專利名稱：金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種，尤其是涉及一種金屬結(jié)合劑金剛石砂輪離心熱壓燒結(jié)方法及裝置。
背景技術(shù)：
在金剛石工具中，金屬結(jié)合劑砂輪具有較高的磨削效率、較強的型面保持能力和理想的使用壽命，廣泛用于石材、陶瓷、玻璃、耐火材料、硬質(zhì)合金、磁性材料、半導(dǎo)體材料等非金屬材料及有色金屬材料等加工領(lǐng)域。
金屬結(jié)合劑金剛石砂輪通常采用粉末冶金法制造，工藝環(huán)節(jié)主要包括混料、軸向成型、燒結(jié)、后加工等。砂輪組織和硬度及金剛石磨粒分布的均勻性，燒結(jié)過程中金剛石磨粒的損傷程度，直接影響到砂輪的使用性能，必須通過制造工藝保證。砂輪成型和燒結(jié)環(huán)節(jié)可采用以下四種方式冷壓預(yù)成型(粉末壓坯)→無壓燒結(jié)、冷壓預(yù)成型(粉末壓坯)→熱壓燒結(jié)、冷壓預(yù)成型(粉末壓坯)→無壓燒結(jié)→熱壓和(粉末)熱壓燒結(jié)。
砂輪的成型工藝，多年來一直采用軸向模壓的工藝方法。由于成型壓縮過程中混合粉料與模具內(nèi)壁的外摩擦力及混合粉料顆粒間內(nèi)摩擦力的損耗，造成砂輪成型時產(chǎn)生軸向壓力梯度，影響了砂輪成型密度的均勻性。特別是用此工藝制造高厚度砂輪時，砂輪軸向不同截面上的成型密度相差很大，為改善砂輪成型密度的不均勻性，不得不將其沿軸向分段成型、燒結(jié)、加工，做成組合砂輪，但在砂輪上形成環(huán)狀接縫，影響磨削質(zhì)量。同時，對于外圓沿軸向具有復(fù)雜型面的砂輪(如單槽或多槽)，用軸向模壓工藝無法直接壓制成型，必須通過后加工解決，不僅費工，而且費料，大大增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。
金屬結(jié)合劑砂輪必須進(jìn)行燒結(jié)才能使用，目前燒結(jié)方法中加熱方式有電阻加熱(發(fā)熱元件、模具及燒結(jié)物料本身通過電流發(fā)熱)、感應(yīng)加熱(中頻或高頻感應(yīng)加熱，其中亦分為發(fā)熱元件、模具及燒結(jié)物料本身感應(yīng)發(fā)熱)等方法。電阻加熱效率低、升溫速度慢和易產(chǎn)生溫度梯度；高頻加熱具有熱效率高、加熱速度快的優(yōu)點，但存在“集膚效應(yīng)”，適合表面淬火，用作燒結(jié)熱源，容易產(chǎn)生磨具徑向的溫度梯度；中頻加熱除了具有高頻加熱的優(yōu)點之外，其加熱深度可通過調(diào)整達(dá)到燒結(jié)工藝要求，目前已得到應(yīng)用，但由于是外部熱源加熱，要達(dá)到混合料的反應(yīng)溫度，則必須整體加熱到較高的溫度。
對于圓筒形和圓環(huán)形制品的成型燒結(jié)，當(dāng)其軸向尺寸較大的情況下，或者制品外圓表面具有軸向復(fù)雜型面的情況下，應(yīng)采用徑向壓力成型工藝(包括模擬等靜壓成型工藝、離心成型工藝等)，而其中離心成型工藝是首選工藝。離心澆注、離心鑄造等技術(shù)廣泛應(yīng)用于陶瓷制品成型、金屬鑄造、醫(yī)療器械、首飾加工等行業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的解決高厚度金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪傳統(tǒng)軸向加壓成型工藝中帶來的軸向密度分布不均的問題，及外圓軸向具有復(fù)雜型面的砂輪壓制成型難題；提高燒結(jié)速度減輕超硬材料磨料的熱損傷，提高結(jié)合劑合金化程度增強對磨粒的把持力，改善砂輪磨削性能，提供一種金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心加壓反應(yīng)燒結(jié)方法及裝置(包括工藝、工裝、離心燒結(jié)設(shè)備等)。
本發(fā)明的目的可通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明包括如下步驟A、在模具和組成的模腔內(nèi)，將砂輪工作層料、過渡層料、隔離層和離心介質(zhì)沿徑向由外向內(nèi)分層排列，模具固定在主軸機構(gòu)上；砂輪工作層料包括磨料、金屬結(jié)合劑；B、啟動電機，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；
C、啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源；D、降溫至300℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
