CN111644616A - 一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层串珠的制备方法,包括如下步骤:S1:将金刚石颗粒均匀地置于基体膜表面,然后将金刚石颗粒压入所述基体膜中,形成单层金刚石膜;S2:将所述单层金刚石膜与由合金粉体单独制备的金属胎体纵向上交替铺设并成型,得到串珠生坯;S3:将所述串珠生坯脱脂后烧结即得空间均匀分布的金刚石串珠。本发明所述方法替换了传统的将合金粉料与金刚石直接混合后再直接压制的方式,使得金刚石在串珠中的空间分布变得均匀可控。
Description
技术领域
本发明公开了一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法,属于石材加工工具领域。
背景技术
一直以来,金刚石在石料切割绳具的串珠中的分布问题是困扰金刚石绳锯生产厂家的一个重要问题。
具体而言,金刚石在串珠中分布不均的具体体现在以下两个方面:一是单颗金刚石串珠中,不同位置金刚石分布不均;二是不同串珠之间金刚石分布不均。
金刚石在串珠中分布不均容易造成如下问题:在串珠的金刚石富集区,金刚石难以正常出刃或者出刃后磨平,从而造成金刚石无法发挥切割作用;而在串珠的金刚石稀少区,串珠胎体磨损较快,易造成金刚石脱落或破碎从而失效。尤其是对单颗金刚石偏少的串珠,其串珠磨损较正常串珠偏快,极易进一步发展为局部偏磨,最终造成绳锯提前报废,直接缩短绳锯寿命。。
对于镶法烧结金刚石串珠而言,常规金刚石的添入方法为直接将金刚石添入硬质合金粉料中,然后采用三维混料机混合。由于金刚石密度、流动性与硬质合金粉料存在差别,金刚石与硬质合金粉料难以混合均匀,此时金刚石的分布即存在不均现象。为了解决金刚石分布不均的问题,常用的办法包括以下两种:
第一种方法为、在金刚石添入粉料混合之前,在金刚石中添加一定量的溶剂进行润湿处理后再混合,进而达到增加金刚石与粉料之间摩擦阻力的目的,防止金刚石偏析,然后再进行冷压、烧结处理。然而实践表明:采用上述方法制备得到的金刚石串珠中金刚石分布情况改善有限,金刚石的分布仍属于随机分布,尤其是经过自动冷压后,金刚石分布不均现象可能更加严重(这主要是由于自动冷压时设备的抖动尤其是刷粉装置的往返运动易造成金刚石偏析);另外,在对含有金刚石的硬质合金粉料进行压制成型时,由于金刚石的硬度极高,在压制成型过程中极易造成模具的损伤,从而造成模具寿命偏短,尤其是对小直径串珠而言,由于模具损伤导致成本上升的问题更为突出,这大大提升了绳锯的总生产成本。
第二种方法为如公开号为CN107283650B的名为一种磨粒均匀分布的绳锯串珠及其制造方法的发明专利中所介绍的,在冷压时在下压头指定位置布置坑位,然后将金刚石投入坑位中,再装入粉料然后压制来实现金刚石均匀分布的方法。
该方法虽可改善金刚石的分布问题,但实际应用时存在以下弊端:其一为压制成型完毕后,将金刚石从坑位拔出时存在成型坯体沿坑位断裂的风险,同时易造成金刚石残留在坑位或坑位中有粉料残留的现象,这不利于金刚石的均匀分布。同时坯体断裂后如何清理坑位,确保下次作业时金刚石能顺利落入指定坑位也是一问题;另外,多次反复的将金刚石从下压头坑位处压紧、拔出极易造成坑位磨损。当坑位尺寸磨大后可能造成一个坑位出现两粒或多粒金刚石的现象,这些都不利于金刚石的均匀分布,同时也加大了批量生产的难度。
金刚石分布不均的串珠在使用时,易出现局部偏磨,从而造成绳锯的提前报废,也不利于绳锯品质的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法。根据本发明所述方法,可制备空间均匀分布的多层金刚石串珠,提高生产效率,便于量产。
本发明涉及一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法,包括如下步骤:
S1:将金刚石颗粒均匀地置于基体膜表面,然后将金刚石颗粒压入所述基体膜中,形成单层金刚石膜;
S2:将所述单层金刚石膜与由合金粉体单独制备的金属胎体纵向上交替铺设并成型,得到串珠生坯;
S3:将所述串珠生坯脱脂后烧结即得空间均匀分布的金刚石串珠。
相对于现有技术,本发明所述方法采用的串珠生坯的成型方法独具一格,该方法将金属胎体与单层金刚石膜分别单独制备,然后再将二者依次交替叠加后冷压成型,获得串珠生坯。该方法替换了传统的将合金粉料与金刚石直接混合后再直接压制的方式,使得金刚石在串珠中的空间分布变得均匀可控。
附图说明
图1为本发明所述多层串珠示意图。
图2为现有技术中的常规串珠示意图。
图3为本发明所述基体膜上金刚石分布点位示意图。
图4为本发明所述基体膜上已落好金刚石的示意图。
图5为本发明所述方法所制备好的金刚石膜环示意图。
