CN1218814C - 金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法,通过如下步骤制成:配制工作层粉体原料-冷压制生坯或松装制生坯-组合成介质与生坯组合体-组合体快速加热-组合体热锻加压-冷却-分解组合体-进一步加工。用本发明制造金属或陶瓷结合剂超硬磨具,由于在热锻过程中采用无模液静加压,无模具跟随,因此不仅使坯体各方向受力均匀,且可以大量地节约模具,同时避免了模具型腔尺寸的变化对磨具精度的影响,节约了资金和能源。本发明不仅适用于全粉压制、基体和粉料结合压制超硬磨具,也适用于压制各种超硬磨块。
Description
技术领域
本发明涉及工具制造领域,特别是一种以金属或陶瓷为结合剂的超硬磨具的制造方法。
背景技术
目前,超硬磨具制造大多采用等温锻造法,其原理是将原材料粉体装入等温模具后,模具和粉体一并送入加热炉加热保温,最后出炉锻造,由于整个锻造过程中,模具与工件温度相同而得名为等温锻造,其基本过程包括:装模--预压--加热--锻造--冷却--卸模--进一步加工。等温锻造工艺在世界已发展了数十年,但尚有几大难题困扰着众多磨具制造商:
其一为模具问题:(1)模具费用高,加工极其困难。国外制造商采用价值昂贵的高级高温合金为材料制造等温模具,价格约为9-10万美元一吨,造成极高的模具费用,并且这种材料极难加工;国内厂商常采用低等级的模具材料,模具寿命只能达到几次甚至一、两次,并且要专门配备一个模具车间不间断地制造模具,这样反而成倍地提高了模具的费用;(2)模具数量众多资金占用量大。等温锻造要求一个工料配一套模具并跟随整个工艺流程,因此每个生产批次有多少个工件,就必须配置多少套模具,从而使模具配备数量众多,当生产批量较大时模具占用的资金可以超过固定资产,造成巨大的资金占用;(3)模具精度的稳定性差,造成产品的质量稳定性差:由于工况恶劣,即使采用高级材料也不能保证模具型腔尺寸精度的稳定性,而模具型腔的尺寸精度直接影响产品的致密度,产品的致密度直接影响产品的内在质量。
其二这种工艺的自身特点决定了它无法采用自动化生产技术,必须依靠大量的手工作业,单件生产,至使劳动生产率低下,产品质量人为因素多,难于控制,制造成本高。
其三这种工艺能耗大,能源浪费严重。在正常情况下,这种工艺的模具重量是工件重量的5-10倍,而模具与工件需同时加热,这样热能有80-90%被模具消耗掉,致使能源浪费严重。
其四是有模单向加压,所以胎体的密度在不同的方向容易不均匀。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足,提供一种金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法。该方法无需模具跟随生产过程,而通过传压介质实现全方位液静加压,从而降低模具的占用量,减少由于模具型腔尺寸的变化对工件精度和质量的影响,并能使磨具胎体各部位的致密度更加均匀,降低这种超硬磨具的生产成本和能耗,提高劳动生产效率。
为实现本发明的目的,金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法包括如下步骤:
a、将超硬磨料与金属粉料或陶瓷粉料混合均匀制得的工作层粉体原料,再与基体或基体粉料组合,生成磨具生坯;
b、将磨具生坯置于装有传压介质的隔套中心,组合成介质-生坯组合体;
c、将介质-生坯组合体放入加热炉内加热,至粉体原料的固结温度后保温0-6小时;
d、将介质-生坯组合体从加热炉内取出,放入热锻模具内在压力机上快速热锻加压,压力范围为1MPa-10GPa;
e、将介质-生坯组合体从热锻模具内取出,冷却至常温;
f、将冷却后的介质-生坯组合体在外力作用下分解,使介质与磨具坯体分离;
g、磨具坯体进入下道工序进行加工,制成成品。
所述的磨具生坯生成方法为冷压制生坯生成法:按产品选用相应规格的模具,在模具内装入基体粉料或基体和工作层粉体原料后,加上压头,放置在压力机上快速加压模具,使基体粉料或基体和工作层粉体原料成型后脱模,制得磨具生坯,压力范围为200-1500兆帕。
所述的磨具生坯生成方法也可以为松装生坯法:按产品选用相应规格的包套,在包套内装入基体粉料和工作层粉体原料,抽真空后封闭包套。真空度一般在1Pa-5×10-1Pa范围。
金属或陶瓷结合剂超硬磨具中,使用的超硬磨料为金刚石或立方氮化硼;使用的金属粉料为铜基、铁基、镍基、钴基、铝基、钨-钼基、碳化物基粉料的一种或两种或两种以上的混合物;使用的陶瓷粉料为氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一种或两种或两种以上的混合物。
所述的介质-生坯组合体有一种或两种或两种以上的用隔套相隔离的传压介质;隔套是由碳钢或耐热钢薄板制成的可用盖子封闭或无盖的容器。
所述的组合体中的传压介质为刚性球状颗粒介质或流态介质。其中球状颗粒介质可以是球状陶粒或钢砂;流态介质可以是延性金属、延性金属合金、叶腊石、滑石、非晶态无机非金属材料或熔盐。
前述的球状颗粒介质用于各种烧结温度的磨具。流态介质用于其软化或熔化温度低于磨具的烧结温度的场合。
