專利名稱：一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法及研磨工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于切削、研磨的研磨工具的改進(jìn)，如金剛石工具的切 削端和金剛石工具，它典型地是用于切削和鉆研各種硬的易碎的物 質(zhì)，例如花崗巖、大理石、混凝土結(jié)構(gòu)、和瀝青結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)中， 尤其是，用于金剛石等磨料顆粒工具的切削端和工具提高切削綜合效 率的金剛石顆粒的有序排列。
背景技術(shù)：
人造金剛石是地球上具有最高硬度的材料，由于這一特性其被 廣泛地用于切削和磨削工具。尤其是，金剛石工具在加工石材和建筑
結(jié)構(gòu)件時，用于切削和磨削石頭；金剛石等磨料顆粒工具一般有切削
端，金剛石或其它磨料顆粒分布在的切削端上，切削端固定在其上的 工具本體上。
在金剛石的鋸片中理想的結(jié)構(gòu)是顆粒出刃高而顆粒間隙適宜，從而 極大改善磨屑的排除和冷卻液的輸送，而提高了磨削能力和刀具的壽 命。有序排列的顆粒分布還能保證加工安全性的提高； 一般的磨料工 具，如一金剛石鋸片，是由金剛石顆粒(如40/50美國篩目)混合以 適當(dāng)?shù)幕w(粘合劑)粉末(如1.5微米大小的鈷粉末)。該混合物 送入一模具中制成所需的形狀。該模坯再經(jīng)攝氏700-1200度燒結(jié)成
一體形成其中設(shè)置有多磨料顆粒的單體，最后，這一單體被焊到一工 具本體上，諸如一鋸片的刀刃上，成為切削工具。
然而，不同的應(yīng)用需要不同的金剛石和金屬粉末的結(jié)合，如對于在
鉆和鋸方面，需用要將大尺寸(20-60篩目)的金剛石與金屬粉末相 混合，金屬粉末一般是從鈷、鎳、鐵、銅、青銅，這些材料的合金和 或混合物中選取；對于磨方面，則需要小尺寸(60/400美國篩目)的 金剛石顆?；蛄⒎脚c金屬， 一般為青銅，陶，璃， 一般為氧化鈉、 氧化鉀、氧化矽和氧化鋁的混合物或樹脂相混合。
由于金剛石比基體粉末大得多，并且比后者輕得多，所以將二者混 合均勻是很困難的，況且，在生產(chǎn)的多道工序中，如在將混合物倒入 模具中，或者在混合物受到振動時，金剛石仍會從金屬中分離出來。
一種試圖使金剛石分布均勻的方法是用基體粉末涂層將金剛石顆 粒包住。各金剛石工具中金剛石顆粒的濃度是適合特定應(yīng)用的，濃度 決定了金剛石顆粒之間的平均距離；如果將金剛石涂成一較大的顆粒 并將已涂完的顆?；旌显谝黄?，該金剛石分布會受到涂層厚度的控制 而變得均勻。另外，金屬粉末可以被作為這些作為已涂顆粒的間隙填 料來增加包裹的效率以使在隨后的燒結(jié)中基體粉末的結(jié)合更容易。
上述涂層的方法確有一定的益處，但實(shí)際上涂層的均勻是難以做到 的，如Chen、 Sung美國專利號5024680、 5062865描述了一種使用 液化床對金剛石顆粒進(jìn)行涂層的CVD方法，美國專利第4943488和 5116568描述了另一種方法液化床對復(fù)晶金剛石進(jìn)行涂層的方法，然 而大多數(shù)方法只能產(chǎn)生較薄的涂層僅幾微米，而不會對金剛石的分布產(chǎn)生影響，而且化學(xué)涂層的方法需要在高溫下超過900度進(jìn)行處理而 會導(dǎo)致金剛石的損傷，在此溫度下合成金剛石會產(chǎn)生微裂是眾所周知 的。
臺灣的宋健民博士發(fā)明了一種二維法，其設(shè)置一基體材料層，將磨 料以所需的圖案設(shè)置在基體材料層中，在金剛石顆粒以預(yù)定圖案植入 基體材料后，重復(fù)該生產(chǎn)過程直到形成所需數(shù)量的層，這些層被組裝 在一起從二維體形成所需的三維體，再結(jié)合到工具上即形成制品。
其具體方法是先形成一粘結(jié)基體薄層即一二維體， 一模板被設(shè)置 在該粘結(jié)基體上，該模板上具有多個制成容置特定尺寸的磨顆粒大小 的孔，每孔設(shè)一磨粒，當(dāng)磨料顆粒進(jìn)入該孔時，其可以被壓入或移入
