專利名稱：采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于提高金剛石工具胎體力學(xué)性能的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交 變磁強(qiáng)化裝置。
背景技術(shù)：
高新技術(shù)的迅猛發(fā)展對現(xiàn)有材料的性能提出了越來越高的要求，因而迫切 需要研制出性能優(yōu)良的新材料，并提供新的材料制備技術(shù)。金剛石工具材料是 一類特殊的復(fù)合材料，其中數(shù)量最大的代表性產(chǎn)品——金剛石鋸片被廣泛用于 石材、水泥、高速公路路面等加工中。金剛石鋸片對石材的切割作用是刀頭中 所含金剛石顆粒對石材切割作用的綜合體現(xiàn)，而包鑲金剛石顆粒的胎體材料性 能是影響工具性能的關(guān)鍵因素之一。為了提高金剛石工具胎體材料的性能，已 有不少學(xué)者在結(jié)塊的胎體配方、壓制及燒結(jié)工藝等方面做了大量研究，并得出 了許多有價值的研究成果，但由于生產(chǎn)效率低、制造成本高，在金剛石工具實(shí) 際生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了一定局限。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種采用交變磁處理方式的金剛石工 具胎體強(qiáng)化裝置，該裝置采用交變磁處理進(jìn)行金剛石工具胎體性能改善的方法， 具有見效快、實(shí)施方便、節(jié)約能源等明顯優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生有重大的經(jīng)濟(jì)效益和良 好的社會效益。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種采用交變磁處理方式的 金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置，該裝置的支撐框架上由外到內(nèi)分別放置供電單元和 與其相連的磁極單元，磁極單元可產(chǎn)生交變磁場，金剛石工具胎體構(gòu)件通過夾 具固定在交變磁場中，使得磁力線始終垂直穿過金剛石工具胎體構(gòu)件的兩個端面。
本發(fā)明通過卡具將金剛石工具胎體構(gòu)件固定在交變磁場中，使得磁力線始 終垂直穿過構(gòu)件的兩個端面，采用對金剛石工具胎體構(gòu)件進(jìn)行交變磁處理的方 法來達(dá)到性能強(qiáng)化目的，具有見效快、實(shí)施方便、節(jié)約能源等明顯優(yōu)點(diǎn)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述的供電單元由依次連接的交流接觸器CJ1、單相調(diào)壓器T1、整流變T2及全橋整流電路UR組成，其中，交流接觸器CJ1 與相交流電源相連，全橋整流電路UR的輸出端與磁極單元相連。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，在單相調(diào)壓器T1與整流變T2相連的回路中， 依次連接電流互感器CT1、電阻R、電流互感器CT2;整流變T2與全橋整流電路 UR相連的回路中，兩條輸出線路中分別連接有電流互感器CT3，其中一條中串 有交流電流表A，全橋整流電路UR輸出的兩端連接交流電壓表U和電流互感器 CT4。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述的磁極單元的線圈為繞包式，其內(nèi)安裝 鐵心。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述的夾具的外圈是一個木質(zhì)矩形框，矩形 框的左、右軸心處設(shè)置圓柱形孔，其內(nèi)安裝可調(diào)節(jié)位置的左支架和右支架，左 支架和右支架上分別安裝左夾塊和右夾塊，左夾塊和右夾塊上四角處分別安裝 螺栓和螺母。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述的左支架和右支架兩端分別設(shè)置螺柱， 其上安裝調(diào)節(jié)螺母。
