CN1234369A - 金刚石节块的亚热制造工艺及亚热成型机 - Google Patents
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Abstract
本发明制造工艺为:a.将配制好的胎体粉料与金刚石单晶装入模具内;b.对粉料和模具快速加温,升温时间≤40s,终温380～420℃,料心与模壁温差±5℃;c.以P=350～450Mpa的压力压制成型;d.卸模;e.烧结,烧结温度800～900℃;f.成品检验;以上步骤中,步骤b～d在亚热成型机上进行。为本发明工艺而设计的成型机包括监控系统、时控装置、加热系统、水冷却装置、气动系统、红外温控系统、工作台、传感测力系统及节块压制成型与卸模装置。它可生产出质量高、质量稳定、成本低的金刚石节块,且适于自动化规模生产。
Description
本发明涉及金刚石节块的制造工艺及成型机。
目前国内的金刚石节块(刀头)生产厂家几乎都采用“热压工艺”，即将金刚石节块的胎体金属粉料与人造金刚石单晶混匀后，装入石墨模具内，将模具通电加热升到需要的温度(900℃左右)，用压机压制成型，经人工卸模后再进行尺寸修磨。这种制造工艺的主要缺点是：
1．制造出的成品的机械性能与粉末冶金的常规结论一致，即若要获得高强度，就要牺牲制品的韧性，导致成品的硬度升高，其结果是金刚石节块耐磨，但难于出刃、不锋利，故节块工作效率低下；否则牺牲硬度，则强度迅速下降，其结果使节块的使用寿命大大降低。为此，在金刚石节块配方上下功夫，力图改变这种困境，国内众多厂家和研究结构采用过的配方不下几百种，结果依然很不理想。
2．热压工艺的金刚石节块以石墨为模具，故对节块的科学构形就难以实现，只能制做简单构形的节块，这种节块在工作时要求其受力小、易出刃、可排屑、冷却效果好、省料延寿是难以实现的。故热压工艺难以制做出更高质量的产品。
3．产品质量不稳定，成型节块的形体尺寸差异大，无法实现自动化生产。因热压石墨模具参数变化较大，成批的一致性难以实现，故一批节块热压成型后性能差异较大，其外形尺寸误差在模具使用后期的相对量甚至超过20％，可想这种节块的机械性能差异就更大了。热压设备简单，压制中诸多变量难以精控，大多数环节为人工操作，国内95％以上的厂家皆为作坊式的热压粗放生产。
4．该工艺生产的金刚石节块成本较高、消耗电能大(1度/块)、模具易损费用高(约0.17元/块)、浪费贵重的金刚石单晶、石墨污染工人等等，这些都无法从根本上解决。
国外发达国家目前采用的大多是冷压烧结工艺，只是在冷压上采用更为先进的大吨位压机，烧结(马弗烧结)过程进行了一些技术更新，该工艺虽能克服热压工艺的不少缺陷，但仍有以下不足无法克服：
1．冷压烧结工艺制出的刀头的胎体致密性不如热压的好。热压工艺可使节块致密性达到理论值的98％左右，而冷压烧结略有逊色，故该工艺的产品质量难以达到最理想值。
2．存在热压工艺的第一种缺点，难以实现更高质量更低成本的金刚石节块。
3．冷压工艺节块的制造成本较高(主要在模具和压机上)。
有鉴于上述，本发明的目的是提供一种金刚石节块亚热制造工艺及金刚石节块亚热成型机，它可生产出质量高、质量稳定、成本低的金刚石节块，且适于自动化规模生产。
本发明的目的是这样实现的：
一种金刚石节块亚热制造工艺，其特征在于它按以下步骤进行：
a．将配制好的胎体粉料与金刚石单晶装入模具内；
b．对粉料和模具快速加温，升温时间≤40s，终温380～420℃，料心与模壁温差±5℃；
c．以P=350～450Mpa的压力压制成型；
d．卸模；
e．烧结，烧结温度800～900℃；
f．成品检验；
以上步骤中，步骤b～d在亚热成型机上进行。
一种根据金刚石节块亚热制造工艺而设计的亚热成型机，它包括：
监控系统，其由计算机及相应电控装置构成；
时控装置，其可根据工艺要求和因供电情况变化导致温控时间变化而随时调控升温时间；
加热系统，其由加热电源和受热模具构成；
水冷却装置；
气动系统；
红外温控系统；
工作台；
传感测力系统及节块压制成型与卸模装置，其由液压及其电控系统构成。
所述气动系统由空气压缩机、空气干燥净化器、贮气罐、控制器、传动气缸构成；所述红外温控系统由红外接收器、红外电子模块、显示器构成。
本发明与已有技术相比，具有以下优点：