粘結(jié)基體中。然而，磨料顆粒是十分細(xì)小的，為40/50美國篩目鋸粒， 其不可能將每一粒磨料一個一個地放入到模板內(nèi)，因此，這一方法不 可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
總之，現(xiàn)有技術(shù)無法有效控制工具中金剛石的均勻分布，當(dāng)然更不 可能在工具中不同的位置實(shí)現(xiàn)不同的并按人為設(shè)計(jì)要求的金剛石排 列設(shè)定。

發(fā)明內(nèi)容
金剛石均勻分布/W序排列的性能
金剛石等磨粒的間距決定了其工作負(fù)荷，磨料顆粒不適當(dāng)?shù)拈g距會 導(dǎo)致磨料表面上或結(jié)構(gòu)上的過早失效，因此，如果磨料顆粒靠得太近， 一些磨料顆粒就是多余的，增加了磨料的費(fèi)用，同時無功能的磨粒會
堵塞巖石碎片的通道，從而降低切削效率。
當(dāng)均勻分布有序排列時，金剛石間距可根據(jù)切割對象與鋸切條件不
同實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。經(jīng)鋸切后發(fā)現(xiàn)，有序排列鋸片85%的金剛石間距 2-5mm,而普通鋸片該間距的比例僅為60%。金剛石含量的增加對切 割載荷影響不大，但切割時間明顯延長，鋸片壽命與效率明顯提高。
金剛石濃度當(dāng)金剛石濃度提高時，有序排列金剛石的壽命成幾何 級數(shù)提高，同時保持良好的鋸切能力，但隨著濃度的進(jìn)一步提高，鋸 切能力趨于下降。
金剛石的凸出高度，其特別影響鋸切效率和鋸片壽命，其取決于金 剛石的顆粒大小和金剛石的布陣及胎體的把持能力。因此，金剛石、 等等磨料顆粒定向排列在工具基體上對鋸、磨工具的影響是十分顯著 的。本發(fā)明的目的是提供一種可以工業(yè)化應(yīng)用的方法將磨料顆粒排列 在切割、磨削工具基體上。
本發(fā)明的方法是選取一胎體；
一吸附模板，其根據(jù)所需金剛石、等等磨料顆粒排列要求設(shè)計(jì)一磨 料顆料單層排列薄模板，所述的模板上有一層吸附層，可以將單層金 剛石顆粒吸附在模板上；
將模板置于胎體上，將金剛石磨料顆粒壓入內(nèi)胎體內(nèi)，金剛石顆粒 單層有序附著在胎體上。
所述的模板含有吸附劑，其有較低的粘度，較高的固化份、低溶劑。
所述的胎體為一膏狀物質(zhì)，金剛石顆粒嵌入載體內(nèi)后，加熱固化或涼干固化成為金剛石有序排列的單層胎體。
所述的胎體為金屬粉末和粘合劑混合而成，待接近于固化時，將
吸附磨料顆粒單面壓入胎體內(nèi)，或者在胎體雙面壓入磨料顆粒。 根據(jù)需要刀具厚度將上述坯體多塊合為一體，進(jìn)行裝模燒結(jié)。 所述刀具其由多塊胎體組成，其每一層胎體磨料顆粒排列方式是相
同的，也可以是不同的；如外層密度高，內(nèi)層密度低、顆粒大。
本發(fā)明的另一方案是 一胎體；
一電、磁吸附底板，根據(jù)所需金剛石排列要求設(shè)計(jì)金剛石待磨料顆 粒排列模式的吸附底板；
將金剛石等磨料顆粒單層吸附在底板上；
再將附著金剛石顆粒的底板嵌入到胎體上，將底板分離，金剛石顆 粒則有序地排列在胎體上。
所述的吸附底板為經(jīng)陰極電輻射形成的吸附平面板，再將平面板上 不需吸附磨料顆粒位置進(jìn)行遮蓋，形成磨料顆粒電磁吸附底板。
所述的吸附底板還可以為等離子體板。
所述的吸附板為一種帶電板，可以帶正電，也可以是負(fù)電。 所述的胎體由金屬粉末及粘合劑經(jīng)模壓制成。
根據(jù)切割要求選擇胎體的層數(shù)，采用靜壓或沖壓方式將多層胎體合 為一體，再裝模燒結(jié)。
所述刀具其由多塊胎體組成，其每一層胎體磨料顆粒排列方式是相
同的，也可以是不同的；如外層密度高，內(nèi)層密度低、顆粒大。