本發(fā)明的有益效果是該裝置通過交變磁處理來提高金剛石工具胎體結(jié)構(gòu) 的力學(xué)性能改善金剛石結(jié)塊中胎體組織的致密度和均勻度，提高金剛石結(jié)塊 的硬度，改善金剛石顆粒與周圍胎體組織間連接的緊密度，增加對金剛石顆粒 的把持能力，從而提高了金剛石工具胎體的力學(xué)性能。
通過使用采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置提高了金剛石結(jié) 塊的硬度，使得金剛石顆粒與周圍胎體間連接愈加緊密，增加了金剛石的把持 能力，提高了胎體的沖擊韌性，改善了金剛石結(jié)塊中胎體組織的致密度和均勻 度，從而提高了金剛石工具胎體的力學(xué)性能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做進(jìn)一步具體詳細(xì)的說明。 圖1是采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置； 圖2是采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置的夾具結(jié)構(gòu)圖； 圖3是采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置的供電單元電路原理圖4是磁處理前、后的試件硬度的變化曲線圖5是磁處理前的胎體顯微組織(xl00);
圖6是磁處理后的胎體的顯微組織(xl00);
圖7是磁處理前的金剛石與胎體連接形貌圖8是磁處理后的金剛石與胎體連接形貌圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所涉及的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置，該裝置 是通過交變磁場來實(shí)現(xiàn)金剛石工具胎體構(gòu)件5強(qiáng)化的目的。本裝置的支撐框架15 上由外到內(nèi)分別放置供電單元和與其相連的磁極單元，磁極單元可產(chǎn)生交變磁 場，金剛石工具胎體構(gòu)件5通過卡具固定在交變磁場中，使得磁力線始終垂直穿 過金剛石工具胎體構(gòu)件5的兩個端面，在一定強(qiáng)度和一定時間的交變磁場處理后 實(shí)現(xiàn)金剛石工具胎體構(gòu)件5的強(qiáng)化，該裝置整體結(jié)構(gòu)如圖l所示。
圖3所示為本發(fā)明中的供電單元電路原理圖。所述的供電單元由依次連接的 交流接觸器CJ1、單相調(diào)壓器T1、整流變T2及全橋整流電路UR組成，其中，交 流接觸器CJ1與相交流電源相連，全橋整流電路UR的輸出端與磁極單元相連。 該磁極單元的線圈為繞包式，其內(nèi)安裝鐵心。在單相調(diào)壓器T1與整流變T2相連 的回路中，依次連接電流互感器CT1、電阻R、電流互感器CT2;整流變T2與全 橋整流電路UR相連的回路中，兩條輸出線路中分別連接有電流互感器CT3，其 中一條中串有交流電流表A，全橋整流電路UR輸出的兩端連接交流電壓表U和電 流互感器CT4。
磁極單元的線圈ll為繞包式，線圈11內(nèi)安裝鐵心12。磁極單元通過導(dǎo)線與 位于支撐框架15上的接線箱13內(nèi)的接線柱14相連，依據(jù)設(shè)定的磁感應(yīng)強(qiáng)度值給 定相應(yīng)的電流強(qiáng)度值。電路的通斷通過CJ1交流接觸器來進(jìn)行控制，電壓的大小 通過調(diào)壓器來控制。利用交流電流表和數(shù)字電壓表來監(jiān)測電路中的電流和電壓。 全橋整流電路使得輸出的電流滿足需要。
通過對線圈內(nèi)的電流的控制來實(shí)現(xiàn)對所產(chǎn)生的交變磁場的控制。此裝置可 產(chǎn)生的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是2T，頻率為0.5 50HZ。夾具結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。夾具的外圈是一個木質(zhì)矩形框l，矩形框的左、右 軸心處設(shè)置圓柱形孔，其內(nèi)安裝可調(diào)節(jié)位置的左支架2和右支架7，左支架2和右 支架7上通過螺栓3和螺母16分別安裝左夾塊4和右夾塊6，左夾塊4和右夾塊6上 四角處分別安裝螺栓10和螺母9。左支架2和右支架7兩端分別設(shè)置螺柱，其上安 裝調(diào)節(jié)螺母8。這樣，微調(diào)調(diào)節(jié)螺母8可以調(diào)節(jié)左夾塊4和右夾塊6間的空隙，金 剛石工具胎體構(gòu)件5就可以夾在左夾塊4和右夾塊6之間，并通過螺栓10和螺母9 將其固定。
