專利名稱：金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工具制造領(lǐng)域，特別是一種以金屬或陶瓷為結(jié)合劑的超硬磨具的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，超硬磨具制造大多采用等溫鍛造法，其原理是將原材料粉體裝入等溫模具后，模具和粉體一并送入加熱爐加熱保溫，最后出爐鍛造，由于整個(gè)鍛造過(guò)程中，模具與工件溫度相同而得名為等溫鍛造，其基本過(guò)程包括裝模--預(yù)壓--加熱--鍛造--冷卻--卸模--進(jìn)一步加工。等溫鍛造工藝在世界已發(fā)展了數(shù)十年，但尚有幾大難題困擾著眾多磨具制造商其一為模具問(wèn)題(1)模具費(fèi)用高，加工極其困難。國(guó)外制造商采用價(jià)值昂貴的高級(jí)高溫合金為材料制造等溫模具，價(jià)格約為9-10萬(wàn)美元一噸，造成極高的模具費(fèi)用，并且這種材料極難加工；國(guó)內(nèi)廠商常采用低等級(jí)的模具材料，模具壽命只能達(dá)到幾次甚至一、兩次，并且要專門配備一個(gè)模具車間不間斷地制造模具，這樣反而成倍地提高了模具的費(fèi)用；(2)模具數(shù)量眾多資金占用量大。等溫鍛造要求一個(gè)工料配一套模具并跟隨整個(gè)工藝流程，因此每個(gè)生產(chǎn)批次有多少個(gè)工件，就必須配置多少套模具，從而使模具配備數(shù)量眾多，當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)模具占用的資金可以超過(guò)固定資產(chǎn)，造成巨大的資金占用；(3)模具精度的穩(wěn)定性差，造成產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性差由于工況惡劣，即使采用高級(jí)材料也不能保證模具型腔尺寸精度的穩(wěn)定性，而模具型腔的尺寸精度直接影響產(chǎn)品的致密度，產(chǎn)品的致密度直接影響產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。
其二這種工藝的自身特點(diǎn)決定了它無(wú)法采用自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，必須依靠大量的手工作業(yè)，單件生產(chǎn)，至使勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量人為因素多，難于控制，制造成本高。
其三這種工藝能耗大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。在正常情況下，這種工藝的模具重量是工件重量的5-10倍，而模具與工件需同時(shí)加熱，這樣熱能有80-90％被模具消耗掉，致使能源浪費(fèi)嚴(yán)重。
其四是有模單向加壓，所以胎體的密度在不同的方向容易不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法。該方法無(wú)需模具跟隨生產(chǎn)過(guò)程，而通過(guò)傳壓介質(zhì)實(shí)現(xiàn)全方位液靜加壓，從而降低模具的占用量，減少由于模具型腔尺寸的變化對(duì)工件精度和質(zhì)量的影響，并能使磨具胎體各部位的致密度更加均勻，降低這種超硬磨具的生產(chǎn)成本和能耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法包括如下步驟a、將超硬磨料與金屬粉料或陶瓷粉料混合均勻制得的工作層粉體原料，再與基體或基體粉料組合，生成磨具生坯；b、將磨具生坯置于裝有傳壓介質(zhì)的隔套中心，組合成介質(zhì)-生坯組合體；c、將介質(zhì)-生坯組合體放入加熱爐內(nèi)加熱，至粉體原料的固結(jié)溫度后保溫0-6小時(shí)；d、將介質(zhì)-生坯組合體從加熱爐內(nèi)取出，放入熱鍛模具內(nèi)在壓力機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力范圍為1MPa-10GPa；e、將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模具內(nèi)取出，冷卻至常溫；f、將冷卻后的介質(zhì)-生坯組合體在外力作用下分解，使介質(zhì)與磨具坯體分離；g、磨具坯體進(jìn)入下道工序進(jìn)行加工，制成成品。
所述的磨具生坯生成方法為冷壓制生坯生成法按產(chǎn)品選用相應(yīng)規(guī)格的模具，在模具內(nèi)裝入基體粉料或基體和工作層粉體原料后，加上壓頭，放置在壓力機(jī)上快速加壓模具，使基體粉料或基體和工作層粉體原料成型后脫模，制得磨具生坯，壓力范圍為200-1500兆帕。
所述的磨具生坯生成方法也可以為松裝生坯法按產(chǎn)品選用相應(yīng)規(guī)格的包套，在包套內(nèi)裝入基體粉料和工作層粉體原料，抽真空后封閉包套。真空度一般在1Pa-5×10-1Pa范圍。
金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具中，使用的超硬磨料為金剛石或立方氮化硼；使用的金屬粉料為銅基、鐵基、鎳基、鈷基、鋁基、鎢-鉬基、碳化物基粉料的一種或兩種或兩種以上的混合物；使用的陶瓷粉料為氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一種或兩種或兩種以上的混合物。
所述的介質(zhì)-生坯組合體有一種或兩種或兩種以上的用隔套相隔離的傳壓介質(zhì)；隔套是由碳鋼或耐熱鋼薄板制成的可用蓋子封閉或無(wú)蓋的容器。
