CN103894939B

CN103894939B - 一种刀头及其制造方法

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Publication number: CN103894939B
Application number: CN201410112921.7A
Authority: CN
Inventors: 吴益雄; 李丹; 陈欣宏; 张贵青
Original assignee: GUANGZHOU CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU CRYSTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: CN103894939A

Abstract

本发明的目的是提出一种刀头及其制造方法，该种刀头适合于浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象。本发明的刀头设有磨削部，所述磨削部为由金刚石粉和功能金属粉烧结而成的块状体，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒，且所述硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分埋设于磨削部内。本发明通过将硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与金刚石粉、功能金属粉末合金复合成刀头，可以针对浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象进行有效磨削，其制作方法简单巧妙，可以保证硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与金刚石粉、功能金属粉末的结合稳定性，提高了刀头的使用寿命。

Description

一种刀头及其制造方法

技术领域

本发明属于磨削设备技术领域，特别涉及到一种刀头及其制造方法。

背景技术

在施工过程中，经常会遇到非标准的磨削对象，例如硬性的水泥石材表面浇注上一定厚度的柔性塑胶，当需要修复或去除柔性塑胶时，如果采用硬质合金磨块的刀头刮除柔性塑胶，则刀头不可避免的会碰到硬性的水泥和石材，硬质合金受到强力的冲击，导致硬质合金刀头很快碎裂、报废；如果采用金刚石磨块的刀头，因为金刚石出刃高度低（1mm以内），柔性塑胶堵塞住出刃的金刚石空隙，使金刚石的磨削作用失效，磨块无法正常磨除柔性的塑胶。因此有必要针对浇注有柔性塑胶的水泥石材的特种磨削对象，特别设计一种合适的刀头。

发明内容

本发明的目的是提出一种刀头及其制造方法，该种刀头适合于浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象。

本发明的刀头设有磨削部，所述磨削部为由金刚石粉和功能金属粉烧结而成的块状体，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒，且所述硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分埋设于磨削部内。

在针对浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象的磨削过程中，首先是刀头的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒接触柔性塑胶，并将柔性塑胶划烂刮除，同时硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与水泥地面也偶有摩擦，硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒在刮除柔性塑胶的过程中逐渐磨损、磨平，然后是磨削部接触水泥石材，对水泥石材磨削，这样就避免了磨削部直接接触磨削柔性塑胶而导致刀头失效的问题，同时在整个过程中无需更换刀头，提高了工作效率。上述硬质合金颗粒可采用钨钴类硬质合金，无规则的破碎体，棱角尖锐锋利，主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co），其韧性相对较好。聚晶金刚石(PCD)是利用利用高压合成技术合成的，其结构与天然的金刚石极为相似，通过不饱和键结合而成，具有很好的韧性。聚晶金刚石颗粒具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。

进一步地，所述金刚石粉的表面镀覆有镍钴合金粉末镀层，所述镍钴合金粉末镀层中的镍粉、钴粉的重量比为90:10，镍粉、钴粉的粒径是2.5～3微米。镍钴合金粉是镍锭和钴锭高温融熔均匀合金化后，急速冷却、雾化而成的合金粉末。金刚石镀覆技术是一种已经广泛应用的现有技术，即在真空高温状态下，将镍钴合金粉末镀覆到金刚石表面，形成微米级的保护层，烧结时，该保护层既减轻了金刚石的热损伤和碳化度，又增加了与金属粉末的化学冶金结合，增强金属粉末合金胎体对金刚石的把持力。具体来说，把需要镀覆的金刚石粉放到耐高温的陶瓷舟里边，再把陶瓷舟放入镀覆机的炉腔里，关上舱门，抽真空，真空度为0.0001～0.01Pa，升温至650～780℃，镀覆一层10～30微米的镍钴合金到金刚石粉表面，镀层与金刚石粉的结合强度>140MPa，镀后金刚石单颗粒抗压强度提高5～20%，可以实现金刚石粉与金属粉的强力结合，工具磨削工作时不脱粒、出刃增加，大幅度提高了寿命和加工效率，降低了制造成本。

具体来说，功能金属粉有以下两种：

1、所述功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、碳化钨粉，其中金刚石粉末的粒径是600～710微米，钴粉和镍粉的粒径小于10微米，铬粉的粒径是30～50微米，碳化钨粉的粒径是80～100微米；所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉80～90%、镍粉2～8%、钨粉2～8%、碳化钨粉2～6%；所述磨削部中金刚石粉的浓度范围是30%～100%。上述功能性金属粉中，钴粉是主要成分，其烧结强度高，韧性和耐磨性好；镍粉的作用是增加耐磨性；铬粉的作用是增加胎体对金刚石粉的把持力；碳化钨粉是以单质存在于合金中，增加胎体的硬度和耐磨性。

