CN1033589A - 磨料颗粒均匀分布在胎体中的方法 - Google Patents

Abstract

该方法是使磨料颗粒在旋转的容器中滚动，有低 沸点无灰分的溶液做粘结剂，制备使磨料颗粒能均匀 分布在胎体粉中的混合料。将这种混合料放入模具 中烧结，即可得到磨料颗粒均匀分布在胎体中的制 品。用这种方法制造的金刚石钻头，金刚石分布均 匀，出刃好，包镶金刚石处呈明显蝌蚪状支撑，大大提 高了金刚石钻头的寿命。

Description

本发明为一种使磨料（金刚石或碳化钨、氧化铝等）均匀分布在胎体中的方法，它适用于磨具制造业。本发明提供了一种先制备以磨料颗粒为核心，所需的胎体粉为包裹体的球丸，再由球丸制成磨具的方法。

以前用磨料制造磨具时，由于磨料粒度与胎体粉的粒度相差悬殊，比重又不同，使磨料颗粒在胎体中很难均匀分布，使烧结出来的制品在使用过程中易产生磨料颗粒密集处脱粒，而在稀疏处拉沟等情况，甚至引起制品的裂纹或掉块，影响了制品的质量。

在美国专利US3316073中给出了一种用金属粉末包裹金刚砂的球丸制造方法。该方法是把作为粘结物的固态有机物如：糊精、石腊各以重量的1%加入胎体粉中，然后往滚动的磨料颗粒上喷洒细小的水雾，待磨料颗粒润湿后撒上上述的带有粘结物的胎体粉，制成球丸。或者用虫胶剂做粘结剂制做球丸。前者用的粘结物是固态，与水微溶或难溶水，故不能象液态那样能均匀地复盖在磨料表面上，因而易产生粘结不均匀的情况。另外，喷洒水雾易使胎体中的金属氧化，影响制品的胎体性能。而后者使用的虫胶剂灰分较大，易污染胎体粉，影响制品的质量。另外，在该专利的制丸方法中，使用的容器的轴线与水平面的倾角是固定的，不能随球丸重量的增加适当地调整倾角来获得有利于球丸滚动的离心力。因而使得有些磨料颗粒不能被裹上粉料，无法形成球丸。

为此，本发明提出了一种使磨料如：（金刚石或碳化钨、碳化硅、氧化铝等）颗粒均匀分布在胎体中的方法。该方法通过把磨料（金刚石、碳化钨、碳化硅、氧化铝等）颗粒与胎体粉混合，并采用无灰分的粘结剂，使磨料颗粒在旋转的容器中滚动，制成以磨料颗粒为核心，外裹胎体粉的球丸，使磨料颗粒被胎体粉均匀地隔离开。然后把上述方法制成的球丸装入模具中，经过烧结制成磨具。用此法制成的磨具中磨料颗粒分布均匀，大大地提高了使用寿命。

本发明的方法是通过以下方式实现的：先将磨料（金刚石或碳化钨、碳化硅、氧化铝等）颗粒放在旋转的鼓形容器中滚动，旋转速度最好为50～60转/分，容器轴线与水平面成一倾角，初始角度最好为60°，该倾角随球丸体积变大而逐渐变小，其最佳范围为60°～35°。首先往滚动的磨料颗粒上喷上一层粘结剂，本发明采用的粘结剂为乙醇和丙三醇的混合液，或乙醇与乙二醇的混合液，这些混合液没有灰分，且有足够的粘度，也不影响胎体粉的性能。待磨料颗粒充分润湿后撒上一层胎体粉，在上述粘结剂的粘结下，胎体粉就包裹在磨料颗粒的表面上。然后再向滚动的用胎体粉包裹的磨料颗粒上喷上述混合液，待用胎体粉包裹的磨料颗粒充分润湿后再撒上一层胎体粉，如此反复进行喷液，撒粉过程，并在其间随着球丸体积的增加，不断调节容器轴线与水平面的倾角，倾角由初始的角度逐渐变小，以使容器中的球丸能充分滚动。所喷的混合液量以既不使磨料颗粒或球丸彼此粘结，又要充分润湿为适，每次喷液量及撒粉量随球丸体积的增加而增加，最好使每次加入的粉量能全部包在磨料颗粒或球丸上，如若过量也可经过筛后再加入。如此反复多次的喷液和撒粉，磨料颗粒或球丸就在滚动中粘上一层层胎体粉，并在滚动中将粉压实在自己的表面上，最后形成以磨料颗粒为核心，外包均匀厚度的胎体粉，并有一定强度的球丸。由于采用的粘结剂很利于喷洒，容器中的颗粒滚动充分，所以制取的球丸体积较均一。容器停止滚动时的容器轴线与水平面的倾角最好为35°左右。

