一种钎焊金刚石工具的制造方法及制造设备与流程

本发明涉及工具制造技术领域，特别地，涉及一种钎焊金刚石工具的制造方法及制造设备。

背景技术：

以镍基高温合金、钛合金、超高强度钢等为代表的高强韧难加工材料具有塑性高、韧性好、强度高、强化系数高等一系列优点，在航空、航天、舰船、兵器等国防工业中的应用越来越广泛，以在役航空发动机为例，高温合金和钛合金分别占航空发动机总重的55～65％和25～40％。随着对零件使用性能、加工质量和效率等方面要求的不断提升，难加工材料高效精密加工中存在的问题越来越引起广泛的重视。

目前电镀工艺已成熟应用于金刚石工具的制造，特别内镀法制备的电镀金刚石工具具有精度高、磨料等高性好、初次使用前无需修整等优点，但仍然存在电镀工具所固有的不足：金刚石磨料是机械包埋于结合剂之中，结合剂对磨料的把持强度低，在使用过程中，磨料易脱落，不能充分发挥超硬磨料的优势，工具寿命低。

钎焊金刚石工具磨粒与钎料产生冶金结合，结合力大，磨料出露高度可达70％以上，可承受大载荷，故广泛应用于难加工材料的高效磨削加工中。然而，传统的钎焊工艺以工具基体为磨粒定位面，由于磨粒尺寸的分散性，无法保证工具表面磨粒出露高度的一致性，而且单层工具修整非常困难，导致钎焊金刚石工具加工表面质量受限，限制了其在精密磨削加工领域的应用。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种钎焊单层金刚石工具制造方法，克服了现有钎焊工具磨粒出露高度一致性差的缺点，融合了内镀法电镀工具的优点，能够保证工具磨粒等高性好，精度高。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种钎焊单层金刚石工具制造方法，包括：

制作胎模，所述胎模为内孔胎模；在制作胎模时，根据钎料融化后的体积收缩比，胎模长度应超出工具基体长度一定尺寸。

将金刚石磨粒有序排布在所述胎膜内表面；

用工装夹具将所述胎模与工具基体精确定位，预留1—2mm间隙；

在间隙中填满配制的钎料并夯实；

将所述胎模、工具基体与夹具沿轴向，垂直放置于真空炉中加热钎焊；

钎焊完成之后取出脱模，车削胎膜至0.5-1mm的厚度；

采用电解去除部分钎料，露出金刚石磨粒作为切削刃。脱模之后，金刚石磨粒仍被包埋于钎料之中，需将最外层钎料电解掉，方可露出金刚石磨粒，作为切削刃，用于磨削加工。)

采用电解开刃，相较于采用酸腐蚀，开刃过程更加可控，在电解液中添加香豆素等电解添加剂，吸附在凸起磨料表面，降低磨料附近钎料溶解速率，进而实现钎料沿磨料爬升的形貌，增大工具容屑空间。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述胎膜采用热膨胀系数低的合金工具钢制作。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述将金刚石磨粒有序排布在所述胎膜内表面，采用胶粘，在所述胎膜内表面涂胶。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，其特征在于，所述夹具采用阶梯轴。

第二方面，本发明实施例提供了一种钎焊单层金刚石工具，包括：胎模(1)、夹具压板(2)、金刚石磨料(3)、钎料(4)、夹具辅助部分(5)、工具基体(6)、压紧螺母(7)、夹具定位支撑部分(8)；

在胎模(1)内表面与工具基体对应部分，通过涂胶粘合有有序排列的金刚石磨料；

胎膜(1)在夹具定位支撑部分(8)外侧，工具基体(6)沿着夹具定位支撑部分(8)装配，安装夹具辅助部分；

在胎模(1)与工具基体(6)间隙中填充钎料(4)并夯实，在夹具辅助部分(8)与钎料(4)接触区域涂抹有脱模剂；

夹具压板(2)由压紧螺母(7)固定并压紧在胎模(1)、金刚石磨料(3)、钎料(4)、夹具辅助部分(5)上。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述钎焊单层金刚石工具沿轴向垂直放置于真空炉中加热钎焊；

作为切削刃的磨料为通过电解去除部分钎料后露出。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，胎膜内孔圆柱度小于等于2μm；在胎膜与砂轮机体之间预留1—2mm间隙。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，在钎焊完成之后脱模被取出，胎膜通过车削加工后的厚度为0.5-1mm的；

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述胎膜采用热膨胀系数低的合金制作。(如，Invar合金)；所述胎模采用合金制作，熔点高，热膨胀系数低，烧结时胎模的变形小；

所述夹具采用阶梯轴。

本发明的实施例提供一种钎焊金刚石工具的制造方法及制造设备，采用胎模，工具精度以及磨料等高性均由胎模内孔精度决定，故制造出的钎焊金刚石工具在对磨料把持力大的同时，磨粒等高性好，精度高；采用电解方法进行开刃，磨料出露高度可做到精确控制，达到最佳高度，且钎料层厚度均匀一致，有利于提高工具的磨削性能；开刃过程中，在电解液中添加香豆素等电解添加剂，可实现钎料沿磨料爬升的形貌，增大工具容屑空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种钎焊单层金刚石工具制造方法流程示意图；