因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)出了帶吸附力的底板，底板的形狀、圖案可以方 便地根據(jù)磨料顆粒所需要的位置設(shè)定，而且吸附是單層的，將這樣帶 有定向磨料的底板壓入或結(jié)合到胎體內(nèi)，在胎體上就形成了帶有定向 磨料顆粒的胎體，磨料顆粒的位置完全可以根據(jù)人為的設(shè)計(jì)任意定義 在胎體上。磨料顆?？梢詫?shí)現(xiàn)均勻的排布，也可以根據(jù)所需提供的切 削、研磨件的特定切削力進(jìn)行計(jì)算磨料顆粒的排布，例如，在鋸子切 削邊的金剛石分布在前緣和側(cè)邊上可設(shè)計(jì)多，密集一些，在鋸片的中 段顆?？缮俨夹?。
經(jīng)實(shí)踐優(yōu)化的有序排列的鋸片與無序排列的鋸片的綜合比較，金 剛石顆粒的濃度低，實(shí)切效果1150m(無序排列鋸片實(shí)切450m),切 割平穩(wěn)不崩邊，不跑鋸，切割機(jī)綜合電耗下降30%,近地點(diǎn)噪聲下降 10db(A),壽命是無序排列的3倍，切割效率提高了30%。


圖1為由三層胎體組成磨料顆粒定向排列結(jié)構(gòu)示意圖2為吸附模板結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖2A為磨料顆粒斜向排列；圖2B
為磨料顆粒正向排列的；圖2C為磨料顆粒交錯式排列；
圖3為電磁底板吸附金剛石顆粒示意圖4是本發(fā)明單個胎體另一種方式組合成切割部的方式。
具體實(shí)施方式
:
實(shí)施例1:
參見圖1，其表示金剛石工具的切削端上一部分的立體圖，標(biāo) 記為10，該部分10由三層胎體11、 12、 13、 14組成，這些層中六 角形塊1表示為磨料顆粒；
參見圖2，本發(fā)明采用一種電磁吸附板20,其經(jīng)電暈處理后具有 單層吸附能力，其可以吸附磨料顆粒金剛石、，由于吸附上一層金剛 石或后，其吸附位置被占據(jù)，其它磨料顆粒就不再被吸附，因此，其 是單層的，而吸附板可以按金剛石或等磨料要求排列位置設(shè)計(jì)的吸附 板，因此，金剛石、氮化硅在中吸附板上是有序定向的排列，而這種 排列形式可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的要求任意設(shè)計(jì)吸附板就可以實(shí)現(xiàn)了 。
圖2所示圖為磨料顆粒在吸附板上的排列圖示；其中圖2A為磨 料顆粒斜向排列；圖2B為磨料顆粒正向排列的；圖3C為磨料顆粒 交錯式排列；
在實(shí)際應(yīng)用中，吸附板也可以是一平面，如圖3，另配合一遮蓋 板21，遮板21貼于吸附板上，其可以將不而吸附磨料顆粒的位置進(jìn) 行遮蓋，再將磨料顆粒，金剛石等磨料顆粒吸附上模板上，同樣實(shí)現(xiàn) 金剛石顆粒在模板上的定向有序排列，這種方法的好處在于吸附板便 于處理，而遮蓋板是隨意的，可以方便處理的。
而對于胎體薄片30，有許多方法可制造，如，該粉末可先與一種 適當(dāng)?shù)恼澈蟿?一般為有機(jī)物，和可溶解該粘合劑的溶劑相混合，為 了防止在制造過程中的結(jié)塊，必需加入適當(dāng)?shù)姆稚缌姿狨ィ?成一均勻的漿料，送入二輥的壓延機(jī)(制造橡膠設(shè)備)進(jìn)行壓延，就
制造出的胎體薄片，這種壓延設(shè)備在橡膠、塑料制造業(yè)中十分常見， 調(diào)整二輥之間的距離，就可以控制生產(chǎn)出的薄片厚度。
為了使胎體薄片易于后道工序的處理，如增加其塑性，制造鋸片 的彎曲端部，可以加入適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)塑膠物質(zhì)，樹脂、增塑劑等等，粉 末與有機(jī)物混合是塑膠工業(yè)中的一基礎(chǔ)專業(yè)，并為本專業(yè)人員所熟
知。典型的粘合劑包括有多元醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、 聚乙二醇(PEG)、石蠟、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂。典型的粘合劑溶 劑包括甲醇、乙醇、丙酮、三氯乙烯、甲苯等。典型的可塑性增強(qiáng)劑 有聚乙二醇、草酸乙二醇、三甘醇二氫松香酯、甘油、松香及各種增 塑劑等。所有這些有機(jī)介質(zhì)是便于材料層制造的，其必需在材料粉末 結(jié)合前被去除。該粘合劑去除的辦法是本專業(yè)的常識。
