一種刀頭及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提出一種刀頭及其制造方法，該種刀頭適合于澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象。本發(fā)明的刀頭設有磨削部，所述磨削部為由金剛石粉和功能金屬粉燒結而成的塊狀體，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒，且所述硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒的部分埋設于磨削部內(nèi)。本發(fā)明通過將硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒與金剛石粉、功能金屬粉末合金復合成刀頭，可以針對澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象進行有效磨削，其制作方法簡單巧妙，可以保證硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒與金剛石粉、功能金屬粉末的結合穩(wěn)定性，提高了刀頭的使用壽命。
【專利說明】一種刀頭及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于磨削設備【技術領域】，特別涉及到一種刀頭及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在施工過程中，經(jīng)常會遇到非標準的磨削對象，例如硬性的水泥石材表面澆注上一定厚度的柔性塑膠，當需要修復或去除柔性塑膠時，如果采用硬質合金磨塊的刀頭刮除柔性塑膠，則刀頭不可避免的會碰到硬性的水泥和石材，硬質合金受到強力的沖擊，導致硬質合金刀頭很快碎裂、報廢；如果采用金剛石磨塊的刀頭，因為金剛石出刃高度低(Imm以內(nèi))，柔性塑膠堵塞住出刃的金剛石空隙，使金剛石的磨削作用失效，磨塊無法正常磨除柔性的塑膠。因此有必要針對澆注有柔性塑膠的水泥石材的特種磨削對象，特別設計一種合適的刀頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種刀頭及其制造方法，該種刀頭適合于澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象。
[0004]本發(fā)明的刀頭設有磨削部，所述磨削部為由金剛石粉和功能金屬粉燒結而成的塊狀體，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒，且所述硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分埋設于磨削部內(nèi)。
[0005]在針對澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象的磨削過程中，首先是刀頭的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒接觸柔性塑膠，并將柔性塑膠劃爛刮除，同時硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒與水泥地面也偶有摩擦，硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒在刮除柔性塑膠的過程中逐漸磨損、磨平，然后是磨削部接觸水泥石材，對水泥石材磨削，這樣就避免了磨削部直接接觸磨削柔性塑膠而導致刀頭失效的問題，同時在整個過程中無需更換刀頭，提高了工作效率。上述硬質合金顆?？刹捎面u鈷類硬質合金，無規(guī)則的破碎體，棱角尖銳鋒利，主要成分是碳化鎢(WC)和粘結劑鈷(Co)，其韌性相對較好。聚晶金剛石(PCD)是利用利用高壓合成技術合成的，其結構與天然的金剛石極為相似，通過不飽和鍵結合而成，具有很好的韌性。聚晶金剛石顆粒具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。
[0006]進一步地，所述金剛石粉的表面鍍覆有鎳鈷合金粉末鍍層，所述鎳鈷合金粉末鍍層中的鎳粉、鈷粉的重量比為90:10,鎳粉、鈷粉的粒徑是2.5?3微米。鎳鈷合金粉是鎳錠和鈷錠高溫融熔均勻合金化后，急速冷卻、霧化而成的合金粉末。金剛石鍍覆技術是一種已經(jīng)廣泛應用的現(xiàn)有技術，即在真空高溫狀態(tài)下，將鎳鈷合金粉末鍍覆到金剛石表面，形成微米級的保護層，燒結時，該保護層既減輕了金剛石的熱損傷和碳化度，又增加了與金屬粉末的化學冶金結合，增強金屬粉末合金胎體對金剛石的把持力。具體來說，把需要鍍覆的金剛石粉放到耐高溫的陶瓷舟里邊，再把陶瓷舟放入鍍覆機的爐腔里，關上艙門，抽真空，真空度為0.0001?0.0lPa，升溫至650?780°C，鍍覆一層10?30微米的鎳鈷合金到金剛石粉表面，鍍層與金剛石粉的結合強度>140MPa，鍍后金剛石單顆?？箟簭姸忍岣??20%，可以實現(xiàn)金剛石粉與金屬粉的強力結合，工具磨削工作時不脫粒、出刃增加，大幅度提高了壽命和加工效率，降低了制造成本。