所述的组合体中的传压介质中:熔盐为粉状氯化钠、氯化钾或硝酸钠;延性金属为具有生坯模腔的固体铁、铜或镍;延性金属合金为具有生坯模腔的固体铜合金、铁合金或镍合金;非晶态无机非金属材料为粉状B2O3、PbO、SiO2、K2O、Na2O中二种以上的非晶态混合物。
本发明金属或陶瓷结合剂超硬磨具制造方法,具有如下优点:(1)本方法在生坯生成后即从模具内取出,在此以后的工艺过程中无需模具跟随,因此大大减少了模具的占用量,降低了生产成本、节约了资金;(2)本工艺将材料的成型与致密化过程分离,在室温下冷压或松装成型,然后再利用高温传压介质进行热致密化,变有模单向加压为无模全方位液静加压,坯体在各方向的受压均匀,使磨具的胎体密度均匀一致,同时整个工艺流程很容易实现自动化生产,组成一条无模液静生产线,其生产效率可达到过去一套老生产线的50-100倍;(3)本方法在生坯生成后即从模具内取出,与介质组成组合体后在热锻模内通过压力机压制到所规定的尺寸,不再受模具内腔尺寸变化的影响,因此提高了磨具的尺寸精度和内在质量;(4)本方法由于模具不和生坯一起加热,因此没有模具对热量的消耗,降低了能耗,节约了能源。
以下结合实施例和附图对本发明做进一步的介绍。
附图说明
图1介质—生坯组合体示意图;
图2基体和粉料结合法冷压制生坯的一种模具组装示意图。
具体实施方式
本发明的制作方法具体包括如下步骤:
a、配制工作层粉体原料并生成生坯:将一定粒度的超硬磨料与金属或陶瓷粉料按一定的比例混合均匀,制得工作层粉体原料。所选用的超硬磨料可以是金刚石也可以是立方氮化硼。金属粉料与普通的等温热锻加工方法所使用的金属粉料基本相同,可以是铜基金属、铁基金属、镍基金属,铝基金属、钼-钨基金属、碳化物基金属中的一种,也可以是上述金属粉料中的两种或两种以上的混合物。陶瓷粉料与现有技术中使用的陶瓷粉料基本相同,可以是氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一种也可以是上述两种或两种以上的混合物。工作层粉体原料中超硬磨料与金属或陶瓷粉料的比例与现有技术的基本相同,根据磨具的具体使用情况配制,也可以根据需要添加添充料,但操作中一定要混合均匀,保证磨具的各部位材料均匀一致。生坯生成有两种方法:
第一种为冷压制生坯法。采用冷压制生坯法可以选用全粉压制也可采用基体与工作层粉体原料结合压制。具体是按产品规格选用适当规格的模具,在涂有涂模剂的模具内按工艺要求装入基体粉料和工作层粉体原料或基体和工作层粉体原料后,加上压头,移至压力机上快速加压模具,使基体粉料或基体和工作层粉体原料成型后脱模,制得生坯。采用上述方法制作生坯时要求加压越迅速越好,压强越大越好,压力范围可为200兆帕以上。但就现有技术情况,压强受压机功率和模具材料的限制,不能太高。综合考虑目前的工装、制造技术和生产成本,一般选择压力范围为200-700兆帕,如200兆帕、230兆帕、250兆帕、300兆帕、350兆帕、400兆帕、450兆帕、500兆帕、550兆帕、600兆帕、650兆帕。目前所能选用的较好的压力范围为300-700兆帕,更好为400-700兆帕,既能保证较好的压力又不会对模具材料的要求太高而使生产成本增加太多。对于难压制材料,如果从工艺的角度和目前普遍的技术水平出发,适当考虑经济性,目前压力范围最好为1000兆帕-1500兆帕,如1000兆帕、1100兆帕、1200兆帕、1300兆帕、1400兆帕、1500兆帕。压力机选用工业上普遍使用的压力机,只要其压力能够达到上述压力范围的要求即可。所使用的模具与普通工艺所使用的模具相同,如图2提供了一种模具的组装示意图。使用时将下压板6、基体2、上压板8通过螺栓5组装好,装入外套3内后装下压环4,将工作层粉体原料1装入模具型腔,装上压环7,移至压机上冷压成生坯。
第二种为松装生坯法。按产品选用相应的碳钢、耐热钢、玻璃或陶瓷包套并在型腔内涂脱模剂,按工艺要求装入基体粉料和工作层粉体原料,抽真空后封闭包套即可,真空度一般在1Pa-5×10-1Pa范围,例如:含Ti生坯真空度应达1×10-2Pa以上;663青铜生坯1Pa即可。装料时相对冷压密度为75-90%,较好为80-90%,最好为83-88%,如83%、84%、85%、86%、87%、88%。所述的模具和包套的内腔尺寸应与所加工的磨具的外形相匹配。
b、将磨具生坯置于装有传压介质的隔套中心,组合成介质-生坯组合体。介质-生坯组合体可以有一种或两种或两种以上的用隔套相隔离的传压介质,要求介质应具有良好的各向传压特性,以获得密度均匀的胎体和基体。
传压介质在刚性球状颗粒介质或流态介质中选择。其中球状颗粒介质可以是球状陶粒或钢砂等;流态介质可以是延性金属、延性金属合金、叶腊石、滑石、非晶态无机非金属材料或熔盐等。上述延性金属较好选用铜、铁或镍等;上述延性金属合金较好选用铜合金、铁合金或镍合金;上述非晶态无机非金属材料较好选用B2O3、PbO、Na2O、K2O、SiO2中的两种以上的非晶态混合物;上述熔盐较好选用NaCl、KCl或NaNO3。