本发明工艺是一种制造金刚石节块的更新工艺，既不同于热压工艺，又不同于冷压烧结工艺，同时也别于中科院合肥分院于1996年申报的“温密”制造工艺专利。它为金刚石节块的高质量、低成本、自动化规模生产提供了更加有力的保证。美国的“温压工艺”(压制温度为100～200℃)是对传统的粉末冶金“冷压”与“热压”工艺的一个突破，是九十年代粉末冶金工业公认的一次最大进步。而本发明工艺相对“温压工艺”而言，又是一个新的前进。
本发明工艺比“温密工艺”制造金刚石节块更为先进，产品质量更有保障更可靠，且去除了“致密”工艺环节，使工艺流程更为简捷。其工艺过程是：将配制好的胎体粉料与金刚石单晶用人工或自动机简单装模后送至成型机，料与模具芯同时快速加热升温，升温时间和终止温度由成型机的计算机控制，但对温控精度的要求比“温压”工艺或“温密”工艺低，再用中等压力压制成坯体，这种坯体的无孔隙致密度可达到理论值的96％以上，自动卸模后的坯体，经真空烧结后即为合格的产品。这一过程使制品的性能发生常规逆转，正为欲望所得。
本发明工艺的特点关键在于“亚热”进一步改变了粉末冶金中的常规现象，它可使同样的胎体材料制成的节块，其强度平均提高30％，韧性不但不下降，反而可提高20～30％(对Fe基体粉末制品的性能提高更为明显)；同时可根据要求适量对胎体材料“掺杂”粉末，使其胎体的耐磨性提高或降低，但其强度和韧性保持不变。
不难想象，本发明工艺推广到粉末冶金行业，对那些制件不大的金属零件，通过该工艺制作，其材料不变的情况下机械性能大增，无疑是一大幸事。
由于本发明工艺的先进和综合高技术应用，分解和解决了“热压”与“冷压”工艺中的难点，不仅使节块的机械性能提高很多，又使胎体具有很高的强度和韧性，这样既保证了胎体的耐磨性又保证了金刚石易出刃锋利，同时可使其成型为适于切削工作要求的最佳科学构形。它还能大大降低节块的制造成本，如人造金刚石的消耗、电力和模具的消耗均大幅下降，比热压分别下降15～20％、50％、80～90％等。而其制造出的节块致密度均能达到理论值的99％以上，故其质量高、质量稳定、成本低、适于自动化规模生产。
本发明成型机不仅能满足本发明工艺的要求，用于制造各种构形不同的节块，同时可将其扩充到特殊要求和各类小型金属或非金属构件坯体的生产，而这种工件质量高强度高韧性并存的理想效果是其它冶金制造方法难以实现的。
本发明成型机生产出的坯体致密度高，不仅可长期存放，并能对它进行各种冷加工，同时为烧结提供了产品高质量(机械力学性能高、尺寸精度高)和节能的有力保障，属节能成型机。
本发明成型机除具有冷压成型机的优点外，它比冷压成型的坯体质量及机械性能更为优越，同样的压坯密度，它的压力更小，更易脱模，模具寿命更长，且坯体可进行冷加工(冷压的坯体不行)，因此能生产更复杂精度高的制品，并节省工时和物料。
本发明成型机控制精度较高，全部过程为自动化运作，不仅大大减轻了工人的劳动强度，还排除了人工操作的误差因素，故制品的重复性好。
本发明成型机综合高技术含量高，与难以达到该机压制坯体密度的大吨位冷压机相比，压机和模具价格低，故该机的性能价格比高。
本发明成型机生产效率高，与热压机相比，至少提高工效4倍以上，具有规模生产的能力和条件。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为成型机组成框图；
图2为成型机液压原理图；
图3为成型机气路系统图；
图4为成型机外形图。
实施例1
本发明的金刚石节块亚热制造工艺过程按以下步骤进行：
a．将配制好的胎体粉料与金刚石单晶装入特制模具内，为保证亚热工艺要求，可向配制好的料中添加少量的润滑剂；
b．对粉料和模具快速加温，升温时间≤40s，终温380℃，料心与模壁温差±5℃；
c．以P=350～450Mpa的压力压制成型；
d．卸模；
上述步骤b～d在亚热成型机上进行，全过程由相关控制系统自动完成，使得人工操作误差因素全部排除。
e．用真空烧结炉完成真空烧结，(其过程为自动化控制)，烧结温度800～900℃(随制品要求任意编程控制)。
f．由人工进行成品检验。
实施例2
过程同实施例1，仅是对粉料和模具加温的终温为400℃。
实施例3
过程同实施例1，仅是对粉料和模具加温的终温为420℃。
请参阅图1，本发明的成型机在“亚热成型工艺”规范软件系统的支撑下，全部实行自动化精确运作。它包括以下八个部分：
“亚热成型工艺”规范的监控系统A，其由PC机及相应电控装置实施，该工艺规范为亚热成型机制造不同配方和要求的金刚石节块，提供可靠的工艺保证。
时控装置B，其可根据工艺要求和因供电情况变化导致温控时间变化而随时调控升温时间，使工艺质量得到保证。
