一种中空金刚石的粉末冶金一体成型方法
技术领域
本发明涉及金属结合剂金刚石磨削技术领域，尤其涉及一种中空金刚石的粉末冶金一体成型方法。
背景技术
所谓的金刚石砂轮，是金属结合剂金刚石砂轮,一般采用粉末冶金烧结工艺制造。金刚石砂轮主要用于贵重材料、电子器件、玻璃等制造过程的研磨、钻孔，车铣，切割或开槽，在大量工作时，由于切深较大、排屑不畅、冷却液难以进入等，易导致工作区摩擦加剧、温度升高等问题，进而影响工作质量和效率。为了加强排屑能力和冷却能力，通常的做法是在金刚石的工作层上设置一些有利于排屑(容屑)、通水(容水)的槽体结构，一般采用通过模具预置的方式一次性成型来实现，制造出带有槽体的齿型金刚石砂轮。
粉末冶金工艺，需要通过模具进行热压烧结成型，对模具的热态强度要求比较高。现有技术中的槽体，通常采用石墨模、铸铁模、合金模等材料制造的水口块预置在模具内，热压烧结后，拆(拔)掉水口块而成型，故这种水口块需要具备不易变形及拆(拔)模时不易断裂的特点，而石墨水口块却具有易碎的特点，为了克服此缺陷，需要在水口块各个方向上，设计出足够的实体截面积，尤其是主承压面上，但是，这样结构的水口块体积必然较大进而造成金刚石齿和齿之间的间隔较大(即槽体的宽度较大)，槽体的宽度大，对被加工材料的冷却有利，但对金刚石工作层的冷却作用是十分有限的，而砂轮在断续磨削中，冲击力大、跳动也大，从而增大了工件的表面粗糙度。
在砂轮几何尺寸被约束的情况下，槽体所占的体积越大、数量越多，则金刚石工作层的体积就越小。因此，水口块的体积被强度等制造工艺条件限制而不能过小，为保证金刚石工作层具有足够的体积量(即确保足够的寿命)时，客观上也就限制了设置槽体的数量，限制了槽体的数量，进而也就限制了金刚石工作齿在周向没有空间做到更薄，如此，造成周向排屑路径长而粉屑积累量大、砂轮工作时的发热量也大，当快速或高速进给加工时，情况更甚！通常需要增大金刚石的粒径来改善容屑空间，缓解上述情况，但粒径增大又不利于工件表面粗糙度的降低。
槽体越宽而量越少，则砂轮工作层实体的外表面积(包括磨削面及非磨削面)越小，即被冷却水作用的面积越小，冷却效果越差。
金刚石砂轮是采用粉末冶金的工艺制造，在高温高压的制造过程中，金属粉体(结合剂)的流动性较差，如果模具结构过于复杂，压力传递就会受到影响，造成金刚石砂轮的密实度不均匀而产生性能偏差，因此，一些复杂的结构是采用粉末冶金工艺无法制造的，如薄、尖、长、细、网状等形状的齿，在热压条件下，模具材料的性能无法满足工艺要求，以至于无法通过预置模具的方式完成、生产经济成本较高。
现有技术工艺所制造的金刚石砂轮产品，能通过模具预置实现所设置的槽体数量较少且槽体所占的体积较大，金刚石齿的形状简单、粗大，作用十分有限，如果采用后加工方式，通常加工难度较大，造成成本增高。随着技术的不断发展，高质高速高效加工已是必然，现有技术产品难以适应。
发明内容
本发明提供了一种中空金刚石的粉末冶金一体成型方法，具有工艺可靠、简单易实现、制造成本低廉、高效节能安全等特点，且生产出的中空金刚石具有高精度、高强度、高硬度、耐磨性好、易安装，冷却效果好、排屑、容屑效果好等特点。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：
一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法，包括如下步骤：
(1)取重量百分比为58.5％～70％的金刚石粉末、29.5％～40％的铜粉末和0.5％～1.5％的粘结剂放入混料机中混合后过筛，获得成型原料；
(2)将所述成型原料置入液压机定模成型出料胚体，再由压痕模具压制生成具有中空孔的胚体；
(3)在所述胚体的所述中空孔内填入水解物质、热压成型得砂轮胚体；
(4)干燥、烧结所述砂轮胚体得半成品；
(5)去除所述水解物质，制得中空金刚石砂轮。
所述步骤(1)中，成型原料配方组分，优选为：
58.5％～66.5％的金刚石粉末、232.6％～40％的铜粉末和0.9％～1.5％的粘结剂，或66％～70％的金刚石粉末、29.5％～33.5％的铜粉末和0.5％～0.8％的粘结剂。
优选地，所述步骤(5)具体为：水溶解所述水解物质或经掏空、超声波震动及气吹去除所述水解物质。水溶解掉所述水解物质后，即可得到中空的金刚石砂轮，该操作工艺简单，不受金刚石砂轮结构的限制，避免了在生产加工过程中对金刚石直接加工对其造成影响，进而影响生产质量。
优选地，所述掏空、超声波震动及气吹去除所述水解物质中的超声频率为：20-40kHz；气吹时使用工业空压机通过0.4-0.8Mpa气枪将水解物质吹出。该方法不用通过人工或者机加工在坚硬的金刚石砂轮上加工，进而避免了对金刚石砂轮质量的磨损。
优选地，所述步骤(1)中混料的混合时间为：18-23小时。该混料时间优选为20小时，该混合时候能将将所述金刚石粉末和所述铜粉末及粘结剂较好地混合及发生充分的化学反应，有助于加强金刚石砂轮的硬度。
优选地，所述步骤(2)中，所述液压机定模成型的定模温度设置为250～260℃、压力设置为120～125MPa、保压时间为2～3小时。该参数设置，能快速成型出胚体。
优选地，所述步骤(3)中，所述热压温度为250～300℃、压力为100～125MPa、保压时间为2～3小时。该参数设置，有助于快速获得需要的砂轮胚体。
