陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請?zhí)枮?01310684283.1、發(fā)明名稱為"陶瓷結(jié)合劑超硬磨具及其制造 方法"的發(fā)明專利的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種磨具的制造方法，特別是涉及一種低氣孔率的陶瓷結(jié)合劑超硬磨 具的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 磨具是一種用于磨削、研磨及拋光的工具，大部分是由磨料添加結(jié)合劑制成，氣孔 是組成磨具的三要素之一，氣孔率的高低將直接影響磨具的強度、硬度及應用范圍。
[0004] 對于磨具而言，磨損主要是在磨削加工過程中，結(jié)合劑被破壞而引起磨粒的脫落， 而硬度表示磨粒在外力的作用下從磨具表面脫落的難易程度，即表示結(jié)合劑對磨粒的把持 力，硬度越高，把持力越大，磨粒越難脫落，磨具的壽命越高，而氣孔率越高將導致結(jié)合劑對 磨粒的把持力越小。
[0005] 當對陶瓷或石材等脆性材料的表面磨削加工或邊棱磨削加工時，都是線接觸式磨 肖IJ，排肩及冷卻效果非常好，對磨具氣孔率的要求不高，完全可以采用低氣孔率甚至無氣孔 的磨具，這樣可以提高磨具的硬度，從而提高磨具的使用壽命，提高磨具的性價比，降低磨 具原材料的耗用。
[0006] 在對軟鋼等韌性的材料加工磨削中，由于材料的韌性大，容易產(chǎn)生很長的切肩，結(jié) 合劑容易被切肩破壞或削除，造成磨具的異常磨損，而且切肩越長，異常磨損越劇烈。為了 降低磨具的異常磨損，應盡可能地減小磨具的氣孔率，當容肩槽很小時，堆積的切肩與新生 面再次熔融，等不到磨粒脫落，磨粒已經(jīng)結(jié)束磨削。
[0007] 陶瓷結(jié)合劑超硬磨具由陶瓷結(jié)合劑與超硬磨料經(jīng)壓制及燒結(jié)而成，同時具有陶瓷 結(jié)合劑及超硬磨料的特點，與其他磨具相比，它的磨削能力強，耐用度高、磨削時磨具的形 狀保持性好，加工出來的零件尺寸精度高，自銳性能好，修整間隔時間長，并適用于各種冷 卻液冷卻。
[0008] 傳統(tǒng)的陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法為濕法成型、自由燒成的工藝，其先在原 料中添加臨時粘結(jié)劑，混合均勻后用壓機壓制出毛坯塊，烘干，并送入燒結(jié)爐中，在一定的 燒結(jié)條件下燒成，該方法制得陶瓷結(jié)合劑超硬磨具具有非常大氣孔率，通常在30%左右。 [0009]如果可以制造出低氣孔率的陶瓷結(jié)合劑超硬磨具，使陶瓷結(jié)合劑超硬磨具同時具 有強度高，硬度高及壽命長等優(yōu)點，以及能夠應用到對韌性材料的磨削領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的主要目的是提供一種制造低氣孔率的陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的方法。
[0011] 為了實現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供的陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法包括原料 準備步驟、冷壓步驟、干燥步驟、預燒結(jié)步驟及燒結(jié)熱壓步驟，該陶瓷結(jié)合劑超硬磨具包括 基體及磨料層，其磨料層原料包括超硬磨料、陶瓷結(jié)合劑及臨時粘結(jié)劑，且該磨料層的開口 氣孔率為5%以下。