监控系统A和时控装置B装在总控制柜中。
加热系统C，其由加热电源和受热特制模具(专利ZL96243208.3)等装置实现。
水冷却装置D，是保证设备连续长期正常运行而设置的循环冷却水装置。
气动系统E，由空气压缩机、空气干燥净化器、贮气罐、控制器、传动气缸等构成，完成工艺要求和运作。其气路系统图见图3。
红外温控系统F，其由红外接收器、红外电子模块、显示器等构成。
工作台G。
传感测力系统及节块压制成型与卸模装置H，由液压及其电控系统实现。其液压原理图见图2。
成型机外形如图4，图中：1-气动系统，2-总控制柜(含PC计算机及时控、温控、气动控制等)，3-加热电源，4-压机及其工作台，5-红外温控接收器，6-液压及卸模控制柜，7-冷却水路。
成型机的运行过程如下：
用人工或自动传送带将特制的金刚石节块模具置入该机工作台的预定位置→水冷却系统运行→时控装置根据规范的软件监控系统进入工作状态→加热系统工作→由红外温控、时控装置及相应的监控系统控制料心与模壁的温度及温差并到位→气动系统工作→压力机施压成型，测力及监控控制到位→卸模装置及气动系统工作，使节块坯体脱模→用人工或自动传送带将模具和节块运走，同时下一个模具到位。周而复始工作。
成型机的主要技术指标：
工件(模具)入机的定位精度≤0.2mm；
冷却水(≤30℃)循环流量0.5M3/h；
加热系统功率20～100KW(根据加热工件大小和升温速度要求不同而设置)；
压力450～1000KN(根据工件大小和数量设定)；
测力精度±1％；
时控响应≤100ms；
温响时间=500ms(95％)；
温控精度±1℃；
整机工作率≥2块/min。
Claims (4)
1．一种金刚石节块亚热制造工艺，其特征在于它按以下步骤进行：
a．将配制好的胎体粉料与金刚石单晶装入模具内；
b．对粉料和模具快速加温，升温时间≤40s，终温380～420℃，料心与模壁温差±5℃；
c．以P=350～450Mpa的压力压制成型；
d．卸模；
e．烧结，烧结温度800～900℃；
f．成品检验；
以上步骤中，步骤b～d在亚热成型机上进行。
2．如权利要求1所述的金刚石节块亚热制造工艺，其特征在于：
在步骤a中，向配制好的料中添加润滑剂。
3．一种根据权利要求1所述的制造工艺而设计的金刚石节块亚热成型机，其特征在于它包括：
监控系统，其由计算机及相应电控装置构成；
时控装置，其可根据工艺要求和因供电情况变化导致温控时间变化而随时调控升温时间；
加热系统，其由加热电源和受热模具构成；
水冷却装置；
气动系统；
红外温控系统；
工作台；
传感测力系统及节块压制成型与卸模装置，其由液压及其电控系统构成。
4．如权利要求3所述的金刚石节块亚热成型机，其特征在于：
所述气动系统由空气压缩机、空气干燥净化器、贮气罐、控制器、传动气缸构成；所述红外温控系统由红外接收器、红外电子模块、显示器构成。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 99106233 CN1234369A (zh) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 金刚石节块的亚热制造工艺及亚热成型机 |
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| CN (1) | CN1234369A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104399985A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-03-11 | 广东新劲刚新材料科技股份有限公司 | 一种金刚石节块的制备方法 |
| CN110920132A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-03-27 | 福建省泉州万龙石业有限公司 | 一种适用于金刚石刀头模具的自动拆模、装模方法 |
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1999
- 1999-05-06 CN CN 99106233 patent/CN1234369A/zh active Pending
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