一种高强度的金刚石砂轮修整笔的制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度的金刚石砂轮修整笔及其制备方法。特点是利用热压烧结技术，将聚晶金刚石与WC硬质合金烧结在一起作为修整笔的笔头。其具体步骤包括：清洗聚晶金刚石表面，按照一定的WC基硬质合金材料配方称量、处理粉末，将金刚石与硬质合金材料烧结好后得到的修整笔笔头钎焊至笔杆上得到高强度的金刚石砂轮修整笔。本发明制备得到的砂轮修整笔具有优良的耐热性和强度，可以达到精确加工的要求并延长使用寿命，降低综合成本的优点。其工艺可操作性强，重复性好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度的金刚石砂轮修整笔及其制备方法，确切的说是一种笔头采用了人造聚晶金刚 石材料与WC基硬质合金材料烧结而成的金刚石砂轮修整笔及其制备方法。

背景技术

磨削类的砂轮，加工工件时表面容易被磨屑颗粒粘牢，影响磨削效果。因此需采用一种砂轮修整笔来 清除砂轮表面的磨屑，使砂轮恢复锐性。由于修整砂轮时依靠砂轮与修整笔或修整刀的对磨，对笔头的磨 损较大，因此普遍采用金刚石作为笔头。但是由于我国天然金刚石资源比较稀缺，尤其是等级金刚石要比 等外金刚石价格要高出几十倍，因此，目前的砂轮修整笔更多的是采用人造金刚石。

现有的金刚石砂轮修整笔的加工方法通常是采用在笔杆头顶端预制孔，用激光将金刚石膜切割成所需 的形状和尺寸同时预镀一层金属钛，然后多层的金刚石膜叠合在一起插入钢制笔杆头顶端预制孔中，填生 长焊料装在一起，加工出砂轮修整笔。这种与指控填料焊接的加工方法是修整笔笔头的形状、尺寸完全由 预制孔的成型确定，同时耐热性和强度会受到金刚石膜层之间焊接层的限制。

发明内容

针对目前金刚石砂轮修整笔应用中面临的不足，本发明提供了一种高强度的金刚石砂轮修整笔及其制 备方法，解决现有砂轮修整笔价格昂贵、耐热性和强度不足等问题。它利用热压烧结技术，使用WC硬质 合金粉末烧结制备修正笔笔头，再将烧结压制的修整笔笔头钎焊到修整笔笔杆上。不但保持了金刚石的高 硬度和耐磨性，又提高了修整笔笔头整体耐热性和强度，解决了金刚石膜焊接层带来的受力性能差和切削 热产生的内部形变等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种高强度的金刚石砂轮修整笔的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1、首先利用超声波清洗技术去除聚晶金刚石表面污染物；按一定WC基硬质合金材料配方称量，分 阶段球磨，烘干后研磨、过筛；

2、将清洗好的聚晶金刚石和处理好的硬质合金粉末按顺序放入烧结模具中，并压紧；

3、在烧结炉中按照预先设定的烧结制度进行烧结、成型；

4、取出笔头后进行适当的机加工和抛光、修磨制备得到的笔头；

5、将得到的笔头钎焊至笔杆上。

上述WC基硬质合金材料配方以WC为基质，粘接剂为以高温化学稳定性优异的金属，并添加适量的 纳米结构增韧剂、高硬材料微粉增硬剂和晶粒抑制剂粉。基质为WC亚微米粉或纳米粉，质量分数为 30～80％；金属粘接剂为Mo、Ni或稀土金属中的一种或多种，质量分数为2～5％；纳米增硬剂为碳纳米管/ 线、SiC纳米线/棒或TiC纳米线/棒的一种或多种，质量分数为0.5～2％；高硬材料微粉增硬剂为高硬材料 金刚石或CBN得一种或两种，质量分数为10～70％；晶粒抑制剂粉为TaC、VC、Cr₃C₂、NdC、TiC中一 种或多种，质量分数为0.1～2％。

上述球磨采用湿式球磨技术，其中溶剂为无水乙醇或者溶剂汽油，磨球为高硬耐磨的WC球。

上述烘干采用真空干燥的方法，温度在100～600℃，时间6～48小时，真空度0～-0.33Pa。

上述烧结采用放电等离子体烧结技术或者中频感应加热烧结技术。在放电等离子体烧结过程中，初压 为10～40MPa，升温速率160～300℃/min，烧结温度为800～1400℃，保温时间2～15min，保温压力35～60 MPa；冷却速率750℃以前与升温速率相同，750℃后随炉冷却。而在中频感应加热烧结过程中，初压为 10～40MPa，升温速率200～500℃/min，烧结温度为900～1500℃，保温时间5～20min，保温压力30～60MPa； 冷却速率750℃以前与升温速率相同，750℃后随炉冷却。

