專利名稱：一種珩磨條及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體用珩磨條。
背景技術(shù)：
珩磨條是采用磨粒和結(jié)合劑等制備獲得的條狀固結(jié)磨具，被鑲嵌在珩磨頭上對(duì)精加工件的表面進(jìn)行精制加工?？杉庸A柱孔的內(nèi)外表面、平面、球面等。珩磨機(jī)上使用的珩磨條的優(yōu)劣包括以下指標(biāo):加工節(jié)拍、尺寸公差、粗糙度、剛性和使用壽命等，但是現(xiàn)有的珩磨條在性能上往往不能同時(shí)滿足優(yōu)良的剛性、高的磨削精度、長(zhǎng)的使用壽命以及同時(shí)解決珩磨條的鋒利問題與同時(shí)帶來的缸口劃痕問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體用珩磨條。該珩磨條由堅(jiān)硬的剛性磨粒、含有常用金屬成分以及活性金屬成分的結(jié)合劑合成。該珩磨條尤其用于對(duì)圓柱度及圓度要求高的工件時(shí)會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)良的磨削效果?；钚越饘俪煞痔砑游镌诓煌臒Y(jié)條件下，把磨粒和足夠量的燒結(jié)結(jié)合劑統(tǒng)合成磨粒的強(qiáng)化復(fù)合材料。本發(fā)明的超硬珩磨條尤其適宜使用銅、錫、鈦等主要成分的結(jié)合劑燒結(jié)而成。該成分的珩磨條剛性好，磨削精度高、磨耗少，從而根本性地解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的珩磨條鋒利問題以及缸體兩端口異常劃痕問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
—種 行磨條，由磨粒和結(jié)合劑組成，所述磨粒在 行磨條中的體積百分含量為2.5 50νΟ1% ;所述結(jié)合劑為含有第一金屬成分和活性金屬成分的結(jié)合劑，所述結(jié)合劑的原料組分的重量百分含量為:第一金屬成分的重量百分含量為80 95wt%，活性金屬成分的重量百分含量為5 20wt% ;所述第一金屬成分選自銅、錫、銀、銻、錳、鋅、鎳和鐵中的至少兩種金屬；所述活性金屬成分選自鈦、鋯、鉿、鉻和鉭中的至少一種金屬。
較佳的，所述磨粒為金剛石或立方氮化硼，所述磨粒的粒徑為0.5 100 μ m ;優(yōu)選的，所述磨粒為金剛石。
較佳的，所述第一金屬成分為銅-錫兩種金屬、銅-錫-鐵-鎳四種金屬、銅-鋅-銀三種金屬、銅-鎳-鋅三種金屬或銅-鎳-銻三種金屬。
較佳的，所述珩磨條中，磨粒與活性金屬成分以及第一金屬成分均勻分布。
本發(fā)明的 結(jié)合劑，其原料組分及配比，如可以為:(a)銅的重量百分含量為45 75wt% ； (b)錫的重量百分含量為20 35wt% ； (c)活性金屬成分的重量百分含量為5 20wt% ;且第一金屬成分中的銅和錫與活性金屬成分的重量百分含量合計(jì)為100wt%。
本發(fā)明的珩磨條，其結(jié)合劑會(huì)在燒結(jié)的時(shí)候與磨粒產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，使用該方法所需的由第一金屬成分和活性金屬成分組成的結(jié)合劑以及相應(yīng)配比的磨粒所制得的珩磨條，與不含活性金屬成分組成的結(jié)合劑與磨粒所制得的珩磨條的耐磨性相比，采用本發(fā)明配比的磨粒強(qiáng)化的珩磨條的耐磨性至少高出24%。
本發(fā)明的珩磨條的制備方法，包括如下步驟:
