[發明專利]一種用于制備超硬工具的多種磨料三維協同排布方法

有效

• 申請號: 201410275943.5
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104057404A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 肖冰;王波;段端志;張子煜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00;B23P5/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本發明涉及一種用于制備超硬工具的多種磨料三維協同排布方法，其屬于超硬磨料工具制造領域。

背景技術：

傳統的固結磨料工具按照結合劑不同可分為樹脂結合劑、陶瓷結合劑、金屬結合劑(包括電鍍及燒結)金剛石工具等幾類，這些超硬工具在生產中的大量應用，極大提升了加工業的總體水平和能力，也改變了加工業的原有面貌，但同時也使得它們的一些弊端逐步暴露出來，不論是單層電鍍的還是多層燒結(熱固化)的超硬工具，磨料只是被機械包埋鑲嵌在鍍層或胎體金屬中，其界面缺乏結合力，在負荷較重的高效磨削作業中，砂輪磨?；蝈儗右酌撀?，為增加把持力就必須增加結合劑層厚度，其結果又會帶來磨粒裸露高度和容屑空間減小，工具容易堵塞等問題。

為了從根本上提高磨粒、結合劑、基體三者間的結合強度，國外在上世紀90年代初期開始著力研究用高溫釬焊技術替代電鍍開發單層超硬磨料工具，期望籍高溫釬焊時在磨料、釬料和基體界面上發生的化學冶金作用提高磨料的把持強度。瑞士A.K.Chattopadhyay等用火焰噴鍍法把Ni-Cr釬料合金鍍于工具鋼基體上，并將金剛石排布在釬料層表面上，然后在1080℃氬氣保護下感應釬焊30秒來實現金剛石與鋼基體結合。實驗結果表明Ni-Cr釬料合金對金剛石的良好浸潤性。德國的A.Trenker等在釬焊過程中采用了鎳基活性釬料來實現金剛石與基體的結合，并通過和電鍍工具的對比說明釬焊工具性能比電鍍工具優異。國內開展金剛石磨料高溫釬焊研究工作的主要有西安交通大學、臺灣中國砂輪公司、南京航空航天大學等機構。西安交通大學在國內外釬焊金剛石研究的基礎上，采用真空爐內高溫釬焊工藝，實現了金剛石與鋼基體間的牢固結合，釬料在金剛石磨粒間分布均勻，金剛石出刃高度高，其耐用度較電鍍砂輪有了明顯提高，工作后僅有少量金剛石脫落。臺灣中國砂輪公司推出單層均布金剛石高溫釬焊串珠，在不降低其壽命的條件下，金剛石用量減少50％，切割速度提高兩倍。南京航空航天大學在90年代中期開始跟蹤國外關于高溫釬焊金剛石磨料砂輪的最新研究動向，掌握了金剛石磨料真空爐內和氣體保護感應釬焊的核心技術，研制出系列釬焊金剛石工具，并于2003年實現了產業化批量生產。

國內外研究結果表明，高溫釬焊可以實現金剛石磨粒和基體高的結合強度，在重負荷磨削加工過程中，高溫釬焊金剛石工具可以有效避免磨粒、結合劑層的脫落與剝落，磨粒的利用更加充分，砂輪壽命更高。此外，由于高的界面結合強度，結合劑層厚度只需維持在磨粒高度的30％左右就能夠牢固地把持住磨粒，這樣釬焊工具極大擴展了其容屑空間。而隨著研究的深入發現，對于難加工的黑色金屬材料，傳統的單一類型磨料工具難以有效加工，釬焊金剛石工具加工黑色金屬材料時散熱性能好，但因容易高溫石墨化難以高效快速加工；而釬焊cBN工具雖然具有較好的加工黑色金屬的性能，但在加工中遇到高溫時易與水發生反應，降低其性能，而多數情況下加工條件中都會用到冷卻液。碳化硅及三氧化二鋁磨料雖然磨料鋒利，加工表面質量較高，但磨損量大，消耗快，不適于高端機床加工。為了解決上述問題，有研究者試圖開發多層釬焊超硬磨料工具來提高工具的壽命，并有相關研究成果見諸報道。但這并不能從根本上解決實際加工中所遇到的單一磨料加工局限性的問題。此外，燒結超硬磨料技術中尚未見有多種磨料協同的排布制備工具的報道。

目前，釬焊工具的研究主要集中在金剛石磨料的釬焊，金剛石磨料、立方氮化硼磨料、碳化硅磨料、三氧化二鋁磨料等多種磨料的同時釬焊以制作壽命更長、加工效率更高的工具的研究尚未涉及。