本發(fā)明中砂輪工作層料和過渡層料為預(yù)成型壓坯或顆粒狀粉末料。離心介質(zhì)(4)為高密度金屬顆?；蚝辖痤w粒，粒徑范圍0.1～1mm之間。離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉或粗顆粒鎢粉。磨料為金剛石或立方氮化硼。結(jié)合劑包括金屬粉末、非金屬粉末等。作為優(yōu)選方案，在所述步驟A和B之間還可加入如下工藝步驟將模具所處環(huán)境加以密封，抽真空，充入保護(hù)氣。加熱裝置為感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置。作為優(yōu)選方案，在所述步驟A中所述的砂輪工作層料、過渡層料應(yīng)分別經(jīng)過制粒處理。
本發(fā)明的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法中所使用的離心熱壓燒結(jié)裝置，它包括加熱裝置和離心機裝置；所述加熱裝置采用感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置；離心機裝置包括支架和機座，在所述機座上設(shè)置有防護(hù)罩和回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)上安置有模具，所述模具包括模具擋板、模具外模和模芯，由模具擋板、模具外模和模芯構(gòu)成的型腔中裝有離心介質(zhì)、隔離層、砂輪工作層料和過渡層料，模具處于加熱裝置中加熱元件內(nèi)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)上設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道。
本發(fā)明中回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)中的主軸內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道；所述冷卻介質(zhì)為冷卻氣或冷卻液。
本發(fā)明優(yōu)點1、利用離心力實現(xiàn)徑向均勻加壓成型，提高高厚度砂輪軸向密度的均勻性，成型密度高且可以控制，同時可提高此類砂輪的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；2、實現(xiàn)外圓軸向復(fù)雜型面砂輪的壓制成型，使設(shè)計人員能夠自由設(shè)計砂輪外圓周面的形狀，減輕砂輪后加工難度及工作量；3、成型燒結(jié)設(shè)備簡單易行，升溫和回轉(zhuǎn)速度均采用程序化自動控制?？煽匦院茫刂凭雀?。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明以下結(jié)合附圖和實施例作以詳細(xì)的描述實施例1、
本發(fā)明包括如下步驟A、在模具(4)和(5)組成的模腔內(nèi)，將砂輪工作層料(8)、過渡層料(17)、隔離層(7)和離心介質(zhì)(6)沿徑向由外向內(nèi)分層排列，模具固定在主軸機構(gòu)(11)上；砂輪工作層料(8)包括磨料、金屬結(jié)合劑；B、啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；C、啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源；D、降溫至300℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
本發(fā)明中離心介質(zhì)(4)為高密度金屬顆?；蚝辖痤w粒，粒徑范圍0.1～1mm之間。所述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉或粗顆粒鎢粉。磨料為金剛石或立方氮化硼。結(jié)合劑包括金屬粉末、非金屬粉末等。作為優(yōu)選方案，在所述步驟A和B之間還可加入如下工藝步驟將模具所處環(huán)境加以密封，抽真空，充入保護(hù)氣。加熱裝置為感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置。作為優(yōu)選方案，在所述步驟A中所述的砂輪工作層料、過渡層料應(yīng)分別經(jīng)過制粒處理。