一般情况下,颗粒介质用于各种烧(固)结温度的磨具。流态介质用于其熔化温度与磨具的烧(固)结温度一致(相同、保持......比例关系)的场合。传压介质在组合使用中,当考虑延长热锻操作允许时间,可以内层为流态介质,外层为颗粒介质;传压介质在组合使用中,当考虑提高颗粒介质的加工精度时,可以是内层为颗粒介质,外层为流态介质;传压介质在组合使用中,为延长操作允许时间,降低生坯要求,同时保证精度,可以内层为颗粒介质,中层为流态介质,外层为颗粒介质。如何确定选用何种介质与所使用的工作层粉体原料的种类、成品的精度有关,但必须保证所选用的介质在粉体原料所需的固结温度、保温时间和工艺参数下具有良好的各向传压特性。球状陶粒在压力低、精度低时优先选用。本发明选用介质的热稳定性较高,因此在烧结温度下与生坯的扩散很微小,不至于影响质量。如遇个别活性较高的生坯材料,可采用与之无反应的介质,或使用低扩散的涂料、包套解决。
组合体中的隔套是由耐热钢薄板制成的可用盖子封闭或无盖的容器,用来盛装传压介质和生坯。如图1所示,隔套14中装有球状陶粒11,它的中心放置上口用盖子12封闭的隔套13,隔套13内为非晶态无机非金属材料10,生坯9置于它的中心。
c、将介质-生坯组合体放入加热炉内加热,至粉体原料的固结温度后保温0-6小时。加热炉采用普通的工业用加热炉即可。
d、组合体热锻加压:将步骤c生成的介质-生坯组合体从加热炉内取出后放入热锻模具内,在压力机上快速热锻加压模具,使胎体达到规定尺寸。热锻压力范围可为1兆帕或1兆帕以上,最高可达10Gpa。从工艺的角度来讲,压强越大越好,但就现有状况,压强受压机功率和模具材料的限制,不能太高,否则会压坏模具或成本昂贵。在目前的技术水平条件下一般为1兆帕-1000兆帕,如1兆帕、50兆帕、100兆帕、150兆帕、200兆帕、230兆帕、250兆帕、300兆帕、350兆帕、400兆帕、450兆帕、500兆帕、550兆帕、600兆帕、650兆帕、700兆帕、750兆帕、800兆帕、850兆帕、900兆帕、950兆帕、1000兆帕,较好的压力为300兆帕-700兆帕,最好为700兆帕。
e、冷却:将介质-生坯组合体从模具内取出后冷却至室温。冷却时可采用室温冷却,也可采用向介质-生坯组合体加水等快速冷却的方法。
f、分解组合体:将冷却后的介质-生坯组合体在外力作用下分解,使介质与坯体分离。
g、进一步加工:坯体进入下道工序进一步加工成所要求的尺寸。
本发明的方法不仅适用于超硬金刚石磨具,而且适用于金刚石磨块的制造。
介质选用表
介质种类 | 适用条件 | ||||
熟坯精度 | 烧结温度℃ | 热锻压力MPa | 加压操作速度 | 冷坯密度及包套 | |
刚性球状颗粒 | 最低纵向与横向收缩系数相差很大,通常纵向收缩,横向膨胀,棱角部分圆化。应用于精度和表面粗糙度较低的工件。 | 0-1200℃适于所有磨具的烧结温度。400℃以下可采用钢砂、陶粒;400℃以上,可采用Al2O3或Si3N4等陶粒。 | 最低理论要求低于400MPa,一般应低于200MPa否则应采用Si3N4陶粒。 | 最宽由于温度不影响传压特性,因此允许较长时间的加压操作。热锻可允许有15分钟的加压时间。 | 最宽对冷压坯密度及包套无孔隙度要求。 |
延性金属 | 低由于其变形抗力较大,熟坯精度较低,表面粗糙度较好。 | 低碳钢>900℃<1200℃,铜合金>600℃<850℃。 | 大于200MPa | 较宽由于金属拥有较高的比热容,因此降温慢,允许较长的加压时间。 | 宽可直接用延性金属本身封焊成包套。 |
叶腊石滑石 | 中等由于烧结温度下,其流动性较好,因此适合中等精度工件制造。 | >850℃<1500℃ | 大于50MPa | 窄由于其比热容很小,并且其传压特性对温度非常敏感,因此要求快速操作。 | 烧结温度超过1000℃时冷压坯的密度应大于80%,采用气闭性包套。 |
非晶态无机非金属材料 | 高由于其在烧结温度下较宽范围内流动性很好,因此熟坯各项收缩均匀,精度很高,粗糙度也很好。 | 宽通过调整PbO和B2O3等组分含量可得到不同软化点与流动性的非晶态介质,使之在300℃-1500℃具备合适的传压特性 | 宽1-5GPa | 窄由于此种介质比热容很低,因此降温较快,并且其流动性对温度较为敏感,故要求较快的操作速度,φ200mm工件加压过程应在5分钟内完成加压。 | 高流动性介质需采用气闭性包套。 |
熔盐 | 最高由于完全融化,具有最好的流动性,因此可得到最好的精度与表面粗糙度。 | 宽通过选用不同成分的盐,可得到300℃-1500℃熔点的介质。 | 宽1-5GPa | 极窄由于流动性随温度变化剧烈,甚至发生凝固而失去流动性,因此要求极快的操作速度,φ200gmm工件使用熔点介质应在半分钟内完成加压。 | 要求最高要求冷压生坯经由预烧结封孔,采用气闭性包套。 |
实施例1
