专利名称：可控成分结构具有三维排列磨粒的研磨和切割工具的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种研磨和切割工具和制造方法，特别是一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法。
背景技术：
研磨和切割工具广泛应用于材料的切、钻、锯、磨、抛光等应用中。目前，制造研磨和切割工具的普遍采取的作法是先把粉末或粉末与磨料颗粒(简称磨粒)混合后制成压坯，然后把压坯烧结成制品。目前行业内所使用的压坯制造方法是将所需配方成分的粉末或者粉末与磨粒放在一起混合均匀，然后按所须质量填入模具，加压成型。然后烧结。或者直接通过可加热模具加热加压同时加工完成。
在石材切割领域，为了减少价值高的磨料使用量和利用被切材料的脆性，也采用分层装填，在有些层里不加或少加磨料的方法制造切割工具。这也是一种行之有效的方法。但是这种方法无法制出较薄的层，也没有解决粉末压坯组织致密度的不均匀度问题。
更重要的是，由于粉末材料在粒度、比重、硬度等特征上的差别，不同的粉末在很多情况下无法混合均匀。这样就会导致压坯成分不稳定。尤其是细粉末和超细粉末，其烧结性很好，容易烧结成高性能高致密度的材料。但这种粉末的流动性随其细密度的增加而下降，以致于很难应用。这类粉末比表面积很大，所以更容易氧化而改变烧结特征。因此，尽管这类粉末有极好的性能，在应用方面仍然有很多困难。
研磨和切割加工很多情况下依靠由含磨粒的工具。比如切割石材和混凝土的切割锯片。目前的技术所制造的该类工具中所蕴含的磨粒是随机分布于基体内，不具有规律性。调节磨料含量的方法是在生产过程中改变磨料与基体粉末的混料比。在一定范围内，当磨料颗粒含量少时，工具会锐利，切割阻力小。切割功耗也随之变小。但是在这种状态下，工具也会很不耐用，寿命短，不经济。反之，当磨料含量多时，工具变得耐用。但是切割时会很钝，切割阻力和功耗大增。所以在这种状态下也不经济。
也可以在较低密度的下使用等级高的磨料和昂贵的基体材料。能改善耐磨性。这样工具制造成本会很高，效果也有限。而且对于有些磨粒，比如人造金刚石等，由于其材料本身的固有物理特征，无法形成与基体的有效界面，更难以形成化学键的连接。所以在工具里所孕含的磨料颗粒大多数没有参与切割。而是因脱落浪费掉了。人造金刚石工具的金刚石利用率只有10％。
磨料颗粒在基体内的相互间距决定了其工作负荷，不适当的间距会导致磨料的失效。如果磨料颗粒间隔过小，一部分磨料颗粒就是多余的。不但在切割和磨削过程中不起作用，还会阻塞排削空间和冷却液的冷却通道。在不均质材料和硬脆材料比如石材切割中，岩石碎片的排出通道是非常需要的。过小的间距也会造成磨料用量的增加，也是成本的增加。但在传统的工艺中，粉末是与磨料颗粒随机混合的。不可能每粒磨料的间距相等。而且由于磨料的比重小于粉末的比重，在加工过程里会因振动等因素而偏析。即使是比重相近的陶瓷粉末，也会因“巴西腰果”效应而无法形成均匀的分布。所以在传统工艺里不可能以理想的比例来添加磨料。当两粒或更多磨粒紧挨在一起时，只要一粒磨粒脱落，紧挨它的其他磨粒，也会因为没有足够的支撑而脱落。因此传统工艺无法作到针对被切材料的特点使磨料颗粒有理想的间距。
在相反情况下，磨料颗粒的间距过大，则每粒磨料颗粒受到的冲击会使其无法承受。被切物的撞击会导致磨料颗粒被破碎、剥离。还会导致连锁效应。使工具完全无法切割。