所述的組合體中的傳壓介質(zhì)為剛性球狀顆粒介質(zhì)或流態(tài)介質(zhì)。其中球狀顆粒介質(zhì)可以是球狀陶?；蜾撋?；流態(tài)介質(zhì)可以是延性金屬、延性金屬合金、葉臘石、滑石、非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料或熔鹽。
前述的球狀顆粒介質(zhì)用于各種燒結(jié)溫度的磨具。流態(tài)介質(zhì)用于其軟化或熔化溫度低于磨具的燒結(jié)溫度的場(chǎng)合。
所述的組合體中的傳壓介質(zhì)中熔鹽為粉狀氯化鈉、氯化鉀或硝酸鈉；延性金屬為具有生坯模腔的固體鐵、銅或鎳；延性金屬合金為具有生坯模腔的固體銅合金、鐵合金或鎳合金；非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料為粉狀B2O3、PbO、SiO2、K2O、Na2O中二種以上的非晶態(tài)混合物。
本發(fā)明金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具制造方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本方法在生坯生成后即從模具內(nèi)取出，在此以后的工藝過(guò)程中無(wú)需模具跟隨，因此大大減少了模具的占用量，降低了生產(chǎn)成本、節(jié)約了資金；(2)本工藝將材料的成型與致密化過(guò)程分離，在室溫下冷壓或松裝成型，然后再利用高溫傳壓介質(zhì)進(jìn)行熱致密化，變有模單向加壓為無(wú)模全方位液靜加壓，坯體在各方向的受壓均勻，使磨具的胎體密度均勻一致，同時(shí)整個(gè)工藝流程很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，組成一條無(wú)模液靜生產(chǎn)線，其生產(chǎn)效率可達(dá)到過(guò)去一套老生產(chǎn)線的50-100倍；(3)本方法在生坯生成后即從模具內(nèi)取出，與介質(zhì)組成組合體后在熱鍛模內(nèi)通過(guò)壓力機(jī)壓制到所規(guī)定的尺寸，不再受模具內(nèi)腔尺寸變化的影響，因此提高了磨具的尺寸精度和內(nèi)在質(zhì)量；(4)本方法由于模具不和生坯一起加熱，因此沒(méi)有模具對(duì)熱量的消耗，降低了能耗，節(jié)約了能源。
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。


圖1介質(zhì)—生坯組合體示意圖；圖2基體和粉料結(jié)合法冷壓制生坯的一種模具組裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的制作方法具體包括如下步驟a、配制工作層粉體原料并生成生坯將一定粒度的超硬磨料與金屬或陶瓷粉料按一定的比例混合均勻，制得工作層粉體原料。所選用的超硬磨料可以是金剛石也可以是立方氮化硼。金屬粉料與普通的等溫?zé)徨懠庸し椒ㄋ褂玫慕饘俜哿匣鞠嗤?，可以是銅基金屬、鐵基金屬、鎳基金屬，鋁基金屬、鉬-鎢基金屬、碳化物基金屬中的一種，也可以是上述金屬粉料中的兩種或兩種以上的混合物。陶瓷粉料與現(xiàn)有技術(shù)中使用的陶瓷粉料基本相同，可以是氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一種也可以是上述兩種或兩種以上的混合物。工作層粉體原料中超硬磨料與金屬或陶瓷粉料的比例與現(xiàn)有技術(shù)的基本相同，根據(jù)磨具的具體使用情況配制，也可以根據(jù)需要添加添充料，但操作中一定要混合均勻，保證磨具的各部位材料均勻一致。生坯生成有兩種方法第一種為冷壓制生坯法。采用冷壓制生坯法可以選用全粉壓制也可采用基體與工作層粉體原料結(jié)合壓制。具體是按產(chǎn)品規(guī)格選用適當(dāng)規(guī)格的模具，在涂有涂模劑的模具內(nèi)按工藝要求裝入基體粉料和工作層粉體原料或基體和工作層粉體原料后，加上壓頭，移至壓力機(jī)上快速加壓模具，使基體粉料或基體和工作層粉體原料成型后脫模，制得生坯。采用上述方法制作生坯時(shí)要求加壓越迅速越好，壓強(qiáng)越大越好，壓力范圍可為200兆帕以上。但就現(xiàn)有技術(shù)情況，壓強(qiáng)受壓機(jī)功率和模具材料的限制，不能太高。綜合考慮目前的工裝、制造技術(shù)和生產(chǎn)成本，一般選擇壓力范圍為200-700兆帕，如200兆帕、230兆帕、250兆帕、300兆帕、350兆帕、400兆帕、450兆帕、500兆帕、550兆帕、600兆帕、650兆帕。目前所能選用的較好的壓力范圍為300-700兆帕，更好為400-700兆帕，既能保證較好的壓力又不會(huì)對(duì)模具材料的要求太高而使生產(chǎn)成本增加太多。對(duì)于難壓制材料，如果從工藝的角度和目前普遍的技術(shù)水平出發(fā)，適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)性，目前壓力范圍最好為1000兆帕-1500兆帕，如1000兆帕、1100兆帕、1200兆帕、1300兆帕、1400兆帕、1500兆帕。壓力機(jī)選用工業(yè)上普遍使用的壓力機(jī)，只要其壓力能夠達(dá)到上述壓力范圍的要求即可。所使用的模具與普通工藝所使用的模具相同，如圖2提供了一種模具的組裝示意圖。使用時(shí)將下壓板6、基體2、上壓板8通過(guò)螺栓5組裝好，裝入外套3內(nèi)后裝下壓環(huán)4，將工作層粉體原料1裝入模具型腔，裝上壓環(huán)7，移至壓機(jī)上冷壓成生坯。
第二種為松裝生坯法。按產(chǎn)品選用相應(yīng)的碳鋼、耐熱鋼、玻璃或陶瓷包套并在型腔內(nèi)涂脫模劑，按工藝要求裝入基體粉料和工作層粉體原料，抽真空后封閉包套即可，真空度一般在1Pa-5×10-1Pa范圍，例如含Ti生坯真空度應(yīng)達(dá)1×10-2Pa以上；663青銅生坯1Pa即可。裝料時(shí)相對(duì)冷壓密度為75-90％，較好為80-90％，最好為83-88％，如83％、84％、85％、86％、87％、88％。所述的模具和包套的內(nèi)腔尺寸應(yīng)與所加工的磨具的外形相匹配。
