專利名稱：研磨元件的高能滾轉(zhuǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及研磨元件，尤其涉及研磨元件的高能滾轉(zhuǎn)(high-energycascading)。
背景技術(shù)：
研磨元件，如碳化鎢，廣泛應(yīng)用于要求具有高硬度和韌度品質(zhì)的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域包括鉆削，粘結(jié)磨削插件在眾多鉆頭上使用，甚至在彈道武器上使用，其中粘結(jié)研磨頭用在穿甲彈上。
通常，研磨元件是通過將研磨材料顆粒，如碳化鎢，與黏合材料，如鈷，進(jìn)行結(jié)合以形成復(fù)合材料而形成的。將該復(fù)合材料壓制成所需的形狀，然后加熱，有時(shí)在壓力下加熱，以使黏合材料液化并將研磨材料顆粒粘結(jié)在一起。然后將經(jīng)過粘結(jié)的研磨元件冷卻并打磨成形。也可以對(duì)該元件進(jìn)行低能滾轉(zhuǎn)或翻滾處理以提高元件的表面精整度。通常，這種工藝包括在液體和研磨材料或者清潔劑的混合物中將該元件和其他元件一起翻滾。一些工藝?yán)媚肽デ虼?、或添加到研磨材料或清潔劑?br> 與低能滾轉(zhuǎn)相反，高能滾轉(zhuǎn)很少在工業(yè)中應(yīng)用，比如精整已粘結(jié)的研磨元件。相反，大多數(shù)高能滾轉(zhuǎn)僅限于拋光各種物體，如牙齒移植，并且僅用于提高物體的表面光潔度，而不改變它的物理屬性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制造碳化鎢元件的方法。該方法包括用碳化鎢粉末和黏合粉末形成一種復(fù)合材料，將該復(fù)合材料壓制成多個(gè)元件，加熱這些元件，使黏合劑液化，冷卻元件直到黏合劑凝固，任選的，將每個(gè)元件打磨至所需的尺寸，并在高能滾轉(zhuǎn)機(jī)中滾轉(zhuǎn)該多個(gè)元件。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括它是一種滾轉(zhuǎn)碳化鎢元件方法，其提高了元件表面附近硬度和韌度。該方法防止或減少了元件的破裂、裂紋及/或破碎并增加了耐磨性。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)為它是一種滾轉(zhuǎn)碳化鎢元件方法，其提高了元件表面的光潔度，并減少元件表面的粗糙度。這種光面精整降低了元件表面應(yīng)力集中的可能性。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)為它是一種滾轉(zhuǎn)碳化鎢元件方法，其不是均勻的提高元件表面硬度，插件的硬度剖面是朝向插件表面逐步提高的。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)為它是一種滾轉(zhuǎn)碳化鎢元件方法，其能揭示插件的內(nèi)在缺陷，如表面以下的孔穴及裂縫，這些是以前依靠視覺檢測(cè)技術(shù)是很難或者不可能發(fā)現(xiàn)的。
對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，根據(jù)下文的附圖、描述及權(quán)利要求，其他的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也是很明顯的。此外，雖然前文列舉了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但是不同的實(shí)施方案可以包括全部、某些或者不包括前文所列舉的優(yōu)勢(shì)。


為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，下面的描述結(jié)合附圖作為參考，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，在高能滾轉(zhuǎn)工藝中使用的滾轉(zhuǎn)機(jī)的等軸視圖；圖2為圖1所示滾轉(zhuǎn)機(jī)軸的等軸視圖；圖3為圖1所示滾轉(zhuǎn)機(jī)滾筒和托架的等軸視圖；圖4A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，放置在用于滾轉(zhuǎn)機(jī)中的滾筒中以減少該滾筒內(nèi)部容量的襯墊的俯視圖；圖4B為圖4A所示襯墊的剖視圖；圖4C為圖4A和圖4B所示襯墊的仰視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案形成和修整碳化鎢元件方法的流程圖；圖6根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的低能滾轉(zhuǎn)工藝的流程圖；和圖7根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的高能滾轉(zhuǎn)工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的滾轉(zhuǎn)機(jī)100。