解决方法是把磨料颗粒有序的排列起来，在单层工具生产中，已经使用了这一技术。用定位模板等方法给磨料颗粒定位。然后再焊接到基体上或电镀到刀具上。也可以不断重复这一过程，达到一定厚度。这种工具成本高，价格昂贵。所以只是有限的使用。还有用手工把钻石等磨料颗粒逐一粘在工具基体上，然后再焊接或电镀固定等方法以取得磨料颗粒能够排列起来的效果。(基体所指是包埋、固定磨料颗粒的部分，大多情况下是用粉末烧结成的。如果磨料颗粒直接固定到工具本体上，也可指工具本体。)在宋健民公开号为CN 1252021A，名称为《具有规则性排列之磨料颗粒的研磨工具及其制造方法》的发明专利申请文件中描述了一种制造这类工具的方法，但是，该方法只着重描述如何固定磨料颗粒，其它问题涉及很少。而且该方法具体操作难度较大，在实施中有很多问题，比如将充满磨料的薄片切割后，再分别组装、烧结，效率非常低；所介绍的固定磨料颗粒技术也是有限的排列，密度低。所以其发明所述方法在产业化方面也难以大规模实施。
使用含磨料工具的方法有两种主要的形式一种是往复切割，工具相对于被切割物在作往复运动的过程中切入被切物。在这种方式中，切割工具可以在两端被拉紧，所以切口可以很窄。对于较贵重材料或大面积切割，主要采用这种切割方式。这也是种很古老的方式。另一种方式是旋转切割。工具在旋转中切入被切物，此方法的切深受到工具直径的限制。但是却是最常用的切割方式。以这种方式工作的工具的本体要求有足够的刚度和强度。如果要加大工具直径，也只好同时加大工具厚度。在石材加工中所用的锯片是将一定数量的节块(即本发明所指的研磨和切割工具的一种，俗称刀头)以一定的间隔焊接在锯片圆盘边沿上。节块之间有为了便于冷却液流进的凹槽(俗称水口)。锯片带动节块，在冷却液的帮助下，旋转着往复进刀，对石材进行切割。锯片在切割往复过程中旋转方向不变。废渣在冷却液的冲刷和锯片的旋转作用下被排出。
在微观上，节块内的磨料颗粒在节块切削面上不断突出，然后随着磨料颗粒周围的基体不断的被磨耗而失去支撑，最后从节块上脱离。由于旋转方向不变，磨料颗粒突出于节块后，磨粒之后的基体会因磨料颗粒的保护和阻挡而形成一条拖尾状突出。行业内称为拖尾。它在磨粒后对磨粒起到很强的支撑作用。这是旋转切割特有的好处。
在切割和研磨时，磨料颗粒主要承受的是冲击力。拖尾在磨粒后的支撑很重要。但磨料颗粒仍然需要在大部分体积包埋在基体内时，才能被固定、把持住。随着磨料之后的拖尾渐渐被磨耗，到了一定程度后，比如磨料露出基体达到或接近三分之一直径后，磨料颗粒也会因为无法承受冲击而脱落，由其他位置的磨粒替换到切割状态。传统的工艺所制造的产品，其节块内的磨料颗粒是随着颗粒周围基体的磨损而渐渐出露。而磨料颗粒的研磨和切割的效果和能力是随着它的突出高度而提高的，可惜的是，当它的突出量达到最大时，也就是切割和研磨作用最强时，它也即将脱落。
所以，磨粒的排列对研磨和切割工具的耐磨性和锋利性非常重要，但目前的现有技术里，却没有提出磨粒如何排列，对研磨和切割工具最有效。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明的一个目的是提供一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，可以毫不困难的使用超细粉末。本发明的另一个目的是对于有磨料颗粒的研磨和切割工具，让贵重粉末聚集在磨料颗粒周围。可以使产品既不降低性能，又可以大幅度降低贵重粉末的使用量，并且使磨料颗粒周围的组织更致密，为磨料提供更大把持力和支撑力。