本發(fā)明的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法中所使用的離心熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于它包括加熱裝置和離心機裝置；所述加熱裝置采用感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置；離心機裝置包括支架(1)和機座(15)，在所述機座(15)上設(shè)置有防護(hù)罩(10)和回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)上安置有模具，所述模具包括模具擋板(5)、模具外模(4)和模芯(9)，由模具擋板(5)、模具外模(4)和模芯(9)構(gòu)成的型腔中裝有離心介質(zhì)(6)、隔離層(7)、砂輪工作層料(8)和過渡層料(17)，模具處于加熱裝置中加熱元件(2)內(nèi)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)上設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道?；剞D(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)中的主軸內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道；所述冷卻介質(zhì)為冷卻氣或冷卻液。標(biāo)號(3)為冷卻介質(zhì)出口座，標(biāo)號(16)為冷卻介質(zhì)進(jìn)口座，標(biāo)號(13)為電機上的傳動皮帶，標(biāo)號(14)為帶輪。
實施例2、本發(fā)明的方法包括如下步驟設(shè)計制造Φ100mm×150mm(高度尺寸)×3mm(砂輪磨料層厚度)/7mm(砂輪非磨料層厚度，也稱過渡層)結(jié)合劑的重量百分比為Cu 50～80％、Co 10～15％、Fe 10～15％、Ni 5～10％、
Sn 10～20％、Zn 0～5％。
金剛石濃度100％，粒度70/80。
具體的制備方法如下A、混料先將上述配方需要的各種結(jié)合劑粉末按配方份額稱量后放入超硬磨料工具行業(yè)通用的二維或三維混料機充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。再加入金剛石充分混合(干混)均勻，時間為30分鐘。
B、制粒將上述混合料加入金屬結(jié)合劑金剛石工具制造通用的制粒劑(WS120臨時成型劑)，在行業(yè)通用的制粒機上的攪拌器中攪拌均勻并達(dá)到所需的干濕程度后，進(jìn)行制粒處理，混合料經(jīng)過制粒成為尺寸均勻(-30美制篩目)的顆粒，具有良好的流動性和穩(wěn)定的松裝密度。
C、成型模壓預(yù)成型取一定數(shù)量(根據(jù)上述砂輪尺寸計算得出)上述經(jīng)過制粒的顆粒料，裝入鋼模具中，在油壓機上加載一定的軸向壓力在常溫下壓制成型，成型坯相對密度達(dá)到60％。
D、離心熱壓燒結(jié)a.將上述冷壓成型壓坯、離心介質(zhì)材料及隔離層在石墨模具中組裝，在本專利設(shè)計的專用離心熱壓燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行離心熱壓燒結(jié)，該離心熱壓燒結(jié)設(shè)備熱源為中頻感應(yīng)加熱，燒結(jié)氣氛為還原性保護(hù)氣氛。燒結(jié)時升溫和回轉(zhuǎn)采用程序自動化控制。
b.啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；燒結(jié)升溫階段離心機轉(zhuǎn)速為1200RPM，保溫階段離心機轉(zhuǎn)速為4000RPM，自然降溫階段離心機轉(zhuǎn)速為2000RPM。
c.啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，燒結(jié)溫度760℃±3℃；完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源，燒結(jié)時間共計二十四分鐘升溫階段分四段進(jìn)行，共計九分鐘，保溫階段五分鐘，自然降溫十分鐘；d.降溫至260℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
上述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉，粒徑范圍0.5～1mm之間。
離心燒結(jié)砂輪坯性能檢測砂輪燒結(jié)坯的平均密度為90％(相對密度)，砂輪硬度值為HRB85±2；砂輪外徑檢測尺寸Φ100mm±0.02×150mm±0.05。與傳統(tǒng)工藝相比，采用離心燒結(jié)工藝所制造的砂輪的密度更均勻，外徑尺寸精度提高了一個數(shù)量級。
此種規(guī)格砂輪用于磁性材料、水晶、硬質(zhì)合金等材料的棒料無心磨加工。與傳統(tǒng)工藝制造的砂輪相比，離心熱壓燒結(jié)工藝所制造的砂輪具有更好的型面保持能力，較高的磨削效率及較低的制造成本。