I)、按照珩磨條中各組分的配比稱量磨粒、第一金屬成分和活性金屬成分，先將第一金屬成分和活性金屬成分混合，攪拌均勻后獲得結(jié)合劑，再將磨粒加入結(jié)合劑中混合并攪拌均勻，得到原料混合物。
較佳的，所述第一金屬成分和活性金屬成分混配前先進(jìn)行過篩處理，如過165目的不銹鋼篩子。
較佳的，所述第一金屬成分和活性金屬成分混合攪拌的時(shí)間至少為30分鐘。所述磨粒和結(jié)合劑的混合攪拌時(shí)間至少為I小時(shí)。
2)、將原料混合物置于鋼制模具中，先冷壓成型后，再釋放壓力，然后進(jìn)行無壓燒結(jié)，冷卻后獲得所述珩磨條；或者，將原料混合物置于石墨模具中，在惰性氣體的氛圍下先加壓至80-100MPa，在加壓的同時(shí)進(jìn)行升溫至燒結(jié)溫度即可完成熱壓燒結(jié)，冷卻后獲得所述珩磨條。
較佳的，所述冷壓成型的壓力超過300MPa，溫度為室溫。冷壓成型時(shí)，如在414MPa(4.22噸/cm2)壓力下密化壓制10秒鐘形成。
較佳的，所述無壓燒結(jié)的條件為真空條件，且燒結(jié)溫度為800-900°C。整個(gè)無壓燒結(jié)過程的時(shí)間為10-15分鐘。
較佳的，所述熱壓燒結(jié)的溫度為800-900°C。整個(gè)熱壓燒結(jié)過程的時(shí)間為10-15分鐘。本發(fā)明所述的惰性氣體如氮?dú)獾取?br> 較佳的，所述冷卻時(shí)，先從800-900°C慢冷冷卻至250-400°C，再在急冷條件下冷卻至室溫。所述慢冷的時(shí)間為3分鐘；所述急冷條件為將慢冷后的珩磨條放入溫度為室溫的水中急速冷卻，直到冷卻至外界溫度。本發(fā)明上述的外界溫度是室溫。
本發(fā)明的珩磨條在圓度及圓柱度精度要求μ m級(jí)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體中尤其適合應(yīng)用，并充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明的產(chǎn)品珩磨條，其結(jié)合劑中I %的活性金屬含量幅差所制成的珩磨條的磨削功效有著顯著差異，因此珩磨條中各組分的含量需要很精確。
本發(fā)明的珩磨條中，磨粒的體積百分含量為2.5 50VOl% ;燒結(jié)時(shí)，含有第一金屬成分以及活性金屬成分的結(jié)合劑與磨粒形成化學(xué)結(jié)合；以合理配比的結(jié)合劑將磨粒結(jié)合制成珩磨條產(chǎn)品；使用本發(fā)明的不同含量的活性金屬成分添加物所制造出來的珩磨條的磨粒的強(qiáng)化耐磨性提高顯著。
本發(fā)明的珩磨條及其制備方法具有如下特點(diǎn):
1.本發(fā)明的珩磨條為磨削鑄鐵類材料汽車缸體所用，是一款非常鋒利效率非常高的珩磨條。
2.本發(fā)明的珩磨條，壽命長(zhǎng)且精度幅差小，尤其在圓度及圓柱度精度要求μπι級(jí)的缸體中充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，具有重要的商業(yè)價(jià)值。
3.特別在老舊設(shè)備情況下，設(shè)備各部件工作間隙較大，如珩磨條質(zhì)地較軟，則磨削精度就會(huì)下降。使用本發(fā)明的珩磨條產(chǎn)品，可得到良好的解決。
4.在產(chǎn)業(yè)上，由于本發(fā)明的珩磨條增加了剛性度，使珩磨條的整體一致性更加突出，耐久性也使工作效率提高，避免更換刀具浪費(fèi)有效工作時(shí)間。