b、將磨具生坯置于裝有傳壓介質(zhì)的隔套中心，組合成介質(zhì)-生坯組合體。介質(zhì)-生坯組合體可以有一種或兩種或兩種以上的用隔套相隔離的傳壓介質(zhì)，要求介質(zhì)應(yīng)具有良好的各向傳壓特性，以獲得密度均勻的胎體和基體。
傳壓介質(zhì)在剛性球狀顆粒介質(zhì)或流態(tài)介質(zhì)中選擇。其中球狀顆粒介質(zhì)可以是球狀陶粒或鋼砂等；流態(tài)介質(zhì)可以是延性金屬、延性金屬合金、葉臘石、滑石、非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料或熔鹽等。上述延性金屬較好選用銅、鐵或鎳等；上述延性金屬合金較好選用銅合金、鐵合金或鎳合金；上述非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料較好選用B2O3、PbO、Na2O、K2O、SiO2中的兩種以上的非晶態(tài)混合物；上述熔鹽較好選用NaCl、KCl或NaNO3。
一般情況下，顆粒介質(zhì)用于各種燒(固)結(jié)溫度的磨具。流態(tài)介質(zhì)用于其熔化溫度與磨具的燒(固)結(jié)溫度一致(相同、保持……比例關(guān)系)的場(chǎng)合。傳壓介質(zhì)在組合使用中，當(dāng)考慮延長(zhǎng)熱鍛操作允許時(shí)間，可以內(nèi)層為流態(tài)介質(zhì)，外層為顆粒介質(zhì)；傳壓介質(zhì)在組合使用中，當(dāng)考慮提高顆粒介質(zhì)的加工精度時(shí)，可以是內(nèi)層為顆粒介質(zhì)，外層為流態(tài)介質(zhì)；傳壓介質(zhì)在組合使用中，為延長(zhǎng)操作允許時(shí)間，降低生坯要求，同時(shí)保證精度，可以內(nèi)層為顆粒介質(zhì)，中層為流態(tài)介質(zhì)，外層為顆粒介質(zhì)。如何確定選用何種介質(zhì)與所使用的工作層粉體原料的種類、成品的精度有關(guān)，但必須保證所選用的介質(zhì)在粉體原料所需的固結(jié)溫度、保溫時(shí)間和工藝參數(shù)下具有良好的各向傳壓特性。球狀陶粒在壓力低、精度低時(shí)優(yōu)先選用。本發(fā)明選用介質(zhì)的熱穩(wěn)定性較高，因此在燒結(jié)溫度下與生坯的擴(kuò)散很微小，不至于影響質(zhì)量。如遇個(gè)別活性較高的生坯材料，可采用與之無(wú)反應(yīng)的介質(zhì)，或使用低擴(kuò)散的涂料、包套解決。
組合體中的隔套是由耐熱鋼薄板制成的可用蓋子封閉或無(wú)蓋的容器，用來(lái)盛裝傳壓介質(zhì)和生坯。如圖1所示，隔套14中裝有球狀陶粒11，它的中心放置上口用蓋子12封閉的隔套13，隔套13內(nèi)為非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料10，生坯9置于它的中心。
c、將介質(zhì)-生坯組合體放入加熱爐內(nèi)加熱，至粉體原料的固結(jié)溫度后保溫0-6小時(shí)。加熱爐采用普通的工業(yè)用加熱爐即可。
d、組合體熱鍛加壓將步驟c生成的介質(zhì)-生坯組合體從加熱爐內(nèi)取出后放入熱鍛模具內(nèi)，在壓力機(jī)上快速熱鍛加壓模具，使胎體達(dá)到規(guī)定尺寸。熱鍛壓力范圍可為1兆帕或1兆帕以上，最高可達(dá)10Gpa。從工藝的角度來(lái)講，壓強(qiáng)越大越好，但就現(xiàn)有狀況，壓強(qiáng)受壓機(jī)功率和模具材料的限制，不能太高，否則會(huì)壓壞模具或成本昂貴。在目前的技術(shù)水平條件下一般為1兆帕-1000兆帕，如1兆帕、50兆帕、100兆帕、150兆帕、200兆帕、230兆帕、250兆帕、300兆帕、350兆帕、400兆帕、450兆帕、500兆帕、550兆帕、600兆帕、650兆帕、700兆帕、750兆帕、800兆帕、850兆帕、900兆帕、950兆帕、1000兆帕，較好的壓力為300兆帕-700兆帕，最好為700兆帕。
e、冷卻將介質(zhì)-生坯組合體從模具內(nèi)取出后冷卻至室溫。冷卻時(shí)可采用室溫冷卻，也可采用向介質(zhì)-生坯組合體加水等快速冷卻的方法。
f、分解組合體將冷卻后的介質(zhì)-生坯組合體在外力作用下分解，使介質(zhì)與坯體分離。
g、進(jìn)一步加工坯體進(jìn)入下道工序進(jìn)一步加工成所要求的尺寸。
本發(fā)明的方法不僅適用于超硬金剛石磨具，而且適用于金剛石磨塊的制造。
介質(zhì)選用表

實(shí)施例1超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)85％銅、5％鋅、5％錫、3％鈷、2％石墨。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)按工藝依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在350兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯；將生坯與作為介質(zhì)的葉臘石組合成介質(zhì)-生坯組合體，使葉臘石均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至850℃并保溫3小時(shí)后；將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為500兆帕；將介質(zhì)-生坯組從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例2超硬磨料選取立方氮化硼，金屬粉料的組分為(重量百分比)50％青銅、35％鐵、10％錫、3％鎢、2％石墨。