图2为依照本发明实施例方法的一种实施方式示意图，制造的工具为钎焊金刚石砂轮；

图3为依照本发明实施例方法的另一种实施方式示意图，制造的工具为钎焊金刚石磨头，其中，1为工具基体，2为钎料，3为胎模，4为金刚石磨料，5为夹具定位部分；

图4为本发明实施例提供的一种钎焊单层金刚石工具制造方法种电解脱模及开刃实施示意图；

图5为本发明实施例提供的一种钎焊单层金刚石工具制造方法的磨削效果示意图；

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明的实施例提供一种钎焊金刚石工具的制造方法，克服了现有钎焊工具磨粒出露高度一致性差的缺点，融合了内镀法电镀工具的优点，能够保证工具磨粒等高性好，精度高。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供一种钎焊单层金刚石工具制造方法，如图1所示，包括：

制作胎模，所述胎模为内孔胎模；；在制作胎模时，根据钎料融化后的体积收缩比，胎模长度应超出工具基体长度一定尺寸。

将金刚石磨粒有序排布在所述胎膜内表面；

用工装夹具将所述胎模与工具基体精确定位，预留1—2mm间隙；

在间隙中填满配制的钎料并夯实；

将所述胎模、工具基体与夹具沿轴向，垂直放置于真空炉中加热钎焊；

钎焊完成之后取出脱模，车削胎膜至0.5-1mm的厚度；

采用电解去除部分钎料，露出金刚石磨粒作为切削刃。采用电解开刃，相较于采用酸腐蚀，开刃过程更加可控，在电解液中添加香豆素等电解添加剂，吸附在凸起磨料表面，降低磨料附近钎料溶解速率，进而实现钎料沿磨料爬升的形貌，增大工具容屑空间。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述胎膜采用热膨胀系数低的合金工具钢制作。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述将金刚石磨粒有序排布在所述胎膜内表面，采用胶粘，在所述胎膜内表面涂胶。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，其特征在于，所述夹具采用阶梯轴。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，其特征在于，所述采用电解去除部分钎料，在电解液中添加电解添加剂，其中所述添加的电解添加剂包括：香豆素。

第二方面，本发明实施例提供了一种钎焊单层金刚石工具，如图2所示，包括：胎模(1)、夹具压板(2)、金刚石磨料(3)、钎料(4)、夹具辅助部分(5)、工具基体(6)、压紧螺母(7)、夹具定位支撑部分(8)；

在胎模(1)内表面与工具基体对应部分，通过涂胶粘合有有序排列的金刚石磨料；

胎膜(1)在夹具定位支撑部分(8)外侧，工具基体(6)沿着夹具定位支撑部分(8)装配，安装夹具辅助部分；

在胎模(1)与工具基体(6)间隙中填充钎料(4)并夯实，在夹具辅助部分(8)与钎料(4)接触区域涂抹有脱模剂；

夹具压板(2)由压紧螺母(7)固定并压紧在胎模(1)、金刚石磨料(3)、钎料(4)、夹具辅助部分(5)上。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述钎焊单层金刚石工具沿轴向垂直放置于真空炉中加热钎焊；

作为切削刃的磨料为通过电解去除部分钎料后露出。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，胎膜内孔圆柱度小于等于2μm，胎模内孔的圆柱度直接影响到所制造的金刚石砂轮的磨料等高性；在胎膜与砂轮机体之间预留1—2mm间隙。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，在钎焊完成之后脱模被取出，胎膜通过车削加工后的厚度为0.5-1mm的；

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述胎膜采用热膨胀系数低的合金工具钢制作。

图3为依照本发明实施例方法的实施的一种钎焊金刚石工具的制造设备，制造设备用于生产钎焊金刚石磨头。1为磨头基体，2为钎料，3为胎模，4为金刚石磨料，5为夹具定位部分。

制造图3所示钎焊金刚石磨头时，为便于装夹，在工具基体1顶端设计了阶梯轴，与夹具5内孔配合实现定位。拆除夹具之后，通过车削将其去除。

将胎模、基体、夹具按图3所示方位上下放置于真空炉中烧结。(图3)

取出，拆除夹具部分，并将胎模车削至厚度0.5mm左右。

进行电解，去除胎模及部分钎料，实现工具开刃。

图4为本发明实施例提供的一种钎焊单层金刚石工具制造方法种电解脱模及开刃实施示意图。其中，1为磨头基体或刀杆，2为钎料熔融并凝固后形成的结合剂层，3为金刚石磨料，4为胎模车削后残余部分；

如图4所示，将工具作为阳极，阴极、阳极之间冲电解液，阴极5向阳极进给，阳极残余胎膜先溶解，完成脱膜；继续进给，外层钎料溶解，磨料露出，实现开刃。

依照本专利实施例提供的方法制造出的钎焊金刚石工具精度高，磨料等高性好，而且磨料排布可控。如图5所示，在磨削时，单颗磨粒实际切厚均匀可控，与理论计算值接近，采取合适的工艺参数，粗粒度磨料工具也可以实现低表面粗糙度的精密磨削。

本发明的实施例提供一种钎焊单层金刚石工具制造方法，采用胎模，工具精度以及磨料等高性均由胎模内孔精度决定，故制造出的钎焊金刚石工具在对磨料把持力大的同时，磨粒等高性好，精度高；采用电解方法进行开刃，磨料出露高度可做到精确控制，达到最佳高度，且钎料层厚度均匀一致，有利于提高工具的磨削性能；开刃过程中，在电解液中添加香豆素等电解添加剂，可实现钎料沿磨料爬升的形貌，增大工具容屑空间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。