本发明通过以下方案实现一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，包括如下步骤(1)混料把粉末与粘结剂混和制成混合料；(2)制造薄层将混合料制成薄层，切割层的薄层内植入磨粒；(3)叠和所有薄层硬化后，将多个薄层按设计要求叠和，各薄层的成份、硬度可按需求各不相同，然后加压，制成大压胚；
(4)分切成小压胚，烧结，制成研磨和切割工具；也可先烧结，再分切，制成研磨和切割工具。
所述步骤(1)中还可加入磨粒与粉末和粘结剂混合。
所述步骤(1)中所述粘结剂可以是烃类、硬脂酸类、低分子量的聚合物等，还可以使用水基粘合剂。
所述步骤(2)可使用压延刮延法将混合料通过一个可控制的开口被送到正向前运动的衬片上或两片衬片间，通过与衬片有合适间隙的刮刃或滚轮把衬片上的混合料刮成或轧成薄层。此种工艺要求混合料的稠度高，以既不粘附刮刃和滚轮又有足够塑性为准。
所述步骤(2)可使用印刷法用刮刀把混合料通过网版刮印到吸于平面上的衬片上。混合料的稠度要比刮延压延法低，以不粘网版为准。
所述步骤(3)制成薄层后，可在其上嵌入磨粒。
嵌入磨粒的方法可以是A.将磨料用一个孔板排列于一平面上；B.将薄层吸于另一平面工具上；C.将两个平面平行压近，当距离很近时，磨料颗粒就会粘入或者嵌入薄层。
所述孔板可以用金属材料制成。
所述孔板上的孔可以用激光、电解、电火花(放电加工)、腐蚀甚至机械钻孔等方法加工。
所述孔板厚度为磨粒理论直径的0.5至1.5倍厚。
所述孔板的孔的直径要大于磨料直径却又不至填入两粒磨料，所以直径不大于所要排列磨粒的理论直径的1.5倍。
在旋转切割工具中，磨粒的排列在其拖尾后的降弧线上(降弧线为向圆心方向偏移的弧线)，或近似降弧线上。
直线切割工具中，磨粒可以直线均匀排列、交错排列，或任意有规律排列。
所述步骤(3)在把粉末薄层叠合时，可以再添加其它粉末或增强材料到薄层之间或者磨料颗粒周围。
如可将粉末吸在一个由磁单元组成的工具上，再将粉末释放到需要的模具内或薄层上，或用一可震动筛状工具把不可用上述工具吸住的材料加入薄层。
也可以加入其它的增强材料，例如金属晶须和陶瓷晶须等。在加入如铁晶须时，可在此步骤中将其置入磁场中使制品有设计的组织取向。
所述步骤(4)所述的压胚的分切可采用机械模具用剪切力分开或激光分切等分切方法。
所述步骤(4)所述的压胚也可先在低温下预烧结，在此过程中可脱去压胚内的粘结剂。还可以在其后用有效成分溶液再次处理预烧结后的压坯。
所述步骤(4)所述的压坯的烧结可使用石墨模具通以大电流加热、加压，用短时间烧结成，也可以把压坯在烧结炉内，在保护、还原气氛下烧结。
本发明的有益效果是1.相对于以前的方法，生产效率更高。
目前，大多数企业仍然使用人工将混和好的粉末按质量填入模具后烧结成制品，效率很低，有些企业使用能自动一个一个制造压坯的设备。而新方法不是一个一个的制造压坯，而是大面积制造。所以其产能和传统技术完全不是相同水平。这也是相对于公开号CN1252021A的专利中所述方法的不同之处。
2.相对于以前的方法，性能更高。
在本发明中磨料颗粒以一定点距、行距排列，行与行之间有一定的垂直方向的错位，使磨料颗粒分布于拖尾后的降弧线内(降弧线为向圆心方向偏移的弧线)。在大直径的工具上可以假设降弧线是直线，小直径工具要根据直径使磨料颗粒排列在合适直径的降弧线内。这种排列方式不但有上述效果，还在微观上形成了象锯齿一样的结构特征。拖尾在磨料颗粒的加固下由于更不容易被磨耗掉，所以能显著延长磨料颗粒的工作时间。同时也对磨料颗粒提供了更大的支撑力。不仅有这些好处，当拖尾所支撑的磨料颗粒最后脱落时，它后面的磨料颗粒已经处于比较好的工作状态，马上就会接替上前面的磨粒。省掉了传统工具的使磨料颗粒出露的无效过程(行业内俗称“开刃”，要使用耐火砖等材料)整个研磨和切割工具内所包涵的磨料颗粒就会以这样的秩序，最大限度的发挥出它的磨切作用。而且当工具切割和研磨硬度高、脆性或不均质材料时，比如石材，磨料颗粒在被切物表面划割时会在划切线周围产生崩碎裂纹，这些被破坏的组织在不大的力下就会被去除。