2、所述功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、钨粉、碳化钨粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉，所述铜锡合金粉中铜与锡的含量比为90：10，其中金刚石粉末的粒径是600～710微米，钴粉和镍粉的粒径小于10微米，铬粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉的粒径是30～50微米，钨粉、碳化钨粉的粒径是80～100微米；所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉70～80%、镍粉2～6%、铬粉1～3%、钨粉1～5%、碳化钨粉1～5%、铜粉3～7%、锡粉3～7%、铜锡合金粉1～5%；所述磨削部中金刚石粉的浓度范围是30%～100%。在新增加的功能金属粉中，钨粉增加胎体的硬度和耐磨性，与钴粉和镍粉有一定合金化作用；铜粉的作用是增加胎体的韧性和延展性；锡粉的作用是烧结时产生液相，软化胎体，降低胎体的烧结温度；铜锡合金粉的作用是软化胎体，改善胎体的烧结性能，提高胎体的致密度。

烧结后的金属粉末合金胎体与硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒形成化学键的冶金结合，形成一体的合金,增强了金属粉末合金胎体对硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的把持力；另外,烧结后的金属粉末合金胎体与金刚石粉表面镀覆的镍钴合金粉末镀层形成化学键的冶金结合，并使其膨胀系数略大于金刚石，增强了金属粉末合金胎体对金刚石的把持力。

进一步地，所述硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的颗粒度为5.5～6.5毫米。

进一步地，为方便安装刀头，所述刀头还包含与磨削部焊接的金属基体。

上述的刀头的制作采用石墨模具，所述石墨模具包括上压头和石墨槽，所述上压头的底面设有若干个凹坑，所述凹坑的深度小于硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的高度；刀头的制作方法具体包括如下步骤：

A：将金刚石粉镀覆上一层镍钴合金粉末镀层；

B：在上压头的底面和石墨槽的内表面涂上脱模剂，然后将硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒利用胶水粘在上压头底面的凹坑内，使硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分露出于凹坑；

C：将金刚石粉与功能金属粉混合均匀后倒入石墨槽中并抹平，再盖上上压头，使上压头中的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分嵌入到石墨模具中的粉末中；

D：按照设定的升温加压的工艺曲线，在高温环境下对上压头和下压头同时加压，使模具内的材料热压至预定的胎体合金密度，最后再卸压和降温，取下上压头，得到刀头。

具体来说，所述C步骤中，首先将金刚石粉与功能金属粉在干燥的情况下混合均匀得到干料；然后取小部分干料与液体石蜡或甘油三酯在陶瓷盆里混合均匀得到湿料，再把湿料与剩余的干料混合均匀；所述金刚石粉与功能金属粉的混合粉与液体石蜡或甘油三酯的重量比例是1000：20～1000：80。用液体石蜡或者甘油三酯润湿干料的好处如下：1、避免金刚石粉、各种金属粉因比重的不同而造成混合不均匀；2、润湿后的粉末在后续装料至石墨模具中的过程中，不会扬尘，避免伤害工人和污染环境；3、热压时容易成形，采用干粉热压的话，干粉容易从模具的缝隙中冒出；4、液体石蜡和甘油三酯的粘度适中，而且在500～600度之间会烧损挥发，不会污染胎体合金。

所述D步骤中，利用自动真空电阻烧结炉，在真空气氛中，进行电阻式加热和比例阀式液压控制系统加压烧结；起始压强为0.393MPa，在5分钟之内，使模具内的温度上升到700℃；再将压强增加至0.786MPa，在2分钟之内，将模具内的温度从700℃上升到950℃；再将压强增加至1.376MPa，并在950℃的温度下保持3分钟，烧结完毕；然后再卸去压力并降温，降温至200℃时出炉，然后自然冷却至室温，取出刀头。分段加压和逐渐升温，主要是根据金属粉的烧结性能、软化温度、致密化程度来设定的，以确保得到的合金化程度、密度及强度满足要求，而金刚石又损伤较少。在本案中，起始压力尽量小，但又要足够压力，让压机上下压头的紫铜电极与石墨模具紧密接触通电，产生电流，加热；中间阶段压力要适中，700度～950度之间，是粉末软化的过程，压力太大会压坏石墨模具，压力太小，刀头致密度不够，空隙过多；最后压力要尽量大，但要在石墨模具能承受的压力内。上述卸压应该在瞬间（一秒或数秒内）完成，因为降温速度很快，不可控，如果温度已经很低了，压力仍然很大，会压爆石墨模具。