實施例3、本發(fā)明的方法包括如下步驟設(shè)計制造Φ100mm×150mm(高度尺寸)×5mm(砂輪磨料層厚度)/5mm(砂輪非磨料層厚度，也稱過渡層)結(jié)合劑的重量百分比為Cu 50～80％、Co 10～15％、Fe 10～15％、Ni 5～10％、Sn 15～20％、Zn 0～5％。
金剛石濃度75％，粒度140/170。
具體的制備方法如下A、混料先將上述配方需要的各種結(jié)合劑粉末按配方份額稱量后放入超硬磨料工具行業(yè)通用的二維或三維混料機充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。再加入金剛石充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。
B、制粒將上述混合料加入金屬結(jié)合劑金剛石工具制造通用的制粒劑(WS120臨時成型劑)，在行業(yè)通用的制粒機上的攪拌器中攪拌均勻并達(dá)到所需的干濕程度后，進(jìn)行制粒處理，混合料經(jīng)過制粒成為尺寸均勻(-40美制篩目)的顆粒，具有良好的流動性和穩(wěn)定的松裝密度。
C、成型模壓預(yù)成型取一定數(shù)量(根據(jù)上述砂輪尺寸計算得出)上述經(jīng)過制粒的顆粒料，裝入鋼模具中，在油壓機上加載一定的軸向壓力在常溫下壓制成型，成型坯相對密度達(dá)到55％。
D、離心熱壓燒結(jié)a.將上述冷壓成型壓坯、離心介質(zhì)材料及隔離層在石墨模具中組裝，在本專利設(shè)計的專用離心熱壓燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行離心熱壓燒結(jié)，該離心熱壓燒結(jié)設(shè)備熱源為中頻感應(yīng)加熱，燒結(jié)氣氛為還原性保護(hù)氣氛。燒結(jié)時升溫和回轉(zhuǎn)采用程序自動化控制。
b.啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；燒結(jié)升溫階段離心機轉(zhuǎn)速為1200RPM，保溫階段離心機轉(zhuǎn)速為4500RPM，自然降溫階段離心機轉(zhuǎn)速為2000RPM。
c.啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，燒結(jié)溫度780℃±3℃；完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源，燒結(jié)時間共計二十四分鐘升溫階段分四段進(jìn)行，共計九分鐘，保溫階段五分鐘，自然降溫十分鐘；d.降溫至200℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
上述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉，粒徑范圍0.5～1mm之間。
離心燒結(jié)砂輪坯性能檢測砂輪燒結(jié)坯的平均密度為92％(相對密度)，砂輪硬度值為HRB88±2；砂輪外徑檢測尺寸Φ100mm±0.02×150mm±0.05。與傳統(tǒng)工藝相比，采用離心燒結(jié)工藝所制造的砂輪的密度更均勻，外徑尺寸精度提高了一個數(shù)量級。
此種規(guī)格砂輪用于磁性材料、水晶、硬質(zhì)合金等材料的棒料無心磨加工。與傳統(tǒng)工藝制造的砂輪相比，離心熱壓燒結(jié)工藝所制造的砂輪具有更好的型面保持能力，較高的磨削效率及較低的制造成本。
實施例4、本發(fā)明的方法包括如下步驟設(shè)計制造Φ150mm×150mm(高度尺寸)×3mm(砂輪磨料層厚度)/5mm(砂輪非磨料層厚度，也稱過渡層)結(jié)合劑的重量百分比為Cu 60～80％、Co 5～10％、Fe 0～10％、Ni 5～10％、Sn 10～20％、Zn 0～5％。
金剛石濃度100％，粒度80/100。
具體的制備方法如下A、混料先將上述配方需要的各種結(jié)合劑粉末按配方份額稱量后放入超硬磨料工具行業(yè)通用的二維或三維混料機充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。再加入金剛石充分混合(干混)均勻，時間為30分鐘。
B、制粒將上述混合料加入金屬結(jié)合劑金剛石工具制造通用的制粒劑(PEG臨時成型劑)，在行業(yè)通用的制粒機上的攪拌器中攪拌均勻并達(dá)到所需的干濕程度后，進(jìn)行制粒處理，混合料經(jīng)過制粒成為尺寸均勻(-30美制篩目)的顆粒，具有良好的流動性和穩(wěn)定的松裝密度。
C、成型模壓預(yù)成型取一定數(shù)量(根據(jù)上述砂輪尺寸計算得出)上述經(jīng)過制粒的顆粒料，裝入鋼模具中，在油壓機上加載一定的軸向壓力在常溫下壓制成型，成型坯相對密度達(dá)到65％。