3.采用这种方法制造的产品不会因为性能的提高而成本大增。
可以使磨料颗粒周围的粉末是性能最高的粉末而不用担心增加成本和增加工艺难度。也可以很方便地在这一关键粉末薄层里添加其它成分来提高性能。不含磨料颗粒的薄层可由廉价粉末制成。
由于更好发挥了磨料颗粒的作用，这部分材料的用量可以下降，或者以同样的成本提高材料的性能。粉末的区别使用也节约了大量战略材料。预制好的压坯更规则，在热压法中会对石墨模具损害更小。也能降低生产成本。并为更高效的大规模生产创造条件。由于产能的提高，在劳务方面也降低了成本。
4.增强了烧结制品的精度、质量稳定性和可设计性。
以本方法制造烧结制品可以制造出超薄、复合等各种特征的制品。在传统粉末成型理论中。粉末在模具压腔内由于压力分布不均等，所以粉末的密度也不均等。难以制造出致密度一致的制品。在烧结后由于这种密度的不等，再加上成分不均匀等原因。制品会因为变形或者开裂等原因报费。而采用此方法能在很多领域彻底推翻这一理论。有些材料如工程陶瓷和磁体材料更有不同位置不同组分的需要，采用这一方法会很容易地实现这种目的。会在其他领域也带来变革性的影响。如这种方法曾经制造出9毫米厚度由96层不同成分的薄层构成的烧结体。而且由分切的压坯烧结成的制品质量差别可以极小。
5.工艺标准化程度高，容易实现自动化。生产系统柔性强，同一生产线稍加调整就可转入另一种制品的生产。
6.有利于生产操作者身体健康。
现在的生产企业使用人工操作粉末，在这过程中，生产者很难避免吸入粉末。有些种类的粉末比如钴、铅等，其毒性为人所共知。在本方法中粉末总是处于被粘结状态，所以无法飞扬，有利于生产者的身体健康并且减少了昂贵粉末的使用量。
图1～图4为本发明的薄层与磨粒结合的步骤的示意图。
图5为本发明的磨粒的排列示意图。
其中1-磨粒2-孔板3-铺料平面4-薄层平面5-衬片6-薄层具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的工作流程进行更详细的描述。
本发明的实现步骤是把粉末与粘结剂混和制成合适稠度的混合料。将混合料制成薄层。然后将这些薄层根据设计目的叠合，加压制成大压坯。再将其预烧结后，切割成所需形状和尺寸，再最后完成最终的烧结。或者将叠合好的大压坯通过专门设备和模具分切成小压坯后，直接烧结成制品。在很多制品中，是将压坯与工具基体压合到一起后再一起烧结成制品。有些薄层起的是降低成本的作用，不必包含磨料颗粒。薄层组合时也可通过其他一些方法再添加入其他的少量功能成分。
薄层是通过以下方法制成把粉末与粘结剂混和制成混合料。
压延刮延法让混合料通过一个可控制的开口被送到正向前运动的衬片上或两片衬片间，通过与衬片有合适间隙的刮刀或滚轮把衬片上的混合料刮成或轧成薄层。这种工艺在粉末冶金和工程陶瓷行业已经是很成熟的技术，有专门的设备，就不在这里过多叙述。此方法可以制备出比较厚的粉末薄层。当不需要把所有磨粒排列起来时，也可以在混合料中加入磨料颗粒，压延出含有磨料颗粒的粉末薄层。当然，这类薄层内的磨粒也是随机分布的。有些被切物由于容易切割，因此不必把磨料颗粒完全排列起来。工具节块内含有耐磨性稍弱或者磨料含量较少的工作层时，在切割时工作面上会形成凹槽。凹槽有很多好处，它可以使工具不容易在切割时跑偏，也可以充分利用被切物的脆性，使磨料划切时周围的崩裂组织被轻易带出。另外凹槽也有利于冷却液的进入。