[0007]具體來說，功能金屬粉有以下兩種:
1、所述功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、碳化鶴粉，其中金剛石粉末的粒徑是600?710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉的粒徑是30?50微米，碳化鎢粉的粒徑是80?100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉80?90%、鎳粉2?8%、鎢粉2?8%、碳化鎢粉2?6% ;所述磨削部中金剛石粉的濃度范圍是30%?100%。上述功能性金屬粉中，鈷粉是主要成分，其燒結強度高，韌性和耐磨性好；鎳粉的作用是增加耐磨性；鉻粉的作用是增加胎體對金剛石粉的把持力；碳化鎢粉是以單質存在于合金中，增加胎體的硬度和耐磨性。
[0008]2、所述功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、鶴粉、碳化鶴粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉，所述銅錫合金粉中銅與錫的含量比為90:10，其中金剛石粉末的粒徑是600?710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉的粒徑是30?50微米，鎢粉、碳化鎢粉的粒徑是80?100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉70?80%、鎳粉2?6%、鉻粉I?3%、鎢粉I?5%、碳化鎢粉I?5%、銅粉3?7%、錫粉3?7%、銅錫合金粉I?5% ;所述磨削部中金剛石粉的濃度范圍是30%?100%。在新增加的功能金屬粉中，鎢粉增加胎體的硬度和耐磨性，與鈷粉和鎳粉有一定合金化作用；銅粉的作用是增加胎體的韌性和延展性；錫粉的作用是燒結時產(chǎn)生液相，軟化胎體，降低胎體的燒結溫度；銅錫合金粉的作用是軟化胎體，改善胎體的燒結性能，提高胎體的致密度。
[0009]燒結后的金屬粉末合金胎體與硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒形成化學鍵的冶金結合，形成一體的合金，增強了金屬粉末合金胎體對硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的把持力；另外，燒結后的金屬粉末合金胎體與金剛石粉表面鍍覆的鎳鈷合金粉末鍍層形成化學鍵的冶金結合，并使其膨脹系數(shù)略大于金剛石，增強了金屬粉末合金胎體對金剛石的把持力。
[0010]進一步地，所述硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的顆粒度為5.5?6.5毫米。
[0011]進一步地，為方便安裝刀頭，所述刀頭還包含與磨削部焊接的金屬基體。
[0012]上述的刀頭的制作采用石墨模具，所述石墨模具包括上壓頭和石墨槽，所述上壓頭的底面設有若干個凹坑，所述凹坑的深度小于硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒的高度；刀頭的制作方法具體包括如下步驟:
A:將金剛石粉鍍覆上一層鎳鈷合金粉末鍍層；
B:在上壓頭的底面和石墨槽的內(nèi)表面涂上脫模劑，然后將硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒利用膠水粘在上壓頭底面的凹坑內(nèi)，使硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分露出于凹坑；
C:將金剛石粉與功能金屬粉混合均勻后倒入石墨槽中并抹平，再蓋上上壓頭，使上壓頭中的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分嵌入到石墨模具中的粉末中；
D:按照設定的升溫加壓的工藝曲線，在高溫環(huán)境下對上壓頭和下壓頭同時加壓，使模具內(nèi)的材料熱壓至預定的胎體合金密度，最后再卸壓和降溫，取下上壓頭，得到刀頭。
[0013]具體來說，所述C步驟中，首先將金剛石粉與功能金屬粉在干燥的情況下混合均勻得到干料；然后取小部分干料與液體石蠟或甘油三酯在陶瓷盆里混合均勻得到濕料，再把濕料與剩余的干料混合均勻；所述金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與液體石蠟或甘油三酯的重量比例是1000:20?1000:80。用液體石蠟或者甘油三酯潤濕干料的好處如下:1、避免金剛石粉、各種金屬粉因比重的不同而造成混合不均勻；2、潤濕后的粉末在后續(xù)裝料至石墨模具中的過程中，不會揚塵，避免傷害工人和污染環(huán)境；3、熱壓時容易成形，采用干粉熱壓的話，干粉容易從模具的縫隙中冒出；4、液體石蠟和甘油三酯的粘度適中，而且在500?600度之間會燒損揮發(fā)，不會污染胎體合金。
