轻质高效金刚石磨轮.pdf

本发明涉及一种轻质高效金刚石磨轮，属于金刚石切削工具的技术领域。本发明所述的轻质高效金刚石磨轮，包括铝基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头的底部边缘具有向外的延伸突出部；而所述铝基体包括磨削安装面，所述金刚石刀头安装在所述磨削安装面上，并且所述延伸突出部包埋在所述磨削安装面内。本发明的金刚石磨轮采用高强度合金铝一次浇铸成型，金刚石刀头的底部包埋于合金铝中，保证刀头在使用过程中不脱落，不仅减少了许多后序工序，省略了银焊料从而有效降低了制作成本，并且也保证了金刚石磨轮的使用寿命，特别适用于石材加工，混凝土路面的打磨。

权利要求书
1.  一种轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：包括铝或铝合金基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头的底部边缘具有向外的延伸突出部；而所述铝或铝合金基体包括磨削安装面，所述金刚石刀头安装在所述磨削安装面上，并且所述延伸突出部包埋在所述磨削安装面内部。

2.  根据权利要求1所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述磨削安装面为圆环形安装面，并且所述金刚石刀头沿着顺时针方向均匀安装在所述圆环形安装面上。

3.  根据权利要求1所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述铝或铝合金基体还包括位于所述磨削安装面下部的装配部，而所述装配部的中心设置有中心孔。

4.  根据权利要求1所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述铝合金的组合以质量百分比计含有：0.45～0.90wt％的Mg，0.20～0.60wt％的Si，0～0.35wt％的Fe，0～0.10wt％的Cu，0～0.10wt％的Mn，0～0.05wt％的Cr，0～0.10wt％的Zn，0～0.10wt％的Ti，余量为不可避免的杂质和铝，并且所述不可避免的杂质含量不高于0.15wt％。

5.  根据权利要求1所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述金刚石刀头由金属结合剂和金刚石在真空条件下，经过热压烧结而成。

6.  根据权利要求5所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：热压烧结的温度为800～900℃，压力为200～300kgf/cm2。

7.  根据权利要求5所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述金刚石刀头中金刚石的浓度为20～50％。

8.  根据权利要求5所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述金属结合剂由30～50wt％的CuSn合金粉、40～50wt％的FeCoCu合金粉、和15～30wt％的Co粉组成。

9.  根据权利要求8所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述CuSn合金粉优选通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：(1)将含6.0～7.0wt％的Sn，余量为Cu的金属粉末原料混合并加热至1000～1050℃熔化形成合金液，利用压力为40～50MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；(2)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述CuSn合金粉，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为350-400℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述CuSn合金粉中氧含量＜2000ppm。

10.  根据权利要求8所述的轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：所述FeCoCu合金粉中， 以其重量计含有以下组分：8～10wt％的Fe、18～22wt％的Co，和余量的Cu组成；并且上述组分在球磨机中进行机械合金化处理120～200小时得到。

