CN112589116B - 一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用 - Google Patents

一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用，所述孕镶金刚石切割环包括切割环基体，以及镶嵌于切割环基体凹槽内的孕镶金刚石耐磨体，所述孕镶金刚石耐磨体由CoCrW合金基体以及分散于CoCrW合金基体中的金刚石组成，所述孕镶金刚石耐磨体中，金刚石的体积分数为8～25％。本发明的制备方法采用激光3D打印快速成型制作孕镶金刚石耐磨体，将孕镶金刚石耐磨体镶嵌在切割环基体的环形凹槽中即得。本发明中孕镶金刚石切割环耐磨性能高，切割环寿命长。在与眼镜板成为摩擦副后，不仅能降低相互的磨损，反而能自动修复眼镜板在磨粒磨损中形成的划痕，保证眼镜板表面的光洁度，从而延长眼镜板与切割环的使用寿命。

Description

一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于机械制造领域和粉末冶金领域，具体涉及一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用。
背景技术
切割环是混凝土泵送机械的重要构件之一，它与眼镜板在混凝土输送过程中组成切割摩擦副，对具有高压力的混凝土进行连续切割。因此，切割环极易磨损报废。目前技术中，主要是通过堆焊硬合金层于切割环的表面，来延长其使用寿命，增强其耐磨性和抗冲击力。但堆焊的硬合金层易出现气孔、焊缝不饱满等缺陷，在强冲击力、剪切力和摩擦力的作用下，会出现磨粒磨损，无法阻止切割环与眼镜板磨损，加之硬合金层本身的耐磨性能不够高，影响了切割环的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种孕镶金刚石切割环，所述孕镶金刚石切割环包括切割环基体，以及镶嵌于切割环基体凹槽内的孕镶金刚石耐磨体，所述孕镶金刚石耐磨体由CoCrW合金基体以及分散于CoCrW合金基体中的金刚石组成，所述孕镶金刚石耐磨体中，金刚石的体积分数为8～25％。
本发明在孕镶金刚石切割环的凹槽内设置孕镶金刚石耐磨体，所述孕镶金刚石耐磨体可以大幅切割环耐磨损性能，发明人发现，孕镶金刚石耐磨体可与眼镜板成为摩擦副，这样不仅能降低相互的磨损，反而能自动修复眼镜板在磨粒磨损中形成的划痕，保证眼镜板表面的光洁度，从而延长眼镜板与切割环的使用寿命。
在本发明中，金刚石的体积分数需要有效控制，从而使孕镶金刚石耐磨体与眼镜板成为最佳匹配的摩擦副。
优选的方案，所述孕镶金刚石层中，金刚石的体积分数为10～20％。将金刚石的体积分数控制在上述范围内，最终切割环的耐磨性最佳。
优选的方案，所述孕镶金刚石耐磨体的壁厚为10～100mm，优选为30～40mm。
优选的方案，所述孕镶金刚石耐磨体的高度为10～100mm，优选为50～60mm。
在本发明中，孕镶金刚石耐磨体的尺寸与切割环凹槽的尺寸需要相匹配，因为切割环有较大的预紧力，因而能紧压在眼镜板上，泵送时，砂浆便无法进入。如若耐磨体高度与切割环高度不符，容易导致眼镜板与切割环之间产生间隙，砂浆及小骨料将很容易进入眼镜板、切割环之间，容易造成眼镜板鼻粱磨穿报废。
优选的方案，所述CoCrW合金基体，按质量百分比计，其成份组成为Co 40～90％、Cr 5～30％、W 5～30％。
进一步的优选，所述CoCrW合金基体，按质量比百分比计，其成份组成为Co80～85％、Cr5～10％、W10～15％。
优选的方案，所述金刚石的粒径≤0.5mm，优选为0.1～0.15mm。
优选的方案，所述孕镶金刚石耐磨体通过激光3D打印法制备。
本发明一种孕镶金刚石切割环的制备方法，包括如下步骤：按设计比例配取CoCrW预合金粉末、金刚石，混合获得混合粉，然后采用激光3D打印法，逐层铺设混合粉打印，获得孕镶金刚石耐磨体，镶嵌于切割环基体凹槽内中，即得孕镶金刚石切割环。
优选的方案，所述CoCrW预合金粉末，按质量比百分比计，其成份组成为Co80～90％、Cr5～30％、W5～30％。
进一步的优选，所述CoCrW预合金粉末，按质量比百分比计，其成份组成为Co80～85％、Cr5～10％、W10～15％。
优选的方案，所述CoCrW预合金粉末的粒径≤0.08mm，优选为0.03～0.06mm。
优选的方案，所述金刚石的粒径≤0.5mm，优选为0.1～0.15mm。
优选的方案，所述激光3D打印法的工艺参数为：激光功率为200～800W，扫描速率0.01～0.10m/s，粉层厚度0.02～0.60mm。
进一步的优选，所述激光3D打印法的工艺参数为：激光功率为500～600W，扫描速率0.04～0.05m/s，粉层厚度0.13～0.15mm。
在实际操作过程中，在计算机三维建模软件中建立孕镶金刚石层模型，以STL格式存储模型文件，再利用切片软件直接对该文件进行切割，使其各片层厚度具有可加工性，将最终切片文件导入激光3D打印设备中；将混合粉放入打印机的供粉缸内，设定激光3D打印机的工作参数，即激光功率为200～800W，扫描速率0.01～0.10m/s，粉层厚度0.02～0.60mm，启动设备，打印圆环形孕镶金刚石耐磨体，直至孕镶金刚石耐磨体打印到设定厚度和高度尺寸。
本发明一种孕镶金刚石切割环的应用，将孕镶金刚石切割环应用于混凝土输送泵。
原理与优势：
本发明提供了一种孕镶金刚石切割环及其制备方法和应用，所述孕镶金刚石切割环包括切割环基体，以及镶嵌于切割环基体凹槽内的孕镶金刚石耐磨体，在本发明中，通过激光3D打印法制作孕镶金刚石耐磨体，将孕镶金刚石耐磨体镶嵌在切割环基体的环形凹槽中，即得到混凝土输送泵用孕镶金刚石切割环。本发明中孕镶金刚石耐磨体的制造采用先进的激光3D打印快速成型技术，使切割环耐磨性能得到极大提高，极大延长了切割环的使用寿命。与堆焊硬合金材料的切割环相比，采用3D打印制作的新型切割环，能避免因焊接导致的质量缺陷，加工余量小，结构简单牢固，有利于降低产品的生产成本，改善质量，提高耐磨性能。