具体来说，所述B步骤中的脱模剂为氮化硼纳米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉，所述氮化硼纳米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉的粒径范围是10～50纳米。

本发明通过将硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与金刚石粉、功能金属粉末合金复合成刀头，可以针对浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象进行有效磨削，其制作方法简单巧妙，可以保证硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与金刚石粉、功能金属粉末的结合稳定性，提高了刀头的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的刀头的剖视结构示意图。

图2是本发明的模具的剖视结构示意图。

图3是本发明的刀头烧结时的温度及压力曲线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的刀头设有磨削部1，所述磨削部1为由金刚石粉和功能金属粉烧结而成的块状体，所述磨削部1固定有若干突出于磨削面11的硬质合金颗粒2，硬质合金颗粒2可采用钨钴类硬质合金，呈前后左右错位均布；硬质合金颗粒2的颗粒度为5.5～6.5毫米，且硬质合金颗粒2的部分埋设于磨削部1内。

具体来说，功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、碳化钨粉，其中金刚石粉末的粒径是600～710微米，钴粉和镍粉的粒径小于10微米，铬粉的粒径是30～50微米，碳化钨粉的粒径是80～100微米；所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉85%、镍粉6%、钨粉5%、碳化钨粉4%；所述上述金刚石粉的表面镀覆有镍钴合金粉末镀层，所述镍钴合金粉末镀层中的镍粉、钴粉的重量比为90:10，镍粉、钴粉的粒径是2.5微米。

金刚石的浓度一般以刀头工具的单位体积中金刚石的含量表示，其单位为克拉/立方厘米，（1克拉=0.2克）。具体生产中用的浓度制主要是采用“金刚石制品国际浓度标准”，即100%的浓度表示每立方厘米中含金刚石4.4克拉。75%浓度约相应为3.3克拉/立方厘米，依此类推。金刚石浓度根据所钻进岩层的研磨性强弱应有所增减。一般硬至坚硬的弱研磨性岩层中，浓度约30%～50%；硬至坚硬的中等研磨性岩层为75%；强研磨性岩层时，金刚石浓度增大至100%。在本实施例中，磨削部中金刚石粉的浓度是30%。

在针对浇注有柔性塑胶的水泥石材的磨削对象的磨削过程中，首先是刀头的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒接触柔性塑胶，并将柔性塑胶划烂刮除，同时硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒与水泥地面也偶有摩擦，硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒在刮除柔性塑胶的过程中逐渐磨损、磨平，然后是磨削部接触水泥石材，对水泥石材磨削，这样就避免了磨削部直接接触磨削柔性塑胶而导致刀头失效的问题，同时在整个过程中无需更换刀头，提高了工作效率。

上述的刀头的制作采用石墨模具，如图2所示，所述石墨模具包括上压头3和石墨槽4，所述上压头3的底面设有前后左右错位均布的若干个凹坑31，所述凹坑31的深度小于硬质合金颗粒的高度，其形状与硬质合金颗粒的上部大致相同，可以利用工具在上压头3的底面雕刻而成；刀头的制作方法具体包括如下步骤：

A：将金刚石粉镀覆上一层镍钴合金粉末镀层；

B：在上压头的底面和石墨槽的内表面涂上脱模剂，采用粒径范围是10～50纳米的氮化硼纳米微粉作为脱模剂，然后将硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒利用502胶水粘在上压头底面的凹坑内，使硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分露出于凹坑；

C：将金刚石粉与功能金属粉混合均匀后倒入石墨槽中并抹平，再盖上上压头，使上压头中的硬质合金颗粒的部分嵌入到石墨模具中的粉末中；根据各种金属粉末的密度和各自添加比例，可以计算出混合金属粉末的理论密度，而根据经验，烧结胎体合金的密度一般以混合金属粉末理论密度的90%～95%来核算。根据预定的刀头的体积和烧结胎体合金的密度，可以反推算出所需的各种金属粉末的重量，此处不再赘述；

具体来说，所述C步骤中，首先将金刚石粉与功能金属粉在干燥的情况下混合均匀得到干料；然后取小部分干料与液体石蜡在陶瓷盆里混合均匀得到湿料，再把湿料与剩余的干料混合均匀；所述金刚石粉与功能金属粉的混合粉与液体石蜡的重量比例是1000：60。