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):85%铜、5%锌、5%锡、3%钴、2%石墨。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内按工艺依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在350兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯;将生坯与作为介质的叶腊石组合成介质-生坯组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至850℃并保温3小时后;将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为500兆帕;将介质-生坯组从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例2
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):50%青铜、35%铁、10%锡、3%钨、2%石墨。将一定粒度的立方氮化硼和金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在包套内依次装入基体粉料和工作层粉体原料抽真空后封闭包套,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在200兆帕左右,将包套从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与叶腊石组合成介质-生坯组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至860℃并保温3小时后,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为500兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例3
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):18%碳化钨、5%镍、4%锰、3%钴、70%铜。介质选用非晶态非金属材料,其组分为(重量百分比):5%的B2O3、15%的氧化钠和80%的氧化硅,冷压压力为500兆帕,热锻压力为200兆帕,加热温度为700℃,保温时间为2小时,其余与实施例1相同。
实施例4
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):39%青铜、40%铁、10%镍、5%钴、4%石墨、2%铬。介质选用非晶态非金属材料,其组分为(重量百分比):5%PbO、8%B2O3、87%的SiO2,冷压压力为700兆帕,热锻压力为200兆帕,加热温度为800℃,保温时间为2小时,其余与实施例1相同。
实施例5
介质选用球状陶粒,金属粉料为钴基胎体,加热温度为850℃,保温时间为4小时,冷压压力为400兆帕,热锻压力为100兆帕,将介质-生坯组合体冷却至室温后,通过振动的方式将介质与生坯分离,其余与实施例1相同。
实施例6
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):60%Al2O3、15%SiC、15%ZrO2、10%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和上述陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的具有生坯模腔的20#钢组合成介质-生坯组合体,使20#钢包覆在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃左右并保温2小时后,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为600兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后经机械加工去掉介质后得工件,进入下道工序加工。
实施例7
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):70%Al2O3、10%SiC、15%MgO、5%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的具有生坯模腔的铜-镍合金组合成介质-生坯组合体,并使铜-镍合金均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃左右并保温2小时后,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为700兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后,经机械加工去除铜-镍合金得工件,进入下道工序加工。
实施例8
