專利名稱：磨料顆粒均勻分布在胎體中的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種使磨料(金剛石或碳化鎢、氧化鋁等)均勻分布在胎體中的方法，它適用于磨具制造業(yè)。本發(fā)明提供了一種先制備以磨料顆粒為核心，所需的胎體粉為包裹體的球丸，再由球丸制成磨具的方法。
以前用磨料制造磨具時，由于磨料粒度與胎體粉的粒度相差懸殊，比重又不同，使磨料顆粒在胎體中很難均勻分布，使燒結(jié)出來的制品在使用過程中易產(chǎn)生磨料顆粒密集處脫粒，而在稀疏處拉溝等情況，甚至引起制品的裂紋或掉塊，影響了制品的質(zhì)量。
在美國專利US3316073中給出了一種用金屬粉末包裹金剛砂的球丸制造方法。該方法是把作為粘結(jié)物的固態(tài)有機(jī)物如糊精、石臘各以重量的1%加入胎體粉中，然后往滾動的磨料顆粒上噴灑細(xì)小的水霧，待磨料顆粒潤濕后撒上上述的帶有粘結(jié)物的胎體粉，制成球丸?；蛘哂孟x膠劑做粘結(jié)劑制做球丸。前者用的粘結(jié)物是固態(tài)，與水微溶或難溶水，故不能象液態(tài)那樣能均勻地復(fù)蓋在磨料表面上，因而易產(chǎn)生粘結(jié)不均勻的情況。另外，噴灑水霧易使胎體中的金屬氧化，影響制品的胎體性能。而后者使用的蟲膠劑灰分較大，易污染胎體粉，影響制品的質(zhì)量。另外，在該專利的制丸方法中，使用的容器的軸線與水平面的傾角是固定的，不能隨球丸重量的增加適當(dāng)?shù)卣{(diào)整傾角來獲得有利于球丸滾動的離心力。因而使得有些磨料顆粒不能被裹上粉料，無法形成球丸。
為此，本發(fā)明提出了一種使磨料如(金剛石或碳化鎢、碳化硅、氧化鋁等)顆粒均勻分布在胎體中的方法。該方法通過把磨料(金剛石、碳化鎢、碳化硅、氧化鋁等)顆粒與胎體粉混合，并采用無灰分的粘結(jié)劑，使磨料顆粒在旋轉(zhuǎn)的容器中滾動，制成以磨料顆粒為核心，外裹胎體粉的球丸，使磨料顆粒被胎體粉均勻地隔離開。然后把上述方法制成的球丸裝入模具中，經(jīng)過燒結(jié)制成磨具。用此法制成的磨具中磨料顆粒分布均勻，大大地提高了使用壽命。
本發(fā)明的方法是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的先將磨料(金剛石或碳化鎢、碳化硅、氧化鋁等)顆粒放在旋轉(zhuǎn)的鼓形容器中滾動，旋轉(zhuǎn)速度最好為50～60轉(zhuǎn)/分，容器軸線與水平面成一傾角，初始角度最好為60°，該傾角隨球丸體積變大而逐漸變小，其最佳范圍為60°～35°。首先往滾動的磨料顆粒上噴上一層粘結(jié)劑，本發(fā)明采用的粘結(jié)劑為乙醇和丙三醇的混合液，或乙醇與乙二醇的混合液，這些混合液沒有灰分，且有足夠的粘度，也不影響胎體粉的性能。待磨料顆粒充分潤濕后撒上一層胎體粉，在上述粘結(jié)劑的粘結(jié)下，胎體粉就包裹在磨料顆粒的表面上。然后再向滾動的用胎體粉包裹的磨料顆粒上噴上述混合液，待用胎體粉包裹的磨料顆粒充分潤濕后再撒上一層胎體粉，如此反復(fù)進(jìn)行噴液，撒粉過程，并在其間隨著球丸體積的增加，不斷調(diào)節(jié)容器軸線與水平面的傾角，傾角由初始的角度逐漸變小，以使容器中的球丸能充分滾動。所噴的混合液量以既不使磨料顆粒或球丸彼此粘結(jié)，又要充分潤濕為適，每次噴液量及撒粉量隨球丸體積的增加而增加，最好使每次加入的粉量能全部包在磨料顆粒或球丸上，如若過量也可經(jīng)過篩后再加入。如此反復(fù)多次的噴液和撒粉，磨料顆?；蚯蛲杈驮跐L動中粘上一層層胎體粉，并在滾動中將粉壓實(shí)在自己的表面上，最后形成以磨料顆粒為核心，外包均勻厚度的胎體粉，并有一定強(qiáng)度的球丸。由于采用的粘結(jié)劑很利于噴灑，容器中的顆粒滾動充分，所以制取的球丸體積較均一。容器停止?jié)L動時的容器軸線與水平面的傾角最好為35°左右。