滾轉(zhuǎn)機(jī)100是一種可以用于高能工藝以進(jìn)行滾轉(zhuǎn)，或者翻滾研磨元件，以增加元件的剛性和韌度的滾轉(zhuǎn)機(jī)。例如高能滾轉(zhuǎn)機(jī)包括離心轉(zhuǎn)筒拋光機(jī)，如Surveyor D′ArtsWizard Model 4。在滾轉(zhuǎn)機(jī)100內(nèi)部，在使元件的表面塑性變形的力下使研磨元件相互反復(fù)碰撞，并在元件的表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。該過程通過下列步驟完成將該元件置入多個(gè)滾筒中，將滾筒置入滾轉(zhuǎn)機(jī)100的主軸上，(其可以是皮帶驅(qū)動(dòng)、鏈條驅(qū)動(dòng)或者直接驅(qū)動(dòng))，并在高能條件中滾轉(zhuǎn)這些滾筒。該工藝產(chǎn)生的壓應(yīng)力通過增加使元件破裂或變形所必需的極限壓力來增加元件的硬度和韌度。更高的極限可以防止或減少了元件破裂、裂紋及/或破碎的可能性。此外，表面硬度的增加也使得元件的耐磨性增加。
圖2更詳細(xì)的描述了主軸200，通過參考圖2，可以更好的理解滾轉(zhuǎn)機(jī)100的內(nèi)部運(yùn)作。
如圖2所示，主軸200包括第一板202和第二板204，兩者一般相互平行的布置，并且彼此間隔。
在第一板202和第二板204之間，放射狀的布置有一些六邊形的托架220。如圖2所示，顯示了四只托架220。但是，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以使用其他數(shù)量的托架，優(yōu)選的是托架的安置使主軸200均衡旋轉(zhuǎn)。此外，還要認(rèn)識(shí)到托架220可選擇除六邊形之外其他形狀，并仍落入本發(fā)明教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
如圖3所示，每個(gè)托架220為近似六邊形，并配置成能夠容納一個(gè)六邊形滾筒206。一旦將滾筒置入托架220，用螺栓224將六邊形的滾筒206固定在適當(dāng)位置上以將滾筒206剛性連接至板夾222。為方便將滾筒206置入托架220，每個(gè)滾筒206包括至少一個(gè)把手226。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，滾筒206，如同托架220，沒有必要是六邊形的，可以選擇除六邊形之外的其他形狀，并仍落入本發(fā)明教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
可以選擇每個(gè)滾筒206的容量以控制在高能滾轉(zhuǎn)工藝中元件所接受到的能量。因此，根據(jù)特定應(yīng)用(如，進(jìn)行滾轉(zhuǎn)元件的材料級(jí)別，大小，密度，幾何形狀，和所需的光潔度)，在滾轉(zhuǎn)過程中滾筒206的大小可以進(jìn)行調(diào)整，以產(chǎn)生元件所需要的能量水平。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，一個(gè)調(diào)整滾筒206容量的方法是利用嵌入體或者襯墊，置入滾筒206內(nèi)部，將內(nèi)部容量減少到所需的尺寸。關(guān)于滾筒的尺寸，可以根據(jù)具體應(yīng)用、并同時(shí)考慮進(jìn)行滾轉(zhuǎn)元件的大小，密度，數(shù)量和所需的光潔度來選擇襯墊的大小。圖4A-4C介紹了這樣一個(gè)襯墊的實(shí)例。
如圖4A所示，襯墊400近似一個(gè)六邊形，襯墊的每一側(cè)面與鄰近的側(cè)面形成一個(gè)角度θ。通常，該θ角大約60度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，襯墊400的縱軸402與邊緣404的中點(diǎn)的距離，即距離A，大約是3.475英寸。襯墊400的縱軸402與每個(gè)內(nèi)側(cè)面406的中點(diǎn)的距離，即距離B，大約2.857英寸。由此得出相對(duì)的內(nèi)側(cè)面406之間的距離，以尺度C表示，大約5.715英寸。
圖4B顯示的是襯墊400剖面圖。如圖4B所示，襯墊400縱高D和縱深E。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，高度D大約為7.950英寸，深度E大約為7.450英寸。邊緣404高度F大約為0.450英寸。
