CN106217273B - 一种金刚石珩磨油石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金刚石珩磨油石及其制备方法，金刚石珩磨油石由如下重量百分比的原料制成：粒度为400目~1000目金刚石微粉5~10%和金属结合剂90~95%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45~55%、银粉12~20%、镁粉30~33%和粒度为200目~800目滑石粉2~5%组成；具体制备方法是通过混料、模具成型、烧结、等通道转角挤压等工序制备油石毛坯，最后对油石毛坯进行机械加工，得到尺寸精度合格的成品；利用本发明制作的油石解决目前液压缸缸筒珩磨油石加工液压缸缸筒圆柱度低、直线度差、表面粗糙度不达标、及存在烧伤、毛刺、液压缸缸筒内孔表面划伤等问题，同时提高油石的硬度、形状保持性及使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于液压缸缸筒珩磨领域，具体涉及一种金刚石珩磨油石及其制备方法。
背景技术
珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力、珩磨工具或工件同时作相对旋转和轴向直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法，由于珩磨可使工件达到很高的精度和表面光洁度，因而被广泛应用于液压缸、轴承套圈、内燃机汽缸套等各种零件内孔的精密与超精密加工。影响珩磨质量的关键因素包括机床性能和珩磨油石等。珩磨油石作为一个关键因素，它不仅影响零件的加工精度和表面粗糙度，还影响磨削效率等。油石通常为长条型。由于超硬磨料（金刚石与立方氮化硼）在磨削性能上的显著优势，目前超硬磨料珩磨油石已经逐渐取代普通磨料油石。
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压***中得到广泛应用。缸筒作为液压缸的主要部件，其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。由于液压缸在工作中承受着交变载荷的作用，这就对液压缸缸筒的表面质量、形状尺寸精度等指标提出了严格的要求，其内表面粗糙度要求为Ra0.2～0.6um，同时对同轴度、直线度要求严格。
液压缸缸筒的常见加工工序为：粗镗——半精镗——精镗——珩磨。经过粗镗、半精镗及精镗之后，液压缸缸筒已经具有了基本的形状尺寸，但精度较低。随后的珩磨工序主要是为了消除精镗的加工痕迹、去除余量，同时进一步提高孔的精度以及降低表面粗糙度。液压缸缸筒的基本特征是深孔加工，精加工难度大，对所用的金刚石珩磨油石提出了较高的性能要求。目前，液压缸缸筒珩磨用金刚石油石仍存在如下问题：
（1）油石结合剂硬度均匀性差，造成油石使用过程中不同位置磨损速率不同，导致珩磨后液压缸缸筒形位精度不达标，如圆柱度精度低、直线度差；（2）油石结合剂整体硬度偏低、结合剂对金刚石的把持力弱，导致油石耐磨性差，油石形状保持性差，需要经常修整以保证油石形状精度，不仅降低了加工效率，而且缩短了油石寿命。（3）油石配方与加工对象匹配度较低，珩磨加工后液压缸缸筒内表面粗糙度不达标、部分液压缸缸筒出现烧伤、划伤、毛刺等问题。
根据上述存在的问题，为了满足液压缸缸筒高、精、尖的加工需求和日益扩大化的市场需求，急需一种用于液压缸缸筒珩磨的金属结合剂金刚石油石。
发明内容
本发明是针对现有技术中存在的缺陷而提供了一种金刚石珩磨油石及其制备方法，利用本发明制作的油石解决目前液压缸缸筒珩磨油石加工液压缸缸筒圆柱度低、直线度差、表面粗糙度不达标、及存在烧伤、毛刺、液压缸缸筒内孔表面划伤等问题，同时提高油石的硬度、形状保持性及使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为400目~1000目金刚石微粉5~10%和金属结合剂90~95%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45~55%、银粉12~20%、镁粉30~33%和粒度为200目~800目滑石粉2~5%组成。
根据上述的金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为800目金刚石微粉7%和金属结合剂93%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉50%、银粉15%、镁粉30%和粒度为800目滑石粉5%组成。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜40~58%和锡42~60%。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜53%和锡47%。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述银粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述镁粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述铜锡预合金粉的制备原料中铜的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