5、本發(fā)明的珩磨條是以磨粒與結(jié)合劑結(jié)合制成的基質(zhì)。為制成金剛石磨具，使用的金屬結(jié)合劑種類繁多，如銅、鋅、銀、鎳或各種合金等。金屬結(jié)合劑組成物中至少被添加入了 I種活性金屬成分。結(jié)合形成的期間，金剛石磨粒會(huì)與在活性金屬成分作用下的結(jié)合劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，由此被統(tǒng)合成一體，形成磨粒強(qiáng)化復(fù)合體。像這樣由磨粒與金屬的化學(xué)結(jié)合所產(chǎn)生的磨粒強(qiáng)化復(fù)合體有非常高的剛性，因此從本質(zhì)上增加了珩磨條構(gòu)造的剛性。
6、本發(fā)明所提供的珩磨條由于有很強(qiáng)的剛性，其珩磨效果的表面粗糙度Ra變化值可控制在I 2μπι幅差之中；強(qiáng)化研削的磨粒制成的珩磨條，其與不含活性金屬組成的珩磨條的耐磨性相比，再配合以正確的切削方法，其所需的起效量制造出來的強(qiáng)化研削磨粒的珩磨條的耐磨性至少高出24%。
7、本發(fā)明的磨粒選擇的是非常硬的物質(zhì)。本發(fā)明使用的典型的堅(jiān)硬磨粒物質(zhì)有金剛石、立方氮化硼這樣的超硬磨粒。其中金剛石是特別合適的。磨粒通常成微粒子形態(tài)。通常所用的磨粒的粒徑通常約為0.5 100 μπι。
8、本發(fā)明的金屬成分是由兩種金屬或兩種以上的金屬組成的混合物。所述金屬混合物，例如:銅-錫，銅-錫-鐵-鎳、銅-鋅-銀、銅-鎳-鋅、銅-鎳-銻等。
9、本發(fā)明的活性金屬成分是從燒結(jié)結(jié)合劑的常用金屬成分以及根據(jù)磨粒雙方的適合性被選出來的。即在燒結(jié)條件下，活性金屬成分與常用金屬成分一起被燒結(jié)結(jié)合，并且與磨粒表面反應(yīng)，形成化學(xué)結(jié)合?；钚越饘俪煞值倪x擇大大地依賴于金屬成分的組成、磨粒的組成以及采用的燒結(jié)條件。在珩磨條中，活性金屬成分與金屬粉末以及顆粒相互均勻分布。
10、本發(fā)明的珩磨條基本在所謂的“冷壓”型或“熱壓”型的致密化處理下被制造出來。有時(shí)，在“無壓燒結(jié)”即冷壓處理下，將成分配合好的物質(zhì)導(dǎo)入模具中(該模具為期望得到的特殊形狀的模具)，密致擠壓，在室溫下施加高壓，便可得到脆的成型物。通常要超過約300MPa的高壓。接著，壓力被釋放，成形物壓制后被取出，隨后以燒結(jié)溫度加熱，定模燒結(jié)成型。做熱壓燒結(jié)前，磨粒結(jié)合組成物成分通常被放置于石墨所制成的模具內(nèi)，使用不活躍的惰性氣體，維持高壓的同時(shí)增高溫度，由此使樣式更緊致化。熱壓燒結(jié)即為邊成型邊施高溫的燒結(jié)過程。
11、不論無壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)，燒結(jié)過后模具的外部溫度需降低，取出燒結(jié)生成物。生成物為了得到所需的尺寸公差、向來會(huì)使用修磨加工來完成。
12、本發(fā)明珩磨條的磨粒不但具有了硬度，耐沖擊性等特性，還同時(shí)具有由結(jié)合體所承托出的剛性的性質(zhì)。使用時(shí)復(fù)合體上的應(yīng)力負(fù)荷可被有效地轉(zhuǎn)移到了磨粒上，由此可獲得比以往的磨具更硬的珩磨條。本發(fā)明的新珩磨條，與現(xiàn)有技術(shù)中的珩磨條相比可達(dá)到更精密的切削，以及更少的磨耗。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
本實(shí)施例以銅59%，錫23%以及鈦18%的比例(三者均為重量百分含量)配置在一起。其中的鈦也可以由氫化鈦經(jīng)還原劑制備而來。為了從這個(gè)結(jié)合劑組成物中將積塊除去，事先使用165目的不銹鋼篩子過濾。篩選而得的金屬成分和活性金屬成分的金屬混合物在混合機(jī)中被攪拌了 30分種。將GE(美國(guó)通用電氣公司)的金剛石磨粒(粒徑為15 25 μ m)按照 行磨條的體積配比(金剛石磨粒占18.75vol% )添加入上述金屬混合物,使其形成含有金剛石的體積百分含量為18.75ν01%的原料混合物。為了得到均一的磨粒及結(jié)合劑組成物，該原料混合物必須在混合機(jī)中再攪拌I小時(shí)。