將一定粒度的立方氮化硼和金屬粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具并涂脫模劑，在包套內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料抽真空后封閉包套，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在200兆帕左右，將包套從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。生坯與葉臘石組合成介質(zhì)-生坯組合體，使葉臘石均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至860℃并保溫3小時(shí)后，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為500兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例3超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)18％碳化鎢、5％鎳、4％錳、3％鈷、70％銅。介質(zhì)選用非晶態(tài)非金屬材料，其組分為(重量百分比)5％的B2O3、15％的氧化鈉和80％的氧化硅，冷壓壓力為500兆帕，熱鍛壓力為200兆帕，加熱溫度為700℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，其余與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4超硬磨料選取立方氮化硼，金屬粉料的組分為(重量百分比)39％青銅、40％鐵、10％鎳、5％鈷、4％石墨、2％鉻。介質(zhì)選用非晶態(tài)非金屬材料，其組分為(重量百分比)5％PbO、8％B2O3、87％的SiO2，冷壓壓力為700兆帕，熱鍛壓力為200兆帕，加熱溫度為800℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，其余與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5介質(zhì)選用球狀陶粒，金屬粉料為鈷基胎體，加熱溫度為850℃，保溫時(shí)間為4小時(shí)，冷壓壓力為400兆帕，熱鍛壓力為100兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體冷卻至室溫后，通過(guò)振動(dòng)的方式將介質(zhì)與生坯分離，其余與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例6超硬磨料選取金剛石，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)60％Al2O3、15％SiC、15％ZrO2、10％硼玻璃。將一定粒度的金剛石和上述陶瓷粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具并涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在900兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。生坯與作為介質(zhì)的具有生坯模腔的20#鋼組合成介質(zhì)-生坯組合體，使20#鋼包覆在生坯的四周，將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃左右并保溫2小時(shí)后，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為600兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后經(jīng)機(jī)械加工去掉介質(zhì)后得工件，進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例7超硬磨料選取金剛石，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)70％Al2O3、10％SiC、15％MgO、5％硼玻璃。將一定粒度的金剛石和陶瓷粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具，在模具內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在900兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的具有生坯模腔的銅-鎳合金組合成介質(zhì)-生坯組合體，并使銅-鎳合金均布在生坯的四周，將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃左右并保溫2小時(shí)后，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為700兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后，經(jīng)機(jī)械加工去除銅-鎳合金得工件，進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例8超硬磨料選取立方氮化硼，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)75％MgAl2O4、15％Si3N4、10％硼玻璃。