根据上述的金刚石珩磨油石，所述铜锡预合金粉的制备原料中锡的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
根据上述金刚石珩磨油石的制备方法，包括如下步骤：
a. 按重量百分比称取金属结合剂，然后加入金刚石微粉及0.1~0.2倍金属结合剂量的湿润剂，充分混合均匀；
b. 根据金刚石珩磨油石尺寸，选择石墨模具，石墨模具组装好后将步骤a中混匀的粉料投入石墨模具型腔中，均匀摊料后，盖上石墨上压板，得到待烧模具；
c. 将步骤b中得到的待烧模具置于热压烧结机上进行烧制，烧结工艺：按照150℃/min的升温速率升温至440~530℃，并在该烧结温度下保温保压15~20min；升压曲线为：压制温度为0~100℃时压制压力为10MPa，压制温度为100~200℃时压制压力为20MPa，压制温度为200~300℃时压制压力为30MPa，压制温度为300~400℃时压制压力为40MPa，压制温度为400~500℃时压制压力为50MPa，压制温度为500~600℃时压制压力为60MPa，保温保压过程完成后，停止加热并卸除烧结压力，待模具自然冷却到室温，拆开模具，得到油石毛坯；
d. 对步骤c得到的油石毛坯进行等通道转角挤压，挤压模具参数为：两通道的外模角Ψ角为25°~30°、两通道的内模角Φ角为90°~120°；挤压工艺参数为：挤压温度为240~320℃、挤压速度0.5mm~3mm/s、挤压次数1~3次；
e. 对步骤d得到的油石毛坯进行机械加工，得到尺寸精度合格的成品。
根据上述金刚石珩磨油石的制备方法，步骤a中所述的湿润剂为液态石蜡。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明油石成分及配比是经过申请人长期的实践，同时结合磨削的工件液压缸缸筒的技术参数包括材质、硬度等来设计出来的，该原料组合配比科学合理。本结合剂配方体系由铜锡预合金粉、镁粉、银粉、滑石粉组成。配方体系中大量使用了高锡含量的铜锡预合金粉（合金粉中锡含量占42%以上）及镁粉，以上成分熔点较低，增加了烧结时结合剂中液态组分的含量，使得结合剂对金刚石的包裹更加充分、烧结后结合剂对金刚石的把持力更强，有效增加了金刚石油石的耐磨性与使用寿命；同时，镁粉的活性很高，对结合剂合金化过程有促进作用，进而提高了结合剂的组织致密度与硬度。此外，镁的加入可以有效降低烧结过程中金刚石的氧化。银具有极佳的导热性，结合剂中加入银提高了油石的散热性能，有效降低了磨削过程中因散热不佳造成的工件烧伤现象，同时，银的延展性很高，可以有效提升油石的塑性，避免油石在随后的等通道转角挤压工序中出现裂纹、断裂等问题，保证了等通道转角挤压工艺的可行。滑石粉性质稳定、具有良好的润滑作用，加入结合剂中可以有效提高油石的自锐性，保证油石持续锋利。滑石粉密度相对于石墨等添加剂更高，不容易漂浮，改善了工作环境，同时在结合剂中也更容易分散均匀。
2、等通道转角挤压工艺是一种制备细晶、高强、高硬度材料的重要方法。本发明对烧结后的油石毛坯进行等通道转角挤压，油石毛坯在通道转角处发生强烈的剪切变形，结合剂晶粒得到破碎细化，同时该方法加工时不改变油石横截面形状，可重复挤压从而获得相当大的总应变量，使油石结合剂晶粒得到充分细化及组织均匀提高，基于细晶强化原理，从而显著提高了油石结合剂的硬度与硬度均匀性。
3、本发明油石具有结合剂硬度均匀性好、硬度高、配方与加工对象匹配性好等特点，采用本发明油石珩磨液压缸缸筒，珩磨后液压缸缸筒内孔圆柱度与直线度精度高、气缸套内表面粗糙度低、不存在液压缸缸筒内表面烧伤、毛刺、划伤现象等，同时油石寿命长、形状保持性好。
4、本发明生产工序简单、操作方便、生产效率高、适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明中等通道转角挤压工艺图；
1. 凸模；2. 油石毛坯；3. 凹模板。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的金刚石珩磨油石及其制备方法的具体说明，但本发明的内容并不限定如此。
实施例1：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为400目~1000目金刚石微粉5~10%和金属结合剂90~95%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45~55%、银粉12~20%、镁粉30~33%和滑石粉 2~5%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜40~58%和锡42~60%。
所述银粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
所述镁粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
所述铜锡预合金粉的制备原料中铜的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
所述铜锡预合金粉的制备原料中锡的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
一种金刚石珩磨油石的制备方法，包括如下步骤：
a.按重量百分比称取金属结合剂，然后加入金刚石微粉及0.1~0.2倍金属结合剂量的湿润剂，充分混合均匀，所用湿润剂为液体石蜡；
