具体实施方式
本发明以下结合附图和实施例作以详细的描述:
实施例1、
本发明包括如下步骤:
A、在模具(4)和(5)组成的模腔内,将砂轮工作层料(8)、过渡层料(17)、隔离层(7)和离心介质(6)沿径向由外向内分层排列,模具固定在主轴机构(11)上;砂轮工作层料(8)包括磨料、金属结合剂;
B、启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;
C、启动加热装置,对成型料升温、加压,完成离心热压烧结后,关闭加热电源;
D、降温至300℃以下,停止旋转,卸下模具。
本发明中离心介质(4)为高密度金属颗粒或合金颗粒,粒径范围:0.1~1mm之间。所述离心介质(4)为铸造碳化钨粉或粗颗粒钨粉。磨料为金刚石或立方氮化硼。结合剂包括金属粉末、非金属粉末等。作为优选方案,在所述步骤A和B之间还可加入如下工艺步骤:将模具所处环境加以密封,抽真空,充入保护气。加热装置为感应加热装置或电阻加热装置。作为优选方案,在所述步骤A中所述的砂轮工作层料、过渡层料应分别经过制粒处理。
本发明的金属结合剂超硬材料砂轮离心热压烧结方法中所使用的离心热压烧结装置,其特征在于:它包括加热装置和离心机装置;所述加热装置采用感应加热装置或电阻加热装置;离心机装置包括支架(1)和机座(15),在所述机座(15)上设置有防护罩(10)和回转主轴机构(11),在回转主轴机构(11)上安置有模具,所述模具包括模具挡板(5)、模具外模(4)和模芯(9),由模具挡板(5)、模具外模(4)和模芯(9)构成的型腔中装有离心介质(6)、隔离层(7)、砂轮工作层料(8)和过渡层料(17),模具处于加热装置中加热元件(2)内,在回转主轴机构(11)上设置有冷却介质通道。回转主轴机构(11)中的主轴内设置有冷却介质通道;所述冷却介质为冷却气或冷却液。标号(3)为冷却介质出口座,标号(16)为冷却介质进口座,标号(13)为电机上的传动皮带,标号(14)为带轮。
实施例2、
本发明的方法包括如下步骤:
设计制造Φ100mm×150mm(高度尺寸)×3mm(砂轮磨料层厚度)/7mm(砂轮非磨料层厚度,也称过渡层)
结合剂的重量百分比为:Cu 50~80%、Co 10~15%、Fe 10~15%、Ni 5~10%、
Sn 10~20%、Zn 0~5%。
金刚石浓度:100%,粒度70/80。
具体的制备方法如下:
A、混料
先将上述配方需要的各种结合剂粉末按配方份额称量后放入超硬磨料工具行业通用的二维或三维混料机充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。再加入金刚石充分混合(干混)均匀,时间为30分钟。
B、制粒
将上述混合料加入金属结合剂金刚石工具制造通用的制粒剂(WS120临时成型剂),在行业通用的制粒机上的搅拌器中搅拌均匀并达到所需的干湿程度后,进行制粒处理,混合料经过制粒成为尺寸均匀(-30美制筛目)的颗粒,具有良好的流动性和稳定的松装密度。
C、成型:
模压预成型:取一定数量(根据上述砂轮尺寸计算得出)上述经过制粒的颗粒料,装入钢模具中,在油压机上加载一定的轴向压力在常温下压制成型,成型坯相对密度达到60%。
D、离心热压烧结:
a.将上述冷压成型压坯、离心介质材料及隔离层在石墨模具中组装,在本专利设计的专用离心热压烧结设备上进行离心热压烧结,该离心热压烧结设备热源为中频感应加热,烧结气氛为还原性保护气氛。烧结时升温和回转采用程序自动化控制。
b.启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;烧结升温阶段离心机转速为1200RPM,保温阶段离心机转速为4000RPM,自然降温阶段离心机转速为2000RPM。