將一定粒度的金剛石和上述陶瓷粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在900兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將含有10％的B2O3、15％Na2O和75％的SiO2的非晶態(tài)混合物作為介質(zhì)，將生坯與介質(zhì)組合成介質(zhì)-生坯組合體，并使介質(zhì)均布在生坯的四周，將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至900℃左右并保溫6小時(shí)使介質(zhì)軟化，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為100兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后用小錘擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例9超硬磨料選取金剛石，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)60％Al2O3、15％SiC、15％ZrO2、10％硼玻璃。介質(zhì)選用KCl，冷壓壓力為900兆帕，熱鍛壓力為700兆帕，加熱溫度為950℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，其余與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例10超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)WC 10％、Co 20％、Fe 40％、Cu 25％、Sn 5％。將一定粒度的金剛石和金屬粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具，在模具內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在700兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的銅-鎳合金組合成介質(zhì)-生坯組合體，并使銅-鎳合金均布在生坯的四周，將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃左右并保溫2小時(shí)使銅-鎳合金軟化，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為200兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后，經(jīng)機(jī)械加工，將銅-鎳合金與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例11超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)鐵50％、鎳20％、銅25％、錫5％。將一定粒度的金剛石和上述金屬粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具并涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在600兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。生坯與作為介質(zhì)的20#鋼組合成介質(zhì)生坯組合體，并使20#鋼包覆在生坯的四周，將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃左右并保溫2小時(shí)后，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為200兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后經(jīng)機(jī)械加工，將20#鋼與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例12超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)鋁95％、銅5％。將一定粒度的金剛石和上述金屬粉料按比例混合均勻制得工作層粉體原料，組裝好模具并涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在200兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。生坯與作為介質(zhì)的非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料組合成介質(zhì)生坯組合體，并使介質(zhì)均布在生坯的四周，非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料的組分為(重量百分比)B2O312％、PbO 3％、Na2O 12％、K2O 1％其余為SiO2。將組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至500℃左右并保溫2小時(shí)使介質(zhì)軟化，將組合體移入熱壓模內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速加壓，壓力為1兆帕，從熱壓模內(nèi)取出組合體，在室溫下冷卻至室溫后用錘擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例13超硬磨料選取金剛石，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)Al2O390％、硼玻璃10％。