超硬磨料选取立方氮化硼,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):75%MgAl2O4、15%Si3N4、10%硼玻璃。将一定粒度的金刚石和上述陶瓷粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在900兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将含有10%的B2O3、15%Na2O和75%的SiO2的非晶态混合物作为介质,将生坯与介质组合成介质-生坯组合体,并使介质均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至900℃左右并保温6小时使介质软化,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为100兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后用小锤击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例9
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):60%Al2O3、15%SiC、15%ZrO2、10%硼玻璃。介质选用KCl,冷压压力为900兆帕,热锻压力为700兆帕,加热温度为950℃,保温时间为2小时,其余与实施例1相同。
实施例10
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):WC10%、Co20%、Fe40%、Cu25%、Sn5%。将一定粒度的金刚石和金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的铜-镍合金组合成介质-生坯组合体,并使铜-镍合金均布在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃左右并保温2小时使铜-镍合金软化,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为200兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后,经机械加工,将铜-镍合金与工件分离后进入下道工序加工。
实施例11
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):铁50%、镍20%、铜25%、锡5%。将一定粒度的金刚石和上述金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在600兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的20#钢组合成介质生坯组合体,并使20#钢包覆在生坯的四周,将组合体移入加热炉内加热至950℃左右并保温2小时后,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为200兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后经机械加工,将20#钢与工件分离后进入下道工序加工。
实施例12
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):铝95%、铜5%。将一定粒度的金刚石和上述金属粉料按比例混合均匀制得工作层粉体原料,组装好模具并涂脱模剂,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在200兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。生坯与作为介质的非晶态无机非金属材料组合成介质生坯组合体,并使介质均布在生坯的四周,非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O3 12%、PbO 3%、Na2O 12%、K2O 1%其余为SiO2。将组合体移入加热炉内加热至500℃左右并保温2小时使介质软化,将组合体移入热压模内,加上压头,在压机上快速加压,压力为1兆帕,从热压模内取出组合体,在室温下冷却至室温后用锤击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例13
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):Al2O3 90%、硼玻璃10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在1000兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的叶腊石组合成介质-生坯组合体,使叶腊石均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至950℃并保温3小时使介质软化,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为500兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例14