印刷法用刮刀把混合料通过网版刮印到吸于平面上的衬片上，刮刀是印刷业所采用的合成材料的，也可以是金属的。薄层的厚度可以通过网版的厚度调节。网版由不具有磁性的材料制成。网版的开口的形状和面积将形成粉末薄层的形状和面积。印刷法可以制造出最薄的粉末薄层。因此磨料颗粒周围的粉末用此方法做出薄层可以达到最大限度的节约目的。而且实施此方法时，粉末的细度不重要，甚至是越细越好。这让应用超细粉变成了可能。
在把粉末薄层叠合时，可以再添加其他组元到磨料颗粒周围或者薄层之间。比如，将粉末吸在一个由很多小的磁单元组成的大的工具上，再将粉末释放到需要的模具内或薄层上。该工序可重复实施。但只针对有限的几种的粉末。当粉末中包含具极性添加物如铁晶须等时，也须要在磁场中使之具有设计所需取向，以达到想要的内组织特性。也可使粉末通过一个震动的漏筛添加到磨料上或薄层上。这种方法可以加入任何品种的粉末，比如陶瓷晶须等。叠合薄层时也可以加入其他的增强材料，例如硼纤维和碳纤维等。
粉末薄层通过以上方法制于衬片上。然后与磨料颗粒结合。以上工艺可通过自动化设备完成，也可由人工实现。当粉末薄层硬化到一定程度可以将衬片剥离。衬片可重复使用。衬片也可由有效组元成分制成，不用剥离，与薄层一起进入下工序，或通过加热过程分解、使其挥发掉。
当粉末细密到一定程度时，流动性变得很差。解决这一问题的方法是用粘结剂把粉末造粒，使之具有流动性。这项工艺所使用的粘结剂很多种类，可以直接在本方法中应用。在很多行业，这类粘结剂是被技术人员所熟知的。为了进一步降低成本，还可以使用水基粘合剂。在压坯叠合过程中，可以根据使用要求，由不同粉末成分的薄层组合。这样既节约了贵重粉末，又给了技术人员有了更大的设计空间。细粉的比表面积大，烧结性好。可是一旦接触空气更易形成氧化层，粉末失效也更快。以上工艺可以隔离粉末与空气的接触，保持粉末有稳定的烧结性，使制品性能稳定。同时防止粉末飞扬被吸入操作者体内。很多的粉末具有很强毒性。粉末在操作过程中如果被吸入，对操作者的危害有累积性。
如图1所示，孔板2放置铺料平面3上，撒布磨粒1于孔板2上，然后通过震动、倾斜使孔内落入磨粒1。再通过倾斜、震动，或者辅以扫除使孔外的磨粒1被清除。
孔板2可以用金属片材、板材料制成。板上的孔可以用激光、电解、电火花(放电加工)、腐蚀甚至机械钻孔等方法加工。小孔加工技术和设备也很多，很成熟。孔板厚度为所排列磨料理论直径的0.5至1.5倍厚。孔的直径要大于磨粒直径却又不至填入两粒磨粒，所以直径不大于所要排列磨粒1的理论直径的1.5倍。磨粒1的相互距离(孔的点距和行距等)根据加工对象进行设计。最高密度要求的排列可以通过一张拉平绷紧的金属网来实现。金属网的目数与磨料颗粒的大小应该匹配，以使磨粒1能通过网板。
在图2中，垂直移开孔板2，磨粒1留于铺料平面3上。这道工序可使用专用工具和设备达到很高的速度，并进一步实现自动化。铺料面积可大于薄层的面积，转移磨粒1时，薄层以外的磨粒1可以重新进入下一工作循环。
在图3中，已经制备好的薄层6通过其衬片5吸在薄层平面4上，用此平面把薄层6平行地压向排列好磨粒1的铺料平面3，但不能接触，以免粘连。这时，磨粒1就压入薄层6。由于薄层6薄层仍有粘结力，磨粒1就会保持在定位的情况下粘入或者嵌入薄层6。薄层硬化后磨料颗粒也可压入表面。
在图4中，铺料平面3和薄层平面4分离，磨粒1与薄层6结合到一起。薄层6通过衬片5吸在薄层平面4上。两个平面的任意一个都可以作为活动副来实现磨料颗粒的转移。粘嵌磨粒1的薄层6就是最重要的切割或研磨工作层。
