專利名稱：：金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法及其模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬磨具，尤其是涉及一種超硬材料磨具的生產(chǎn)方法及其模具。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有金屬結(jié)合劑磨具的生產(chǎn)方法，一種是冷壓燒結(jié)法，即將工件在冷壓模具中，按工作層的截面積，以4噸/cm2的壓力軸向施壓成型，脫模后在保護(hù)氣中燒結(jié)，其主要缺點(diǎn)是l、制造大直徑的磨具受到壓力噸位的限制，2、磨具壓制密度很差，一般不超過(guò)理論密度的70%，大大降低磨具的磨削質(zhì)量和效率，所以目前一般不采用該方法；一種是熱壓燒結(jié)法，通常分中頻感應(yīng)加熱熱壓燒結(jié)和大電流電阻熱壓燒結(jié)，此生產(chǎn)方法一般是在石墨模具中邊加熱邊熱壓；其主要缺點(diǎn)是當(dāng)磨具直徑大于320毫米后，用上述方法就無(wú)法制作，它受制于石墨模具；此外，還有一種是半熱壓燒結(jié)法，先在模具中將磨具冷壓到一定壓力，然后隨模具或更換外模進(jìn)爐燒結(jié)，可在爐中邊燒結(jié)邊加壓也可以燒結(jié)結(jié)束后出爐加壓將高出部份的壓圈壓平即可，一般目前直徑大于250毫米的磨具絕大部份應(yīng)用此法生產(chǎn)，其主要缺點(diǎn)是金屬結(jié)合劑工作層的密度仍然達(dá)不到質(zhì)量要求，因?yàn)樵诩訜釙r(shí)，其外模同時(shí)膨脹，且外模在700。左右時(shí)也已軟化，當(dāng)加壓壓圈時(shí)，外模塑性變大，磨具的工作層體積相應(yīng)增大，因此工作層的密度大大降低，一般不超過(guò)其理論密度的75%，所以大大影響磨削質(zhì)量與效率，也縮短了磨具的使用壽命，另外，特大直徑的磨具也受到設(shè)備噸位的限制，目前國(guó)內(nèi)用這種方法生產(chǎn)的最大磨具產(chǎn)品的直徑為750毫米，詳見(jiàn)中國(guó)磨料磨具制造商名錄產(chǎn)品總覽，由全國(guó)磨料磨具行業(yè)情報(bào)網(wǎng)鄭州磨料磨具磨削研究所編。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法及其模具，解決國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)發(fā)的直徑大于750毫米的超硬材料磨具的制造，同時(shí)大大提高直徑小于750毫米磨具的質(zhì)量，提高工作層金屬結(jié)合劑的密度，降低生產(chǎn)成本，提高磨具的使用壽命和工作效率。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其生產(chǎn)流程是1、制作外模，2、加工內(nèi)模組件，3、初裝內(nèi)模組，4、混料、填壓，5、總裝內(nèi)模組，6、加熱外模，7、吊裝內(nèi)模組，8、模具整體加熱，9、出爐，10、冷卻，11、分解，12、成品。其中1、制作外模采用普通鋼材和常規(guī)金加工工藝制作，外模為環(huán)形件，外周面為圓柱面，內(nèi)腔壁面為上口大下口小的倒錐面；2、加工內(nèi)模組件采用普通鋼材或鑄鐵件以及有色金屬鑄件和常規(guī)金加工工藝制作，加工實(shí)體內(nèi)模、環(huán)形基體和環(huán)形外殼，實(shí)體內(nèi)模上開(kāi)設(shè)臺(tái)階形中心通孔，其上、下端面上均布蟝孔，外殼的外周面為上口大、下口小的倒錐面，錐度與外模內(nèi)腔倒錐面的錐度匹配，外殼倒錐面的徑向尺寸對(duì)應(yīng)略小于外模內(nèi)腔倒錐面在加熱保溫后的徑向尺寸，在外殼的內(nèi)圓周面上涂刷脫模劑；3、初裝內(nèi)模組將環(huán)形基體滑裝在實(shí)體內(nèi)模的外周上，用螺栓安裝帶有均布螺孔的下環(huán)形連接板，將外殼和實(shí)體內(nèi)模的底部連接起來(lái)，使外殼和基體之間形成一環(huán)形空隙層，當(dāng)磨具為實(shí)心體，則可去消基體，實(shí)心體即為內(nèi)模，在實(shí)心體和外殼之間形成一環(huán)形空隙層；4、混料、填壓按預(yù)設(shè)的配方，混料均拌金屬結(jié)合劑粉未和超硬材料，在外殼的外周安裝限位保護(hù)套，然后用壓力機(jī)將混料冷壓填充在環(huán)形空隙層中形成磨削工作層，混料也可以先在冷壓模中成型，再過(guò)渡到空隙層中；5、總裝內(nèi)模組用螺栓安裝帶有均布螺孔的上環(huán)形連接板，將外殼和實(shí)體內(nèi)模的上端面連接起來(lái)并在實(shí)體內(nèi)模的上端面上安裝調(diào)整墊圈，在外模的上端面上安裝環(huán)形防水限位板