说明书轻质高效金刚石磨轮
技术领域
本发明涉及金刚石切削工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种轻质高效金刚石磨轮。
背景技术
金刚石是已知材料中硬度最高的材料，因而金刚石切削工具成为加工各种坚硬材料不可或缺的材料。金刚石切削工具是将金属粉末和人造金刚石颗粒相混合，经压制和烧结而成。而且随着社会不断发展，基础化建设规模不断扩大，也给金刚石工具提供了更加广阔的应用市场。而随着城市化进程的加快，基础建设规模不断扩大，房屋和道路开发建设给金刚石工具应用提供广阔市场。金刚石工具在道路切割，石材加工，陶瓷，多晶硅半导体加工，宝石加工市场发挥了至关重要作用，操作轻便，高效率，性价比好，一直是每个用户追求目标。
然而，传统产品金刚石磨轮主要采用铁质材料为磨轮基体，将金刚石刀头焊接在基体表面，由于铁质磨轮自身重，使用能耗大，操作难度高。另外，铁基磨轮的焊接材料成本高，后续焊斑难以处理，导致成本显著增加。
发明内容
为了解决当今市场中金刚石磨轮自身重，使用耗时耗能，制作成本高，加工工序多问题，本发明的目的在于提供一种轻质高效金刚石磨轮。
为了实现本发明的上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种轻质高效金刚石磨轮，其特征在于：包括铝或铝合金基体和金刚石刀头，所述金刚石刀头的底部边缘具有向外的延伸突出部；而所述铝或铝合金基体包括磨削安装面，所述金刚石刀头安装在所述磨削安装面上，并且所述延伸突出部包埋在所述磨削安装面内部。
其中，所述磨削安装面为圆环形安装面，并且所述金刚石刀头沿着顺时针方向均匀安装在所述圆环形安装面上。
其中，所述铝或铝合金基体还包括位于所述磨削安装面下部的装配部，而所述装配部的中心设置有中心孔。
其中，所述铝合金的组合以质量百分比计含有：0.45～0.90wt％的Mg，0.20～0.60wt％的Si，0～0.35wt％的Fe，0～0.10wt％的Cu，0～0.10wt％的Mn，0～0.05wt％的Cr，0～0.10wt％的 Zn，0～0.10wt％的Ti，余量为不可避免的杂质和铝，并且所述不可避免的杂质含量不高于0.15wt％。
其中，所述金刚石刀头由金属结合剂和金刚石在真空条件下，经过热压烧结而成。
其中，热压烧结的温度为800～900℃，压力为200～300kgf/cm2。
其中，所述金刚石刀头中金刚石的浓度为20～50％。
其中，所述金属结合剂由30～50wt％的CuSn合金粉、40～50wt％的FeCoCu合金粉、和15～30wt％的Co粉组成。
其中，所述CuSn合金粉优选通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：(1)将含6.0～7.0wt％的Sn，余量为Cu的金属粉末原料混合并加热至1000～1050℃熔化形成合金液，利用压力为40～50MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；(2)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述CuSn合金粉，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为350-400℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述CuSn合金粉中氧含量＜2000ppm。
其中，所述FeCoCu合金粉中，以其重量计含有以下组分：8～10wt％的Fe、18～22wt％的Co，和余量的Cu组成；并且上述组分在球磨机中进行机械合金化处理120～200小时得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的金刚石磨轮采用高强度合金铝一次浇铸成型，金刚石刀头的底部包埋于合金铝中，保证刀头在使用过程中不脱落，不仅减少了许多后序工序，省略了银焊料从而有效降低了制作成本，并且也保证了金刚石磨轮的使用寿命，特别适用于石材加工，混凝土路面的打磨。
附图说明
图1为本发明的轻质高效金刚石磨轮的俯视示意图。
图2为本发明的轻质高效金刚石磨轮的半剖示意图。
具体实施方式
如图1-2所述，本实施例的轻质高效金刚石磨轮，包括铝基体10和金刚石刀头20。所述铝基体10包括磨削安装面12，位于磨削安装面下部的装配部14，而所述装配部14的中心 设置有中心孔16。所述金刚石刀头20的底部边缘具有向外的延伸突出部22；所述金刚石刀头20安装在所述磨削安装面12上，并且所述延伸突出部22包埋在所述磨削安装面12内。
本发明所述的轻质高效金刚石磨轮的制备方法如下：
1、混料：将CuSn合金粉、FeCoCu合金粉、Co粉，和金刚石按配比分别称量倒入混料机中混4个小时，保证混合均匀无色差；其中，金刚石采用强度25～35公斤，粒度为35/40，和/或45/50的规格，浓度为20-50％。