本发明的一个重要内容是要将磨粒1按设计间隔分布于拖尾延长线内，这样会有效的加固拖尾。如图5所示。在本发明中磨粒1位于薄层6之上，以一定点距、行距排列，行与行之间有一定的垂直方向的错位，使磨粒1分布于其拖尾后的降弧线内(降弧线为向圆心方向偏移的弧线)。图中箭头的方向为切割方向，可以看出拖尾的方向跟切割方向一致。在大直径的工具上可以假设降弧线是直线，小直径工具要根据直径使磨料颗粒排列在合适直径的降弧线内。当处于工作状态的磨粒最终脱落时，其后位置的磨粒会立即补上。补上的磨粒也立即有了合适的突出量。
本发明使磨粒总处于有效状态下参与工作，根本性的提高了磨粒切割效果的发挥。不仅如此，由于在磨粒在进入切割状态前的作用是加固拖尾，所以也延长了前面的磨粒的工作时间。又增强了拖尾的抗磨性。
将各个薄层按设计要求叠合。叠和时可在一工具型腔内。叠和时可以按前面所述方法加入其他粉末或材料。在这里重点说明的是这里的薄层是很多节块合并在一起的大面积薄层。不是仅仅能组合成一个工具节块或一个工具的薄层。如果根据每一个工具节块或工具外型或分切出薄层来制造压坯，不但效率极差，也会造成材料的大量浪费。大面积的压坯使生产效率非常高。
压坯的分切也是在此生产技术中至关重要的部分。以前的相似工艺没有提及此问题的处理，不能经济地制造工具节块压坯，也无法进入大规模生产。本发明的解决方法是先制造连体的大面积压坯，然后把大面积压坯分切开。有些很小的制品如切割石材的小刀头，其厚度不大。也可以先烧结成连体的长条，然后利用其脆性，用剪切力分开，以达到提高生产效率的目的。分切可用冲压模具，也可用水射流、激光等。很多简单形状的制品的压坯可以通过机械设备和模具无废料地快速分切。大面积压坯经过压实、冲修外型后。可以先进行预烧结。既可以在预烧结时脱除粘结剂，也可使压坯具有一定的物理强度，便于下工序处理。经过预烧结后的压坯的组织比较疏松，有毛细作用，所以能够用有效成分的溶液进行作进一步的处理，使最终制品有更高性能。
冲修大压坯后多余的薄层边角余料可以用溶剂重新制备成混合料。再次用于薄层的制造。也可以把薄层组合后用专用模具和设备一次分切成刀具节块的小压坯。直接烧结成工具节块或工具。经过分切的压坯可以很小。可以在烧结模具内再次组合。在大直径的切割工具上，是把一个个起切割作用的节块焊在圆盘型工具外沿上的。当节块磨损到一定的程度时可以替换。在切割或研磨时，每个节块前端的工作负荷几乎是后端的五倍。因此，节块前端和后端应该有不同的设计要求。经过分切的小节块可以按这方面的要求，把不同的性能的压坯单元，在烧结模具内按设计要求组合。还可以在组合时加入其他的结构件，比如石墨小条等。这个措施可以在最终产品上形成便于冷却液存留的凹槽或凹洞。提高冷却和排渣效果。节块压坯组合时还可以进一步调节体积、密度的精度，实现最大程度的精密制造。
薄层叠合时可以根据各部位的不同要求，用含不同粒度，不同密度的磨料颗粒的薄层组合。刀具节块的两侧受到的磨耗远大于中间。所以节块两侧可以由磨料粒度较细，密度高的薄层构成。使节块两侧耐磨性最高。这样还带来的其他显著好处降低切割时的摩擦。切面也更光滑。有些被切物还需要在切割后打磨光滑。例如石材的装饰面等。这样的工具切割出的石材可以大大减少后继工作量。在粉末薄层还没因溶剂挥发完而彻底变硬前，可以把它们叠合于有三维形状的模具内，加压制成有三维形状的压坯。
