一种扇形金刚石刀头的制备方法与流程

本发明涉及金刚石刀具生产技术领域，具体为一种扇形金刚石刀头的制备方法。

背景技术：

为提高切割一些硬脆材料如陶瓷、大理石的切边效果，金刚石锯片的刀头形式一般采用扇形刀头，如zl96237478.4专利所述。该种刀头尺寸精度要求高，特别是刀头厚度方面，要求公差≤0.05mm。目前生产扇形刀头烧结生产技术主要采用将金刚石粉料或压坯装在石墨模具中，然后放进电阻烧结机的上下压头之间，石墨模具作为电阻发热元件，通过低电压大电流，并加上一定压力进行烧结。

专利号为zl200810071444.9的专利公开了“一种生产金刚石刀头的方法”，其采用电热烧结炉为工件提供温度场，装有金刚石刀头粉料或压坯的石墨模具均匀摆放在炉膛内，并在石墨模具外部套有模框，利用压力机构对模具施以一定的压力并保压，随温度逐渐升高，压力也逐渐加大，到达烧结温度后，在此温度点进行保压、保温40～60min，刀头热压烧结成型。

上述方法均采用石墨模具烧结，由于石墨气孔率大，在热压时，熔融液态的金属有可能被挤入孔隙中，模具变脆易开裂，或在脱模时使模壁拉毛、变形而影响使用次数。石墨模具与空气接触部位在450～500℃时即发生氧化、烧损，使强度下降而不能使用。石墨模具烧结生产的刀头，需要去除毛刺、废边，尺寸精度控制差，质量波动大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种扇形金刚石刀头的制备方法，该制备方法采用耐热钢模，在钟罩热压烧结炉中烧结制成扇形金刚石刀头。该制备方法解决了现有使用石墨模具生产扇形金刚石刀头无法克服的一些技术问题，利用本发明方法可以提高扇形刀头厚度尺寸精度，刀头硬度和烧结密度，以及刀头质量的稳定性，并显著提高制作刀头模具的使用寿命，降低模具使用成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种扇形金刚石刀头的制备方法，包括成型、装模、入炉烧结、脱模，具体为：

（1）成型：将金刚石和金属粉末混合均匀，将混合粉末压制成扇形毛坯刀头；

（2）装模：在耐热钢模与扇形毛坯刀头的接触面上，以及扇形毛坯刀头与扇形毛坯刀头的接触面上均涂上脱模剂，将扇形毛坯刀头放入耐热钢模内；

（3）入炉烧结：将耐热钢模放置在钟罩热压烧结炉的下压头上，升至炉膛内进行烧结；

（4）脱模：烧结完毕后，卸压、冷却，在室温下脱模，即可获得扇形金刚石刀头。

作为本发明优选的，所述步骤（1）中，将混合粉末制粒后压制成扇形毛坯刀头。

作为本发明优选的，所述步骤（2）中，脱模剂为石墨乳或立方氮化硼的酒精溶液。本发明中石墨乳为市售产品；立方氮化硼的酒精溶液是将适量的立方氮化硼溶于酒精中，形成乳状产品即可，所用酒精浓度没有特殊限制。

作为本发明优选的，所述步骤（2）中，耐热钢模包括中心孔定位轴、上盖片、中片、垫片、下盖片，将扇形毛坯刀头放入耐热钢模的具体过程为：通过中心孔定位轴将下盖片、垫片组装好；将扇形毛坯刀头围绕垫片组装一圈，扇形毛坯刀头相邻两端靠紧，若最后剩余的间隙不够一个扇形毛坯刀头的空间则用堵头塞上；然后盖上一片中片；再将一片垫片组装上，再摆放好扇形毛坯刀头；重复上述操作，将装置好的扇形毛坯刀头叠加组装起来，盖上上盖片，即完成装模过程。

作为本发明优选的，所述步骤（3）中，烧结过程中，通入氮气或氢气进行保护。

作为本发明优选的，所述步骤（3）中，烧结过程中，炉温到达450~600℃时，保温10~30min，用于排净扇形毛坯刀头中添加的制粒剂杂质；炉温达到烧结温度后，保温30~60min，在保温时间结束前的10~30min进行加压，根据耐热钢模的上压片或下压片的面积施加压力，施加的单位压力为10~30mpa/m²。

作为本发明优选的，所述耐热钢模中的中心孔定位轴、上盖片、中片、垫片、下盖片为耐热合金钢材质。本发明中耐热合金钢材质可以选择奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。

作为本发明优选的，所述堵头的材质为耐热合金钢材质或石墨材质。

作为本发明优选的，所述垫片的厚度与要加工的成型扇形刀头的厚度相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用本发明的制备方法制作金刚石扇形刀头，烧结耐热钢模替代石墨模具，石墨模具使用次数一般为8~10次，耐热钢模可反复使用上千次，而且即使变形后仍可修理后使用，大大降低了模具费用。