2、刀头烧结：选取所需石墨模具放入烧结铁模框中，将石墨模具按要求组装好后，外侧添加挡板，用扳手将模具拧紧，用精度为0.1g的天平，将混匀金属粉料按计算重量称取后装入石黑模具中，加上压头，用扳手拧紧，将组装好的石墨模具放入功率为80kw热压机中烧结，保温3分钟，自然冷却，取出刀头，用砂轮打磨去刀头表面氧化皮。
3、浇铸成型：根据图纸要求设计开发所需铝浇铸模，将处理好刀头依次摆放于模具中，将溶化的铝或合金铝浇铸于模具中，自然冷却，取出磨轮毛坯，根据图纸要求进行车加工。
4、磨轮开刃：将车加工后磨轮固定于自制开刃机中，使用60#砂轮开刃使金刚石充分暴露，检验后包装入库。
其中，在本发明的实施例中，所述CuSn合金粉通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：(1)将含6.8wt％的Sn，余量为Cu的金属粉末原料混合并加热至1020～1050℃熔化形成合金液，利用压力为45～50MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；(2)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述CuSn合金粉，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为400℃，退火时间为20分钟，还原退火后所述CuSn合金粉中氧含量＜2000ppm。
其中，在本发明的实施例中，所述FeCoCu合金粉中，以其重量计含有以下组分：10wt％的Fe、18wt％的Co，和余量的Cu组成；并且上述组分在球磨机中进行机械合金化处理180小时得到。
实施例1
本实施例涉及一种Φ125轻质高效金刚石磨轮，其通过以下工艺制备得到：
(1)准备混合粉：按如下重量百分比选取金属粉末：CuSn合金粉35wt％，FeCoCu合金粉40wt％，Co粉25wt％；金刚石强度30公斤，粒度为35/40，浓度为25％，配比后依此倒 入混料机中混4个小时；
(2)刀头烧结：选取刀头石墨模具，组装后放入铁质烧结模框内，外侧加石墨挡板，用扳手拧紧，用精度为0.1克天平称取混合粉料21.8克，倒入石墨模具中，加石墨压头后用扳手将模具拧紧，将组装好石墨模具放入功率80KW热压烧结机中，加热至800℃，压力250Kg/cm2，保温3分钟后自然冷却至常温，取出刀头用砂轮打磨去刀头表面氧化皮；
(3)浇铸成型：将Φ125mm磨轮刀头放入铝浇铸模框中，将熔化的铝液倒入铝模框中，自然冷却后取出磨轮毛坯，根据图纸要求车加工至要求尺寸；
(4)磨轮开刃：将加工后磨轮安装于砂轮开刃机中，使用60#棕刚玉砂轮开刃，使金刚石充分暴露，检验合格后包装入库。
实施例2
本实施例涉及一种Φ115轻质高效金刚石磨轮，其通过以下工艺制备得到：
(1)准备混合粉：按如下重量百分比选取金属粉末：CuSn合金粉40wt％，FeCoCu合金粉45wt％，Co粉15wt％；金刚石强度35公斤，粒度为35/40，浓度为25％，配比后依此倒入混料机中混4个小时；
(2)刀头烧结：选取刀头石墨模具，组装后放入铁质烧结模框内，外侧加石墨挡板，用扳手拧紧，用精度为0.1克天平称取混合粉料21.5克，倒入石墨模具中，加石墨压头后用扳手将模具拧紧，将组装好石墨模具放入功率80KW热压烧结机中，加热至780℃，压力250Kg/cm2，保温3分钟后自然冷却至常温，取出刀头用砂轮打磨去刀头表面氧化皮；
(3)浇铸成型：将Φ115mm磨轮刀头放入铝浇铸模框中，将熔化的铝液倒入6063铝合金模框中，自然冷却后取出磨轮毛坯，根据图纸要求车加工至要求尺寸；
(4)磨轮开刃：将加工后磨轮安装于砂轮开刃机中，使用60#棕刚玉砂轮开刃，使金刚石充分暴露，检验合格后包装入库。
比较例1
与实施例1的不同之处，仅仅在于使用的金属粉末不同。其中的CuSn合金粉，FeCoCu合金粉均为雾化合金粉，而CuSn合金粉、FeCoCu合金粉中各组分含量与实施例1相同。
比较例2
与实施例1的不同之处，仅仅在于使用的金属粉末不同。其中的CuSn合金粉，FeCoCu 合金粉均为机械合金化粉末(处理180小时)，而CuSn合金粉、FeCoCu合金粉中各组分含量与实施例1相同。
比较例3
与实施例1的不同之处，仅仅在于使用的金属粉末不同。其使用的金属粉末含有：4.0％的Fe、2.38wt％的Sn、32.2wt％的Co和余量的Cu。
利用实施例1～2，得到的金刚石磨轮对大理石进行打磨(磨轮转速为1000～2000r/min的工作条件下)，且磨削的平均寿命均可以达到10000m以上；而且实施例1～2得到的金刚石磨轮在正确操作的情况下，基本不会发生非正常报废(例如刀头脱落)，显示了通过铝浇注的方法得到的金刚石磨轮具有优异的结合力。表1给出了，实施例1～2，比较例1～3在正常工作条件下对大理石磨削的磨削寿命。
表1
  实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 比较例3 磨削寿命(m) 20km 18km 15km 8km 9km
对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。