所述D步骤中，利用自动真空电阻烧结炉，在真空气氛中，进行电阻式加热和比例阀式液压控制系统加压烧结；如图3所示，Lt为温度曲线，Lp为压强曲线；起始压强为0.393MPa，在5分钟之内，使模具内的温度上升到700℃；再将压强增加至0.786MPa，在2分钟之内，将模具内的温度从700℃上升到950℃；再将压强增加至1.376MPa，并在950℃的温度下保持3分钟，烧结完毕；然后再卸去压力并降温，降温至200℃时出炉，然后自然冷却至室温，取出刀头。

实施例2：

与实施例1不同的是，在本实施例中，利用聚晶金刚石颗粒取代硬质合金颗粒；所述功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、钨粉、碳化钨粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉，所述铜锡合金粉中铜与锡的含量比为90：10，其中金刚石粉末的粒径是600～710微米，钴粉和镍粉的粒径小于10微米，铬粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉的粒径是30～50微米，钨粉、碳化钨粉的粒径是80～100微米；所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉80%、镍粉2%、铬粉1%、钨粉3%、碳化钨粉4%、铜粉4%、锡粉4%、铜锡合金粉2%；所述磨削部中金刚石粉的浓度是70%。

制作方法中B步骤中的脱模剂采用粒径范围是10～50纳米的石墨微粉，C步骤中干料与甘油三酯在陶瓷盆里混合均匀得到湿料，金刚石粉与功能金属粉的混合粉与甘油三酯的重量比例是1000：80。

Claims

1.一种刀头，该刀头设有磨削部，所述磨削部为由金刚石粉和功能金属粉烧结而成的块状体，所述磨削部固定有若干突出于磨削面的硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒，且所述硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的部分埋设于磨削部内；其特征在于所述磨削部中金刚石粉的浓度范围是30%～100%；所述功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、碳化钨粉，所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉80～90%、镍粉2～8%、钨粉2～8%、碳化钨粉2～6%；或者所述功能金属粉为钴粉、镍粉、铬粉、钨粉、碳化钨粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉，所述铜锡合金粉中铜与锡的含量比为90：10，所述各种粉末在功能金属粉中的重量比例如下：钴粉70～80%、镍粉2～6%、铬粉1～3%、钨粉1～5%、碳化钨粉1～5%、铜粉3～7%、锡粉3～7%、铜锡合金粉1～5%。

2.根据权利要求1所述的刀头，其特征在于所述金刚石粉的粒径是600～710微米，钴粉和镍粉的粒径小于10微米，铬粉、铜粉、锡粉、铜锡合金粉的粒径是30～50微米，钨粉、碳化钨粉的粒径是80～100微米。

3.根据权利要求1或2所述的刀头，其特征在于所述金刚石粉的表面镀覆有镍钴合金粉末镀层，所述镍钴合金粉末镀层中的镍粉、钴粉的重量比为90:10，镍粉、钴粉的粒径是2.5～3微米。

4.根据权利要求1或2所述的刀头，其特征在于所述硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的颗粒度为5.5～6.5毫米。

5.根据权利要求1或2所述的刀头，其特征在于所述刀头还包含与磨削部焊接的金属基体。

6.根据权利要求1所述的刀头的制作方法，其特征在于采用石墨模具，所述石墨模具包括上压头和石墨槽，所述上压头的底面设有若干个凹坑，所述凹坑的深度小于硬质合金颗粒或聚晶金刚石颗粒的高度；刀头的制作方法具体包括如下步骤：

A：将金刚石粉镀覆上一层镍钴合金粉末镀层；

7.根据权利要求6所述的刀头的制作方法，其特征在于所述C步骤中，首先将金刚石粉与功能金属粉在干燥的情况下混合均匀得到干料；然后取小部分干料与液体石蜡或甘油三酯在陶瓷盆里混合均匀得到湿料，再把湿料与剩余的干料混合均匀；所述金刚石粉与功能金属粉的混合粉与液体石蜡或甘油三酯的重量比例是1000：20～1000：80。

8.根据权利要求6或7所述的刀头的制作方法，其特征在于所述D步骤中，利用自动真空电阻烧结炉，在真空气氛中，进行电阻式加热和比例阀式液压控制系统加压烧结；起始压强为0.393MPa，在5分钟之内，使模具内的温度上升到700℃；再将压强增加至0.786MPa，在2分钟之内，将模具内的温度从700℃上升到950℃；再将压强增加至1.376MPa，并在950℃的温度下保持3分钟，烧结完毕；然后再卸去压力并降温，降温至200℃时出炉，然后自然冷却至室温，取出刀头。

9.根据权利要求6或7所述的刀头的制作方法，其特征在于所述B步骤中的脱模剂为氮化硼纳米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉，所述氮化硼纳米微粉或石墨微粉或陶瓷微粉的粒径范围是10～50纳米。