上述焊接方式采用高频低温银基钎焊，温度约为700℃。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

1、由于本发明采用了人造聚晶金刚石材料，替代了天然金刚石，所以大大降低了工具成本。

2、这里用的金刚石材料是整体材料，相比现有的多层金刚石膜叠合具有加工简单，成型稳定等特点。

3、所述的金刚石——硬质合金材料笔头具有优良的耐热性和强度，可以达到精确加工的要求并延长 使用寿命，降低综合成本。

4、所述的制备方法工艺可操作性强，重复性好。

附图说明

图1是单点式金刚石砂轮修整笔的剖面示意图。

图2是四点式金刚石砂轮修整笔的剖面示意图。

图3是图2的A-A剖面示意图。

附图标记：1——人造聚晶金刚石、2——WC基硬质合金材料、3——粘接材料、4——金属笔杆。

具体实施方式

本发明提供了一种高强度的金刚石砂轮修整笔及其制备方法，包括修整笔笔头和笔杆两个部分组成。 笔头由人造聚晶金刚石和WC硬质合金粉末烧结刮成吗，制得笔头后钎焊在笔杆上即可得到修整笔。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

参见图1所示，实施例一是一种单点式金刚石砂轮修整笔。其是工艺结构简单，降低工艺成本。其特 征在于有以下步骤：

1、材料处理：首先利用超声波清洗技术去除聚晶金刚石表面污染物；按质量分数75％的亚微米WC 粉，7％的Mo粉，16％的金刚石粉，0.8％的NdC，1.2％的SiC纳米晶须称取各试剂；将称取好的粉末加入 高能搅拌球磨罐中，并加入10倍质量的WC磨球和5倍质量的无水乙醇溶剂，搅拌球磨36小时；然后加 入所称取的增硬剂球磨80分钟，再加入增韧剂球磨20分钟；将磨细混匀的浆料放入真空干燥箱中，在 60℃、真空度-0.33Pa条件下干燥30分钟；将烘干的粉料用玛瑙研钵研磨后选用孔径为1mm的筛子进行 过筛。

2、装模：将清洗好的聚晶金刚石和处理好的硬质合金粉末按顺序放入预制好的烧结模具中，并压 紧。

3、烧结：在放电等离子体烧结炉中烧结成型，初压为15MPa，升温速率180℃/min，烧结温度 850℃，保温时间3min，保温压力50MPa；冷却速率750℃以前与升温速率相同，750℃以后采用炉冷。

4、后处理1：取出笔头后进行适当的机加工和抛光、修磨制备得到的笔头，。

5、钎焊：将得到的笔头采用高频低温银基钎焊法固定到金属笔杆上，温度控制在700℃左右。

6、后处理2：对整枝修整笔进行适当的机加工和抛光处理。

参见图2、3所示，实施例二是一种四点式金刚石砂轮修整笔。其特点是采用了四根人造金刚石柱， 可大大提高金刚石工具的使用寿命。与实施例一不同的是，笔头内的四根人造金刚石柱平行排列，包裹的 WC基硬质合金材料烧结成楔形，提高对四根人造金刚石柱的支撑能力，使修整笔具有更好的受力性能。 其特征在于有以下步骤：

1、材料处理：首先利用超声波清洗技术去除聚晶金刚石表面污染物；按质量分数77％的亚微米WC 粉，6％的Mo粉，16％的金刚石粉，0.5％的NdC，0.5％的SiC纳米晶须称取各试剂；将称取好的粉末加入 高能搅拌球磨罐中，并加入10倍质量的WC磨球和5倍质量的无水乙醇溶剂，搅拌球磨36小时；然后加 入所称取的增硬剂球磨0.5小时，再加入增韧剂球磨20分钟；将磨细混匀的浆料放入真空干燥箱中，在 40℃、真空度-0.33Pa条件下干燥60分钟；将烘干的粉料用玛瑙研钵研磨，并选用孔径为11mm的筛子进 行过筛。

2、装模：将清洗好的聚晶金刚石和处理好的硬质合金粉末按顺序放入预制好的烧结模具中，并压 紧。

3、烧结：在中频感应加热烧结炉中进行烧结成型，初压为15MPa，升温速率200℃/min，烧结 温度850℃，保温时间3min，保温压力35MPa；冷却速率750℃以前与升温速率相同，750℃以后采 用炉冷。

4、后处理1：取出笔头后进行适当的机加工和抛光、修磨制备得到的笔头；

5、钎焊：将到的笔头采用高频低温银基钎焊技术固定到金属笔杆上，温度控制在700℃左右；

6、后处理2：对整枝修整笔进行适当的机加工和抛光处理。