其中原料準備步驟為先將原料混合均勻，再加入臨時粘結(jié)劑并混合均勻； 冷壓步驟為把混合均勻的原料放入冷壓模具中壓制成坯塊，該坯塊的密度為制成的陶瓷結(jié) 合劑超硬磨具的設計密度的70%_90%，并脫模;干燥步驟為把脫模后的坯塊在常溫常壓下干 燥24小時;預燒結(jié)步驟為把經(jīng)干燥后的坯塊放入熱壓磨具中，加熱至預燒結(jié)溫度并在預燒 結(jié)溫度下保溫1小時-2小時，該預燒結(jié)溫度為500攝氏度-650攝氏度;燒結(jié)熱壓步驟為經(jīng)預 燒結(jié)步驟后的坯塊加熱至燒結(jié)溫度并在燒結(jié)溫度下保溫2小時-3小時，經(jīng)保溫之后的坯塊 在5兆帕-10兆帕的壓力下熱壓至該坯塊的密度為制成的陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的設計密度， 經(jīng)熱壓之后的坯塊在上述燒結(jié)溫度下保溫0小時-0.5小時，并隨燒結(jié)設備冷卻至室溫，脫 模。
[0012] 由以上方案可見，原料中的臨時粘結(jié)劑用于冷壓步驟中將其他原料粘接一起形成 坯塊，其量只需使原料能冷壓成型就可;在冷壓步驟中，混合均勻的原料在冷壓模具中壓制 到設計密度的70%-90%，使坯塊的密度提高，易于成型，并將坯塊中大部分空氣擠壓出坯塊， 減小熱壓步驟中的氣體排出量，由于采用定容成型的方法進行壓制，所以只有坯塊的厚度 方向尺寸可壓制，當冷壓后密度太大，在熱壓步驟中坯塊受熱膨脹會損壞相應的模具，故不 能太大;在干燥步驟中，讓坯塊中的液體揮發(fā)，使后續(xù)的熱壓容易進行;在預燒結(jié)步驟中，當 把坯塊的溫度加熱至預燒結(jié)溫度，使臨時粘結(jié)劑及陶瓷結(jié)合劑中的低熔點成份受熱生成氣 體，經(jīng)過1小時-2小時的保溫，為了讓它們盡量地生成氣體并排出；在燒結(jié)熱壓步驟中，把坯 塊加熱至燒結(jié)溫度并保溫時，讓陶瓷結(jié)合劑與超硬磨料粘接成型，保溫之后進行熱壓是為 了把坯塊壓制到設計密度，并把原料中由于受熱生成的氣體擠壓出坯塊，并將坯塊在燒結(jié) 致密化過程中產(chǎn)生的孔隙擠出，以制造出低氣孔率的磨具，熱壓之后保溫0小時-0.5小時， 為了緩解磨具中應力，防止冷卻過程產(chǎn)生裂紋。
[0013] -個具體的方案為，上述方法的預燒結(jié)步驟還包括熱壓工序，該熱壓工序是將經(jīng) 保溫后的坯塊在5兆帕-10兆帕的壓力下熱壓，經(jīng)熱壓后坯塊縮小的體積為臨時粘結(jié)劑的體 積。
[0014] 由以上方案可見，由于坯塊在加熱至預燒結(jié)溫度并進行保溫，使臨時粘結(jié)劑生成 氣體，通過熱壓可以將氣體及孔隙盡量地從坯塊中擠壓出，使后續(xù)燒結(jié)熱壓步驟中的熱壓 更容易進行。
[0015] 另一個具體的方案為，在預燒結(jié)步驟及燒結(jié)熱壓步驟中的升溫速率為3攝氏度/分 鐘-5攝氏度/分鐘。
[0016] 由以上方案可見，由于熱壓模具在裝坯塊時，預留了0.05毫米-0.1毫米的裝填孔 隙，其升溫速率不宜太快，防止升溫過快，防止坯塊與模具熱膨脹差異而脹壞模具。
[0017] 另一個具體的方案為，當超硬磨料為立方氮化硼，且陶瓷結(jié)合劑為立方氮化硼陶 瓷結(jié)合劑時，燒結(jié)溫度為870攝氏度-900攝氏度。
[0018] 另一個具體的方案為，當超硬磨料為金剛石，且陶瓷結(jié)合劑為金剛石陶瓷結(jié)合劑 時，燒結(jié)溫度為780攝氏度-830攝氏度。
[0019] 再一個具體的方案為，在燒結(jié)熱壓步驟中燒結(jié)設備冷卻至室溫的降溫速率小于5 攝氏度/分鐘。
[0020] 由以上方案可見，由于在坯塊冷卻過程中需防止冷卻過快導致熱應力過大而使坯 塊產(chǎn)生裂紋。