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):W 50%、Ag 10%、Cu 40%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的陶粒组合成介质-生坯组合体,使陶粒均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至950℃并保温4小时,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为100兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温,通过机械振动的方式将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例15
超硬磨料选取金刚石,金属粉料的组分为(重量百分比):Fe 70%、Cu 20%、Zn 10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入基体和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在700兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的滑石组合成介质-生坯组合体,使滑石均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至900℃并保温2小时使介质软化,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为100兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例16
超硬磨料选取立方氮化硼,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):SiC 90%、硼玻璃10%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在1000兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。将生坯与作为介质的滑石组合成介质-生坯组合体,使滑石均布在生坯的四周,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至1000℃并保温2小时使介质软化,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为100兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例17
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):Cu 90%、Sn 10%。介质选用NaCl,冷压压力为500兆帕,热锻压力为100兆帕,加热温度为850℃,保温时间为2小时,其余与实施例16相同。
实施例18
超硬磨料选取立方氮化硼,金属粉料的组分为(重量百分比):Co 100%。将上述工作层粉体原料混合均匀。组装好模具并在其内涂脱模剂,在模具内依次装入基体粉料和工作层粉体原料,加上压头,移至压机上快速加压,压力控制在500兆帕左右,将模具从压机上移下后,脱模制得生坯。如图3所示,组合球状陶粒11和非晶态无机非金属材料10两种介质,用隔套隔开,将生坯9置于最内层介质的中心,制成介质-生坯组合体。非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O3 12%、PbO 3%、Na2O 12%、K2O 1%,将介质-生坯组合体移入加热炉内加热至900℃并保温2小时使介质软化,将介质-生坯组合体移入热锻模具内,加上压头,在压机上快速热锻加压,压力为200兆帕,将介质-生坯组合体从热锻模内取出,在室温下冷却至室温后用锤子击打,将介质与工件分离后进入下道工序加工。
实施例19
超硬磨料选取金刚石,陶瓷粉料的组分为(重量百分比):Al2O3 90%、硼玻璃10%。介质选用非晶态无机非金属材料与叶腊石的组合,将叶腊石放在外层,非晶态无机非金属材料放在内层,非晶态无机非金属材料的组分为(重量百分比):B2O3 12%、PbO 3%、Na2O 12%、K2O 1%,冷压压力为1000兆帕,热锻压力为200兆帕,加热温度为900℃,保温时间为2小时,其余与实施例16相同。
Claims (26)
1一种金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法,包括如下步骤:
a、将超硬磨料与金属粉料或陶瓷粉料混合均匀制得的工作层粉体原料,再与基体或基体粉料组合,生成磨具生坯;
b、将磨具生坯置于装有刚性球状颗粒传压介质或流态传压介质的隔套中心,组合成介质-生坯组合体;
c、将介质-生坯组合体放入加热炉内加热,至粉体原料的固结温度后保温0-6小时;