胎體30完成后，帶有磨料顆粒金剛石或的吸附板被放置在胎體上， 進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，將磨料顆粒壓入到胎體上，移去吸附板，這樣磨料 顆粒就有序地排列在胎體內(nèi)。磨料顆粒嵌入到胎體的深度是可以根據(jù) 需要設(shè)計(jì)的，顆粒凸出高度是本專業(yè)人員熟知的問題。
吸附板的制造，可以是一金屬板經(jīng)電暈處理，其就有吸附性，將 一遮蓋板，如一紙板將其不吸附位置遮蓋，吸附板就可實(shí)現(xiàn)定向的吸 附的。
所述的吸附板更好地是等離子體板，其具有很好的單層吸附功能。 所述的吸附板可以是帶電板，其可以在帶弱電狀態(tài)下具有吸附性。 圖4顯示了本發(fā)明將帶有磨料顆粒有序排列的胎體以橫向組裝的方 式，圖4中的切割部由多個橫向?qū)犹ンw41組成。其不同上述實(shí)施例 是其組合成的切割部是橫向應(yīng)用的，這要求其磨料顆粒橫向在工具的 定位，按此要求制作模板?？傊?，將磨料顆粒的定位方式是可以多種, 只要依照本發(fā)明將磨料顆粒定向有序地吸附在底板上就可以方便地 實(shí)現(xiàn)了。 實(shí)施例2:
本實(shí)施例的吸附底板為一帶粘合劑，其吸附能力是由化學(xué)物質(zhì)吸 附，不同于實(shí)施例電、磁吸附，其余相同。 實(shí)施例3:
選取40/50美國篩目的金剛石顆粒(DE BEERS公司制SDA-85),
胎體材料為金屬粉末與丙烯酸樹脂的混合物，金屬粉末含五種不同的 鈷和青銅，按比例配制，丙烯酸樹脂粘合劑加入到配制好的粉末中， 混合成一塊狀物，將塊狀物送入壓輥壓延機(jī)被壓成lmm厚度的薄片， 將帶有上述金剛石顆粒的吸附板設(shè)置于上述薄片上，壓入金剛石于薄 片內(nèi)，分離吸附板，將薄片切成40mm長和15mm寬的金剛石鋸齒， 將三個這樣的鋸齒層組裝在一起并放置在一石墨模中以制成傳統(tǒng)的 金剛石鋸齒，該石墨模經(jīng)由通電加熱使三層鋸齒層被壓合，經(jīng)約三分 鐘的燒結(jié)后，該鋸齒被燒結(jié)成9mm高并帶有小于1%的氣孔。二十四 個鋸齒采用激光焊在一直徑14英寸的圓鋸片上。這種鋸片用于切割 花崗巖，其性能超過了傳統(tǒng)鋸片。
權(quán)利要求
1、一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法，其包括是選取一胎體；一吸附模板，其根據(jù)所需金剛石、等等磨料顆粒排列要求設(shè)計(jì)一磨料顆料單層排列薄模板，所述的模板上有一層吸附層，可以將單層金剛石顆粒吸附在模板上；將模板置于胎體上，將金剛石磨料顆粒壓入內(nèi)胎體內(nèi)，金剛石顆粒單層有序附著在載體上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法， 其特征在于所述的模板含有吸附劑，其有較低的粘度，較高的固化份、 低溶劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法, 其特征在于所述的胎體為一膏狀物質(zhì)，金剛石顆粒嵌入載體內(nèi)后，加 熱固化或涼干固化成為金剛石有序排列的單層坯體。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于所述的胎體為金屬粉末和粘合劑混合而成，待接近于 固化時，將吸附磨料顆粒單面壓入胎體內(nèi)，或者在胎體雙面壓入磨料 顆粒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法 其特征在于根據(jù)需要刀具厚度將上述胎體多塊合為一體，進(jìn)行裝模燒 結(jié)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法，其特征在于所述刀具其由多塊胎體組成，其每一層胎體磨料顆粒排列 方式是相同的，或是不同的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法， 其特征在于外層密度高，內(nèi)層密度低、顆粒大。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的 方法，其特征在于將嵌入有序排列金剛石的胎片切成一定規(guī)格的金剛 石鋸齒，將多個這樣的鋸齒層組裝在一起并放置在一石墨模中以制成 傳統(tǒng)的金剛石鋸齒，經(jīng)燒結(jié)后，該鋸齒被燒結(jié)成；根據(jù)圓鋸的要求將 多個鋸齒采用激光焊在一圓鋸片上。