图6为按照本发明所述方法叠好待烧结的多层串珠示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
本发明提供了一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法,包括如下步骤:
S1:将金刚石颗粒均匀地置于基体膜表面,然后将金刚石颗粒压入所述基体膜中,形成单层金刚石膜;
S2:将所述单层金刚石膜与由合金粉体单独制备的金属胎体纵向上交替铺设并成型,得到串珠生坯;
S3:将所述串珠生坯脱脂后烧结即得空间均匀分布的金刚石串珠。
在本发明的一个实施方案中,制备单层金刚石膜时,根据所需金刚石的浓度以及相应的单克拉金刚石理论颗粒数,串珠体积计算单颗金刚石串珠所需的金刚石颗粒数量;然后根据串珠高度、串珠内外直径尺寸设计最佳的金刚石分布层数与单层金刚石颗粒间距,确定单层金刚石分布点位,从而通过定点排布实现单层金刚石膜中金刚石的均匀分布,解决串珠中金刚石分布不均的问题,避免因金刚石分布不均引起串珠偏磨、切削困难等问题,以提升绳锯的稳定性与寿命。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述金刚石颗粒的粒径为30-40目。
在本发明的一个实施方案中,根据金刚石颗粒的粒径,确认基础膜的厚度。具体地,所述基体膜的厚度为金刚石颗粒的粒径的1.1-1.3倍。
在本发明的一个实施方案中,根据金刚石的分布点位,在基体膜的相应位置加工凹坑,所述凹坑的直径为金刚石颗粒粒径的1.1~1.5倍;所述凹坑的坑深为金刚石颗粒粒径的1/3~1/2。然后在凹坑处布置好金刚石颗粒,再将金刚石压入基体膜中,形成单层金刚石膜。本发明在单独制备金刚石膜时,对金刚石的分布进行了均匀分布,可实现在同一水平面金刚石的均匀分布。
进一步地,所述单层金刚石膜根据需要被裁割为环形。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述基体膜用于按预订分布排列固定金刚石颗粒并在后续工序中脱脂去除,其通常选自易脱模的有机高分子材料或低熔点金属。
所述易脱模的有机高分子材料,例如,包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、聚氯丙烯、聚氯丁烯、或聚酯树脂等。
所述低熔点金属为铜或铝。
在本发明的一个实施方案中,根据预设所需的单层金刚石膜的层数n以及预设的串珠高度,设计相应的金属胎体的层数n+1与高度,其中n为4~10,优选5~8;计算出单层金属胎体所需合金粉体的质量,所述合金粉体为硬质合金粉体;然后可以将适量的合金粉体压制成单层金属胎体;最后,按照所述单层金刚石膜的形状,将所述金属胎体制成与之相匹配的形状。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述合金粉体选自Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉或WC粉中的一种或几种。
进一步地,所述合金粉体的粒径为-200目~-3000目。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述单层金刚石膜与所述金属胎体的形状相匹配。
进一步地,将所述金属胎体制成与所述单层金刚石膜相匹配的环形。
在本发明的一个实施方案中,可将金属胎体制成与环状金刚石膜相匹配的环形,按照一层金属胎体,一层金刚石膜上下交替纵向铺设于模具中直接成型成串珠生坯。
本发明采用了一层金属胎体叠加一层金刚石膜,再热压成型的方式,可保证金刚石颗粒在空间上的均匀分布。
在本发明的一个实施方案中,按常规工艺对所述串珠生胚执行脱脂、热压烧结工作,并最终完成多层串珠的制备。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述脱脂的温度为400-500℃;所述脱脂的时间为15-30分钟。
根据本发明所述金刚石串珠的制备方法,所述烧结包括热压烧结,所述热压烧结的温度为850~1000℃。
相较于现有技术,本发明所述方法采用了金属胎体与金刚石膜分开成型的制备方法,替代了以往传统的先将金刚石混合在金属粉末胎体中然后冷压成型的方式,解决了因粉末中含有金刚石造成冷压模具寿命偏低,模具成本高的问题,从而大大提升模具寿命,降低了模具成本。
此外,本发明所述方法可避免因金刚石富集造成金刚石提前脱落,浪费的问题,大大提升了金刚石的利用率,并降低金属胎体中金刚石的浓度,降低原材料成本。
实施例
大理石矿山Φ11.5/Φ7.5串珠,高度6.5mm,基体为外径Φ7.5,内径Φ5.0,长13mm的45#钢芯圆柱。
