[发明专利]一种基于孔模板技术的多种磨料协同排布工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于孔模板技术的多种磨料协同排布工艺，其属于超硬磨料工具制造领域。

背景技术：

传统的固结磨料工具按照结合剂不同可分为树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂(包括电镀及烧结)、金刚石工具等几类，这些金刚石工具在生产中的大量应用，极大提升了加工业的总体水平和能力，也改变了加工业的原有面貌，但不论是单层电镀的还是多层烧结(热固化)的金刚石固结磨料工具，磨料只是被机械包埋镶嵌在镀层或胎体金属中，其界面缺乏结合力，在负荷较重的高效磨削作业中，砂轮磨粒或镀层易脱落，为增加把持力就必须增加结合剂层厚度，其结果又会带来磨粒裸露高度和容屑空间减小，工具容易堵塞等问题。

为了从根本上提高磨粒、结合剂、基体三者间的结合强度，国内外在上世纪90年代初期开始着力研究用高温钎焊技术替代电镀开发单层金刚石磨料工具，研究结果表明，高温钎焊可以实现金刚石磨粒和基体高的结合强度，在重负荷磨削加工过程中，高温钎焊金刚石工具可以有效避免磨粒、结合剂层的脱落与剥落，磨粒的利用更加充分，砂轮寿命更高。此外，由于高的界面结合强度，结合剂层厚度只需维持在磨粒高度的30％左右就能够牢固地把持住磨粒，这样钎焊砂轮极大扩展了其容屑空间。相对于传统砂轮，钎焊砂轮的这些优异性能所显示出的加工优越性是非常明显的。

随着钎焊金刚石工具的进一步工业化应用，遇到了一系列加工应用难题，主要是针对不同的加工材料，单一粒度的磨料适应范围低，难以在一个较广的加工范围内均表面优异。以国家高铁建设中所用到的轨道板切削为例。博格板承接钢轨处需要磨削加工，两侧面出露的螺纹钢头及混凝土部分必须切除，传统金刚石锯片在使用过程中暴露出锯片寿命低、加工效率低的问题。后期制备的单层钎焊金刚石锯片样品进行试切割时，在切割初期时，单层钎焊金刚石工具的优势非常明显，切割效率较快，切割平稳，锯片不烧伤，切口平直，负载小，性能优异。但随着切割的进行，部分混凝土粉末及切削产生的切屑粘附于锯片之上，造成磨粒出露降低，切割效率下降，进一步损伤金刚石磨粒，使锯片温度升高，磨粒石墨化，形成恶性循环，导致锯片负载过大无法继续使用。实例说明，单一类型的磨粒工具在应用时难以发挥出长效、稳定的特点，需要新型的制备理论及制备方法来提高钎焊工具的性能。

而随着研究的深入发现，对于难加工的黑色金属材料，传统的单一类型磨料工具难以有效加工，钎焊金刚石工具加工黑色金属材料时散热性能好，但因容易高温石墨化难以高效快速加工；而钎焊CBN(立方氮化硼)工具虽然具有较好的加工黑色金属的性能，但在加工中遇到高温时易与水发生反应，降低其性能，而多数情况下加工条件中都会用到冷却液。碳化硅及三氧化二铝磨料虽然磨料锋利，加工表面质量较高，但磨损量大，消耗快，不适于高端机床加工。目前，钎焊工具的研究主要集中在金刚石磨料的钎焊，金刚石磨料、立方氮化硼磨料、碳化硅磨料、三氧化二铝磨料等多种磨料的同时钎焊以制作寿命更长、加工效率更高的工具的研究尚未涉及。此外，目前市场上还会遇到多种复合材料、混合结构材料等加工新问题，传统的单一类型工具，无论是烧结工具还是钎焊、电镀工具都难以进行。

将多种磨料协同排布于同一个单层钎焊工具中具有较大的困难，这是由于每一种磨料的几何外形是不一致的，常规的排布技术难以将磨料均匀排布，且在多种磨料协同排布时，每一种磨料的粒度不一致，难以做到每种磨料的均匀分布，有可能出现大粒度与小粒度磨料不能均匀分布的现象。传统的磨料排布工艺多集中于单种磨料的有序或者多层结构设计，所针对磨料规格与形状要求较为一致，对于多种磨料的不同形状具有一定的困难。

此外对于多种磨料排布的单层工具的钎焊制备工艺目前尚未有报道涉及，主要是由于目前单种磨料排布技术尚在发展之中，并且对实际生产问题的科学转化尚有一定的滞后，多种磨料排布理论及工艺尚处于理论提出和完善阶段。

综上可知，为了进一步提高超硬磨料工具行业的应用水平，需要一种新的磨料磨具制备理论，即利用多种磨料的优势，并利用合理的制造工艺及制备方法，将其集合于一种工具中，制备出一种新型的磨料工具，使其能够在一些新型领域发挥更大更广泛的作用。

发明内容：

本发明基于孔模板技术的多种磨料协同排布工艺是基于传统钎焊单层超硬磨料工具的制备特点提出的新型超硬磨料工具磨料排布技术，多种磨料的协同排布，通过粒度与磨料种类的不同，形成三维空间结构，实现持续加工效果，并且由于多种磨料的使用，充分有效地利用多种磨料的特点，利用特定的孔模板技术，将其统一地综合到一种加工工具中去，扩大了传统加工工具的应用范围。