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在1000兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的葉臘石組合成介質(zhì)-生坯組合體，使葉臘石均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃并保溫3小時(shí)使介質(zhì)軟化，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為500兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例14超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)W 50％、Ag 10％、Cu 40％。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在700兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的陶粒組合成介質(zhì)-生坯組合體，使陶粒均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至950℃并保溫4小時(shí)，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為100兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫，通過(guò)機(jī)械振動(dòng)的方式將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例15超硬磨料選取金剛石，金屬粉料的組分為(重量百分比)Fe 70％、Cu 20％、Zn 10％。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在700兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的滑石組合成介質(zhì)-生坯組合體，使滑石均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至900℃并保溫2小時(shí)使介質(zhì)軟化，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為100兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例16超硬磨料選取立方氮化硼，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)SiC 90％、硼玻璃10％。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在1000兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。將生坯與作為介質(zhì)的滑石組合成介質(zhì)-生坯組合體，使滑石均布在生坯的四周，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至1000℃并保溫2小時(shí)使介質(zhì)軟化，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為100兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例17
超硬磨料選取立方氮化硼，金屬粉料的組分為(重量百分比)Cu 90％、Sn 10％。介質(zhì)選用NaCl，冷壓壓力為500兆帕，熱鍛壓力為100兆帕，加熱溫度為850℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，其余與實(shí)施例16相同。
實(shí)施例18超硬磨料選取立方氮化硼，金屬粉料的組分為(重量百分比)Co 100％。將上述工作層粉體原料混合均勻。組裝好模具并在其內(nèi)涂脫模劑，在模具內(nèi)依次裝入基體粉料和工作層粉體原料，加上壓頭，移至壓機(jī)上快速加壓，壓力控制在500兆帕左右，將模具從壓機(jī)上移下后，脫模制得生坯。如圖3所示，組合球狀陶粒11和非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料10兩種介質(zhì)，用隔套隔開，將生坯9置于最內(nèi)層介質(zhì)的中心，制成介質(zhì)-生坯組合體。非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料的組分為(重量百分比)B2O312％、PbO 3％、Na2O 12％、K2O 1％，將介質(zhì)-生坯組合體移入加熱爐內(nèi)加熱至900℃并保溫2小時(shí)使介質(zhì)軟化，將介質(zhì)-生坯組合體移入熱鍛模具內(nèi)，加上壓頭，在壓機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力為200兆帕，將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模內(nèi)取出，在室溫下冷卻至室溫后用錘子擊打，將介質(zhì)與工件分離后進(jìn)入下道工序加工。
實(shí)施例19超硬磨料選取金剛石，陶瓷粉料的組分為(重量百分比)Al2O390％、硼玻璃10％。介質(zhì)選用非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料與葉臘石的組合，將葉臘石放在外層，非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料放在內(nèi)層，非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料的組分為(重量百分比)B2O312％、PbO 3％、Na2O 12％、K2O 1％，冷壓壓力為1000兆帕，熱鍛壓力為200兆帕，加熱溫度為900℃，保溫時(shí)間為2小時(shí)，其余與實(shí)施例16相同。
權(quán)利要求
