[發明專利]一種基于孔模板技術的多種磨料協同排布工藝

有效

• 申請號: 201410277323.5
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104070469B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 肖冰;王波;張子煜;段端志
• 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：

本發明涉及一種基于孔模板技術的多種磨料協同排布工藝，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，這些金剛石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，但不論是單層電鍍的還是多層燒結(熱固化)的金剛石固結磨料工具，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，砂輪磨粒或鍍層易脫落，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，國內外在上世紀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金剛石磨料工具，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，這樣釬焊砂輪極大擴展了其容屑空間。相對于傳統砂輪，釬焊砂輪的這些優異性能所顯示出的加工優越性是非常明顯的。

隨著釬焊金剛石工具的進一步工業化應用，遇到了一系列加工應用難題，主要是針對不同的加工材料，單一粒度的磨料適應范圍低，難以在一個較廣的加工范圍內均表面優異。以國家高鐵建設中所用到的軌道板切削為例。博格板承接鋼軌處需要磨削加工，兩側面出露的螺紋鋼頭及混凝土部分必須切除，傳統金剛石鋸片在使用過程中暴露出鋸片壽命低、加工效率低的問題。后期制備的單層釬焊金剛石鋸片樣品進行試切割時，在切割初期時，單層釬焊金剛石工具的優勢非常明顯，切割效率較快，切割平穩，鋸片不燒傷，切口平直，負載小，性能優異。但隨著切割的進行，部分混凝土粉末及切削產生的切屑粘附于鋸片之上，造成磨粒出露降低，切割效率下降，進一步損傷金剛石磨粒，使鋸片溫度升高，磨粒石墨化，形成惡性循環，導致鋸片負載過大無法繼續使用。實例說明，單一類型的磨粒工具在應用時難以發揮出長效、穩定的特點，需要新型的制備理論及制備方法來提高釬焊工具的性能。

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(立方氮化硼)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。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。此外，目前市場上還會遇到多種復合材料、混合結構材料等加工新問題，傳統的單一類型工具，無論是燒結工具還是釬焊、電鍍工具都難以進行。

將多種磨料協同排布于同一個單層釬焊工具中具有較大的困難，這是由于每一種磨料的幾何外形是不一致的，常規的排布技術難以將磨料均勻排布，且在多種磨料協同排布時，每一種磨料的粒度不一致，難以做到每種磨料的均勻分布，有可能出現大粒度與小粒度磨料不能均勻分布的現象。傳統的磨料排布工藝多集中于單種磨料的有序或者多層結構設計，所針對磨料規格與形狀要求較為一致，對于多種磨料的不同形狀具有一定的困難。

此外對于多種磨料排布的單層工具的釬焊制備工藝目前尚未有報道涉及，主要是由于目前單種磨料排布技術尚在發展之中，并且對實際生產問題的科學轉化尚有一定的滯后，多種磨料排布理論及工藝尚處于理論提出和完善階段。

綜上可知，為了進一步提高超硬磨料工具行業的應用水平，需要一種新的磨料磨具制備理論，即利用多種磨料的優勢，并利用合理的制造工藝及制備方法，將其集合于一種工具中，制備出一種新型的磨料工具，使其能夠在一些新型領域發揮更大更廣泛的作用。

發明內容：

本發明基于孔模板技術的多種磨料協同排布工藝是基于傳統釬焊單層超硬磨料工具的制備特點提出的新型超硬磨料工具磨料排布技術，多種磨料的協同排布，通過粒度與磨料種類的不同，形成三維空間結構，實現持續加工效果，并且由于多種磨料的使用，充分有效地利用多種磨料的特點，利用特定的孔模板技術，將其統一地綜合到一種加工工具中去，擴大了傳統加工工具的應用范圍。