磨边轮及其制造方法与流程

本发明属于磨具技术领域，具体涉及到磨边轮及其制造方法。

背景技术：

磨边轮已经广泛应用于玻璃、石材、陶瓷等材料的磨削及抛光等，传统的磨边轮有两种结构及制造方法：

1、如专利申请号为200810049090.8的发明所公开的玻璃磨边轮，由下述重量份配比的原料制备而成：A.配比：白刚玉粉料：170份，500目以上；偶联剂：0.5-1份；EP树脂：21-29份；PF树脂：20-32份，320目以上；硅酸盐填料：40-60份，320目以上；聚乙烯醇缩丁醛：0.5-2份；B.制备方法：1.首先将白刚玉粉料做混前偶联剂处理，然后加入EP树脂混合均匀，再加入PF树脂、填料、聚乙烯醇缩丁醛进行充分搅拌；2.将第一步所得混合料装入模具内进行冷压成型，压力13MPA以上；3.将第二步制成的毛坯放入烘箱里加热，然后停止加热，自然冷却即得成品。该种磨边轮采用一体化成型的方法，虽然结构稳固，但是由于中部基体与边缘的工作部分材料一致，当需要提高磨边轮的硬度时，中部基体势必也必须采用价格昂贵的材料制成，因此成本较高。

2、如专利申请号为200610053515.3的发明所公开的微晶玻璃金刚石磨边轮，该金刚石磨边轮由铝质基体及青铜结合剂构成，而青铜结合剂则由金层和过渡层两种不同组份组成，金层结合剂的成份质量配比为：CU：35～59%、SN：13～15%、CO：15～35%、NI：3%、TI：3%、C：1～6%，过渡层的成份质量配比为：CU：80～84%、SN：13～15%、NI：3～5%，而金刚石磨料采用MBD8和MBD10或相类似强度和硬度的型号，其粒度为140/170或170/200目，浓度为50%～75%。该种磨边轮铝制基体与青铜结合剂采用镶嵌的方法连接，结构不够稳固，容易在工作过程中脱离，形成安全隐患。

目前急需一种成本低廉、结构稳固可靠的磨边轮。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种成本低廉、结构稳固可靠的磨边轮及其制造方法。

本发明的磨边轮由基体、过渡环和刀头环构成，所述过渡环位于基体与刀头环之间，且基体与过渡环为过盈配合，过渡环与刀头环熔接。

具体来说，所述基体为铝合金基体，所述过渡环为单一种类金属制成或者合金制成，所述刀头环由掺杂有金刚石粉或金刚石颗粒的金属合金粉制成。另外，在未将基体与过渡环装配在一起之前，所述过渡环的内径小于基体的外径，两者的差值在0.09～0.14mm之间；所述基体的热膨胀系数大于过渡环的热膨胀系数；在未将刀头环与过渡环装配在一起之前，刀头环的内径大于过渡环的外径，两者的差值在0.04～0.10mm之间。

上述的磨边轮的制造方法如下：

A：分别制成刀头环、过渡环和基体；

B：将制好的刀头环和过渡环一起放入模具中，按照设定的升温加压的工艺曲线，在高温环境下对刀头环毛坯和过渡环毛坯加压，使刀头环和过渡环熔接在一起，再卸压和降温，得到工作环；

C：将工作环加热，使工作环受热膨胀，将基体放入到工作环内，然后冷却，利用基体和过渡环的热膨胀系数的不同，使基体和过渡环呈过盈配合，从而将基体与工作环固定连接。

刀头环和过渡环的材质相近，因此热膨胀系数也接近，将两者熔接后形成一个较为稳定的工作环，通过加热、再冷却的方式使基体和过渡环呈过盈配合，能够充分保证两者的连接稳定可靠。

进一步地，所述A步骤中，首先将金刚石粉与对应的功能金属粉在干燥的情况下混合均匀得到干料；然后取小部分干料与液体石蜡或甘油三酯混合均匀得到湿料，再把湿料与剩余的干料混合均匀；所述金刚石粉与功能金属粉的混合粉与液体石蜡或甘油三酯的重量比例是1000：20～1000：80。用液体石蜡或者甘油三酯润湿干料的好处如下：1、避免金刚石粉、各种金属粉因比重的不同而造成混合不均匀；2、润湿后的粉末，干燥度适中，利于冷压成形，成形毛坯有足够的强度；3、在后续冷压成毛坯、装毛坯至热压模具中的过程中，不会扬尘，避免伤害工人和污染环境；4、液体石蜡和甘油三酯的粘度适中，而且在500～600℃之间会烧损挥发，不会污染胎体合金。另外，两次混合过程中，第一次干料混合，是由于各种金属粉的比重和粒径不同，干混容易使各种粉料混合均匀，湿混容易偏析，造成混合不均匀；第二次湿混，是由于第一次干混得到了较均匀的混合料，取小部分干料与液体石蜡或甘油三酯，通过搅拌混合均匀，得到较湿的湿料，通过较湿的湿料与干料三维滚动混合传递润湿剂，得到润湿度一致的混合料。

