專利名稱：一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于超精密切削加工工藝來(lái)說(shuō)，要獲得零件形狀尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必須擁有超精密的機(jī)床、高分辨率的檢測(cè)儀器和超穩(wěn)定的加工環(huán)境條件以外，還須具備進(jìn)行切削加工的高精度金剛石刀具。使用精密的單晶金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，能夠直接切出超光滑的加工表面，這樣就可以取代超精密磨削等精加工工序，極大的提高加工效率，同時(shí)也可以保證加工精度和加工表面質(zhì)量。因此，對(duì)單晶金剛石刀具的制作，刃磨方法以及刃磨機(jī)理的研究，已經(jīng)受到了人們極大的關(guān)注。金剛石晶體的硬度大，耐磨性好，使得金剛石成為理想的刀具材料，但同時(shí)也給單晶金剛石刀具的刃磨帶來(lái)了極大的困難。在刃磨過(guò)程中既要提高磨削率，又要保證刃口質(zhì)量。摩擦化學(xué)拋光是利用金剛石刀具表面與低碳鋼或純鐵砂輪盤直接接觸并作高速的相對(duì)滑移，由此激發(fā)金剛石刀具表面碳原子層發(fā)生活化后形成活化碳原子，活化碳原子擴(kuò)散到砂輪盤中而達(dá)到刀具材料的去除。但在實(shí)際加工過(guò)程中，由于加工溫度很高，砂輪盤極易氧化，進(jìn)而產(chǎn)生較大磨損。同時(shí)要保證砂輪盤在高溫下有較大的強(qiáng)度，防止產(chǎn)生較大的變形影響金剛石刀具的加工精度。目前，所使用的砂輪盤雖然可以獲得一定的拋光效率，但在催化性能、機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性等方面難以滿足精密加工的要求，不僅對(duì)金剛石的去除率低，而且砂輪盤自身磨損嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法，結(jié)合高速摩擦拋光技術(shù)對(duì)砂輪盤材料的性能要求，發(fā)明一種鎢基合金砂輪盤。砂輪盤中的Mo-W-Cr合金具有很高的熔點(diǎn)、高溫強(qiáng)度和抗氧化性。同時(shí)，三種元素都是優(yōu)異的催化金剛石石墨化的金屬元素，改善了現(xiàn)有的金剛石刃磨砂輪磨損快、不均勻且磨削效率低的技術(shù)缺陷。在獲得較高的磨削率的同時(shí)，又降低了砂輪磨損量，并且保證刀具的刃口質(zhì)量，滿足精密加工的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法，選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機(jī)球磨和等離子燒結(jié)制成鎢基合金砂輪盤，具體制作步驟如下:I)確定砂輪的成分配比:采用Mo，W，Cr三種粉末，每種粉末純度均為99.9%，粒度均為-300目，按摩爾比確定8 10%的鑰，88 91%的鎢，其余為鉻，然后，進(jìn)行配比并混合三種粉末；2)通過(guò)機(jī)械合金化方法制備合金粉末:將不銹鋼球和混合粉末裝入真空球磨罐中，不銹鋼球和混合粉末的質(zhì)量比為10:1，添加球磨控制劑正庚烷；為防止罐內(nèi)粉末在球磨過(guò)程中氧化，充氬氣的同時(shí)將罐內(nèi)空氣排出，抽真空，重復(fù)2 3次；進(jìn)行預(yù)混合，轉(zhuǎn)速為200r/min,在高能行星式球磨機(jī)上球磨2小時(shí),預(yù)混合之后將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到360r/min,再球磨96小時(shí)，最后將轉(zhuǎn)速加到480r/min，球磨2小時(shí)，球磨結(jié)束，完成合金粉末制備；3)利用放電等離子燒結(jié)制作合金砂輪盤:篩選粒徑小于20 μ m的合金粉，稱量一定重量的合金粉末，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備的石墨模具中，經(jīng)預(yù)壓后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C，保溫時(shí)間為lOmin，燒結(jié)壓力為50kN，真空度為15Pa，燒結(jié)后獲得一定尺寸的砂輪盤；4)對(duì)合金砂輪盤進(jìn)行修整:將燒結(jié)后的砂輪盤去除毛邊，用高壓空氣吹凈，用修整器把兩表面修整，編號(hào)后，用砂紙打磨；并在拋光機(jī)上拋光，最后用去離子水清洗，并吹干，使砂輪表面清潔平整。本發(fā)明效果和益處是:金剛石去除率高，砂輪磨損率低，可使金剛石刀具表面粗糙度Ra達(dá)到幾個(gè)納米。采用高能球磨和等離子燒結(jié)制成的鎢基合金砂輪盤高溫強(qiáng)度高，抗氧化性好，耐磨損，溶碳效果優(yōu)異。


圖1是鑰粉、鎢粉、鉻粉混合粉末球磨前的掃描電鏡SEM照片。圖2是鑰粉、鎢粉、鉻粉經(jīng)過(guò)100小時(shí)球磨后完成預(yù)合金的掃描電鏡SEM照片，圖3是M0-W-Cr合金拋光盤金相組織顯微照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明從過(guò)渡金屬催化金剛石石墨化的機(jī)理出發(fā)，結(jié)合高速摩擦拋光技術(shù)對(duì)砂輪盤材料的性能要求，發(fā)明了一種鎢基合金砂輪盤，選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機(jī)球磨和等離子燒結(jié)制成鎢基合金砂輪盤。