[發明專利]一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法

有效

• 申請號: 201310098473.5
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103203453A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 金洙吉;史雙佶;孔軍;康仁科
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B22F3/16
• 分類號: B22F3/16;C22C27/04;C22C1/04;B24D3/06;B24D18/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，特別涉及到一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法。

背景技術

對于超精密切削加工工藝來說，要獲得零件形狀尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必須擁有超精密的機床、高分辨率的檢測儀器和超穩定的加工環境條件以外，還須具備進行切削加工的高精度金剛石刀具。使用精密的單晶金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，能夠直接切出超光滑的加工表面，這樣就可以取代超精密磨削等精加工工序，極大的提高加工效率，同時也可以保證加工精度和加工表面質量。因此，對單晶金剛石刀具的制作，刃磨方法以及刃磨機理的研究，已經受到了人們極大的關注。金剛石晶體的硬度大，耐磨性好，使得金剛石成為理想的刀具材料，但同時也給單晶金剛石刀具的刃磨帶來了極大的困難。在刃磨過程中既要提高磨削率，又要保證刃口質量。摩擦化學拋光是利用金剛石刀具表面與低碳鋼或純鐵砂輪盤直接接觸并作高速的相對滑移，由此激發金剛石刀具表面碳原子層發生活化后形成活化碳原子，活化碳原子擴散到砂輪盤中而達到刀具材料的去除。但在實際加工過程中，由于加工溫度很高，砂輪盤極易氧化，進而產生較大磨損。同時要保證砂輪盤在高溫下有較大的強度，防止產生較大的變形影響金剛石刀具的加工精度。

目前，所使用的砂輪盤雖然可以獲得一定的拋光效率，但在催化性能、機械強度和抗氧化性等方面難以滿足精密加工的要求，不僅對金剛石的去除率低，而且砂輪盤自身磨損嚴重。

發明內容

本發明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，發明一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法，結合高速摩擦拋光技術對砂輪盤材料的性能要求，發明一種鎢基合金砂輪盤。砂輪盤中的Mo-W-Cr合金具有很高的熔點、高溫強度和抗氧化性。同時，三種元素都是優異的催化金剛石石墨化的金屬元素，改善了現有的金剛石刃磨砂輪磨損快、不均勻且磨削效率低的技術缺陷。在獲得較高的磨削率的同時，又降低了砂輪磨損量，并且保證刀具的刃口質量，滿足精密加工的要求。

本發明的技術方案是：一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法，選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機球磨和等離子燒結制成鎢基合金砂輪盤，具體制作步驟如下：

1)?確定砂輪的成分配比：采用Mo，W，Cr三種粉末，每種粉末純度均為99.9%，粒度均為-300目，按摩爾比確定8~10%的鉬，88~91%的鎢，其余為鉻，然后，進行配比并混合三種粉末；

2)?通過機械合金化方法制備合金粉末：將不銹鋼球和混合粉末裝入真空球磨罐中，不銹鋼球和混合粉末的質量比為10:1，添加球磨控制劑正庚烷；為防止罐內粉末在球磨過程中氧化，充氬氣的同時將罐內空氣排出，抽真空，重復2~3次；進行預混合，轉速為200r/min，在高能行星式球磨機上球磨2小時，預混合之后將轉速調節到360r/min，再球磨96小時，最后將轉速加到480r/min，球磨2小時，球磨結束，完成合金粉末制備；

3)?利用放電等離子燒結制作合金砂輪盤：篩選粒徑小于20μm的合金粉，稱量一定重量的合金粉末，放入放電等離子燒結設備的石墨模具中，經預壓后進行燒結，燒結溫度為900℃，保溫時間為10min，燒結壓力為50kN，真空度為15Pa，燒結后獲得一定尺寸的砂輪盤；

4)?對合金砂輪盤進行修整：將燒結后的砂輪盤去除毛邊，用高壓空氣吹凈，用修整器把兩表面修整，編號后，用砂紙打磨；并在拋光機上拋光，最后用去離子水清洗，并吹干，使砂輪表面清潔平整。

本發明效果和益處是：金剛石去除率高，砂輪磨損率低，可使金剛石刀具表面粗糙度Ra達到幾個納米。采用高能球磨和等離子燒結制成的鎢基合金砂輪盤高溫強度高，抗氧化性好，耐磨損，溶碳效果優異。

附圖說明

圖1是鉬粉、鎢粉、鉻粉混合粉末球磨前的掃描電鏡SEM照片。圖2是鉬粉、鎢粉、鉻粉經過100小時球磨后完成預合金的掃描電鏡SEM照片，圖3是Mo-W-Cr合金拋光盤金相組織顯微照片。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。本發明從過渡金屬催化金剛石石墨化的機理出發，結合高速摩擦拋光技術對砂輪盤材料的性能要求，發明了一種鎢基合金砂輪盤，選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機球磨和等離子燒結制成鎢基合金砂輪盤。

實施例1，一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法：?