN和造孔剂在混合均匀之后得到中间物，
2)对于直径较小的机体(1)将中间物一起装入石墨模具内进行烧结，选择680-760度作为烧结温度，恒温烧结时间为3-10分钟，
3)对于直径较大的机体(1)，将中间物装入石墨模具内进行烧结，温度为680-760度，恒温烧结时间为3-10min，得到磨料层(2)，再将磨料层(2)通过粘接和焊接方法固定在机体(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属加工的超硬工具，其特征在于：所述的金刚石的粒度粗细根据加工对象不同有较大区别，用于铸铁或铸钢毛刺打磨以及金属切割的多选用目数为30-50目粗粒度，用于金属表面研磨的多选用100目以下细粒度，金刚石和CBN质量比例较宽泛，1％到30％均可，由不同比例金刚石和CBN所制成的磨料层(2)的寿命、锋利度不同。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属加工的超硬工具，其特征在于：所述的金属结合剂、金刚石和CBN磨料生成磨料层(2)，磨料层(2)根据磨料的对象不同而适当调节各个成分的质量比例，当加工的对象较硬时减少镍粉的比例，增加铜粉、锡粉和锌粉的比例，所述的金属结合剂，预先制成各种合金粉末，再将各种合金粉末与各种单体金属粉末按比例混合配制。
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