D、離心熱壓燒結(jié)a.將上述冷壓成型壓坯、離心介質(zhì)材料及隔離層在石墨模具中組裝，在本專利設(shè)計的專用離心熱壓燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行離心熱壓燒結(jié)，該離心熱壓燒結(jié)設(shè)備熱源為中頻感應(yīng)加熱，燒結(jié)氣氛為還原性保護(hù)氣氛。燒結(jié)時升溫和回轉(zhuǎn)采用程序自動化控制。
b.啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；燒結(jié)升溫階段離心機轉(zhuǎn)速為1500RPM，保溫階段離心機轉(zhuǎn)速為4000RPM，自然降溫階段離心機轉(zhuǎn)速為2000RPM。
c.啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，燒結(jié)溫度800℃±5℃；完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源，燒結(jié)時間共計三十分鐘升溫階段分四段進(jìn)行，共計十分鐘，保溫階段五分鐘，自然降溫十五分鐘；d.降溫至250℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
上述離心介質(zhì)(4)為粗顆粒鎢粉，粒徑范圍0.2～0.8mm之間。
離心燒結(jié)砂輪坯性能檢測砂輪燒結(jié)坯的平均密度為93％(相對密度)，砂輪硬度值為HRB90±2；砂輪外徑檢測尺寸Φ150mm±0.02×150mm±0.05。與傳統(tǒng)工藝相比，采用離心燒結(jié)工藝所制造的砂輪的密度更均勻，外徑尺寸精度提高了一個數(shù)量級。
此種規(guī)格砂輪用于磁性材料、水晶、硬質(zhì)合金等材料的棒料無心磨加工。與傳統(tǒng)工藝制造的砂輪相比，離心熱壓燒結(jié)工藝所制造的砂輪具有更好的型面保持能力，較高的磨削效率及較低的制造成本。
實施例5、本發(fā)明的方法包括如下步驟設(shè)計制造Φ150mm×150mm(高度尺寸)×2.5mm(砂輪磨料層厚度)/5.5mm(砂輪非磨料層厚度，也稱過渡層)結(jié)合劑的重量百分比為Cu 50～80％、Co 5～15％、Fe 5～15％、Ni 5～10％、Sn 10～20％、Zn 0～5％。
金剛石濃度75％，粒度140/170。
具體的制備方法如下A、混料先將上述配方需要的各種結(jié)合劑粉末按配方份額稱量后放入超硬磨料工具行業(yè)通用的二維或三維混料機充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。再加入金剛石充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。
B、制粒將上述混合料加入金屬結(jié)合劑金剛石工具制造通用的制粒劑(PEG臨時成型劑)，在行業(yè)通用的制粒機上的攪拌器中攪拌均勻并達(dá)到所需的干濕程度后，進(jìn)行制粒處理，混合料經(jīng)過制粒成為尺寸均勻(-30美制篩目)的顆粒，具有良好的流動性和穩(wěn)定的松裝密度。
C、成型模壓預(yù)成型取一定數(shù)量(根據(jù)上述砂輪尺寸計算得出)上述經(jīng)過制粒的顆粒料，裝入鋼模具中，在油壓機上加載一定的軸向壓力在常溫下壓制成型，成型坯相對密度達(dá)到60％。
D、離心熱壓燒結(jié)a.將上述冷壓成型壓坯、離心介質(zhì)材料及隔離層在石墨模具中組裝，在本專利設(shè)計的專用離心熱壓燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行離心熱壓燒結(jié)，該離心熱壓燒結(jié)設(shè)備熱源為中頻感應(yīng)加熱，燒結(jié)氣氛為還原性保護(hù)氣氛。燒結(jié)時升溫和回轉(zhuǎn)采用程序自動化控制。
b.啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；燒結(jié)升溫階段離心機轉(zhuǎn)速為1200RPM，保溫階段離心機轉(zhuǎn)速為5000RPM，自然降溫階段離心機轉(zhuǎn)速為2000RPM。
c.啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，燒結(jié)溫度810℃±3℃；完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源，燒結(jié)時間共計三十分鐘升溫階段分四段進(jìn)行，共計十分鐘，保溫階段五分鐘，自然降溫十五分鐘；d.降溫至250℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
