CN112873068A - 一种高速金刚石滚轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利属于超硬模具制造的技术领域，具体公开了一种高速金刚石滚轮，包括滚轮主体，滚轮主体由基体和设置在基体外圆面上的磨削层组成，磨削层的两侧分别设置有金属保护层，金属保护层连接基体和磨削层；本装置设置有金属保护层的金属结合剂金刚石滚轮能够满足CBN砂轮高速度、高效率、高精度的修整要求，所加的金属保护层既不影响修整效果，又大大提高了金刚石滚轮的整体强度和刚性；且磨削层的两侧各有一层0.5mm的金属保护层，防止金刚石滚轮在高速磨削中受离心力、磨削力的影响，出现破裂、掉边现象，增强磨削层的强度和刚性，线速度达到80‑125米/秒，能够满足陶瓷结合剂CBN砂轮精度修整的技术要求。

Description

一种高速金刚石滚轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及超硬模具制造的技术领域，尤其是一种高速金刚石滚轮及其制造方法。

背景技术

陶瓷结合剂CBN砂轮主要应用于汽车发动机凸轮轴、曲轴等淬火材料的磨削。在磨削中，为了保证工件的几何精度和表面质量，需要对磨损、钝化的CBN 砂轮进行修整，金刚石滚轮的修整精度是保障CBN砂轮磨削质量的关键环节之一。

目前，大多数企业一直采用电镀金刚石滚轮和普通金属结合剂金刚石滚轮修整CBN砂轮，对CBN砂轮磨削质量的持续性、稳定性有一定的影响，其中，电镀金刚石滚轮在砂轮基体上镀有一层金刚石磨料，外径尺寸很难控制，滚轮磨钝后只能更换，影响CBN砂轮的持续性及磨削效率，而普通的金属结合剂金刚石滚轮，线速度只能达到≤60米/秒，修整质量和效率也不理想。

基于此，如何设计一种滚轮能够满足CBN砂轮高速度、高效率、高精度的修整要求是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种高速金刚石滚轮及其制造方法，能够满足CBN砂轮高速度、高效率、高精度的修整要求，且提高金刚石滚轮的整体强度和刚性，以及提升线速度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

设计一种高速金刚石滚轮，包括滚轮主体，所述滚轮主体由基体和设置在基体外圆面上的磨削层组成，所述磨削层的两侧分别设置有金属保护层，所述金属保护层连接基体和磨削层。

进一步，所述磨削层两侧的金属保护层的厚度均为0.5mm。

进一步，所述基体包括上基体和下基体，且所述金属保护层分别与上基体和下基体固定连接或一体化设置。

进一步，所述下基体的凸面外径和上基体的内孔过盈配合。

进一步，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料20-40％，金属结合剂60-80％，其中金刚石磨料的粒度为40-150 目；

金属结合剂以下重量份原料：

青铜粉50-60％，钴粉10-20％，铁粉10-20％，钛粉5-10％，镍粉5-10％。

进一步，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料40％，金属结合剂60％，其中金刚石磨料的粒度为40-50目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉50％，钴粉20％，铁粉10％，钛粉10％，镍粉10％。

进一步，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料30％，金属结合剂70％，其中金刚石磨料的粒度为80-100目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉55％，钴粉15％，铁粉15％，钛粉8％，镍粉7％。

进一步，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料20％，金属结合剂80％，其中金刚石磨料的粒度为120-140目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉60％，钴粉10％，铁粉20％，钛粉5％，镍粉5％。

另，一种用于上述高速金刚石滚轮的制造方法，包括以下步骤：

步骤1，按照金属结合剂的原料配方中各组分配比称取青铜粉、钴粉、铁粉、钛粉、镍粉混合，过100目筛后备用；

步骤2，按照磨削层的原料配方中各组分配比称取金刚石磨料、金属结合剂，且金刚石磨料经湿润剂湿润后与金属结合剂混合，过30目筛，得到磨削层混合料；

步骤3，将下基体置入模具内，然后将步骤2中获取的磨削层混合料投入下基体和模具之间的缝隙中，划松、刮平后，将上基体置入模具中压制成型，与下基体成为一体；

步骤4，保持在30Mpa的预定压力下，将基体压平、脱模，得到滚轮毛坯；

步骤5，将滚轮毛坯放入带有氮气气体保护的电炉中烧结，升温速率200℃ /h，最终烧成温为780-830℃，且保温3小时后自然冷却、取出，得到高速金刚石滚轮半成品；