另外，更重要的是，在本发明中，通过孕镶金刚石的基体成份组成，以及金刚石的体积占比，从而使本发明中的孕镶金刚石切割环能与眼镜板成为最匹配的摩擦副，不仅能降低相互的磨损，反而能自动修复眼镜板在磨粒磨损中形成的划痕，保证眼镜板表面的光洁度，从而延长眼镜板与切割环的使用寿命。
附图说明
图1是本发明切割环基体示意图；其中，1-基体上的圆环形凹槽；2-切割环基体。
图2是本发明切割环示意图；其中3-切割环上的圆环形金刚石耐磨体；4-切割环基体。
具体实施方式
实施例1：
如图1、2所示，混凝土输送泵用孕镶金刚石切割环，其结构包括带凹槽的切割环基体和孕镶金刚石耐磨体两部分。切割环基体凹槽中镶嵌孕镶金刚石耐磨体，设计型号230的切割环孕镶金刚石耐磨体的厚度×高度尺寸为30mm×50mm，金刚石耐磨体中CoCrW合金所占体积分数为90％，金刚石所占体积分数为10％。采用原料CoCrW预合金粉末其成分质量比例为Co80％、Cr5％、W15％，粉末粒度为0.038～0.044mm(300/325目)。所用金刚石粒度为0.12～0.15mm(100/120目)。
其制作工艺流程为：
步骤一：准备CoCrW预合金粉末和金刚石，其中CoCrW预合金粉末其成分质量比例为Co80％、Cr5％、W15％，粒度为0.038～0.044mm(300/325目)；金刚石粒度为0.12～0.15mm(100/120目)；
步骤二：按照配方比例计算和称量所需CoCrW预合金粉末和金刚石；
步骤三：将CoCrW预合金粉末与金刚石放入球磨混料机中混合均匀；
步骤四：在计算机三维建模软件中建立孕镶金刚石耐磨体模型，以STL格式存储模型文件，再利用切片软件直接对该文件进行切割，使其各片层厚度具有可加工性，将最终切片文件导入激光3D打印设备中；
步骤五：将混合均匀的粉末(含金刚石)放入打印机的供粉缸内，设定激光打印机的工作参数，即激光功率为600W，扫描速率0.04m/s，粉层厚度0.15mm，启动设备，逐层铺粉打印孕镶金刚石耐磨体，直至孕镶金刚石耐磨体打印到设定厚度和高度尺寸；
步骤六：取出打印好的孕镶金刚石耐磨体，镶嵌在切割环基体凹槽中，即制造完成。
应用效果
该实施例1切割环和硬质合金眼镜板组成摩擦副，进行了装机使用，在四川城都，混凝土为标准为C30，混凝土骨料为花岗石破碎骨料，工程期为2020年1月至2020年4月底，使用实施例1所制备的孕镶金刚石切割环在整个工程过程中连续输送10000方混凝土，至工程结束时，孕镶金刚石切割环表面依旧较光滑，具有金属光泽，仍然具有继续使用的价值。而普通切割环仅输送6000方混凝土后，其表面就发黑，生锈，且发生局部变形。
实施例2：
如图1、2所示，混凝土输送泵用孕镶金刚石切割环，其结构包括带凹槽的切割环基体和孕镶金刚石耐磨体两部分。切割环基体凹槽中镶嵌孕镶金刚石耐磨体，设计型号230的切割环孕镶金刚石耐磨体的厚度×高度尺寸为40mm×60mm，金刚石耐磨体中CoCrW合金所占体积分数为80％，金刚石所占体积分数为20％。采用原料CoCrW预合金粉末其成分质量比例为Co85％、Cr5％、W10％，粉末粒度为0.044～0.053mm(270/300目)。所用金刚石粒度为0.104～0.124mm(120/140目)。
其制作工艺流程为：
步骤一：准备CoCrW预合金粉末和金刚石，其中CoCrW预合金粉末其成分质量比例为Co85％、Cr5％、W10％，粒度为0.044～0.053mm(270/300目)；金刚石粒度为0.104～0.124mm(120/140目)；
步骤二：按照配方比例计算和称量所需CoCrW预合金粉末和金刚石；
步骤三：将CoCrW预合金粉末与金刚石放入球磨混料机中混合均匀；
步骤四：在计算机三维建模软件中建立孕镶金刚石耐磨体模型，以STL格式存储模型文件，再利用切片软件直接对该文件进行切割，使其各片层厚度具有可加工性，将最终切片文件导入激光3D打印设备中；
步骤五：将混合均匀的粉末(含金刚石)放入打印机的供粉缸内，设定激光打印机的工作参数，即激光功率为500W，扫描速率0.05m/s，粉层厚度0.13mm，启动设备，逐层铺粉打印孕镶金刚石耐磨体，直至孕镶金刚石耐磨体打印到设定厚度和高度尺寸；
步骤六：取出打印好的孕镶金刚石耐磨体，镶嵌在切割环基体凹槽中，即制造完成。
该实施例2切割环和硬质合金眼镜板组成摩擦副，进行了装机使用试验，在四川城都，混凝土为标准为C30，混凝土骨料为花岗石破碎骨料，工程期为2020年1月至2020年4月底，使用实施例1所制备的孕镶金刚石切割环在整个工程过程中连续输送11000方混凝土，至工程结束时，孕镶金刚石切割环表面依旧较光滑，具有金属光泽，仍然具有继续使用的价值。而普通切割环仅输送6000方混凝土后，其表面就发黑，生锈，且发生局部变形。
对比例1：
其他条件与实施例1相同，仅是粉层厚度变更为0.10mm，启动设备，耐磨体本身由打印层，层层累积而成，由于层厚较薄，激光功率较大，进行打印以后，耐磨体的硬度和强度较差，当输送8500方C30混凝土后，即发生局部变形而报废。
对比例2：
其他条件不变只是金刚石体积分数变为5％，制作以后，由于金刚石体积减少，不断出刃的金刚石颗粒过少，切割环表面的磨损较严重，耐磨性能明显降低，实际只能输送C30混凝土8000方就报废。
对比例3
其他条件与实施例1相同，仅是孕镶金刚石耐磨体的基体为CoCrWMo合金基体，其中CoCrWMo合金基体其成分质量比例为Co82％、Cr6％、W7％、Mo5％，本发明对比例3所制得的孕镶金刚石切割环，未能与眼镜板成为最匹配的摩擦副，因此在实际工程过程中，仅输送C30混凝土8500方就报废了。