圖4C顯示的是襯墊400的仰視圖。如圖4C(同時(shí)在圖4A)所示，襯墊400的縱軸402與邊緣404的中點(diǎn)的距離，即距離A，大約是3.475英寸。由此得出，襯墊400的總寬度K為6.950英寸。縱軸402與襯墊400的每一個(gè)外側(cè)面408中點(diǎn)的距離用尺度L表示。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，尺度L大約為2.975英寸，由此可得，相對(duì)的外側(cè)面408之間的總距離，以尺度J表示，大約為5.950英寸。因此，在所述實(shí)施方案中，邊緣404在襯墊400每一邊上大約伸展0.500英寸。
但是，有一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)明確，提供這些尺寸只是用于圖解目的，不限定本發(fā)明的范圍。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，襯墊400可以是其他尺寸，并仍落入本發(fā)明所教導(dǎo)的范圍內(nèi)。
再參考圖2，為防止損壞主軸200或者高能滾轉(zhuǎn)機(jī)100，將多個(gè)托架220相等間隔的布置在軸210的周圍。因此，圖2所顯示實(shí)施方案，在軸的210的另一邊，四只托架220中的每一只都有置于其對(duì)面的另一托架220。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明教導(dǎo)的范圍內(nèi)可以使用不對(duì)稱朝向的托架220，提供不會(huì)不均衡旋轉(zhuǎn)的主軸200以及不會(huì)損壞高能滾轉(zhuǎn)機(jī)100。
如圖2所示，沿著托架的縱軸208將每只托架220都軸向固定在盤202和204上。因此，當(dāng)主軸200圍繞著它的縱軸210旋轉(zhuǎn)時(shí)，托架/滾筒的運(yùn)動(dòng)對(duì)于軸210來說是不旋轉(zhuǎn)的。相反，當(dāng)主軸200圍繞著它的縱軸210旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾筒220圍繞軸210平移，但是仍保持著它們通常的豎直方向(即，托架相對(duì)于它們各自的縱軸208來說并不旋轉(zhuǎn))。這種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)效應(yīng)，不同于在弗累斯大轉(zhuǎn)輪中見到的效應(yīng)。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中的高能環(huán)境下，滾轉(zhuǎn)機(jī)100可以在大約100至超過300轉(zhuǎn)/分鐘的主軸轉(zhuǎn)速下運(yùn)行?？梢愿鶕?jù)滾轉(zhuǎn)個(gè)體元件的質(zhì)量在該速度范圍中選擇精確的速度，以使?jié)L筒中元件的動(dòng)能最大而不會(huì)損壞元件。較小質(zhì)量的元件以較快主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行滾轉(zhuǎn)，而較大質(zhì)量的元件以較小主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行滾轉(zhuǎn)。記住這些，根據(jù)所要進(jìn)行滾轉(zhuǎn)元件的材料等級(jí)，大小，密度，幾何形狀及所需的光潔度來改變高能工藝中的理想時(shí)間和理想速度。
通過在一個(gè)高能滾轉(zhuǎn)機(jī)，如滾轉(zhuǎn)機(jī)100中滾轉(zhuǎn)研磨元件，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案具有增加元件韌度或者抗碎性的能力。例如，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案可以大幅增加經(jīng)過滾轉(zhuǎn)元件的硬度和韌度，在某些情況下，可以將碳化鎢元件表面附近硬度增加0.4至1.6HRa。在某些情況下，表面附近硬度的增加可以達(dá)到2.0HRa，盡管在達(dá)到這個(gè)增加幅度之前一些元件的邊緣會(huì)發(fā)生破碎。同樣，韌度比未經(jīng)處理的值提高2至2.5倍。這是因?yàn)闈L筒206內(nèi)元件的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和托架200的高速旋轉(zhuǎn)造成滾筒內(nèi)元件之間大量激烈碰撞。這些激烈碰撞導(dǎo)致元件表面附近的黏合劑發(fā)生塑性變形，沿元件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。每個(gè)元件表面的殘余壓應(yīng)力增加了元件破裂所需要的極限壓力，從而增加了元件的韌度。