根据金刚石串珠所需金刚石浓度为24%、串珠体积为0.388cm3、金刚石粒度为35/40、以及单克拉金刚石理论颗粒数为780粒,计算出单粒金刚石串珠所含金刚石颗粒数为单颗串珠含量320粒。
根据单颗粒串珠所需的金刚石颗粒数为320粒、金刚石粒度为35/40、金刚石粒径为0.42~0.50mm、串珠外径为11.5mm、内径为7.5mm、及高度为6.5mm,优选出所需金刚石膜的层数为6层,单层金刚石膜需布置的金刚石颗粒数为54粒,并优选膜中金刚石分布点位为三个同心圆,其圆心与串珠外径圆心一致,同圆周上相邻坑位圆心的夹角为20°,半径分为R5.45,R4.8,R4.15mm。
准备铜箔一张,要求其厚度在金刚石粒径的1.1~1.3倍之间,本次采用0.6mm。根据前述金刚石分布点位要求,在铜箔上加工出相应的坑位,其坑位为R0.275mm的半球形。然后在每个坑位处布置好一颗金刚石颗粒,再将金刚石颗粒压入铜箔中,得到单层金刚石膜;再将单层金刚石膜裁剪成符合要求的单层金刚石膜环,要求其环的外径应为11.4mm;环的内径为串珠内径7.6mm。
再根据金刚石膜的层数,设计金属胎体为7层,单层厚度为1.3mm,外径为11.4mm,内径为7.6mm;再将所需的合金粉体,即Fe粉55%、Co粉15%、Cu粉18%、Ni粉10%和Sn粉2%,按常规工艺混合,最后压制成符合要求的金属胎体,并制成与单层金刚石膜环相匹配的环形。
再按常规工艺装入石墨模具中,按照先装入金属胎体,再装入金刚石膜的交替方式进行。后续工序可按常规工艺执行脱脂、热压烧结工作,在400℃下脱脂30分钟,并最终完成多层串珠的制备工作。
串珠磨损测试
采用传统方法与本方法各制备了串珠绳锯50m进行对比测试,通过将串珠开刃,可以观察到本申请所述方法制备的串珠表面金刚石分布更均匀,无局部区域金刚石富集或金刚石缺失的现象。
采用绳锯切割时,传统制备方法生产的绳锯在串珠外径由11.5mm磨损至9.0mm左右时即出现部分串珠偏磨现象,最终造成绳锯的提前报废;而采用本方法制备的绳锯使用时,串珠外径由11.5mm磨损至8.0mm左右时仍较均匀,无串珠偏磨现象。
采用传统工艺制备的串珠绳锯切割啡网,50m绳子共累计切割完945m2,平均寿命为18.9m2/m,而采用本方法制备的串珠绳锯共累计切割完1205m2,平均寿命为24.1m2/m,寿命提升了27.5%。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种空间均匀分布的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将金刚石颗粒均匀地置于基体膜表面,然后将金刚石颗粒压入所述基体膜中,形成单层金刚石膜;
S2:将所述单层金刚石膜与由合金粉体单独制备的金属胎体纵向上交替铺设并成型,得到串珠生坯;
S3:将所述串珠生坯脱脂后烧结即得空间均匀分布的金刚石串珠。
2.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述金刚石颗粒的粒径为30-40目。
3.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述基体膜的厚度为金刚石颗粒的粒径的1.1-1.3倍。
4. 如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,根据所述金刚石颗粒的分布点位,在所述基体膜的相应位置加工凹坑,所述凹坑的直径为所述金刚石颗粒粒径的1.1~ 1.5倍。
5.如权利要求4所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述凹坑的坑深为所述金刚石颗粒粒径的1/3~1/2。
6.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述基体膜选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、聚氯丙烯、聚氯丁烯、聚酯树脂、铜、或铝。
7.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述基体膜选自铜或铝。
8.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述合金粉体选自Fe粉、Co粉、Cu粉、Ni粉、Sn粉或WC粉中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,所述单层金刚石膜根据需要被裁割为环形。
10.如权利要求1所述的金刚石串珠的制备方法,其特征在于,根据所述单层金刚石膜的形状,将所述金属胎体制成与之相匹配的形状。
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