制成球丸后，将体积均一的球丸放在模具中，磨料颗粒之间的距离基本是相等的，如图I所示。将这些球丸冷压制成所需的成品形状的胎体，这时仍不影响磨料颗粒的均匀分布。由于所采用的粘结剂沸点较低，放在真空干燥箱中，2～3小时即可烘干。将烘干后的胎体热压烧结，就能得到磨料颗粒均匀分布的制品。制品用的磨料可以是80目以粗的金刚石。也可以是80目以粗的碳化钨、碳化硅、氧化铝……等。做为球丸核心的磨料颗粒可以是相同粒度的，也可以是不同粒度的。虽然不同粒度的磨料制成的产品均匀性差些，但也可达到其所能达到的最好的均匀度。

影响制造均一体积球丸的因素很多，采用本发明的方法有以下的优点：

1.在性能合适，并能形成喷雾的情况下，粘结剂越粘越好，越粘则磨料颗粒间的润滑越好，粘结也容易，形成的球丸不易破碎。滚动好，易形成体积均一的球丸，本发明采用的粘结剂具有能形成喷雾和有足够粘度的优点。

2.在磨料颗粒及粘结剂的种类确定的情况下，是否能制成理想的球丸的决定因素在于容器中的磨料是否能充分地滚动，而滚动的好坏又取决于容器转动时给磨料的离心力作用。由一定的离心力产生的颗粒与容器壁的摩擦力将磨料颗粒带到一定的高度。然后靠其自身的重力作用沿倾斜的容器曲面而滚下，若在滚动着的颗粒表面上喷液或撒粉，则颗粒整个表面都能被充分润湿，并能层层均匀地裹粉，因而使颗粒或球丸产生滚动的离心力是最合适的。若离心力过小，则由较小的离心力所产生的颗粒或球丸与容器壁的摩擦力也较小，这样不能将其带到较高的高度，再加上它们的重力及彼此间摩擦力的作用，使它们只能在所处的位置上摆动，影响了表面的润湿和裹粉。若离心力较大时，则颗粒或球丸随容器壁一起上升到一定的高度后，在重力作用下自由落下，这样就产生了颗粒或球丸间的冲击作用，易使刚刚包上的胎体粉脱落，不利于制作球丸。若离心力过大，超过了颗粒的重力，使一部分颗粒贴在容器壁上与容器壁处于相对静止的状态，则更不利于球丸的形成。因而在制作球丸时，必须让容器中的颗粒进行滚动，这就需要调节适合于颗粒滚动的离心力的大小。因为F＝ (G)/(g) ρW²。式中F-磨料颗粒受的总离心力;g-重力加速度;ρ-磨料颗粒的重心向径;W-容器的转动角速度;G-磨料颗粒的总重量。由上式可见，当转速一定时F与G、ρ成正比。由于对磨料颗粒不断的喷液和撒粉，G值在不断增大，故F值也不断增加，为保证适合于颗粒或球丸滚动的离心力，只有通过变化容器的轴线与水平面的倾角以改变ρ的数值来达到。ρ的数值随着容器轴线与水平面的倾角的增加而减小，因而我们在制球时，随球丸重量不断增加，将容器的轴线与水平面的倾角做由大到小的调节则可使全部磨料颗粒形成体积均一的球丸。球丸形成率达100%。