d、将介质-生坯组合体从加热炉内取出,放入热锻模具内在压力机上快速热锻加压,压力范围为1MPa-10GPa;
e、将介质-生坯组合体从热锻模具内取出,冷却至常温;
f、将冷却后的介质-生坯组合体在外力作用下分解,使介质与磨具坯体分离;
g、磨具坯体进入下道工序进行加工,制成成品。
2如权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的超硬磨料为金刚石或立方氮化硼。
3如权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于所述的金属粉料为铜基、铁基、镍基、钴基、铝基、钨-钼基、碳化物基粉料的一种或两种或两种以上的混合物。
4如权利要求3所述的制造方法,其特征在于所述的陶瓷粉料为氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一种或两种或两种以上的混合物。
5如权利要求1或4所述的制造方法,其特征在于所述的磨具生坯生成方法为冷压制生坯生成法:按产品选用相应规格的模具,在模具内装入基体粉料或基体和工作层粉体原料后,加上压头,放置在压力机上快速加压模具,使基体粉料或基体和工作层粉体原料成型后脱模,制得磨具生坯,压力范围为200-1500兆帕。
6如权利要求1或4所述的制造方法,其特征在于所述的磨具生坯生成方法为松装生坯法:按产品选用相应规格的包套,在包套内装入基体粉料和工作层粉体原料,抽真空后封闭包套,真空度为1Pa-5×10-1Pa。
7如权利要求1所述的制造方法,其特征在于所述的介质-生坯组合体有一种或两种或两种以上的用隔套相隔离的传压介质;隔套是由碳钢或耐热钢薄板制成的可用盖子封闭或无盖的容器。
8如权利要求1或7所述的制造方法,其特征在于所述的组合体中的刚性球状颗粒传压介质可以是球状陶粒或钢砂。
9如权利要求1或7所述的制造方法,其特征在于所述的组合体中的流态传压介质可以是延性金属、延性金属合金、叶腊石、滑石、非晶态无机非金属材料或熔盐。
10如权利要求7所述的制造方法,其特征在于所述的球状颗粒介质用于各种烧结温度的磨具。
11如权利要求8所述的制造方法,其特征在于所述的球状颗粒介质用于各种烧结温度的磨具。
12如权利要求7所述的制造方法,其特征在于所述的流态介质用于其软化或熔化温度低于磨具的烧结温度的场合。
13如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的流态介质用于其软化或熔化温度低于磨具的烧结温度的场合。
14如权利要求7所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
15如权利要求8所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
16如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
17如权利要求7所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,外层为流态介质。
18如权利要求8所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,外层为流态介质。
19如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,外层为流态介质。
20如权利要求7所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,中层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
21如权利要求8所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,中层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
22如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的传压介质在组合使用中,内层为球状颗粒介质,中层为流态介质,外层为球状颗粒介质。
23如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的熔盐为粉状氯化钠、氯化钾或硝酸钠。
24如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的延性金属为具有生坯模腔的固体铁、铜或镍。
25如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的延性金属合金为具有生坯模腔的固体铜合金、铁合金或镍合金。
26如权利要求9所述的制造方法,其特征在于所述的非晶态无机非金属材料为粉状B2O3、PbO、SiO2、K2O、Na2O中二种以上的非晶态混合物。
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