采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置，中頻交流電流來實(shí)現(xiàn)中 頻交變磁場，使得金剛石工具胎體構(gòu)件5內(nèi)部產(chǎn)生電磁振蕩，有利于微觀組織脫 離纏結(jié)，提高了金剛石結(jié)塊的硬度，金剛石顆粒與周圍胎體間連接愈加緊密， 增加了金剛石的把持能力，因而組織變得更加均勻致密，從而提高了其力學(xué)性 能。
工作時，首先按下CJ1交流接觸器，通過設(shè)定通入的電流值，從而設(shè)定交變 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。設(shè)定交流電的頻率，從而設(shè)定交變磁場的頻率。達(dá)到強(qiáng)交 變磁處理設(shè)定好的時間后，切斷CJ1交流接觸器。通過卡具將金剛石工具胎體構(gòu) 件5固定在交變磁場中，使得磁力線始終垂直穿過構(gòu)件的兩個端面，在一定強(qiáng)度 和一定時間的交變磁場處理后實(shí)現(xiàn)金剛石工具胎體構(gòu)件的強(qiáng)化。工作結(jié)束后從 夾具中卸下金剛石工具胎體構(gòu)件。
下面選取一塊金剛石工具胎體構(gòu)件通過本裝置進(jìn)行強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)材料選用原 材料粉末為—200目的Cu粉、WC粉、Fe粉、Ni粉、Sb粉、Cr粉等，金剛石選用 40—50目、SMD25型人造金剛石。原材料粉末和金剛石按一定比例配比混合均 勻后，采用預(yù)壓一熱壓燒結(jié)法制備金剛石結(jié)塊試件，試件的外形尺寸(長X高 X厚)25mmX10mmX3.6mm。
采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，對金剛石結(jié)塊交變磁處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對交 變磁處理后金剛石結(jié)塊的胎體性能和顯微組織進(jìn)行了分析。將加熱到70(TC的金 剛石節(jié)塊固定在磁場強(qiáng)度為1T、頻率為50Hz的交變磁場中處理60分鐘，使交變 磁力線垂直通過金剛石結(jié)塊。磁處理前后對比分析發(fā)現(xiàn)試件表面的HRB硬度 值平均提高3.58個硬度值；磁處理后試件的顆粒輪廓清晰，微觀組織均勻、致密；磁處理后金剛石與胎體間的連接沒有明顯間隙，加強(qiáng)了對金剛石的把持能力。 實(shí)驗(yàn)中，組合式的夾具設(shè)計實(shí)現(xiàn)了裝卡范圍的調(diào)節(jié)和快速固定模具的要求，同 時絕緣電木外框保證了模具與磁場發(fā)生器直接接觸部分不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁。
胎體硬度是金剛石結(jié)塊胎體性能的重要指標(biāo)之一。在試件表面分別選取6個
點(diǎn)，測量磁處理前后試件表面的硬度，圖4所示為50Hz、 1T、 60min磁處理前、 后試件表面的HRB硬度平均值，從圖中可以看出，磁處理后，全部試件的HRB
硬度明顯提高。。
利用金相顯微鏡觀察磁處理前后胎體顯微組織形貌如圖5、圖6所示。通過 對比分析發(fā)現(xiàn)加熱磁處理后試件比較僅加熱不進(jìn)行磁處理試件的顆粒輪廓更 加清晰，組織更加均勻、更加致密，說明交變磁場對液相流動、顆粒重排和晶 粒的發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用。試件加熱后進(jìn)行磁處理過程中，材料的致密化過 程繼續(xù)進(jìn)行，固相在液相中的溶解和析出過程仍然繼續(xù)，擴(kuò)散過程在磁化力的 作用下進(jìn)一步發(fā)生，材料內(nèi)部電磁場的交互作用，有利于均勻致密晶粒組織的 形成。磁處理后試件組織均勻致密化是金剛石結(jié)塊硬度提高的根本原因。