进一步地，所述B步骤中，在形成工作环后，对过渡环的内径进行精确加工，以使过渡环的内径在预定范围内。

由于是利用过盈配合的方式来接连基体与工作环的，因此对工作环的内径和基体的外径的精度要求非常高，否则就会出现工作环无法套入到基体上，或者工作环与基体的过盈配合不够而导致连接不稳定等情形。一般来说，刀头环和过渡环都是热压成型的，成型的精度较低，而由于存在金刚石粉或金刚石颗粒，刀头环是难以精密加工其内径的，将过渡环与刀头环熔接后，不含有金刚石粉或金刚石颗粒的过渡环就成了工作环的内环，只要在熔接之后，精确加工过渡环的内环，即可保证工作环的内径，而基体的外径是比较容易精确加工的，这样就保证了基体与工作环的连接可靠。

进一步地，B步骤中所述的升温加压的工艺曲线如下：起始压强为0.5MPa，在6分钟之内，使模具内的温度上升到650℃；再将压强增加至1.2MPa，在5分钟之内，将模具内的温度从650℃上升到900℃；再将压强增加至3.1MPa，并在900℃的温度下保持5分钟，烧结完毕；然后再在数秒内卸去压力并降温，降温至200℃时出炉，然后自然冷却至室温，取出熔接成一体的工作环。分段加压和逐渐升温，主要是根据金属粉的烧结性能、软化温度、致密化程度来设定的，以确保得到的合金化程度、密度及强度满足要求，而金刚石又损伤较少。在本案中，起始压力尽量小，防止冷压毛坯碎裂，但又要有足够压力，使冷压毛坯尽量密实，并隔绝空气；中间阶段压力要适中，650～900℃之间，是粉末软化的过程，压力太大会压坏石墨模具，压力太小，工作环的致密度不够，空隙过多；最后压力要尽量大，但要在石墨模具能承受的压力内。上述卸压应该在瞬间（数秒内）完成，因为降温速度很快，不可控，如果温度已经很低了，压力仍然很大，会压爆石墨模具。

本发明的磨边轮结构简单，其基体采用了与刀头不同的材质，可以大大降低成本，同时通过设置过渡环和采用特殊的制造方法，使得基体与刀头之间的连接稳定可靠，具有很好的实用性和商业价值。

附图说明

图1是本发明的磨边轮的结构示意图。

图2是热压模具的结构剖视图。

图3是热压过程中的升温加压工艺曲线图。

附图标示：1、基体；2、过渡环；3、刀头环；4、外环；5、内环；6、上压头；7、下压头。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图所示，本实施例的磨边轮由基体1、过渡环2和刀头环3构成，所述过渡环2位于基体1与刀头环3之间，且基体1与过渡环2为过盈配合，过渡环2与刀头环3熔接；所述基体1为机加工形成的圆盘状铝合金基体1，过渡环2是由铜粉、锌粉、锡粉、铜锡合金粉、铁粉通过热压所制成的环状体，刀头环3是由掺杂有金刚石粉的金属合金粉热压成型的环状体，其中基体1的热膨胀系数大于过渡环2的热膨胀系数，过渡环2的热膨胀系数与刀头环3的热膨胀系数相近。

铝合金基体1的成分如下（重量百分比）：硅：0.6～1.2%，铁：1.0，铜：3.5～4.5%，锰：0.2，镁：0.45～0.9%，铬：0.1%，锌：0.25%，镍：1.7～2.3%，其余为铝，基体1的热膨胀系数为0.0000230～0.0000234 mm/℃。

过渡环2的功能金属粉由铜粉、锌粉、锡粉、铜锡合金粉、铁粉混合而成，所述铜锡合金粉中铜与锡的含量比为90：10，所述铜粉、锡粉、锌粉、铜锡合金粉的粒径是30～50微米，铁粉的粒径是5～10微米；所述过渡环的功能金属粉中各成分的重量比例如下：铜粉50～74%、锡粉5～9%、锌粉3～11%、铜锡合金粉20～38%、铁粉4～9%。在过渡环的功能金属粉中，铜粉的作用是增加合金的韧性和延展性；锡粉的作用是烧结时产生液相，软化合金，降低合金的烧结温度；锌粉的作用是与铜粉、铁粉、锡粉形成互溶相体，固结液相，增加合金的脆性，提高合金的可加工性；铜锡合金粉的作用是软化合金，改善合金的烧结性能，提高合金的致密度。以上过渡环2烧结成形后的合金的硬度HRB为65～80，热膨胀系数为0.0000135～0.0000155 mm/℃。