9、 一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方法，其包括 一胎體；一電、磁吸附底板，根據(jù)所需金剛石排列要求設(shè)計(jì)金剛石待磨料顆 粒排列模式的吸附底板；將金剛石等磨料顆粒單層吸附在底板上；再將附著金剛石顆粒的底板嵌入到胎體上，將底板分離，金剛石顆 粒則有序地排列在胎體上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于所述的吸附底板為經(jīng)陰極電輻射形成的吸附平面板， 再將平面板上不需吸附磨料顆粒位置進(jìn)行遮蓋，形成磨料顆粒電磁吸 附底板。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于所述的吸附底板為等離子體板。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于所述的吸附板為一種帶電板，為帶正電，或是負(fù)電。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于所述的胎體由金屬粉末及粘合劑經(jīng)模壓制成。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于根據(jù)需要刀具厚度將上述胎體多塊合為一體，進(jìn)行裝 模燒結(jié)。
15、根據(jù)權(quán)利要求8或14所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排 列的方法，其特征在于所述刀具其由多塊胎體組成，其每一層胎體磨 料顆粒排列方式是相同的，或是不同的。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列的方 法，其特征在于外層密度高，內(nèi)層密度低、顆粒大。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9或14所述的一種研磨工具磨料顆粒有序排列 的方法，其特征在于將嵌入有序排列金剛石的胎片切成一定規(guī)格的金 剛石鋸齒，將多個這樣的鋸齒層組裝在一起并放置在一石墨模中以制 成傳統(tǒng)的金剛石鋸齒，經(jīng)燒結(jié)后，該鋸齒被燒結(jié)成；根據(jù)圓鋸的要求 將多個鋸齒采用激光焊在一圓鋸片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于切削、研磨的研磨工具磨料顆粒有序排列的方法，其應(yīng)用于金剛石等工具的切削端和金剛石工具，它典型地是用于切削和鉆研各種硬的易碎的物質(zhì)，例如花崗巖、大理石、混凝土結(jié)構(gòu)、和瀝青結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)中。本申請發(fā)明了一種吸附模板，其根據(jù)所需金剛石、等等磨料顆粒排列要求設(shè)計(jì)一磨料顆料單層排列薄模板，所述的模板可以單層地將金剛石等磨料顆粒吸附在模板上；將模板置于胎體上，將金剛石磨料顆粒壓入內(nèi)胎體內(nèi)，金剛石顆粒單層有序附著在胎體上即可制實(shí)現(xiàn)磨料顆粒的有序排列。
文檔編號B24D18/00GK101376234SQ200710009468
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者侯家祥 申請人:侯家祥