，配裝吊環(huán)螺栓，形成一個(gè)吊裝整體；6、加熱外模采用通用的井式加熱爐或鐘罩式加熱爐和常規(guī)加熱工藝，將外模加熱并保溫到預(yù)設(shè)的金屬結(jié)合劑合金化的溫度，使外模內(nèi)徑膨脹；7、吊裝內(nèi)模組將總裝后的內(nèi)模組吊進(jìn)已加熱保溫過(guò)的外模中；8、模具整體加熱繼續(xù)加熱，外模和內(nèi)模組組成的模具整體達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度，并保溫至工作層溫度達(dá)到合金化溫度；9、出爐當(dāng)內(nèi)模組和外模在預(yù)設(shè)溫度上保溫一定時(shí)間后，將外模和內(nèi)模組出爐，吊裝在預(yù)設(shè)的安裝了水套的座圈上，外模和水套之間形成環(huán)形冷卻10、冷卻將冷卻液迅速泵送進(jìn)冷卻槽中，或在外模的底部安裝底蓋封住后，將內(nèi)、外模整體直接吊放進(jìn)冷卻液池中，使外?？焖倮鋮s、降溫；11、分解冷卻后，吊出內(nèi)模組，依次拆卸掉防水限位板、上、下連接板、外殼和內(nèi)模；12、成品燒結(jié)后，磨削工作層和基體形成一體，加工后鑲配在鋁基上，組成了磨具成品。采用本方法生產(chǎn)磨具的過(guò)程中，當(dāng)內(nèi)模組放入加熱到預(yù)設(shè)溫度的外模內(nèi)腔后，通過(guò)外模熱傳導(dǎo)迅速加熱外殼，外殼同時(shí)也將熱傳導(dǎo)至金屬結(jié)合劑工作層，此時(shí)外殼受熱后迅速膨脹，但其徑向膨脹由于受到外模壁厚的限位，因此主要向較松散的工作層方向膨脹，加壓工作層，這是在燒結(jié)中完成的第一次熱壓；燒結(jié)中的第二次熱壓是當(dāng)繼續(xù)加熱模具整體時(shí)，熱傳導(dǎo)至基體及實(shí)體內(nèi)模，基體及實(shí)體內(nèi)模迅速膨脹，徑向從內(nèi)向外壓縮工作層，使其密度更加致密；第三次熱壓為外模的收縮熱壓，由于外模迅速冷卻后快速收縮，而里面的工作層仍為熱塑狀態(tài)，由于外模收縮擠壓，至此完成整個(gè)徑向熱壓過(guò)程，此時(shí)工作層密度可以高達(dá)理論密度的98%。本發(fā)明所提出的用于金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法生產(chǎn)的模具，其特征是外模13為環(huán)形件，外模13的外周面為圓柱面，外模13的內(nèi)腔壁面為上大下小的倒錐面，外模13安裝在環(huán)形座圈24上，在座圈24的外周邊的上方安裝水套25，水套25與外模13之間為環(huán)形冷卻槽，在外模13的內(nèi)腔中安裝由外殼14、基體16和實(shí)體內(nèi)模17組成的內(nèi)模組，實(shí)體內(nèi)模17為圓柱體，在實(shí)體內(nèi)模17的中心開(kāi)設(shè)下大上小的臺(tái)階形通孔，在此通孔中穿裝吊環(huán)螺栓22和螺母21，在實(shí)體內(nèi)模17的上、下端面上均圓周均布螺孔，在實(shí)體內(nèi)模17的外周邊上滑裝環(huán)形基體16，并在實(shí)體內(nèi)模17的上、下端面上均用螺栓18安裝環(huán)形連接板19連接外殼14，同時(shí)對(duì)基體16加以限位并對(duì)工作層封蓋，外殼14和基體16之間為環(huán)形空隙層15，在外殼14的上、下端面上均開(kāi)設(shè)環(huán)形內(nèi)凹臺(tái)階面，外殼14的外周面為上大下小的倒錐面，其錐度與外模13內(nèi)腔壁面的倒錐面的錐度匹配，此外，在外模13的上端面上安裝環(huán)形防水限位板20，在實(shí)體內(nèi)模17的上端面上安裝調(diào)整墊圈23，使用時(shí)，先往外殼14和基體16之間的環(huán)形空隙層15中壓填混料，用蟪栓18安裝帶有均布螺孔有上環(huán)形連接板19，將外殼14和實(shí)體內(nèi)模17的上端面連接起來(lái)并在實(shí)體內(nèi)模17的上端面上安裝調(diào)整墊圈23,在外模13的上端面上安裝環(huán)形防水限位板20，配裝吊環(huán)螺栓22，形成--個(gè)吊裝整體，先加熱外模13，將總裝后的內(nèi)模組吊進(jìn)已加熱保溫過(guò)的外模13中繼續(xù)加熱，外模13和內(nèi)模組在加熱爐中加熱到預(yù)設(shè)的溫度后吊出，吊裝在預(yù)設(shè)的安裝了水套25的座圈24上，按需往環(huán)形冷卻槽中泵入冷卻液迅速冷卻外模13，在加熱、速冷過(guò)程中，徑向熱壓就可生產(chǎn)出高質(zhì)量的磨具。本發(fā)明所提出的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法及其模具，有效地生產(chǎn)出大直徑的高質(zhì)量超硬材料磨具，大大提高金屬結(jié)合劑的密度，提高磨具的使用壽命和磨削效率，降低生產(chǎn)成本。