[0014]所述D步驟中，利用自動真空電阻燒結爐，在真空氣氛中，進行電阻式加熱和比例閥式液壓控制系統(tǒng)加壓燒結；起始壓強為0.393MPa，在5分鐘之內(nèi)，使模具內(nèi)的溫度上升到7000C ;再將壓強增加至0.786MPa，在2分鐘之內(nèi)，將模具內(nèi)的溫度從700°C上升到950°C ；再將壓強增加至1.376MPa，并在950°C的溫度下保持3分鐘，燒結完畢；然后再卸去壓力并降溫，降溫至200°C時出爐，然后自然冷卻至室溫，取出刀頭。分段加壓和逐漸升溫，主要是根據(jù)金屬粉的燒結性能、軟化溫度、致密化程度來設定的，以確保得到的合金化程度、密度及強度滿足要求，而金剛石又損傷較少。在本案中，起始壓力盡量小，但又要足夠壓力，讓壓機上下壓頭的紫銅電極與石墨模具緊密接觸通電，產(chǎn)生電流，加熱；中間階段壓力要適中，700度?950度之間，是粉末軟化的過程，壓力太大會壓壞石墨模具，壓力太小，刀頭致密度不夠，空隙過多；最后壓力要盡量大，但要在石墨模具能承受的壓力內(nèi)。上述卸壓應該在瞬間(一秒或數(shù)秒內(nèi))完成，因為降溫速度很快，不可控，如果溫度已經(jīng)很低了，壓力仍然很大，會壓爆石墨|旲具。
[0015]具體來說，所述B步驟中的脫模劑為氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉，所述氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉的粒徑范圍是10?50納米。
[0016]本發(fā)明通過將硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒與金剛石粉、功能金屬粉末合金復合成刀頭，可以針對澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象進行有效磨削，其制作方法簡單巧妙，可以保證硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒與金剛石粉、功能金屬粉末的結合穩(wěn)定性，提高了刀頭的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的刀頭的剖視結構示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的模具的剖視結構示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的刀頭燒結時的溫度及壓力曲線。
【具體實施方式】
[0020]下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。
[0021]實施例1:
如圖1所示，本實施例的刀頭設有磨削部1，所述磨削部I為由金剛石粉和功能金屬粉燒結而成的塊狀體，所述磨削部I固定有若干突出于磨削面11的硬質合金顆粒2，硬質合金顆粒2可采用鎢鈷類硬質合金，呈前后左右錯位均布；硬質合金顆粒2的顆粒度為5.5?6.5毫米，且硬質合金顆粒2的部分埋設于磨削部I內(nèi)。
[0022]具體來說，功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、碳化鎢粉，其中金剛石粉末的粒徑是600?710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉的粒徑是30?50微米，碳化鎢粉的粒徑是80?100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉85%、鎳粉6%、鎢粉5%、碳化鎢粉4% ;所述上述金剛石粉的表面鍍覆有鎳鈷合金粉末鍍層，所述鎳鈷合金粉末鍍層中的鎳粉、鈷粉的重量比為90:10,鎳粉、鈷粉的粒徑是2.5微米。
[0023]金剛石的濃度一般以刀頭工具的單位體積中金剛石的含量表示，其單位為克拉/立方厘米，(I克拉=0.2克)。具體生產(chǎn)中用的濃度制主要是采用“金剛石制品國際濃度標準”，即100%的濃度表示每立方厘米中含金剛石4.4克拉。75%濃度約相應為3.3克拉/立方厘米，依此類推。金剛石濃度根據(jù)所鉆進巖層的研磨性強弱應有所增減。一般硬至堅硬的弱研磨性巖層中，濃度約30%?50% ;硬至堅硬的中等研磨性巖層為75% ;強研磨性巖層時，金剛石濃度增大至100%。在本實施例中，磨削部中金剛石粉的濃度是30%。