實(shí)施例1，一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法:I)確定砂輪的成分配比:采用Mo，W，Cr三種粉末，每種粉末純度均為99.9%，粒度均為-300目，按摩爾比8%: 91%: 1%，來(lái)稱取4.37g的鑰粉、95.33g的鎢粉、0.3g的鉻粉，然后混合三種粉末，混合粉末的掃描電鏡圖如圖1所示。2)通過(guò)機(jī)械合金化方法制備合金粉末:將不銹鋼球和混合粉末裝入真空球磨罐中，不銹鋼球和混合粉末的質(zhì)量比為10:1，添加球磨控制劑正庚烷；為防止罐內(nèi)粉末在球磨過(guò)程中氧化，充氬氣的同時(shí)將罐內(nèi)空氣排出，抽真空，重復(fù)2 3次；進(jìn)行預(yù)混合，轉(zhuǎn)速為200r/min,在高能行星式球磨機(jī)上球磨2小時(shí),預(yù)混合之后將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到360r/min,再球磨96小時(shí)，最后將轉(zhuǎn)速加到480r/min，球磨2小時(shí)，球磨結(jié)束，完成合金粉末制備。如圖2所示,顆粒均勻細(xì)小,平均尺寸30 μ m。3)利用放電等離子燒結(jié)制作合金砂輪盤:篩選粒徑小于20 μ m的合金粉，稱量70g的合金粉末，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中直徑為30mm的石墨模具里，經(jīng)預(yù)壓后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度900°C，保溫時(shí)間為lOmin，燒結(jié)壓力50kN，真空度為15Pa，最終燒結(jié)出直徑為30mm，厚度為5mm的砂輪盤。砂輪盤致密度為99%，900°C時(shí)屈服強(qiáng)度700Mpa，室溫硬度HRC90。
4)砂輪盤修整:將燒結(jié)后的砂輪盤用拋光機(jī)去除毛邊，并用磨床修正，保證砂輪盤光滑平整。如圖3所示，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間球磨后燒結(jié)的砂輪盤具有致密的顯微結(jié)構(gòu)。經(jīng)高速摩擦拋光試驗(yàn)，采用本發(fā)明的鎢基砂輪，金剛石去除率可達(dá)1.5ym/min，砂輪磨損率約0.35mm3/min。與傳統(tǒng)機(jī)械研磨相比，這種砂輪刃磨單晶金剛石刀具更有效，刃磨過(guò)程更穩(wěn)定，在化學(xué)催化加工金剛石方面具有良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法，其特征在于，選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機(jī)球磨和等離子燒結(jié)制成鎢基合金砂輪盤，具體制作步驟如下: 1)確定砂輪的成分配比:采用Mo，W，Cr三種粉末，每種粉末純度均為99.9%，粒度均為-300目，按摩爾比確定8 10%的鑰，88 91%的鎢，其余為鉻，然后，進(jìn)行配比并混合三種粉末； 2)通過(guò)機(jī)械合金化方法制備合金粉末:將不銹鋼球和混合粉末裝入真空球磨罐中，不銹鋼球和混合粉末的質(zhì)量比為10:1，添加球磨控制劑正庚烷；為防止罐內(nèi)粉末在球磨過(guò)程中氧化，充氬氣的同時(shí)將罐內(nèi)空氣排出，抽真空，重復(fù)2 3次；進(jìn)行預(yù)混合，轉(zhuǎn)速為200r/min,在高能行星式球磨機(jī)上球磨2小時(shí),預(yù)混合之后將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到360r/min,再球磨96小時(shí)，最后將轉(zhuǎn)速加到480r/min，球磨2小時(shí)，球磨結(jié)束，完成合金粉末制備； 3)利用放電等離子燒結(jié)制作合金砂輪盤:篩選粒徑小于20μπι的合金粉，稱量一定重量的合金粉末，放入放電等離子燒結(jié)設(shè)備的石墨模具中，經(jīng)預(yù)壓后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C，保溫時(shí)間為lOmin，燒結(jié)壓力為50kN，真空度為15Pa，燒結(jié)后獲得一定尺寸的砂輪盤； 4)對(duì)合金砂輪盤進(jìn)行修整:將燒結(jié)后的砂輪盤去除毛邊，用高壓空氣吹凈，用修整器把兩表面修整，編號(hào)后，用砂紙打磨；并在拋光機(jī)上拋光，最后用去離子水清洗，并吹干，使砂輪表面清潔平整。
全文摘要
本發(fā)明一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種刃磨單晶金剛石刀具的砂輪制作方法。砂輪制作方法是選擇Mo，W，Cr三種粉末作為砂輪原料，采用高能球磨機(jī)球磨和等離子燒結(jié)制成鎢基合金砂輪盤。具體制作步驟為先確定砂輪的成分配比，再通過(guò)機(jī)械合金化方法制備合金粉末，利用放電等離子燒結(jié)制作合金砂輪盤，對(duì)合金砂輪盤進(jìn)行修整。本發(fā)明結(jié)合高速摩擦拋光技術(shù)對(duì)砂輪盤材料的性能要求，發(fā)明的鎢基合金砂輪盤高溫強(qiáng)度高，抗氧化性好，耐磨損。在獲得較高的磨削率的同時(shí)，又降低了砂輪磨損量，并且保證刀具的刃口質(zhì)量，滿足精密加工的要求，在化學(xué)催化加工金剛石方面具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B24D18/00GK103203453SQ20131009847
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者金洙吉, 史雙佶, 孔軍, 康仁科 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)