利用掃描電子顯微鏡觀察磁處理前后金剛石顆粒與胎體之間鑲嵌連接的形 貌。圖7為磁處理前金剛石與胎體間的連接形貌，從圖7左側(cè)可以清晰看到在金 剛石周圍與胎體連接出存在明顯間隙，也說明胎體對金剛石的把持力要弱，圖7 右側(cè)為金剛石脫落后留下的淺坑。圖8為磁處理后金剛石與胎體間的連接形貌， 沒有明顯間隙，表明在磁處理后胎體組織變得致密，金剛石顆粒與周圍胎體間 連接愈加緊密，增加了金剛石的把持能力，也提高了金剛石結(jié)塊的力學(xué)性能。
本發(fā)明可用于金剛石工具胎體構(gòu)件的強(qiáng)化，進(jìn)而提高金剛石刀具刀頭結(jié)塊 的力學(xué)性能，在國產(chǎn)金剛石硬質(zhì)鋸片的生產(chǎn)實(shí)踐中具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置，其特征在于該裝置的支撐框架(15)上由外到內(nèi)分別放置供電單元和與其相連的磁極單元，磁極單元可產(chǎn)生交變磁場，金剛石工具胎體構(gòu)件(5)通過夾具固定在交變磁場中，使得磁力線始終垂直穿過金剛石工具胎體構(gòu)件(5)的兩個端面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置，其特征在于所述的供電單元由依次連接的交流接觸器(CJ1 )、單相調(diào)壓器(T1 )、整流變(T2)及全橋整流電路(UR)組成，其中，交流接觸器(CJ1)與相交 流電源相連，全橋整流電路(UR)的輸出端與磁極單元相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置， 其特征在于在單相調(diào)壓器(T,)與整流變(T2)相連的回路中，依次連接電流 互感器(CT》、電阻(R)、電流互感器(CT2);整流變(T2)與全橋整流電 路(UR)相連的回路中，兩條輸出線路中分別連接電流互感器(CT3)，其中 一條中串有交流電流表(A)，全橋整流電路(UR)輸出的兩端連接交流電壓 表(U)和電流互感器(CT4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置， 其特征在于所述的磁極單元的線圈(11)為繞包式，其內(nèi)安裝鐵心(12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝 置，其特征在于所述的夾具的外圈是一個木質(zhì)矩形框(1)，矩形框的左、右 軸心處設(shè)置圓柱形孔，其內(nèi)安裝可調(diào)節(jié)位置的左支架(2)和右支架(7)，左 支架(2)和右支架(7)上分別安裝左夾塊(4)和右夾塊(6)，左夾塊(4) 和右夾塊(6)上四角處分別安裝螺栓(10)和螺母(9)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用交變磁處理方式的金剛石工具胎體強(qiáng)化裝置， 其特征在于所述的左支架(2)和右支架(7)兩端分別設(shè)置螺柱，其上安裝 調(diào)節(jié)螺母(8)。
全文摘要
本發(fā)明屬于提高金剛石工具胎體力學(xué)性能的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交變磁強(qiáng)化裝置，該裝置的支撐框架(15)上由外到內(nèi)分別放置供電單元和與其相連的磁極單元，磁極單元可產(chǎn)生交變磁場，金剛石工具胎體構(gòu)件(5)通過卡具固定在交變磁場中，使得磁力線始終垂直穿過金剛石工具胎體構(gòu)件(5)的兩個端面。該裝置通過交變磁處理來提高金剛石工具胎體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能改善金剛石結(jié)塊中胎體組織的致密度和均勻度，提高金剛石結(jié)塊的硬度，改善金剛石顆粒與周圍胎體組織間連接的緊密度，增加對金剛石顆粒的把持能力，從而提高了金剛石工具胎體的力學(xué)性能。
文檔編號C04B41/00GK101293785SQ200810055250
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者付宇明, 杰 吳, 京 尹, 常福清, 陳革新 申請人:燕山大學(xué)