[0024]在針對澆注有柔性塑膠的水泥石材的磨削對象的磨削過程中，首先是刀頭的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒接觸柔性塑膠，并將柔性塑膠劃爛刮除，同時硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒與水泥地面也偶有摩擦，硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒在刮除柔性塑膠的過程中逐漸磨損、磨平，然后是磨削部接觸水泥石材，對水泥石材磨削，這樣就避免了磨削部直接接觸磨削柔性塑膠而導致刀頭失效的問題，同時在整個過程中無需更換刀頭，提高了工作效率。
[0025]上述的刀頭的制作采用石墨模具，如圖2所示，所述石墨模具包括上壓頭3和石墨槽4，所述上壓頭3的底面設有前后左右錯位均布的若干個凹坑31，所述凹坑31的深度小于硬質合金顆粒的高度，其形狀與硬質合金顆粒的上部大致相同，可以利用工具在上壓頭3的底面雕刻而成；刀頭的制作方法具體包括如下步驟:
A:將金剛石粉鍍覆上一層鎳鈷合金粉末鍍層；
B:在上壓頭的底面和石墨槽的內(nèi)表面涂上脫模劑，采用粒徑范圍是10?50納米的氮化硼納米微粉作為脫模劑，然后將硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒利用502膠水粘在上壓頭底面的凹坑內(nèi)，使硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒的部分露出于凹坑；
C:將金剛石粉與功能金屬粉混合均勻后倒入石墨槽中并抹平，再蓋上上壓頭，使上壓頭中的硬質合金顆粒的部分嵌入到石墨模具中的粉末中；根據(jù)各種金屬粉末的密度和各自添加比例，可以計算出混合金屬粉末的理論密度，而根據(jù)經(jīng)驗，燒結胎體合金的密度一般以混合金屬粉末理論密度的90%?95%來核算。根據(jù)預定的刀頭的體積和燒結胎體合金的密度，可以反推算出所需的各種金屬粉末的重量，此處不再贅述；
D:按照設定的升溫加壓的工藝曲線，在高溫環(huán)境下對上壓頭和下壓頭同時加壓，使模具內(nèi)的材料熱壓至預定的胎體合金密度，最后再卸壓和降溫，取下上壓頭，得到刀頭。
[0026]具體來說，所述C步驟中，首先將金剛石粉與功能金屬粉在干燥的情況下混合均勻得到干料；然后取小部分干料與液體石蠟在陶瓷盆里混合均勻得到濕料，再把濕料與剩余的干料混合均勻；所述金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與液體石蠟的重量比例是1000:60。
[0027]所述D步驟中，利用自動真空電阻燒結爐，在真空氣氛中，進行電阻式加熱和比例閥式液壓控制系統(tǒng)加壓燒結；如圖3所示，Lt為溫度曲線，Lp為壓強曲線；起始壓強為0.393MPa，在5分鐘之內(nèi)，使模具內(nèi)的溫度上升到700°C;再將壓強增加至0.786MPa，在2分鐘之內(nèi)，將模具內(nèi)的溫度從700°C上升到950°C;再將壓強增加至1.376MPa，并在950°C的溫度下保持3分鐘，燒結完畢；然后再卸去壓力并降溫，降溫至200°C時出爐，然后自然冷卻至室溫，取出刀頭。
[0028]實施例2:
與實施例1不同的是，在本實施例中，利用聚晶金剛石顆粒取代硬質合金顆粒；所述功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、鶴粉、碳化鶴粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉，所述銅錫合金粉中銅與錫的含量比為90:10，其中金剛石粉末的粒徑是600?710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉的粒徑是30?50微米，鎢粉、碳化鎢粉的粒徑是80?100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉80%、鎮(zhèn)粉2%、絡粉1%、鎢粉3%、碳化鎢粉4%、銅粉4%、錫粉4%、銅錫合金粉2% ;所述磨削部中金剛石粉的濃度是 70%ο
[0029]制作方法中B步驟中的脫模劑采用粒徑范圍是10?50納米的石墨微粉，C步驟中干料與甘油三酯在陶瓷盆里混合均勻得到濕料，金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與甘油三酯的重量比例是1000:80ο
【權利要求】