b.根据金刚石珩磨油石尺寸，选择石墨模具，石墨模具组装好后将步骤a中混匀的粉料投入石墨模具型腔中，均匀摊料后，盖上石墨上压板，得到待烧模具；
c.将步骤b中得到的待烧模具置于热压烧结机上进行烧制，烧结工艺：按照150℃/min的升温速率升温至440~530℃，并在该烧结温度下保温保压15~20min；升压曲线为：压制温度为0~100℃时压制压力为10MPa，压制温度为100~200℃时压制压力为20MPa，压制温度为200~300℃时压制压力为30MPa，压制温度为300~400℃时压制压力为40MPa，压制温度为400~500℃时压制压力为50MPa，压制温度为500~600℃时压制压力为60MPa，保温保压过程完成后，停止加热并卸除烧结压力，待模具自然冷却到室温，拆开模具，得到油石毛坯；
d. 对步骤c得到的油石毛坯进行等通道转角挤压，挤压模具参数为：两通道的外模角Ψ角为25°~30°、两通道的内模角Φ角为90°~120°；挤压工艺参数为：挤压温度为240~320℃、挤压速度0.5mm~3mm/s、挤压次数1~3次；
e. 对步骤d得到的油石毛坯进行机械加工，得到尺寸精度合格的成品。
实施例2：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为800目金刚石微粉7%和金属结合剂93%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉55%、银粉12%、镁粉30%和滑石粉 3%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜52%和锡48%。
所述银粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
所述镁粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
所述铜锡预合金粉的制备原料中铜的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
所述铜锡预合金粉的制备原料中锡的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目
一种金刚石珩磨油石的制备方法，包括如下步骤：
a.按重量百分比称取金属结合剂，然后加入金刚石微粉及0.1~0.2倍金属结合剂量的湿润剂，充分混合均匀，所用湿润剂为液体石蜡；
b.根据金刚石珩磨油石尺寸9mm×9mm×100mm，选择石墨模具，石墨模具组装好后将步骤a中混匀的粉料投入石墨模具型腔中，均匀摊料后，盖上石墨上压板，得到待烧模具；
c.将步骤b中得到的待烧模具置于热压烧结机上进行烧制，烧结工艺：按照150℃/min的升温速率升温至510℃，并在该烧结温度下保温保压15min；升压曲线为：压制温度为0~100℃时压制压力为10MPa，压制温度为100~200℃时压制压力为20MPa，压制温度为200~300℃时压制压力为30MPa，压制温度为300~400℃时压制压力为40MPa，压制温度为400~500℃时压制压力为50MPa，压制温度为500~600℃时压制压力为60MPa，保温保压过程完成后，停止加热并卸除烧结压力，待模具自然冷却到室温，拆开模具，得到油石毛坯；
d. 对步骤c得到的油石毛坯进行等通道转角挤压，挤压模具参数为：两通道的外模角Ψ角为25°、两通道的内模角Φ角为90°；挤压工艺参数为：挤压温度为240℃、挤压速度0.5mmmm/s、挤压次数1次；
e. 对步骤d得到的油石毛坯进行机械加工，得到尺寸精度合格的成品。
实施例3：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为400目金刚石微粉5%和金属结合剂95%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉50%、银粉14%、镁粉33%和滑石粉 3%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜40%和锡60%。
本实施例的制备方法可参照实施例2。
实施例4：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为600目金刚石微粉8%和金属结合剂92%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45%、银粉19%、镁粉31%和滑石粉5%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜58%和锡42%。
本实施例的制备方法可参照实施例2。
实施例5：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为800目金刚石微粉10%和金属结合剂90%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉48%、银粉16%、镁粉32%和滑石粉4%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜56%和锡44%。
本实施例的制备方法可参照实施例2。