步骤6，将步骤5得到的高速金刚石滚轮半成品加工、修磨，制成高速金刚石滚轮成品。

进一步，步骤5中，最终烧成温度为800℃。

与现有技术相比，本发明提供的一种高速金刚石滚轮及其制造方法结构与众不同，操作方便，设置有金属保护层的金属结合剂金刚石滚轮能够满足CBN 砂轮高速度、高效率、高精度的修整要求，所加的金属保护层既不影响修整效果，又大大提高了金刚石滚轮的整体强度和刚性；且磨削层的两侧各有一层 0.5mm的金属保护层，防止高速金刚石滚轮在高速磨削中受离心力、磨削力的影响，出现破裂、掉边现象，增强磨削层的强度和刚性，线速度达到80-125 米/秒，能够满足陶瓷结合剂CBN砂轮精度修整的技术要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为一种高速金刚石滚轮的结构示意图。

附图2为一种高速金刚石滚轮的上基体、下基体和模具的装配示意图。

附图3为一种高速金刚石滚轮的生产流程图。

图中：1.基体，101.上基体，102.下基体，2.磨削层，3.金属保护层，4. 凸面，5.内孔，6.模具，7.上压垫。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1所示，作为本发明一优选实施例的设计一种高速金刚石滚轮，包括滚轮主体，滚轮主体由基体1和设置在基体1外圆面上的磨削层2组成，该结构为滚轮的现有技术，且磨削层2的两侧分别设置有金属保护层3，金属保护层3连接基体1和磨削层2，进而提升基体1和磨削层2之间的连接强度，且利用金属保护层3夹持磨削层2，防滚轮高速转动时，磨削层2受离心力作用而脱离基体1。

应用上述高速金刚石滚轮时，设置有金属保护层3的金属结合剂金刚石滚轮能够满足CBN砂轮高速度、高效率、高精度的修整要求，所加的金属保护层 3既不影响修整效果，又大大提高了金刚石滚轮的整体强度和刚性；且磨削层 2的两侧各有一层0.5mm的金属保护层3，防止金刚石滚轮在高速磨削中受离心力、磨削力的影响，出现破裂、掉边现象，增强磨削层2的强度和刚性，线速度达到80-125米/秒，能够满足陶瓷结合剂CBN砂轮精度修整的技术要求。

在上述实施例的基础之上，金属保护层3之间形成的环形沟槽的槽底宽度大于沟槽的开口宽度，进一步夹紧磨削层2，利用槽底和开口之间形成的台阶阻挡磨削层2脱离沟槽。

在上述实施例的基础之上，为了更好的技术要求，基体1包括上基体101 和下基体102，且金属保护层3分别与上基体101和下基体102固定连接或一体化设置，以便于加工压制滚轮时，通过组装的方式，方便向金属保护层3之间形成的沟槽中装填磨削层2混合料，以后续加工，具体可参考下述制备工艺。

为了更好的技术效果，所述下基体102的凸面4穿插在上基体101的内孔 5内，且所述凸面4和内孔5过盈配合，通过挤压的方式即可将凸面4插入内孔5内，以过盈配合的方式将上基体101和下基体102连接，形成基体1，且需要说明的是，圆形的凸面4和内孔5分别与下基体102和上基体101同心，且需要注意的是，凸面4设置有滚轮的安装孔，用于使用安装。

在上述实施例的基础之上，上述磨削层2包括以下重量份原料：

金刚石磨料20-40％，金属结合剂60-80％，其中金刚石磨料的粒度为 40#-150#；

金属结合剂以下重量份原料：

青铜粉50-60％，钴粉10-20％，铁粉10-20％，钛粉5-10％，镍粉5-10％。

具体实施例1

上述磨削层2包括以下重量份原料：

金刚石磨料40％，金属结合剂60％，其中金刚石磨料的粒度为40#-50#；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉50％，钴粉20％，铁粉10％，钛粉10％，镍粉10％。

具体实施例2

上述磨削层2包括以下重量份原料：

金刚石磨料30％，金属结合剂70％，其中金刚石磨料的粒度为80#-100#；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉55％，钴粉15％，铁粉15％，钛粉8％，镍粉7％。

具体实施例3

上述磨削层2包括以下重量份原料：

金刚石磨料20％，金属结合剂80％，其中金刚石磨料的粒度为120#-140#；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉60％，钴粉10％，铁粉20％，钛粉5％，镍粉5％。

另，如图2和3所示，一种用于上述高速金刚石滚轮的制造方法，包括以下步骤：

步骤1，按照金属结合剂的原料配方中各组分配比称取青铜粉、钴粉、铁粉、钛粉、镍粉混合，过100目筛后备用；

步骤2，按照磨削层2的原料配方中各组分配比称取金刚石磨料、金属结合剂，且金刚石磨料经湿润剂湿润后与金属结合剂混合，过30目筛，得到磨削层2混合料，其中，湿润剂可选为酒精；