c.启动加热装置,对成型料升温、加压,烧结温度760℃±3℃;完成离心热压烧结后,关闭加热电源,烧结时间共计二十四分钟:升温阶段分四段进行,共计九分钟,保温阶段五分钟,自然降温十分钟;
d.降温至260℃以下,停止旋转,卸下模具。
上述离心介质(4)为铸造碳化钨粉,粒径范围:0.5~1mm之间。
离心烧结砂轮坯性能检测:砂轮烧结坯的平均密度为90%(相对密度),砂轮硬度值为HRB85±2;砂轮外径检测尺寸:Φ100mm±0.02×150mm±0.05。与传统工艺相比,采用离心烧结工艺所制造的砂轮的密度更均匀,外径尺寸精度提高了一个数量级。
此种规格砂轮用于磁性材料、水晶、硬质合金等材料的棒料无心磨加工。与传统工艺制造的砂轮相比,离心热压烧结工艺所制造的砂轮具有更好的型面保持能力,较高的磨削效率及较低的制造成本。
实施例3、
本发明的方法包括如下步骤:
设计制造Φ100mm×150mm(高度尺寸)×5mm(砂轮磨料层厚度)/5mm(砂轮非磨料层厚度,也称过渡层)
结合剂的重量百分比为:Cu 50~80%、Co 10~15%、Fe 10~15%、Ni 5~10%、
Sn 15~20%、Zn 0~5%。
金刚石浓度:75%,粒度140/170。
具体的制备方法如下:
A、混料
先将上述配方需要的各种结合剂粉末按配方份额称量后放入超硬磨料工具行业通用的二维或三维混料机充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。再加入金刚石充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。
B、制粒
将上述混合料加入金属结合剂金刚石工具制造通用的制粒剂(WS120临时成型剂),在行业通用的制粒机上的搅拌器中搅拌均匀并达到所需的干湿程度后,进行制粒处理,混合料经过制粒成为尺寸均匀(-40美制筛目)的颗粒,具有良好的流动性和稳定的松装密度。
C、成型:
模压预成型:取一定数量(根据上述砂轮尺寸计算得出)上述经过制粒的颗粒料,装入钢模具中,在油压机上加载一定的轴向压力在常温下压制成型,成型坯相对密度达到55%。
D、离心热压烧结:
a.将上述冷压成型压坯、离心介质材料及隔离层在石墨模具中组装,在本专利设计的专用离心热压烧结设备上进行离心热压烧结,该离心热压烧结设备热源为中频感应加热,烧结气氛为还原性保护气氛。烧结时升温和回转采用程序自动化控制。
b.启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;烧结升温阶段离心机转速为1200RPM,保温阶段离心机转速为4500RPM,自然降温阶段离心机转速为2000RPM。
c.启动加热装置,对成型料升温、加压,烧结温度780℃±3℃;完成离心热压烧结后,关闭加热电源,烧结时间共计二十四分钟:升温阶段分四段进行,共计九分钟,保温阶段五分钟,自然降温十分钟;
d.降温至200℃以下,停止旋转,卸下模具。
上述离心介质(4)为铸造碳化钨粉,粒径范围:0.5~1mm之间。
离心烧结砂轮坯性能检测:砂轮烧结坯的平均密度为92%(相对密度),砂轮硬度值为HRB88±2;砂轮外径检测尺寸:Φ100mm±0.02×150mm±0.05。与传统工艺相比,采用离心烧结工艺所制造的砂轮的密度更均匀,外径尺寸精度提高了一个数量级。
此种规格砂轮用于磁性材料、水晶、硬质合金等材料的棒料无心磨加工。与传统工艺制造的砂轮相比,离心热压烧结工艺所制造的砂轮具有更好的型面保持能力,较高的磨削效率及较低的制造成本。
实施例4、
本发明的方法包括如下步骤:
设计制造Φ150mm×150mm(高度尺寸)×3mm(砂轮磨料层厚度)/5mm(砂轮非磨料层厚度,也称过渡层)