基于同種原因，由于高能滾轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的剩余壓應(yīng)力也增加了元件的表面硬度，或抗變形能力。此外，實(shí)際上滾轉(zhuǎn)工藝促進(jìn)了元件輪廓硬度的提高，意味著元件表面硬度比中心硬度要大。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，高能滾轉(zhuǎn)也有助于改進(jìn)元件的表面拋光，消除毛刺和其他可能導(dǎo)致產(chǎn)生元件表面應(yīng)力集中的粗糙源。此外，高能滾轉(zhuǎn)導(dǎo)致元件邊緣半徑的增加和模糊。
高能滾轉(zhuǎn)工藝優(yōu)選實(shí)施方案中的另一個(gè)好處是能夠識(shí)別內(nèi)在的、表皮下的缺陷，在以前這些缺陷用一般的視覺檢測(cè)工具是很難或者不可能被檢測(cè)到的。這些缺陷的例子包括在進(jìn)行滾轉(zhuǎn)以前很難發(fā)現(xiàn)的表面以下的空穴和表面裂紋。通過將元件進(jìn)行高能滾轉(zhuǎn)，這些缺陷會(huì)被放大，以使它們?cè)陬A(yù)期應(yīng)用中使用元件之前能被識(shí)別，可以節(jié)省在以后更換元件的時(shí)間和金錢。
當(dāng)然，用高能滾轉(zhuǎn)工藝加工元件，以對(duì)元件表面進(jìn)行塑性變形，也可能導(dǎo)致元件直徑發(fā)生小的變化。例如，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案可能導(dǎo)致碳化鎢元件的直徑產(chǎn)生總計(jì)0.00020-0.00040英寸的變化(0.00010-0.00020英寸每邊)。因此，在進(jìn)行滾轉(zhuǎn)工藝之前打磨元件時(shí)應(yīng)考慮到此種可能的尺寸縮減。對(duì)于在公差極小的設(shè)備中使用的元件，如用在旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭中的碳化鎢插件，這一點(diǎn)尤為重要。
圖5顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案，形成和修整碳化鎢元件方法的流程圖。如前文所討論的，碳化鎢元件實(shí)際上是包含碳化鎢和黏合材料，如鈷，的復(fù)合材料。因此，在開始運(yùn)行方塊501之后，碳化鎢粉末，石蠟一類的潤(rùn)滑劑和黏合劑粉末在方塊502過程被結(jié)合形成一種復(fù)合材料。
然后，在方塊503中，將碳化物/黏合劑混合物壓制成所需元件的形狀。碳化物/黏合劑混合物表面張力可以讓元件在此工藝階段保持所需的形狀。
然后，在方塊504中，加熱元件以液化黏合劑。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，該過程也可以在一定壓力下通過在一個(gè)同時(shí)是壓力容器的爐子中加熱元件進(jìn)行操作。在該過程中，加熱元件以使黏合劑完全浸濕碳化鎢顆粒，同時(shí)需要額外的氣壓以幫助消除元件內(nèi)可能存在的任何孔穴。因此，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在加熱過程中，“加熱”元件也包括粘結(jié)元件，即在加熱期間，粘接以及碳化鎢或其他研磨材料與黏合劑如鈷，的充分濃縮過程。許多方法可用于粘結(jié)元件，包括氫粘結(jié)，真空粘結(jié)，真空和均熱結(jié)合粘結(jié)，高壓或低壓粘結(jié)，和真空預(yù)粘結(jié)。
加熱之后，在方塊505中冷卻碳化鎢元件。該過程使黏合劑凝固，與碳化鎢顆粒形成冶金結(jié)合，產(chǎn)生粘結(jié)碳。
一旦元件冷卻下來，元件可以在方塊506中磨制大小。通常，用無心金剛石打磨機(jī)打磨元件尺寸，但是應(yīng)認(rèn)識(shí)到，也可以使用其他打磨工藝。
在方塊506過程打磨尺寸之后，元件即可以在方塊507過程，然后可選擇的，通過低能工藝進(jìn)行滾轉(zhuǎn)，以清除鋒利的邊緣，提高元件的表面光潔度。圖6顯示了該工藝的一個(gè)實(shí)例。
然后，元件在方塊508中通過高能工藝進(jìn)行滾轉(zhuǎn)。該工藝以高速(如，接近100-300RPM)在短時(shí)間內(nèi)(如，大約10-90分鐘)運(yùn)行。
雖然上述方法列舉的研磨和滾轉(zhuǎn)元件的步驟是按照特定的次序進(jìn)行的，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些步驟可以互換，并仍在本發(fā)明的申請(qǐng)范圍內(nèi)。此外，一個(gè)工藝可以完全不需要研磨和低能滾轉(zhuǎn)的步驟，并仍落入本發(fā)明教導(dǎo)范圍內(nèi)。