Claims (6)

1.一种孕镶金刚石切割环的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，按设计比例配取CoCrW预合金粉末、金刚石，混合获得混合粉，然后采用激光3D打印法，逐层铺设混合粉打印，获得孕镶金刚石耐磨体，镶嵌于切割环基体凹槽内中，即得孕镶金刚石切割环；
所述CoCrW合金基体，按质量百分比计，其成份组成为Co 40～90％、Cr 5～30％、W5～30％；
所述激光3D打印法的工艺参数为：激光功率为200～800W，扫描速率0.01～0.10m/s，粉层厚度0.02～0.60mm；
所述孕镶金刚石切割环包括切割环基体，以及镶嵌于切割环基体凹槽内的孕镶金刚石耐磨体，所述孕镶金刚石耐磨体由CoCrW合金基体以及分散于CoCrW合金基体中的金刚石组成，所述孕镶金刚石耐磨体中，金刚石的体积分数为8～25％。
2.根据权利要求1所述的一种孕镶金刚石切割环的制备方法，其特征在于：
所述CoCrW预合金粉末的粒径≤0.08mm，所述金刚石的粒径≤0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述制备方法所制备的一种孕镶金刚石切割环，其特征在于：
所述孕镶金刚石耐磨体中，金刚石的体积分数为10～20％。
4.根据权利要求3所述的一种孕镶金刚石切割环，其特征在于：
所述孕镶金刚石耐磨体的壁厚为10～100mm；
所述孕镶金刚石耐磨体的高度为10～100mm。
5.根据权利要求3所述的一种孕镶金刚石切割环，其特征在于：
所述CoCrW合金基体，按质量百分比计，其成份组成为Co 40～90％、Cr 5～30％、W5～30％。
6.根据权利要求1或2所述制备方法所制备的一种孕镶金刚石切割环的应用，其特征在于：将孕镶金刚石切割环应用于混凝土输送泵。
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