制成球丸后，將體積均一的球丸放在模具中，磨料顆粒之間的距離基本是相等的，如圖I所示。將這些球丸冷壓制成所需的成品形狀的胎體，這時仍不影響磨料顆粒的均勻分布。由于所采用的粘結(jié)劑沸點(diǎn)較低，放在真空干燥箱中，2～3小時即可烘干。將烘干后的胎體熱壓燒結(jié)，就能得到磨料顆粒均勻分布的制品。制品用的磨料可以是80目以粗的金剛石。也可以是80目以粗的碳化鎢、碳化硅、氧化鋁……等。做為球丸核心的磨料顆?？梢允窍嗤６鹊?，也可以是不同粒度的。雖然不同粒度的磨料制成的產(chǎn)品均勻性差些，但也可達(dá)到其所能達(dá)到的最好的均勻度。
影響制造均一體積球丸的因素很多，采用本發(fā)明的方法有以下的優(yōu)點(diǎn)1.在性能合適，并能形成噴霧的情況下，粘結(jié)劑越粘越好，越粘則磨料顆粒間的潤滑越好，粘結(jié)也容易，形成的球丸不易破碎。滾動好，易形成體積均一的球丸，本發(fā)明采用的粘結(jié)劑具有能形成噴霧和有足夠粘度的優(yōu)點(diǎn)。
2.在磨料顆粒及粘結(jié)劑的種類確定的情況下，是否能制成理想的球丸的決定因素在于容器中的磨料是否能充分地滾動，而滾動的好壞又取決于容器轉(zhuǎn)動時給磨料的離心力作用。由一定的離心力產(chǎn)生的顆粒與容器壁的摩擦力將磨料顆粒帶到一定的高度。然后靠其自身的重力作用沿傾斜的容器曲面而滾下，若在滾動著的顆粒表面上噴液或撒粉，則顆粒整個表面都能被充分潤濕，并能層層均勻地裹粉，因而使顆?；蚯蛲璁a(chǎn)生滾動的離心力是最合適的。若離心力過小，則由較小的離心力所產(chǎn)生的顆?；蚯蛲枧c容器壁的摩擦力也較小，這樣不能將其帶到較高的高度，再加上它們的重力及彼此間摩擦力的作用，使它們只能在所處的位置上擺動，影響了表面的潤濕和裹粉。若離心力較大時，則顆粒或球丸隨容器壁一起上升到一定的高度后，在重力作用下自由落下，這樣就產(chǎn)生了顆?；蚯蛲栝g的沖擊作用，易使剛剛包上的胎體粉脫落，不利于制作球丸。若離心力過大，超過了顆粒的重力，使一部分顆粒貼在容器壁上與容器壁處于相對靜止的狀態(tài)，則更不利于球丸的形成。因而在制作球丸時，必須讓容器中的顆粒進(jìn)行滾動，這就需要調(diào)節(jié)適合于顆粒滾動的離心力的大小。因?yàn)镕＝ (G)/(g) ρW2。式中F-磨料顆粒受的總離心力;g-重力加速度;ρ-磨料顆粒的重心向徑;W-容器的轉(zhuǎn)動角速度;G-磨料顆粒的總重量。由上式可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時F與G、ρ成正比。由于對磨料顆粒不斷的噴液和撒粉，G值在不斷增大，故F值也不斷增加，為保證適合于顆?；蚯蛲铦L動的離心力，只有通過變化容器的軸線與水平面的傾角以改變ρ的數(shù)值來達(dá)到。ρ的數(shù)值隨著容器軸線與水平面的傾角的增加而減小，因而我們在制球時，隨球丸重量不斷增加，將容器的軸線與水平面的傾角做由大到小的調(diào)節(jié)則可使全部磨料顆粒形成體積均一的球丸。球丸形成率達(dá)100%。
下面是采用本發(fā)明方法制造的金剛石磨具將60目金剛石36g放在旋轉(zhuǎn)的鼓形容器中滾動，其轉(zhuǎn)速為55轉(zhuǎn)/分，此時容器軸線與水平面的傾角為60°左右，往滾動的金剛石表面噴一層乙醇與丙三醇混合液，待金剛石表面充分潤濕后，撒上一層金屬混合粉，待金屬混合粉被粘上，并經(jīng)滾動被壓實(shí)后，再噴液，再撒金屬混合粉。液量要使金剛石表面充分潤濕又不互相粘結(jié)。撒粉量控制在使其能全部包在金剛石表面上。隨著混合液和金屬混合粉的加入，以金剛石為核心的球丸初步形成，并在不斷增大其體積和重量。這時，要適當(dāng)?shù)販p小容器的傾角。以保證球丸的充分滾動。如此反復(fù)多次，即制成了以60目金剛石為核心，外裹金屬混合粉的體積均一的球丸。此時容器的傾角已減小到35°左右。
制成后的球丸總重量為407.2g其中30～36目球丸367.1g占總重量的90.13%36目球丸39.7g占總重量的9.8%46目球丸0.2g占總重量的0.049%所用的金剛石全部制成球丸，所加的金屬混合粉也被均勻地包裹在金剛石上。