刀头环3中的金刚石粉的粒径是53～212微米，浓度范围是30%～60%；功能金属粉由铜粉、锌粉、锡粉、铜锡合金粉、钴粉、镍粉、铬粉混合而成，所述铜锡合金粉中铜与锡的含量比为90：10，所述铜粉、锡粉、锌粉、铜锡合金粉、铬粉的粒径是30～50微米，钴粉和镍粉的粒径是3～8微米；功能金属粉中各成分的重量比例如下：铜粉50～65%、锡粉5～8%、锌粉3～8%、铜锡合金粉17～25%、铬粉1～3%、钴粉6～11%、镍粉3～10%；上述功能性金属粉中，铜粉的作用是增加胎体的韧性和延展性；锡粉的作用是烧结时产生液相，软化胎体，降低胎体的烧结温度；锌粉的作用是与铜粉、铁粉、锡粉形成互溶合金，固结液相，增加胎体的脆性，提高胎体的锋利度；铜锡合金粉的作用是软化胎体，改善胎体的烧结性能，提高胎体的致密度；钴粉是主要成分，其烧结强度高，韧性和耐磨性好；镍粉的作用是增加耐磨性；铬粉的作用是增加胎体对金刚石粉的把持力。以上刀头环3烧结成形后的胎体的硬度HRB为75～90，热膨胀系数为0.0000124～0.0000150 mm/℃。

上述的磨边轮的制造方法包括如下步骤：

A：将过渡环2的功能金属粉混合均匀并放入冷压钢模内，在冷压机上冷压成形过渡环毛坯；将刀头环3的金刚石粉与对应的功能金属粉混合均匀并放入冷压钢模内，在冷压机上冷压成形刀头环毛坯；过渡环2冷压毛坯的外径为135 mm，刀头环3冷压毛坯的外径为150 mm，一般来说，刀头环3冷压毛坯的内径比过渡环2冷压毛坯的外径大0.04～0.10mm；通过机加工的方式制成基体1。

B：将刀头环毛坯套入过渡环毛坯，放入一个具有环形槽的热压模具（本实施例采用石墨模具）内，按照设定的升温加压的工艺曲线，在高温环境下对刀头环毛坯和过渡环毛坯加压，采用上下双向（即平行于刀头环3及过渡环2的轴线方向）加压的方式，使模具内的刀头环毛坯和过渡环毛坯热压至预定的胎体合金密度，最后再卸压和降温，得到由刀头环3和过渡环2熔接在一起而形成的工作环；上述热压模具的结构如图2所示，由外环4、内环5和夹设于内环5与外环4之间的环状上压头6、环状下压头7构成，外环4、内环5、下压头7之间形成了环形槽体，将刀头环3及过渡环2放入该环形槽体后，再放入上压头6，在热压过程中，通过上压头6、下压头7对刀头环3及过渡环2施加压力；

C：形成工作环后，对工作环的内径（即过渡环2的内径）进行机加工，以使工作环的内径在预定范围内；并利用机加工的方式制成基体1，在本实施例中，过渡环2和刀头环3熔接一起成为工作环，工作环机加工后的内径为105 mm，一般来说，工作环的内径要小于基体1的外径，两者的差值在0.09～0.14mm之间；

D：将基体1和工作环加热至100℃～120℃，然后将基体1放入到工作环内，然后冷却，利用基体1和过渡环2的热膨胀系数的不同，使基体1和过渡环2呈过盈配合，从而将基体1与工作环固定连接。

进一步地，所述A步骤中，首先将金刚石粉与对应的功能金属粉在干燥的情况下混合均匀得到干料；然后取小部分干料与液体石蜡或甘油三酯混合均匀得到湿料，再把湿料与剩余的干料混合均匀；所述金刚石粉与功能金属粉的混合粉与液体石蜡或甘油三酯的重量比例是1000：20～1000：80。

具体来说，B步骤中所述的升温加压的工艺曲线如下：起始压强为0.5MPa，在6分钟之内，使模具内的温度上升到650℃；再将压强增加至1.2MPa，在5分钟之内，将模具内的温度从650℃上升到900℃；再将压强增加至3.1MPa，并在900℃的温度下保持5分钟，烧结完毕；然后再在数秒内卸去压力并降温，降温至200℃时出炉，然后自然冷却至室温，取出熔接成一体的工作环。