步骤3，将下基体102置入模具6内，然后将步骤2中获取的磨削层2混合料投入下基体102和模具6之间的缝隙中，需要说明的是，模具为与下基体 102同轴的环形，磨削层2混合料即填入凸面4和模具之间的缝隙，划松、刮平后，将上基体101置入模具6以与下基体102连接，即将内孔5对准凸面4，压制成型，以使上基体101和下基体102成为一体；

步骤4，保持在30Mpa的预定压力下，将基体1压平，即将凸面4压入内孔5，且将填充的磨削层2混合料压实，然后去除模具，得到滚轮毛坯；

其中，需要说明的是，为保证压平基体1，可在上基体101的上端放置上压垫7，通过上压垫7将压力均匀分散作用在上基体101的各处。

步骤5，将滚轮毛坯放入带有氮气气体保护的电炉中烧结，升温速率200℃ /h，最终烧成温为780-830℃，具体地，可将最终烧成温度设置为800℃，且保温3小时后自然冷却，取出，得到高速金刚石滚轮半成品；

需要注意的是，由于升温速率为200℃/h，升温速度较快，因此本申请采用埋砂烧结，但不限于与这一种方式，其他能实现相同功能的烧结方式均在本申请的保护范围之内。

步骤6，将步骤5得到的高速金刚石滚轮半成品根据客户提供的滚轮图纸要求加工、修磨，制成高速金刚石滚轮成品，具体的加工和修磨可参考图纸进行，最终形成图1展示的结构形状。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高速金刚石滚轮，包括滚轮主体，所述滚轮主体由基体和设置在基体外圆面上的磨削层组成，其特征在于，所述磨削层的两侧分别设置有金属保护层，所述金属保护层连接基体和磨削层。

2.根据权利要求1所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述磨削层两侧的金属保护层的厚度均为0.5mm。

3.根据权利要求2所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述基体包括上基体和下基体，且所述金属保护层分别与上基体和下基体固定连接或一体化设置。

4.根据权利要求3所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述下基体凸面外径和上基体的内孔过盈配合。

5.根据权利要求4所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料20-40％，金属结合剂60-80％，其中金刚石磨料的粒度为40-150目；

金属结合剂以下重量份原料：

青铜粉50-60％，钴粉10-20％，铁粉10-20％，钛粉5-10％，镍粉5-10％。

6.根据权利要求5所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述磨削层以下重量份原料：

金刚石磨料40％，金属结合剂60％，其中金刚石磨料的粒度为40-50目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉50％，钴粉20％，铁粉10％，钛粉10％，镍粉10％。

7.根据权利要求5所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料30％，金属结合剂70％，其中金刚石磨料的粒度为80-100目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉55％，钴粉15％，铁粉15％，钛粉8％，镍粉7％。

8.根据权利要求5所述的高速金刚石滚轮，其特征在于，所述磨削层包括以下重量份原料：

金刚石磨料20％，金属结合剂80％，其中金刚石磨料的粒度为120-140目；

金属结合剂包括以下重量份原料：

青铜粉60％，钴粉10％，铁粉20％，钛粉5％，镍粉5％。

9.一种用于权利要求5至8任一所述高速金刚石滚轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按照金属结合剂的原料配方中各组分配比称取青铜粉、钴粉、铁粉、钛粉、镍粉混合，过100目筛后备用；

步骤2，按照磨削层的原料配方中各组分配比称取金刚石磨料、金属结合剂，且金刚石磨料经湿润剂湿润后与金属结合剂混合，过30目筛，得到磨削层混合料；

步骤3，将下基体置入模具内，然后将步骤2中获取的磨削层混合料投入下基体和模具之间的缝隙中，划松、刮平后，将上基体置入模具中压制成型，与下基体成为一体；

步骤4，保持在30Mpa的预定压力下，将基体压平、脱模，得到滚轮毛坯；

步骤5，将滚轮毛坯放入带有氮气气体保护的电炉中烧结，升温速率200℃/h，最终烧成温为780-830℃，且保温3小时后自然冷却、取出，得到高速金刚石滚轮半成品；

步骤6，将步骤5得到的高速金刚石滚轮半成品加工、修磨，制成高速金刚石滚轮成品。

10.根据权利要求9所述的高速金刚石滚轮的制造方法，其特征在于，步骤5中，最终烧成温度为800℃。

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