优选地，所述步骤(4)具体包括如下步骤：
将所述砂轮坯体在室温干燥5-7小时，再在烘箱内以50℃～70℃温度下干燥12～24h；
将干燥后的所述砂轮坯体放入烧结炉内烧结。先将所述砂轮坯体放在室温下干燥5-7个小时，优选为6小时，再将其放入烘箱内干燥，使得所述砂轮胚体能够干燥均匀，确保了生产质量、避免了在所述砂轮胚体干燥后造成裂缝、干燥内外不够均匀等质量缺陷。
优选地，所述烧结炉烧结工艺如下：以2～3℃/min升温至180-220℃，保温20～30min，此过程中、所述砂轮坯体由脆的胚体变成坚硬的状态；
再以2℃/min升温至800℃～900℃，保温20～30min，冷却至室温，此时所述金刚石砂轮的结合得到加固。该步骤使得该砂轮胚体能很好的成型、且在成型过程中不会产生裂缝、生产质量较好。
优选地，所述水解物质为：石灰条或石墨条。
优选地，所述粘合剂为：石灰。
本发明的一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法具有以下有益效果：
1，通过将水溶解物质填充所述胚体的中空孔与之一体成型，再去除该水溶解物质，生产工艺比较简单易实现、降低了生产成本，提高了生产过程中的安全性，避免了对金刚石砂轮的损坏、提高了生产产品的质量。
2、通过该方法生产的中空金刚石砂轮具有高精度、高强度、高硬度、耐磨性好，易安装，冷却效果好，排屑，容屑效果好等特点。
附图说明
图1是本发明的一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法的实施例1的步骤流程图。
图2是本发明的一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法的实施例2的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
实施例1：
请参考图1，本发明的一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法，包括如下步骤：
取重量百分比为70％的金刚石粉末、29.5％的铜粉末和0.5％的粘结剂放入混料机中混合后过筛，获得成型原料。具体地，取重量百分比为58.5％的金刚石粉末和40％的铜粉末放入混料机中，再加入原料总重量的1.5％粘结剂，混合20小时、优选为18小时和23小时，过筛，获得成型料。更具体地，所述金刚石粉末、所述铜粉末和所述粘结剂的优选重量百分比分别为58.5％、40％和1.5％，所述金刚石粉末、所述铜粉末和所述粘结剂的优选重量百分比还可优选为：61％、38％和1％。进一步地，所述成型原料过筛时可用目筛过筛。所述粘结剂为石灰。
将所述成型原料置入液压机定模成型出料胚体，再由压痕模具压制生成具有中空孔的胚体。具体地，将成型料置入液压机中，将所述液压机设置为：温度250℃、压力125MPa、保压3小时，优选为温度255℃、压力123MPa、保压1.5小时，或优选为温度260℃、压力120MPa、保压2小时，对所述成型料定模成型，再通过压痕模具压制该成型料将其生成具有中空孔的胚体。
在所述胚体的所述中空孔内填入水解物质、热压成型得砂轮胚体。具体地，在所述胚体的中空孔中填入水解物质、并将其整平，置入液压机定模热压，该液压机的参数设置为：温度200℃、压力125MPa、保压2h，优选为：温度300℃、压力100MPa、保压1.5h，或优选为：温度280℃、压力112MPa、保压3h，然后冷却出模、得到砂轮坯体。需要说明的是，所述水解物质为：石灰条或石墨条。
将所述砂轮坯体在室温干燥7小时，再在烘箱内以50℃温度下干燥12h。具体地，所述干燥时间优选为：室温5h、烘箱70℃、24h，或者优选为：室温6h、烘箱60℃、18h。
将干燥后的所述砂轮坯体放入烧结炉内烧结。具体地，以2℃/min升温至200℃、保温30min，此时，所述砂轮胚体开始与铜粉烧结结合，再以2℃/min升温至800℃，保温30min，此时，所述砂轮胚体烧结完成，再冷却至室温，取出半成品。进一步地，该步骤还可优选为：以3℃/min升温至200℃、保温20min，再以再以2℃/min升温至900℃，保温20min，冷却至室温，再取出半成品。
水溶解所述水解物质。具体地，将烧结成型的产品中的水解物进行溶解，得出中空孔任意形状特征的金刚石砂轮。进一步地，烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，即可得成品。
实施例2：
请参考图2，本发明的一种中空金刚石砂轮的粉末冶金一体成型方法，包括如下步骤：
本实施了2与实施例1的区别仅在于：所述步骤“水溶解所述水解物质”替换为：
经掏空、超声波震动及气吹去除所述水解物质。具体地，人工掏空所述半成品中的水解物质、对其进行超声波震动、再对其进行气吹、通过气枪吹出杂质，即可将该水解物质去除。更具体地，所述超声波震动的超声频率为20-40kHz，气吹时工业压缩机通过0.4-0.8Mpa气枪将水解物质吹出。进一步地，烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，即可得成品。其他步骤与实施例1相似，具体请参考实施例1描述、此处不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