上述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉，粒徑范圍0.3～1mm之間。
離心燒結(jié)砂輪坯性能檢測砂輪燒結(jié)坯的平均密度為95％(相對密度)，砂輪硬度值為HRB93±2；砂輪外徑檢測尺寸Φ150mm±0.02×150mm±0.05。與傳統(tǒng)工藝相比，采用離心燒結(jié)工藝所制造的砂輪的密度更均勻，外徑尺寸精度提高了一個數(shù)量級。
此種規(guī)格砂輪用于磁性材料、硬質(zhì)合金等材料的棒料無心磨加工。與傳統(tǒng)工藝制造的砂輪相比，離心熱壓燒結(jié)工藝所制造的砂輪具有更好的型面保持能力，較高的磨削效率及較低的制造成本。
實施例6、本發(fā)明的方法包括如下步驟設(shè)計制造Φ80mm×50mm(高度尺寸)×5mm(砂輪磨料層厚度)/5mm(砂輪非磨料層厚度，也稱過渡層)異型砂輪，砂輪外圓周上有軸向圓弧R3。
結(jié)合劑的重量百分比為Cu 50～80％、Co 10～15％、Fe 0～10％、Ni 5～15％、Sn 5～15％、Zn 0～5％。
金剛石濃度100％，粒度325/400。
具體的制備方法如下A、混料先將上述配方需要的各種結(jié)合劑粉末按配方份額稱量后放入超硬磨料工具行業(yè)通用的二維或三維混料機充分混合(干混)均勻，時間為40分鐘。再加入金剛石充分混合(干混)均勻，時間為60分鐘。
B、制粒將上述混合料加入金屬結(jié)合劑金剛石工具制造通用的制粒劑(WS120臨時成型劑)，在行業(yè)通用的制粒機上的攪拌器中攪拌均勻并達(dá)到所需的干濕程度后，進(jìn)行制粒處理，混合料經(jīng)過制粒成為尺寸均勻(-80美制篩目)的顆粒，具有良好的流動性和穩(wěn)定的松裝密度。
C、成型離心預(yù)成型利用離心介質(zhì)在高速旋轉(zhuǎn)的模具中所產(chǎn)生的離心力施加在離心介質(zhì)和制粒的顆粒料的界面上所產(chǎn)生的壓力使制粒后的顆粒料預(yù)成型。成型坯相對密度達(dá)到50％。離心機最高轉(zhuǎn)速達(dá)12000RPM。
D、離心熱壓燒結(jié)a.將上述冷壓成型壓坯、離心介質(zhì)材料及隔離層在石墨模具中組裝，在本專利設(shè)計的專用離心熱壓燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行離心熱壓燒結(jié)，該離心熱壓燒結(jié)設(shè)備熱源為中頻感應(yīng)加熱，燒結(jié)氣氛為還原性保護(hù)氣氛。燒結(jié)時升溫和回轉(zhuǎn)采用程序自動化控制。
b.啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；燒結(jié)升溫階段離心機轉(zhuǎn)速為1500RPM，保溫階段離心機轉(zhuǎn)速為6000RPM，自然降溫階段離心機轉(zhuǎn)速為2000RPM。
c.啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，燒結(jié)溫度810℃±3℃；完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源，燒結(jié)時間共計三十二分鐘升溫階段分四段進(jìn)行，共計十二分鐘，保溫階段五分鐘，自然降溫十五分鐘；d.降溫至150℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
上述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉，粒徑范圍0.2～8mm之間。
離心燒結(jié)砂輪坯性能檢測砂輪燒結(jié)坯的平均密度為92％(相對密度)，砂輪硬度值為HRB90±2；砂輪外徑檢測尺寸Φ80mm±0.02×50mm±0.05，圓弧R±0.01。與傳統(tǒng)工藝相比，采用離心燒結(jié)工藝所制造的砂輪的密度更均勻，外徑尺寸具有較高的精度等級。
此種規(guī)格砂輪用于水晶、玻璃等材料的磨邊成型加工。與傳統(tǒng)工藝制造的砂輪相比，該離心熱壓燒結(jié)工藝很好地解決了砂輪外圓周面上圓弧工作面的加工難題，所制造的砂輪具有更好的型面保持能力，較高的磨削效率及較低的制造成本。
權(quán)利要求