圖1中的照片是用本發(fā)明方法制成的金剛石球丸。
另外采用乙醇和乙二醇混合液為粘結(jié)劑時其效果也相同。
球丸制成后無需過篩就可將其直接放入模具中，制成金剛石鉆頭。其過程是把用粘結(jié)劑潤濕的金屬混合粉，根據(jù)水口數(shù)量、定量分成若干等分放入模具中，壓實(shí)，形成鉆頭的水口部分。然后把定量的球丸放入用水口隔開的模具空隙中，形成鉆頭的工作層部分。上面再加上一定量的上述潤濕過的金屬混合粉，以形成金剛石鉆頭的非工作層部分。用鉆頭鋼體為壓頭進(jìn)行冷壓，就得到了成型的金剛石鉆頭，把它放在真空干燥箱中烘干后，進(jìn)行熱壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度根據(jù)所采用的金屬混合粉的性能而定，這樣金剛石均布的成品鉆頭就制成了。
用本發(fā)明方法制成的金剛石鉆頭，金剛石包鑲牢固，強(qiáng)度高。在某礦區(qū)已做了試驗(yàn)。圖2中的照片為使用以前的方法制造的金剛石鉆頭，其金剛石分布不均勻，平均壽命僅為86米。圖3是用以前的方法制成的金剛石鉆頭消耗一部分工作層后的情況。圖中可見，金剛石分布不均勻，脫落較嚴(yán)重。圖4是本發(fā)明方法制造的金剛石鉆頭使用前的情況，金剛石分布均勻。圖5是用本發(fā)明方法制造的金剛石鉆頭，消耗2/3工作層后，金剛石分布及出刃情況。由圖可見，金剛石分布均勻、出刃好，包鑲金剛石處呈明顯的蝌蚪狀支撐，包鑲情況好。用本發(fā)明方法制成的金剛石鉆頭在使用過程中磨損正常，平均壽命為114米。
權(quán)利要求
1.一種使磨料顆粒均勻分布在胎體中的方法。其特征在于先將磨磨料顆粒放在旋轉(zhuǎn)的鼓形容器中滾動，容器軸線與水平面成一傾角，首先往滾動的磨料顆粒上噴上一層粘結(jié)劑。待磨料顆粒充分潤濕后撒上一層胎體粉，在上述粘結(jié)劑的粘結(jié)下，胎體粉被包裹在磨料顆粒的表面上，然后再向滾動的用胎體粉包裹的磨料顆粒上噴上上述的粘結(jié)劑，待用胎體粉包裹的磨料顆粒充分潤濕后再撒上一層胎體粉，如此反復(fù)進(jìn)行噴液，撒粉過程，其間，隨著球丸體積的增加要不斷調(diào)節(jié)容器軸線與水平面的傾角，傾角由初始角度逐漸變小，以使容器中的球丸能充分滾動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于所說的粘結(jié)劑為乙醇和丙三醇的混合液或乙醇與乙二醇的混合液。
3.如權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征還在于所說的容器軸線與水平面的傾角的初始角度為60°，而停止?jié)L動時的傾角為35°。
4.如權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征還在于旋轉(zhuǎn)的容器的旋轉(zhuǎn)速度為50～60轉(zhuǎn)/分。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征還在于所說的容器的旋轉(zhuǎn)速度為50～60轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
該方法是使磨料顆粒在旋轉(zhuǎn)的容器中滾動，有低沸點(diǎn)無灰分的溶液做粘結(jié)劑，制備使磨料顆粒能均勻分布在胎體粉中的混合料。將這種混合料放入模具中燒結(jié)，即可得到磨料顆粒均勻分布在胎體中的制品。用這種方法制造的金剛石鉆頭，金剛石分布均勻，出刃好，包鑲金剛石處呈明顯蝌蚪狀支撐，大大提高了金剛石鉆頭的壽命。
文檔編號B24D18/00GK1033589SQ8710146
公開日1989年7月5日 申請日期1987年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月23日
發(fā)明者楊國煥, 劉曉燕, 屈定國 申請人:冶金部第一地質(zhì)勘探公司探礦技術(shù)開發(fā)公司