附困說(shuō)明圖1是本發(fā)明所提出的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法的生產(chǎn)流程框圖示意圖。圖2是本發(fā)明所提出的用于金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法的模具的主剖視示意圖。圖2中13、外模14、外殼15、環(huán)形空隙層16、基體17、實(shí)體內(nèi)模18、螺栓19、連接板20、防水限位板21、蟪母22、吊環(huán)蟪栓23、調(diào)整墊圈24、座圈25、水套具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、為北京首鋼某廠磨硬質(zhì)合金軋輥孔用的直徑為500毫米、工作層為5毫米、寬為30毫米的金剛石孔型砂輪，圓孔R(shí)17.5毫米，經(jīng)該廠一年使用后性能良好。2、為煙臺(tái)首鋼某公司制造的直徑為250毫米、工作層4毫米、寬度為36毫米，圓孔肪O毫米的瓦形砂輪加工釹鐵硼，經(jīng)半年多的使用，比傳統(tǒng)的電鍍砂輪提高壽命30倍以上。3、為河北某電子有限責(zé)任公司制作的磨制鐵氧體軟磁螺線的螺紋砂輪，其直徑為305毫米、工作層3毫米、寬為102毫米，該廠原來(lái)用臺(tái)灣及曰本進(jìn)口砂輪，該廠在用臺(tái)灣的金剛石砂輪，每只電火花修正一次，只能生產(chǎn)120萬(wàn)只，而用本發(fā)明制造的金剛石砂輪能生產(chǎn)135萬(wàn)只，而砂輪的價(jià)格不到臺(tái)灣的一半，而國(guó)內(nèi)其它廠家生產(chǎn)的砂輪只能達(dá)到60萬(wàn)只左右。對(duì)比表表l:各種金屬結(jié)合劑超硬材料磨具制作方法的優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比:<table><row><column>序號(hào)</column><column>制作方法</column><column>燒結(jié)過(guò)程</column><column>優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)</column></row><row><column>1</column><column>冷壓燒結(jié)冷W成型脫模后在保護(hù)氣中燒結(jié)</column><column>成本低，制作簡(jiǎn)單</column><column>金厲結(jié)合劑密度只能達(dá)到70%基本淘汰</column></row><row><column>2</column><column>熱壓燒結(jié)</column><column>中頻感應(yīng)加熱、大電流大電阻加熱均A石墨模具中進(jìn)行</column><column>結(jié)合劑密度95%,磨具財(cái)用質(zhì)量好</column><column>當(dāng)直徑大于3加毫米時(shí)無(wú)法加工，受石墨模具制約，溫度不易控制</column></row><row><column>3半熱壓燒結(jié)</column><column>先冷壓成型，連模具進(jìn)爐在爐中或出爐將剩余的壓縮量K平</column><column>結(jié)合劑密度達(dá)到7鄰左右、直徑可以達(dá)到750毫米</column><column>由于軸向熱壓時(shí)，外模膨脹密度降低，因此產(chǎn)品質(zhì)量不髙</column></row><row><column>4徑向熱壓燒結(jié)</column><column>先冷壓將m縮s放在徑向.在爐中膨脹熱壓出爐沐外模收縮熱壓</column><column>結(jié)合劑密度達(dá)98%，不受直徑限制，質(zhì)量好</column><column>制造周期較長(zhǎng)權(quán)利要求1、一種金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其生產(chǎn)流程是1、制作外模，2、加工內(nèi)模組件，3、初裝內(nèi)模組，4、混料、填壓，5、總裝內(nèi)模組，6、加熱外模，7、吊裝內(nèi)模組，8、模具整體加熱，9、出爐，10、冷卻，11、分解，12、成品。