1.一種金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于它包括如下步驟A、在模具(4)和(5)組成的模腔內(nèi)，將砂輪工作層料(8)、過渡層料(17)、隔離層(7)和離心介質(zhì)(6)沿徑向由外向內(nèi)分層排列，模具固定在主軸機構(gòu)(11)上；砂輪工作層料(8)包括磨料、金屬結(jié)合劑；B、啟動電機(12)，帶動模具、離心介質(zhì)及由砂輪工作層料、過渡層料組成的成型料高速回轉(zhuǎn)，離心介質(zhì)通過隔離層對成型料加壓；C、啟動加熱裝置，對成型料升溫、加壓，完成離心熱壓燒結(jié)后，關(guān)閉加熱電源；D、降溫至300℃以下，停止旋轉(zhuǎn)，卸下模具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于所述離心介質(zhì)(4)為高密度金屬顆粒或合金顆粒，粒徑范圍0.1～1mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于所述離心介質(zhì)(4)為鑄造碳化鎢粉或粗顆粒鎢粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于所述磨料為金剛石或立方氮化硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于所述結(jié)合劑包括金屬粉末、非金屬粉末等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于作為優(yōu)選方案，在所述步驟A和B之間還可加入如下工藝步驟將模具所處環(huán)境加以密封，抽真空，充入保護(hù)氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于所述加熱裝置為感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法，其特征在于作為優(yōu)選方案，在所述步驟A中所述的砂輪工作層料、過渡層料應(yīng)分別經(jīng)過制粒處理。
9.一種如權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法中所使用的離心熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于它包括加熱裝置和離心機裝置；所述加熱裝置采用感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置；離心機裝置包括支架(1)和機座(15)，在所述機座(15)上設(shè)置有防護(hù)罩(10)和回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)上安置有模具，所述模具包括模具擋板(5)、模具外模(4)和模芯(9)，由模具擋板(5)、模具外模(4)和模芯(9)構(gòu)成的型腔中裝有離心介質(zhì)(6)、隔離層(7)、砂輪工作層料(8)和過渡層料(17)，模具處于加熱裝置中加熱元件(2)內(nèi)，在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)上設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離心熱壓燒結(jié)裝置，其特征在于所述回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)(11)中的主軸內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)通道；所述冷卻介質(zhì)為冷卻氣或冷卻液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪離心熱壓燒結(jié)方法及裝置，其方法為在加熱條件下，模具高速回轉(zhuǎn)，模具內(nèi)的混合料在自身和離心介質(zhì)離心力的作用下實現(xiàn)熱壓燒結(jié)。該裝置包括加熱裝置和離心機裝置；加熱裝置采用感應(yīng)加熱或電阻加熱；離心機裝置包括支架和機座，在機座上設(shè)置有防護(hù)罩和回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)；在回轉(zhuǎn)主軸機構(gòu)上安置有模具，模具處于加熱裝置的加熱元件內(nèi)。本發(fā)明利用離心力實現(xiàn)徑向均勻熱壓燒結(jié)，提高了高厚度金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪軸向密度的均勻性；實現(xiàn)外圓軸向復(fù)雜型面金屬結(jié)合劑超硬材料砂輪的熱壓燒結(jié)。
文檔編號B24D18/00GK1911599SQ200510017879
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者李季, 夏舉學(xué), 呂申峰 申請人:鄭州磨料磨具磨削研究所