实施例6：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为1000目金刚石微粉7%和金属结合剂93%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉46%、银粉20%、镁粉32%和滑石粉2%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜57%和锡43%。
本实施例的制备方法可参照实施例2。
实施例7：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为1000目金刚石微粉9%和金属结合剂91%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45%、银粉20%、镁粉32%和滑石粉3%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜58%和锡42%。
本实施例的制备方法与参照实施例2。
实施例8：
一种金刚石珩磨油石，由如下重量百分比的原料制成：粒度为600目金刚石微粉7%和金属结合剂93%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉50%、银粉15%、镁粉30%和滑石粉5%组成；所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜53%和锡47%。
本实施例的制备方法可参照实施例2。
本发明实施例2~8得到的金刚石珩磨油石与目前市场上同类油石加工同款液压缸缸筒的关键性能指标对比如表1，其中每个珩磨头上均匀镶嵌8根珩磨油石。
Claims (9)
1.一种金刚石珩磨油石，其特征在于：由如下重量百分比的原料制成：粒度为400目~1000目金刚石微粉5~10%和金属结合剂90~95%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉45~55%、银粉12~20%、镁粉30~33%和粒度为200目~800目滑石粉2~5%组成；
所述金刚石珩磨油石的制备方法，包括如下步骤：
a.按重量百分比称取金属结合剂，然后加入金刚石微粉及0.1~0.2倍金属结合剂量的湿润剂，充分混合均匀；
b.根据金刚石珩磨油石尺寸，选择石墨模具，石墨模具组装好后将步骤a中混匀的粉料投入石墨模具型腔中，均匀摊料后，盖上石墨上压板，得到待烧模具；
c.将步骤b中得到的待烧模具置于热压烧结机上进行烧制，烧结工艺：按照150℃/min的升温速率升温至440~530℃，并在该烧结温度下保温保压15~20min；升压曲线为：压制温度为0~100℃时压制压力为10MPa，压制温度为100~200℃时压制压力为20MPa，压制温度为200~300℃时压制压力为30MPa，压制温度为300~400℃时压制压力为40MPa，压制温度为400~500℃时压制压力为50MPa，压制温度为500~600℃时压制压力为60MPa，保温保压过程完成后，停止加热并卸除烧结压力，待模具自然冷却到室温，拆开模具，得到油石毛坯；
d.对步骤c得到的油石毛坯进行等通道转角挤压，挤压模具参数为：两通道的外模角Ψ角为25°~30°、两通道的内模角Φ角为90°~120°；挤压工艺参数为：挤压温度为240~320℃、挤压速度0.5mm~3mm/s、挤压次数1~3次；
e.对步骤d得到的油石毛坯进行机械加工，得到尺寸精度合格的成品。
2.根据权利要求1所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：由如下重量百分比的原料制成：粒度为800目金刚石微粉7%和金属结合剂93%；所述金属结合剂由铜锡预合金粉50%、银粉15%、镁粉30%和粒度为800目滑石粉5%组成。
3.根据权利要求1所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜40~58%和锡42~60%。
4.根据权利要求3所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述铜锡预合金粉由如下重量百分比的原料制成：铜53%和锡47%。
5.根据权利要求1所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述银粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
6.根据权利要求1所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述镁粉的纯度≥99.0%，粒度为100目~200目。
7.根据权利要求3所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述铜锡预合金粉的制备原料中铜的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
8.根据权利要求3所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：所述铜锡预合金粉的制备原料中锡的纯度≥99.8%，粒度为100目~200目。
9.根据权利要求1所述的金刚石珩磨油石，其特征在于：步骤a中所述的湿润剂为液态石蜡。
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