[0021] -個優(yōu)選的方案為，該陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法還包括還粘結(jié)與修整步 驟:將經(jīng)上述燒結(jié)熱壓步驟之后的坯塊粘結(jié)于基體上，并修形及開刃，制成成品。
[0022] 另一個優(yōu)選的方案為磨料層的原料還包括填料，按重量份數(shù)，超硬磨料為100份， 陶瓷結(jié)合劑為42-70份，臨時粘結(jié)劑為6-10份，填料為5-10份。
[0023] 再一個優(yōu)選的方案為開口氣孔率是1.3%_4.2%。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法的工藝流程圖。
[0025]以下結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0026] 參見圖1，本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法由原料準備步驟S1、冷壓步驟 S2、干燥步驟S3、預燒結(jié)步驟S4、燒結(jié)熱壓步驟S5、及粘結(jié)與修整步驟S6構(gòu)成;其中超硬磨料 選自金剛石或立方氮化硼；陶瓷結(jié)合劑選自與超硬磨料相對應的金剛石陶瓷結(jié)合劑或立方 氮化硼陶瓷結(jié)合劑;填料可選自剛玉或碳化硅等常用填料，以滿足不同用途的磨具對磨削 性能的要求;臨時粘結(jié)劑可選自糊精液或液體石蠟。
[0027] 陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法第一實施例 本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法第一實施例的步驟如下： 原料準備步驟S1:按下表1中的規(guī)格及重量份數(shù)稱取金剛石、金剛石陶瓷結(jié)合劑、剛玉、 及糊精液或液體石蠟，先將金剛石、金剛石陶瓷結(jié)合劑及剛玉在三維混料機中混合2個小 時，再加入糊精液或液體石蠟混合均勻，并造粒； 冷壓步驟S2:把原料準備步驟中混合均勻并造粒的原料放入冷壓模具中，以定容成型 的方式把原料壓制成密度為2克/立方厘米的坯塊，進行脫模； 干燥步驟S3:把脫模之后的坯塊置于常溫常壓條件下干燥24小時； 預燒結(jié)步驟S4:把干燥后的坯塊放入石墨模具中，并裝配好石墨模具，把坯塊連同石墨 模具放入燒結(jié)爐中以3攝氏度/分鐘-5攝氏度/分鐘的升溫速率升至500攝氏度-550攝氏度 并保溫1小時，接著以定容成型的方式在壓機上壓制一次，壓力為5兆帕，經(jīng)此次壓制之后， 經(jīng)壓制后坯塊縮小的體積為臨時粘接劑的體積，不保壓； 燒結(jié)熱壓步驟S5:把經(jīng)預燒結(jié)后的坯塊以3攝氏度/分鐘-5攝氏度/分鐘的升溫速率升 至燒結(jié)溫度，該燒結(jié)溫度為780攝氏度-830攝氏度，并保溫2小時，接著以定容成型的方式在 壓機上壓制至該模具的設定密度2.50克/立方厘米，壓力為5兆帕，不保壓，再在燒結(jié)溫度條 件下繼續(xù)保溫〇. 5小時，并隨燒結(jié)設備冷卻至常溫； 粘結(jié)與修整步驟S6:拆模，并將坯塊粘結(jié)于基體上，經(jīng)修形及開刃后成為成品磨具。 [0028] 上述制造方法制得磨具通過排水法測得開口氣孔率為3.9%。
[0029]陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法第二實施例 本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法第二實施例的步驟如下： 原料準備步驟S1:按下表1中的規(guī)格及重量份數(shù)稱取金剛石、金剛石陶瓷結(jié)合劑、剛玉、 及糊精液或液體石蠟，先將金剛石、金剛石