磨粒和結(jié)合劑的原料組成物被放置在特制的鋼制凹模模具中。在環(huán)境氣溫下通過以414MPa(4.22噸/cm2)壓力密化壓制10秒鐘形成成型的半成品珩磨條。半成品珩磨條從模具中被取出，隨后放置在真空下的定尺模具中并加熱到850°C進(jìn)行無壓燒結(jié)。高溫?zé)Y(jié)后的燒結(jié)生成物從850°C被冷卻到250°C，且需要的冷卻時(shí)間為3分鐘，隨后在急冷條件下冷卻至室溫，急冷條件為將慢冷后的珩磨條放入溫度為室溫的水中急速冷卻，直到室溫為止。完工的 行磨條的尺寸為:長(zhǎng)為80mm,寬為6mm,高為4mm。
實(shí)施例1的新珩磨條與對(duì)比例I的市售的舊珩磨條(也稱為對(duì)比珩磨條)進(jìn)行比較:將按實(shí)施例1制造出的新珩磨條以及同樣大小的市售的對(duì)比珩磨條分別往珩磨頭上粘貼，置于珩磨機(jī)中。對(duì)比例I的市售珩磨條，其組成及配比為:鎳23.0wt%、銀12.7wt%、鐵5.4wt%，銅56.5wt%，鋅2.4wt% (wt%代表重量百分含量)的結(jié)合劑中混合15-25 μ m的金剛石磨粒18.9vol% (vol%代表體積百分含量)，兩種 行磨條的磨粒及其配比與實(shí)施例1相同。
兩種珩磨條分別經(jīng)以下各種測(cè)試，珩磨條被分別設(shè)置在了 2個(gè)106.93mm外徑的珩磨頭。采用的工作條件為:實(shí)施例1的珩磨條采用的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為7500圈/分鐘(對(duì)比珩磨條采用的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為9000r./min.)，上下速度均為100mm/min，擴(kuò)張速度均為1.5 μ m。切削是在275kPa的壓力下，由1.58mmX85.7mm的長(zhǎng)方形噴嘴，以56.4L/分的流速,放入5wt%的防銹劑穩(wěn)定化后的脫鹽水來進(jìn)行冷卻。其切削結(jié)果如表I所示。新珩磨條對(duì)于所有的切削效果都良好地實(shí)現(xiàn)了。相比較可知，為達(dá)到相同的磨削效果，實(shí)施例1只需要采用7500r./min.的轉(zhuǎn)速，而對(duì)比例I需要采用9000r./min.的轉(zhuǎn)速，即對(duì)比例I需要提高20%的轉(zhuǎn)速才能達(dá)到相同的磨削效果，而且對(duì)比例I需要多消耗約45%的動(dòng)力(約540W對(duì)369W)。
表I
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權(quán)利要求
1.一種 行磨條，由磨粒和結(jié)合劑組成，其特征在于，所述磨粒在 行磨條中的體積百分含量為2.5 50νΟ1% ;所述結(jié)合劑為含有第一金屬成分和活性金屬成分的結(jié)合劑，所述結(jié)合劑的原料組分的重量百分含量為:第一金屬成分的重量百分含量為80 95wt%，活性金屬成分的重量百分含量為5 20wt% ;所述第一金屬成分選自銅、錫、銀、銻、錳、鋅、鎳和鐵中的至少兩種金屬；所述活性金屬成分選自鈦、鋯、鉿、鉻和鉭中的至少一種金屬。