1一種金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法，包括如下步驟a、將超硬磨料與金屬粉料或陶瓷粉料混合均勻制得的工作層粉體原料，再與基體或基體粉料組合，生成磨具生坯；b、將磨具生坯置于裝有傳壓介質(zhì)的隔套中心，組合成介質(zhì)-生坯組合體；c、將介質(zhì)-生坯組合體放入加熱爐內(nèi)加熱，至粉體原料的固結(jié)溫度后保溫0-6小時(shí)；d、將介質(zhì)-生坯組合體從加熱爐內(nèi)取出，放入熱鍛模具內(nèi)在壓力機(jī)上快速熱鍛加壓，壓力范圍為1MPa-10GPa；e、將介質(zhì)-生坯組合體從熱鍛模具內(nèi)取出，冷卻至常溫；f、將冷卻后的介質(zhì)-生坯組合體在外力作用下分解，使介質(zhì)與磨具坯體分離；g、磨具坯體進(jìn)入下道工序進(jìn)行加工，制成成品。
2如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的超硬磨料為金剛石或立方氮化硼。
3如權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于所述的金屬粉料為銅基、鐵基、鎳基、鈷基、鋁基、鎢-鉬基、碳化物基粉料的一種或兩種或兩種以上的混合物。
4如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于所述的陶瓷粉料為氧化物、硼化物、碳化物、氮化物中的一種或兩種或兩種以上的混合物。
5如權(quán)利要求1或4所述的制造方法，其特征在于所述的磨具生坯生成方法為冷壓制生坯生成法按產(chǎn)品選用相應(yīng)規(guī)格的模具，在模具內(nèi)裝入基體粉料或基體和工作層粉體原料后，加上壓頭，放置在壓力機(jī)上快速加壓模具，使基體粉料或基體和工作層粉體原料成型后脫模，制得磨具生坯，壓力范圍為200-1500兆帕。
6如權(quán)利要求1或4所述的制造方法，其特征在于所述的磨具生坯生成方法為松裝生坯法按產(chǎn)品選用相應(yīng)規(guī)格的包套，在包套內(nèi)裝入基體粉料和工作層粉體原料，抽真空后封閉包套，真空度為1Pa-5×10-1Pa。
7如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的介質(zhì)-生坯組合體有一種或兩種或兩種以上的用隔套相隔離的傳壓介質(zhì)；隔套是由碳鋼或耐熱鋼薄板制成的可用蓋子封閉或無(wú)蓋的容器。
8如權(quán)利要求1或7所述的制造方法，其特征在于所述的組合體中的傳壓介質(zhì)為剛性球狀顆粒介質(zhì)或流態(tài)介質(zhì)；其中球狀顆粒介質(zhì)可以是球狀陶?；蜾撋埃涣鲬B(tài)介質(zhì)可以是延性金屬、延性金屬合金、葉臘石、滑石、非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料或熔鹽。
9如權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述的球狀顆粒介質(zhì)用于各種燒結(jié)溫度的磨具。
10如權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述的流態(tài)介質(zhì)用于其軟化或熔化溫度低于磨具的燒結(jié)溫度的場(chǎng)合。
11如權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述的傳壓介質(zhì)在組合使用中，內(nèi)層為流態(tài)介質(zhì)，外層為球狀顆粒介質(zhì)。
12如權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述的傳壓介質(zhì)在組合使用中，內(nèi)層為球狀顆粒介質(zhì)，外層為流態(tài)介質(zhì)。
13如權(quán)利要求7或8所述的制造方法，其特征在于所述的傳壓介質(zhì)在組合使用中，內(nèi)層為球狀顆粒介質(zhì)，中層為流態(tài)介質(zhì)，外層為球狀顆粒介質(zhì)。
14如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的熔鹽為粉狀氯化鈉、氯化鉀或硝酸鈉。
15如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的延性金屬為具有生坯模腔的固體鐵、銅或鎳。
16如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的延性金屬合金為具有生坯模腔的固體銅合金、鐵合金或鎳合金。
17如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的非晶態(tài)無(wú)機(jī)非金屬材料為粉狀B2O3、PbO、SiO2、K2O、Na2O中二種以上的非晶態(tài)混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法，通過(guò)如下步驟制成配制工作層粉體原料—冷壓制生坯或松裝制生坯—組合成介質(zhì)與生坯組合體—組合體快速加熱—組合體熱鍛加壓—冷卻—分解組合體—進(jìn)一步加工。用本發(fā)明制造金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具，由于在熱鍛過(guò)程中采用無(wú)模液靜加壓，無(wú)模具跟隨，因此不僅使坯體各方向受力均勻，且可以大量地節(jié)約模具，同時(shí)避免了模具型腔尺寸的變化對(duì)磨具精度的影響，節(jié)約了資金和能源。本發(fā)明不僅適用于全粉壓制、基體和粉料結(jié)合壓制超硬磨具，也適用于壓制各種超硬磨塊。
文檔編號(hào)B24D18/00GK1522834SQ20031012111
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者高峻峰 申請(qǐng)人:高峻峰