2、一種用于金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法生產(chǎn)的模具，其特征是a、外模(13)為環(huán)形件，外模(13)的外周面為圓柱面，外模(13)的內(nèi)腔壁面為上大下小的倒錐面，外模(13)安裝在環(huán)形座圈(24)上；b、在座圈(24)的外周邊的上方安裝水套(25)，水套(25)與外模(13)之間為環(huán)形冷卻槽；c、在外模(13)的內(nèi)腔中安裝由外殼(14)、基體(16)和實(shí)體內(nèi)模(17)組成的內(nèi)模組，實(shí)體內(nèi)模(17)為圓柱體，在實(shí)體內(nèi)模(17)的中心開(kāi)設(shè)下大上小的臺(tái)階形通孔，在此通孔中穿裝吊環(huán)螺栓(22)和螺母(21)，在實(shí)體內(nèi)模(17)的上、下端面上均圓周均布螺孔，在實(shí)體內(nèi)模(17)的外周邊上滑裝環(huán)形基體(16)，并在實(shí)體內(nèi)模(17)的上、下端面上均用螺栓(18)安裝環(huán)形連接板(19)連接外殼(14)，外殼(14)和基體(16)之間為環(huán)形空隙層(15);d、在外殼(14)的上、下端面上均開(kāi)設(shè)環(huán)形內(nèi)凹臺(tái)階面，外殼(14)的外周面為上大下小的倒錐面，其錐度與外模U3)內(nèi)腔壁面的倒錐面的錐度匹配；e、在外模(13)的上端面上安裝環(huán)形防水限位板(20)，在實(shí)體內(nèi)模(17)的上端面上安裝調(diào)整墊圈(23)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是加工內(nèi)模組件外殼倒錐面的徑向尺寸對(duì)應(yīng)略小于外模內(nèi)腔倒錐面在加熱保溫后的徑向尺寸，在外殼的內(nèi)圓周面上涂刷脫模劑。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是初裝內(nèi)模組用蠊栓安裝帶有均布蠊孔的下環(huán)形連接板，將外殼和實(shí)體內(nèi)模的底部連接起來(lái)，使外殼和基體之間形成一環(huán)形空隙層。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是混料、填壓按預(yù)設(shè)的配方，混料均拌金屬結(jié)合劑粉未和超硬材料，在外殼的外周安裝限位保護(hù)套，然后用壓力機(jī)將混料冷壓填充在環(huán)形空隙層中形成磨削工作層，混料也可先在冷壓模中成型，再過(guò)渡到空隙層中。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是加熱外模采用通用的井式加熱爐或鐘罩式加熱爐和常規(guī)加熱工藝，將外模加熱并保溫到預(yù)設(shè)的金屬結(jié)合劑合金化的溫度，使外模內(nèi)徑膨脹。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是吊裝內(nèi)模組將總裝后的內(nèi)模組吊進(jìn)已加熱保溫過(guò)的外模中。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是模具整體加熱繼續(xù)加熱，外模和內(nèi)模組組成的模具整體達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度，并保溫至工作層溫度達(dá)到合金化溫度。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是出爐當(dāng)內(nèi)模組和外模在預(yù)設(shè)溫度上保溫一定時(shí)間后，將外模和內(nèi)模組出爐，吊裝在預(yù)設(shè)的安裝了水套的座圈上。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其特征是冷卻將冷卻液迅速泵送進(jìn)冷卻槽中，或在外模的底部安裝底蓋封住后，將內(nèi)、外模整體直接吊放進(jìn)冷卻液池中，使外?？焖倮鋮s、降溫。全文摘要本發(fā)明提出一種超硬材料磨具的生產(chǎn)方法及其模具，屬磨具，一種金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法，其生產(chǎn)流程是1.制作外模，2.加工內(nèi)模組件，3.初裝內(nèi)模組，4.混料、填壓，5.總裝內(nèi)模組，6.加熱外模，7.吊裝內(nèi)模組，8.模具整體加熱，9.出爐，10.冷卻，11.分解，12.成品；用于金屬結(jié)合劑超硬材料磨具的徑向熱壓法生產(chǎn)的模具，其特征是內(nèi)腔壁面為倒錐面的外模與安裝在座圈上的水套之間形成環(huán)形冷卻槽，在外模的內(nèi)腔中安裝由外殼、基體和實(shí)體內(nèi)模組成的內(nèi)模組，外周面為倒錐面的外殼和基體之間形成環(huán)形空隙層，在環(huán)形空隙層中冷壓填充混料形成工作層，在加熱、速冷過(guò)程中，徑向熱壓生產(chǎn)出大直徑的超硬材料磨具。文檔編號(hào)B24D18/00GK101200055SQ200610161449公開(kāi)日2008年6月18日申請(qǐng)日期2006年12月13日優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日發(fā)明者殷鳳高申請(qǐng)人:殷鳳高