2、因为扇形刀头两侧不是平行的，不能采用沿刀头高度方向压制烧结，一般采用侧向压制烧结（即沿刀头厚度方向压制），由于石墨耐用度差，易烧损，用两次后便在尺寸上很难保证，刀头在厚度上尺寸公差较大，大小头较严重，用石墨模具烧结，刀头控制到≤0.1mm便较为困难。采用耐热钢模烧结，由于模具表面精度高，不易变形，因此刀头厚度方向精度较高，可控制到≤0.05mm。

3、采用本发明的制备方法，用同一套耐热钢模，只要更改中间垫片的厚度便可生产同样规格的不同厚度的扇形刀头，实用简单。

4、本发明的制备方法中烧结时采用钟罩热压烧结炉，通入保护气体可防止刀头坯料氧化，可通入氢气起到还原刀头坯料的作用，因此对刀头坯料的放置的时间要求较宽，对生产安排较便利。采用钟罩电阻热压烧结炉烧结时间为2.5~3.5h，每炉可生产50~60片锯片刀头，刀头烧结合金化好，烧结密度高，硬度高，批量稳定、效率高。

附图说明

图1为本发明装炉后的结构示意图；

图2为本发明扇形毛坯刀头装模方式的示意图；

图中，1、外罩，2、石英砂，3、耐热钢模，3-1、上盖片，3-2、中片，3-3、扇形毛坯刀头，3-4、垫片，3-5、下盖片，3-6、堵头，3-7、中心孔定位轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明提供一种扇形金刚石刀头的制备方法，包括成型、装模、入炉烧结、脱模，具体为：

（1）成型：将金刚石和金属粉末混合均匀，制粒后将混合粉末在压机上压制成扇形毛坯刀头。扇形毛坯刀头的成型模具设计时，在扇形毛坯刀头高度上及长度上尺寸稍小于成品刀头尺寸，要根据不同金刚石刀头粉料的弹性后效考虑其工差尺寸，保证成型毛坯刀头能够顺利装入烧结钢模中。

（2）装模：在耐热钢模与扇形毛坯刀头的接触面上，以及扇形毛坯刀头与扇形毛坯刀头的接触面上（即扇形毛坯刀头长度方向的两端）均涂上脱模剂，将扇形毛坯刀头放入耐热钢模内。本实施例中，脱模剂选用市售的石墨乳。

（3）入炉烧结：将耐热钢模放置在钟罩热压烧结炉的下压头上，升至炉膛内进行烧结。

图1示出了装炉后的示意图。如图1所示，将组装好的耐热钢模3放入烧结炉中的下压头和上压头之间，下压头放置在石英砂2中，耐热钢模3外有外罩1保护，外罩1为耐热不锈钢材质。其中耐热钢模3包括中心孔定位轴3-7、上盖片3-1、中片3-2、垫片3-4、下盖片3-5，将扇形毛坯刀头3-3放入耐热钢模3的具体过程为：通过中心孔定位轴3-7将下盖片3-5、垫片3-4组装好；将扇形毛坯刀头3-3围绕垫片3-4组装一圈，扇形毛坯刀头3-3相邻两端靠紧，若最后剩余的间隙不够一个扇形毛坯刀头3-3的空间则用堵头3-6塞上；然后盖上一片中片3-2；再将一片垫片3-4组装上，再摆放好扇形毛坯刀头3-3；重复上述操作，将装置好的扇形毛坯刀头3-3叠加组装起来，盖上上盖片3-1，即完成装模过程。

本发明中，所述耐热钢模3中的中心孔定位轴3-7、上盖片3-1、中片3-2、垫片3-4、下盖片3-5为耐热合金钢材质，可以选择奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等。堵头的材质为耐热合金钢材质或石墨材质。垫片3-4的厚度是根据刀头的厚度进行加工，即所述垫片的厚度与要加工的成型刀头的厚度相同。刀头厚度为1.8mm，垫片厚度加工为1.8mm。

烧结过程中，通入保护气（氮气或氢气）通电进行烧结。当炉温到达450~600℃时，保温10~30min，用于排净扇形毛坯刀头中添加的制粒剂杂质；炉温达到烧结温度后，保温30~60min，在保温时间结束前的10~30min进行加压，根据耐热钢模的上压片或下压片的面积施加压力，施加的单位压力为10~30mpa/m²。作为本发明的一种实施方式，烧结过程中通入氮气，当炉温到达500℃时，保温25min；当炉温达到烧结温度后，保温45min，在烧结温度的保温时间结束前的15min时开始加压，施加的压力为耐热钢模上压片面积的15倍，即施加的单位压力为上压片面积的15mpa。

（4）脱模：烧结完毕后，卸压、冷却，在室温下脱模，即可获得扇形金刚石刀头。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。