压坯有不同的烧结方法。可以把压坯在烧结炉内，在保护、还原气氛下烧结。但最常使用的烧结方法是用石墨模具通以大电流加热、加压，用短时间烧结成。传统工艺经常是在半组合好的石墨模具内直接填料。精度差，速度慢。以1.6米左右直径的石材切割锯片为例，象这么大的锯片，外沿焊有108块刀头节块。一个熟练工一天只能装填两个到三个锯片所需的节块粉末。这种工艺对石墨模具的损伤也大。石墨模具的损耗占了成本的很大部分。先制备压坯，再装入模具烧结的生产方法不但有利于周转，还减轻了模具损耗。传统的方法也没法控制节块组织密度的均匀度。实际上在粉末冶金的经典理论中。也认定压坯组织的密度是根据压力流线的分布的，密度是不均匀的。以本发明的方法生产的压坯可以彻底推翻这种过时的理论。
本发明的方法还可以制造出超薄的工具。即使是大面积的、薄的切割工具也可以轻易造出。薄层间还可以加入增强层。还可以制造出片状、长条型节块。有些小直径的分切工具的节块很小。为了提高生产效率可以一次制造出联体的节块。然后再剪切开。异型的工具也很容易用此法生产出来。本发明可以彻底淘汰目前的生产方式。
本发明不但能制造出超越目前传统产品的性能的工具。还容易实现生产自动化。生产系统的柔性强。一条生产线可以生产不同产品而不须做出很大的变动。生产过程中没有粉末飘扬。有利于生产者的身体健康。减少了昂贵粉末的使用量。但丝毫不会降低制品的性能。实现了最大程度的精确制造。同时还给工程技术人员打开了广阔的设计空间。为进一步提高制品性能创造了条件。
实施例1分切石材荒料的大直径圆锯刀头节块。按前面所述方法在聚酯薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)或者聚乙烯膜上刮制粉末薄层。用于金刚石两侧的粉末薄层以高钴、细粒度粉末。(参考配方钴粉80％，羰机铁粉10％，碳化钨粉10％，都为300目以上细粉)其余不含金刚石的薄层可用廉价粉末(参考配方300目还原铁粉60％，300目663青铜粉40％)。磨料颗粒垂直点距1.0毫米，行距1.2毫米，每行垂直位错0.2毫米。节块两侧的金刚石的垂直点距0.8毫米，行距1毫米，垂直位错0.15毫米。两侧薄层的金刚石规格为50～60目，18公斤值以上。其他部位的金刚石为40～45，45～50级。16公斤值以上。
薄层在挥发掉溶剂而变硬后，揭除掉薄膜。将硬化后的粉末薄层叠合于挤压模腔内。磨料颗粒密度高的在两侧面。铺层总数根据平均重量/面积比达到节块要达到的厚度、密度。磨料颗粒的两侧由高钴的薄层构成。基体的其他部分由廉价粉末薄层构成。9毫米厚的刀头节块可由12～18层含磨料的工作层组成。(视石材的不同品种而定)工作层之间的基体是廉价粉末。有时为了调节耐磨度，可作适当的配方调节。压实后的压坯可用模具分切开，成为刀头节块压坯。压坯装填于组装好的石墨模具内，在热压机上以一定的升温、升压程序，在最高870摄氏度以下，烧结成刀头节块。再将节块焊于锯片上。
实施例2按照实施例1相同的生产步骤，可以制造往复切割的排锯刀头。排列磨料颗粒的方式不同，为水平排列。垂直方向均匀错位。行距小于每列颗粒间距。或者使排列线倾斜。
磨料颗粒周围的粉末可使用更高钴含量的。甚至完全用钴粉。以达到性能稳定性要求。
实施例3低成本的石材切割刀头。
由于有些石材硬度不高，易于切割。也可以把磨料颗粒直接与粉末和粘结剂做成的混合料压成薄片。用这些薄片作为主要工作层，可以适当添加少量的排列层。比如两侧。其他的生产步骤同上。这样生产效率也比传统方法高。
其他类产品如珩磨条、砂轮修整器等也同上。