1.一種刀頭，其特征在于該刀頭設有磨削部，所述磨削部為由金剛石粉和功能金屬粉燒結而成的塊狀體，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒，且所述硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分埋設于磨削部內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的刀頭，其特征在于所述金剛石粉的表面鍍覆有鎳鈷合金粉末鍍層，所述鎳鈷合金粉末鍍層中的鎳粉、鈷粉的重量比為90:10,鎳粉、鈷粉的粒徑是2.5~3微米。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的刀頭，其特征在于所述功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、碳化鎢粉，其中金剛石粉末的粒徑是600~710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉的粒徑是30~50微米，碳化鎢粉的粒徑是80~100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉80~90%、鎳粉2~8%、鶴粉2~8%、碳化鶴粉2~6% ;所述磨削部中金剛石粉的濃度范圍是30%~100%。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的刀頭，其特征在于所述功能金屬粉為鈷粉、鎳粉、鉻粉、鎢粉、碳化鎢粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉，所述銅錫合金粉中銅與錫的含量比為90:10，其中金剛石粉末的粒徑是600~710微米，鈷粉和鎳粉的粒徑小于10微米，鉻粉、銅粉、錫粉、銅錫合金粉的粒徑是30~50微米，鎢粉、碳化鎢粉的粒徑是80~100微米；所述各種粉末在功能金屬粉中的重量比例如下:鈷粉70~80%、鎳粉2~6%、鉻粉1~3%、鎢粉1~5%、碳化鎢粉1~5%、銅粉3~7%、錫粉3~7%、銅錫合金粉1~5% ;所述磨削部中金剛石粉的濃度范圍是30%~100%。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的刀頭，其特征在于所述硬質合金顆粒或聚晶金剛石顆粒的顆粒度為5.5~6.5毫米。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的刀頭，其特征在于所述刀頭還包含與磨削部焊接的金屬基體。
7.根據(jù)權利要求1所述的刀頭的制作方法，其特征在于采用石墨模具，所述石墨模具包括上壓頭和石墨槽，所述上壓頭的底面設有若干個凹坑，所述凹坑的深度小于硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的高度；刀頭的制作方法具體包括如下步驟: A:將金剛石粉鍍覆上一層鎳鈷合金粉末鍍層； B:在上壓頭的底面和石墨槽的內(nèi)表面涂上脫模劑，然后將硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒利用膠水粘在上壓頭底面的凹坑內(nèi)，使硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分露出于凹坑； C:將金剛石粉與功能金屬粉混合均勻后倒入石墨槽中并抹平，再蓋上上壓頭，使上壓頭中的硬質合金顆?；蚓劬Ы饎偸w粒的部分嵌入到石墨模具中的粉末中； D:按照設定的升溫加壓的工藝曲線，在高溫環(huán)境下對上壓頭和下壓頭同時加壓，使模具內(nèi)的材料熱壓至預定的胎體合金密度，最后再卸壓和降溫，取下上壓頭，得到刀頭。
8.根據(jù)權利要求6所述的刀頭的制作方法，其特征在于所述C步驟中，首先將金剛石粉與功能金屬粉在干燥的情況下混合均勻得到干料；然后取小部分干料與液體石蠟或甘油三酯在陶瓷盆里混合均勻得到濕料，再把濕料與剩余的干料混合均勻；所述金剛石粉與功能金屬粉的混合粉與液體石蠟或甘油三酯的重量比例是1000:20~1000:80。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的刀頭的制作方法，其特征在于所述D步驟中，利用自動真空電阻燒結爐，在真空氣氛中，進行電阻式加熱和比例閥式液壓控制系統(tǒng)加壓燒結；起始壓強為0.393MPa，在5分鐘之內(nèi)，使模具內(nèi)的溫度上升到700°C ;再將壓強增加至0.786MPa，在。2分鐘之內(nèi)，將模具內(nèi)的溫度從700°C上升到950°C ;再將壓強增加至1.376MPa，并在950°C的溫度下保持3分鐘，燒結完畢；然后再卸去壓力并降溫，降溫至200°C時出爐，然后自然冷卻至室溫，取出刀頭。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的刀頭的制作方法，其特征在于所述B步驟中的脫模劑為氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉，所述氮化硼納米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉的粒徑范圍是10~50納米。
【文檔編號】B22F7/08GK103894939SQ201410112921
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】吳益雄, 李丹, 陳欣宏, 張貴青 申請人:廣州晶體科技有限公司