下面是采用本发明方法制造的金刚石磨具：

将60目金刚石36g放在旋转的鼓形容器中滚动，其转速为55转/分，此时容器轴线与水平面的倾角为60°左右，往滚动的金刚石表面喷一层乙醇与丙三醇混合液，待金刚石表面充分润湿后，撒上一层金属混合粉，待金属混合粉被粘上，并经滚动被压实后，再喷液，再撒金属混合粉。液量要使金刚石表面充分润湿又不互相粘结。撒粉量控制在使其能全部包在金刚石表面上。随着混合液和金属混合粉的加入，以金刚石为核心的球丸初步形成，并在不断增大其体积和重量。这时，要适当地减小容器的倾角。以保证球丸的充分滚动。如此反复多次，即制成了以60目金刚石为核心，外裹金属混合粉的体积均一的球丸。此时容器的倾角已减小到35°左右。

制成后的球丸总重量为407.2g其中：

30～36目球丸367.1g占总重量的90.13%

36目球丸39.7g占总重量的9.8%

46目球丸0.2g占总重量的0.049%

所用的金刚石全部制成球丸，所加的金属混合粉也被均匀地包裹在金刚石上。图1中的照片是用本发明方法制成的金刚石球丸。

另外采用乙醇和乙二醇混合液为粘结剂时其效果也相同。

球丸制成后无需过筛就可将其直接放入模具中，制成金刚石钻头。其过程是：把用粘结剂润湿的金属混合粉，根据水口数量、定量分成若干等分放入模具中，压实，形成钻头的水口部分。然后把定量的球丸放入用水口隔开的模具空隙中，形成钻头的工作层部分。上面再加上一定量的上述润湿过的金属混合粉，以形成金刚石钻头的非工作层部分。用钻头钢体为压头进行冷压，就得到了成型的金刚石钻头，把它放在真空干燥箱中烘干后，进行热压烧结，烧结温度根据所采用的金属混合粉的性能而定，这样金刚石均布的成品钻头就制成了。

用本发明方法制成的金刚石钻头，金刚石包镶牢固，强度高。在某矿区已做了试验。图2中的照片为使用以前的方法制造的金刚石钻头，其金刚石分布不均匀，平均寿命仅为86米。图3是用以前的方法制成的金刚石钻头消耗一部分工作层后的情况。图中可见，金刚石分布不均匀，脱落较严重。图4是本发明方法制造的金刚石钻头使用前的情况，金刚石分布均匀。图5是用本发明方法制造的金刚石钻头，消耗2/3工作层后，金刚石分布及出刃情况。由图可见，金刚石分布均匀、出刃好，包镶金刚石处呈明显的蝌蚪状支撑，包镶情况好。用本发明方法制成的金刚石钻头在使用过程中磨损正常，平均寿命为114米。

Claims (5)

1、一种使磨料颗粒均匀分布在胎体中的方法。其特征在于先将磨磨料颗粒放在旋转的鼓形容器中滚动，容器轴线与水平面成一倾角，首先往滚动的磨料颗粒上喷上一层粘结剂。待磨料颗粒充分润湿后撒上一层胎体粉，在上述粘结剂的粘结下，胎体粉被包裹在磨料颗粒的表面上，然后再向滚动的用胎体粉包裹的磨料颗粒上喷上上述的粘结剂，待用胎体粉包裹的磨料颗粒充分润湿后再撒上一层胎体粉，如此反复进行喷液，撒粉过程，其间，随着球丸体积的增加要不断调节容器轴线与水平面的倾角，倾角由初始角度逐渐变小，以使容器中的球丸能充分滚动。

2、如权利要求1所述的方法，其特征还在于所说的粘结剂为乙醇和丙三醇的混合液或乙醇与乙二醇的混合液。

3、如权利要求1、2所述的方法，其特征还在于所说的容器轴线与水平面的倾角的初始角度为60°，而停止滚动时的倾角为35°。

4、如权利要求1、2所述的方法，其特征还在于旋转的容器的旋转速度为50～60转/分。

5、如权利要求3所述的方法，其特征还在于所说的容器的旋转速度为50～60转/分。

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