本发明的特定实施例已对发明内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，不会超出本申请权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种可控成分结构具有三维排列磨粒的研磨和切割工具的制造方法，包括如下步骤(1)把粉末与粘结剂混和制成混合料；(2)将混合料制成薄层，组成重要切割层的薄层植入磨粒；(3)薄层硬化后，将多个薄层按设计要求叠和，加压，制成大面积压胚；(4)分切成小压胚，烧结，制成研磨和切割工具；或先预烧结，再分切，制成研磨和切割工具。
2.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(2)使用压延刮延法将混合料通过一个开口送到正向前运动的衬片上或两片衬片间，通过与衬片有合适间隙的刮刃或滚轮把衬片上的混合料刮成或轧成薄层。
3.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(2)使用印刷法用刮刀把混合料通过网版刮印到吸于平面上的衬片上。
4.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(2)制成薄层后，在其上嵌入磨粒。
5.根据权利要求5所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于嵌入磨粒的方法是A.将磨料用一个孔板工具排列于一平面上；B.将薄层吸于另一平面工具上；C.将两个平面平行压近，当距离很近时，磨料颗粒就会粘入或者嵌入薄层。
6.根据权利要求5所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于在旋转切割工具中的磨粒是排列在其拖尾后的降弧线上或近似降弧线上。
7.根据权利要求5所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于在直线切割工具中的磨粒按直线均匀排列或交错排列。
8.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(3)在把粉末薄层叠合时，添加其它粉末或增强材料到薄层之间或者磨料颗粒周围。
9.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(4)小压胚由大面积压胚分切制成。
10.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(4)大面积压胚是由冲压模具或激光分切成烧结为制品的小压胚，或者大面积压胚在预烧结后用水射流方法切开。
11.根据权利要求1所述的一种可控成分结构的研磨和切割工具的制造方法，其特征在于所述步骤(4)小压胚作为单元件在烧结模具中再次组合。
全文摘要
本发明公开了一种可控成分结构具有三维排列磨粒的研磨和切割工具的制造方法，包括如下步骤把粉末与粘结剂混和制成混合料；将混合料制成薄层，组成重要切割层的薄层植入磨粒；在切割层的薄层内植入磨料颗粒薄层硬化后，将多个薄层按设计要求叠和，加压，制成大压胚；分切成小压胚，烧结，制成研磨和切割工具；或先预烧结，再分切并进一步处理，然后最终烧结成研磨和切割工具。本发明可以使用超细粉末，也能够实现让贵重粉末聚集在磨料颗粒周围。本发明的磨粒的排列方式，在切割过程中更有效，能节约贵重材料，有效发挥贵重材料和功能材料的作用。
文档编号B24D18/00GK1907649SQ20061011172
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者侯志刚 申请人:侯志刚, 马熙庆, 孙诚