结合剂的重量百分比为:Cu 60~80%、Co 5~10%、Fe 0~10%、Ni 5~10%、
Sn 10~20%、Zn 0~5%。
金刚石浓度:100%,粒度80/100。
具体的制备方法如下:
A、混料
先将上述配方需要的各种结合剂粉末按配方份额称量后放入超硬磨料工具行业通用的二维或三维混料机充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。再加入金刚石充分混合(干混)均匀,时间为30分钟。
B、制粒
将上述混合料加入金属结合剂金刚石工具制造通用的制粒剂(PEG临时成型剂),在行业通用的制粒机上的搅拌器中搅拌均匀并达到所需的干湿程度后,进行制粒处理,混合料经过制粒成为尺寸均匀(-30美制筛目)的颗粒,具有良好的流动性和稳定的松装密度。
C、成型:
模压预成型:取一定数量(根据上述砂轮尺寸计算得出)上述经过制粒的颗粒料,装入钢模具中,在油压机上加载一定的轴向压力在常温下压制成型,成型坯相对密度达到65%。
D、离心热压烧结:
a.将上述冷压成型压坯、离心介质材料及隔离层在石墨模具中组装,在本专利设计的专用离心热压烧结设备上进行离心热压烧结,该离心热压烧结设备热源为中频感应加热,烧结气氛为还原性保护气氛。烧结时升温和回转采用程序自动化控制。
b.启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;烧结升温阶段离心机转速为1500RPM,保温阶段离心机转速为4000RPM,自然降温阶段离心机转速为2000RPM。
c.启动加热装置,对成型料升温、加压,烧结温度800℃±5℃;完成离心热压烧结后,关闭加热电源,烧结时间共计三十分钟:升温阶段分四段进行,共计十分钟,保温阶段五分钟,自然降温十五分钟;
d.降温至250℃以下,停止旋转,卸下模具。
上述离心介质(4)为粗颗粒钨粉,粒径范围:0.2~0.8mm之间。
离心烧结砂轮坯性能检测:砂轮烧结坯的平均密度为93%(相对密度),砂轮硬度值为HRB90±2;砂轮外径检测尺寸:Φ150mm±0.02×150mm±0.05。与传统工艺相比,采用离心烧结工艺所制造的砂轮的密度更均匀,外径尺寸精度提高了一个数量级。
此种规格砂轮用于磁性材料、水晶、硬质合金等材料的棒料无心磨加工。与传统工艺制造的砂轮相比,离心热压烧结工艺所制造的砂轮具有更好的型面保持能力,较高的磨削效率及较低的制造成本。
实施例5、
本发明的方法包括如下步骤:
设计制造Φ150mm×150mm(高度尺寸)×2.5mm(砂轮磨料层厚度)/5.5mm(砂轮非磨料层厚度,也称过渡层)
结合剂的重量百分比为:Cu 50~80%、Co 5~15%、Fe 5~15%、Ni 5~10%、
Sn 10~20%、Zn 0~5%。
金刚石浓度:75%,粒度140/170。
具体的制备方法如下:
A、混料
先将上述配方需要的各种结合剂粉末按配方份额称量后放入超硬磨料工具行业通用的二维或三维混料机充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。再加入金刚石充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。
B、制粒
将上述混合料加入金属结合剂金刚石工具制造通用的制粒剂(PEG临时成型剂),在行业通用的制粒机上的搅拌器中搅拌均匀并达到所需的干湿程度后,进行制粒处理,混合料经过制粒成为尺寸均匀(-30美制筛目)的颗粒,具有良好的流动性和稳定的松装密度。
C、成型:
模压预成型:取一定数量(根据上述砂轮尺寸计算得出)上述经过制粒的颗粒料,装入钢模具中,在油压机上加载一定的轴向压力在常温下压制成型,成型坯相对密度达到60%。
D、离心热压烧结:
a.将上述冷压成型压坯、离心介质材料及隔离层在石墨模具中组装,在本专利设计的专用离心热压烧结设备上进行离心热压烧结,该离心热压烧结设备热源为中频感应加热,烧结气氛为还原性保护气氛。烧结时升温和回转采用程序自动化控制。
b.启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;烧结升温阶段离心机转速为1200RPM,保温阶段离心机转速为5000RPM,自然降温阶段离心机转速为2000RPM。
c.启动加热装置,对成型料升温、加压,烧结温度810℃±3℃;完成离心热压烧结后,关闭加热电源,烧结时间共计三十分钟:升温阶段分四段进行,共计十分钟,保温阶段五分钟,自然降温十五分钟;
d.降温至250℃以下,停止旋转,卸下模具。
上述离心介质(4)为铸造碳化钨粉,粒径范围:0.3~1mm之间。
离心烧结砂轮坯性能检测:砂轮烧结坯的平均密度为95%(相对密度),砂轮硬度值为HRB93±2;砂轮外径检测尺寸:Φ150mm±0.02×150mm±0.05。与传统工艺相比,采用离心烧结工艺所制造的砂轮的密度更均匀,外径尺寸精度提高了一个数量级。
此种规格砂轮用于磁性材料、硬质合金等材料的棒料无心磨加工。与传统工艺制造的砂轮相比,离心热压烧结工艺所制造的砂轮具有更好的型面保持能力,较高的磨削效率及较低的制造成本。
实施例6、
本发明的方法包括如下步骤:
设计制造Φ80mm×50mm(高度尺寸)×5mm(砂轮磨料层厚度)/5mm(砂轮非磨料层厚度,也称过渡层)异型砂轮,砂轮外圆周上有轴向圆弧:R3。
结合剂的重量百分比为:Cu 50~80%、Co 10~15%、Fe 0~10%、Ni 5~15%、
Sn 5~15%、Zn 0~5%。
金刚石浓度:100%,粒度325/400。
具体的制备方法如下:
A、混料
先将上述配方需要的各种结合剂粉末按配方份额称量后放入超硬磨料工具行业通用的二维或三维混料机充分混合(干混)均匀,时间为40分钟。再加入金刚石充分混合(干混)均匀,时间为60分钟。
B、制粒
将上述混合料加入金属结合剂金刚石工具制造通用的制粒剂(WS120临时成型剂),在行业通用的制粒机上的搅拌器中搅拌均匀并达到所需的干湿程度后,进行制粒处理,混合料经过制粒成为尺寸均匀(-80美制筛目)的颗粒,具有良好的流动性和稳定的松装密度。
C、成型:
离心预成型:利用离心介质在高速旋转的模具中所产生的离心力施加在离心介质和制粒的颗粒料的界面上所产生的压力使制粒后的颗粒料预成型。成型坯相对密度达到50%。离心机最高转速达12000RPM。
D、离心热压烧结:
a.将上述冷压成型压坯、离心介质材料及隔离层在石墨模具中组装,在本专利设计的专用离心热压烧结设备上进行离心热压烧结,该离心热压烧结设备热源为中频感应加热,烧结气氛为还原性保护气氛。烧结时升温和回转采用程序自动化控制。
b.启动电机(12),带动模具、离心介质及由砂轮工作层料、过渡层料组成的成型料高速回转,离心介质通过隔离层对成型料加压;烧结升温阶段离心机转速为1500RPM,保温阶段离心机转速为6000RPM,自然降温阶段离心机转速为2000RPM。
c.启动加热装置,对成型料升温、加压,烧结温度810℃±3℃;完成离心热压烧结后,关闭加热电源,烧结时间共计三十二分钟:升温阶段分四段进行,共计十二分钟,保温阶段五分钟,自然降温十五分钟;
d.降温至150℃以下,停止旋转,卸下模具。
上述离心介质(4)为铸造碳化钨粉,粒径范围:0.2~8mm之间。
离心烧结砂轮坯性能检测:砂轮烧结坯的平均密度为92%(相对密度),砂轮硬度值为HRB90±2;砂轮外径检测尺寸:Φ80mm±0.02×50mm±0.05,圆弧R±0.01。与传统工艺相比,采用离心烧结工艺所制造的砂轮的密度更均匀,外径尺寸具有较高的精度等级。