2.如權(quán)利要求1所述的珩磨條，其特征在于，所述磨粒為金剛石或立方氮化硼，所述磨粒的粒徑為0.5 100 μ m ;所述第一金屬成分為銅-錫兩種金屬、銅-錫-鐵-鎳四種金屬、銅-鋅-銀三種金屬、銅-鎳-鋅三種金屬或銅-鎳-銻三種金屬。
3.如權(quán)利要求1所述的珩磨條，其特征在于，所述珩磨條中，磨粒與活性金屬成分以及第一金屬成分均勻分布。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的珩磨條的制備方法，包括如下步驟: 1)、按照珩磨條中各組分的配比稱量磨粒、第一金屬成分和活性金屬成分，先將第一金屬成分和活性金屬成分混合，攪拌均勻后獲得結(jié)合劑，再將磨粒加入結(jié)合劑中混合并攪拌均勻，得到原料混合物； 2)、將原料混合物置于鋼制模具中，先冷壓成型后，再釋放壓力，然后進(jìn)行無壓燒結(jié)，冷卻后獲得所述珩磨條；或者，將原料混合物置于石墨模具中，在惰性氣體的氛圍下先加壓至80-100MPa，在加壓的同時(shí)進(jìn)行升溫至燒結(jié)溫度即可完成熱壓燒結(jié)，冷卻后獲得所述珩磨條。
5.如權(quán)利要求4所述的珩磨條的制備方法，其特征在于，步驟I)中，所述第一金屬成分和活性金屬成分混配前先進(jìn)行過篩處理。
6.如權(quán)利要求4所述的珩磨條的制備方法，其特征在于，步驟I)中，所述第一金屬成分和活性金屬成分混合攪拌的時(shí)間至少為30分鐘；所述磨粒和結(jié)合劑的混合攪拌時(shí)間至少為I小時(shí)。
7.如權(quán)利要求4所述的珩磨條的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述冷壓成型的壓力控制為超過300MPa，溫度為室溫；所述無壓燒結(jié)的條件為真空條件，且燒結(jié)溫度為800-900。。。
8.如權(quán)利要求4所述的珩磨條的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述熱壓燒結(jié)的溫度為 800-900°C。
9.如權(quán)利要求4所述的珩 磨條的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述冷卻時(shí)，先從800-900°C慢冷冷卻至250-400°C，再在急冷條件下冷卻至外界溫度。
10.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的珩磨條在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體用珩磨條。它由堅(jiān)硬的剛性磨粒、含有普通金屬成分以及活性金屬成分的結(jié)合劑合成。該珩磨條尤對(duì)圓柱度及圓度要求高的工件時(shí)會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)良的磨削效果。活性添加物是在不同的燒結(jié)條件下，它把磨粒和足夠量的燒結(jié)結(jié)合劑統(tǒng)合成磨粒的強(qiáng)化復(fù)合材料。本發(fā)明的超硬珩磨條適宜使用銅/錫/鈦等為主成分結(jié)合劑燒結(jié)而成。該成分珩磨條剛性好，磨削精度高、磨耗少，從而根本性地解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的珩磨條鋒利問題和珩磨缸體兩端出現(xiàn)的劃痕增加情況。
文檔編號(hào)B24D18/00GK103182672SQ20111044561
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者王蘇毅, 黃少俊 申請(qǐng)人:上海達(dá)特精密機(jī)械配件有限公司, 王蘇毅