此外，雖然上述方法描述了制造碳化鎢元件的工藝，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該工藝不限于碳化鎢元件，而是可以包括制造其他粘結(jié)研磨元件，在制造過程中，研磨顆粒通過鈷，鎳，鐵合金，及/或上述物質(zhì)的化合物等黏合劑結(jié)合成一體。因此，本發(fā)明的申請(qǐng)范圍擴(kuò)展至多晶金剛石(PCD)及其他粘結(jié)研磨元件和碳化鎢元件。
同樣，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，該工藝在操作過程中，速度可以高于300RPM，或者時(shí)間可以少于10分鐘，并且并仍落入本發(fā)明教導(dǎo)范圍內(nèi)。例如，直徑5/8英寸，粘結(jié)碳化鎢/鉆(顆粒尺寸5至6微米，10％的鈷)插件，在以200RPM的速度，經(jīng)過少至10分鐘的低能滾轉(zhuǎn)和20分鐘的高能滾轉(zhuǎn)之后，其硬度和韌度會(huì)顯著增加。
通過在高能環(huán)境下滾轉(zhuǎn)元件，元件的硬度和韌度都可以得到增加。高能滾轉(zhuǎn)有助于提高元件的表面光潔度，消除或減少表面的粗糙程度。高能滾轉(zhuǎn)也有助于顯示元件中諸如孔穴/或裂縫等內(nèi)在缺陷，這些缺陷以前用一般的視覺檢測(cè)工具可能不會(huì)發(fā)現(xiàn)。此外，高能滾轉(zhuǎn)工藝也增加了元件的表面硬度，以使離元件表面越近，元件表面的硬度越增加。圖7顯示了這樣一種高能滾轉(zhuǎn)工藝的實(shí)例。高能滾轉(zhuǎn)完成后，在方塊509流程圖結(jié)束。
如上所述，圖6顯示了一個(gè)低能滾轉(zhuǎn)工藝的流程圖，該工藝可以作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中高能滾轉(zhuǎn)工藝的前置工藝。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案并末涉及單獨(dú)的低能滾轉(zhuǎn)工藝，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，低能滾轉(zhuǎn)工藝可以先于或者緊接著本發(fā)明的高能滾轉(zhuǎn)工藝，并且仍落入本發(fā)明教導(dǎo)范圍內(nèi)。
工藝以方塊601開始之后，在方塊602中，將要“切割”的元件裝入滾轉(zhuǎn)機(jī)的滾筒中。將元件置入每個(gè)滾筒直到滾筒滿至大約40％。然后，在方塊603將切割的研磨劑加入滾筒直到每只滾筒的頂部只保留大約2英寸的空隙。該空隙確保了滾筒不會(huì)裝過多的元件和研磨劑，如過多會(huì)抑制滾轉(zhuǎn)工藝。然后，在方塊604，將水加入每個(gè)滾筒，直到水位到達(dá)研磨劑的平面。
將元件，研磨劑和水裝入多個(gè)滾筒，在方塊605密封每個(gè)滾筒，并在方塊606，將滾筒置入滾轉(zhuǎn)的主軸的托架中。為防止對(duì)滾轉(zhuǎn)機(jī)造成損壞，這些滾筒應(yīng)被均衡的置入機(jī)器的托架。因此，每只滾筒在主軸對(duì)應(yīng)的托架內(nèi)有一只相同重量的滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)。如果沒有此種同樣重量的滾筒，一只裝有壓載物的滾筒可以取代它的位置進(jìn)行運(yùn)行。
將滾筒置入主軸之后，在方塊607中，滾轉(zhuǎn)機(jī)在低能環(huán)境下運(yùn)作，此階段被稱為″切割期″。這有助于消除元件上的鋒利邊緣，改進(jìn)元件的表面拋光。切割期的典型運(yùn)行環(huán)境的實(shí)例包括以200RPM的速度，滾轉(zhuǎn)元件20分鐘。
切割期完成之后，在方塊608從托架中取出滾筒，在方塊609，取出內(nèi)部的填充物。在從滾筒里取出填充物時(shí)，要小心的打開滾筒，因?yàn)榧词故窃诘湍墉h(huán)境下，在滾筒里也積聚了相當(dāng)多的熱量和壓力。
然后，在方塊610將滾筒里的填充物分類。該階段可以用分類盤或振動(dòng)篩進(jìn)行，讓研磨劑通過盤子或篩子，而將元件收集起來。將元件和研磨劑分開之后，元件和研磨劑都要(分別)用冷流水清洗。清洗元件有助于清除殘留的研磨劑，清洗和保留的研磨劑則可以多次在滾轉(zhuǎn)過程中重復(fù)使用。
在低能滾轉(zhuǎn)工藝完成后，研磨元件即可以進(jìn)入高能滾轉(zhuǎn)工藝，圖7顯示了這個(gè)過程。
圖7顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中高能滾轉(zhuǎn)工藝的流程圖。
高能滾轉(zhuǎn)工藝在方塊701開始。在方塊701工藝開始之后，在方塊702中，將要滾轉(zhuǎn)的元件置入滾轉(zhuǎn)機(jī)的滾筒中。將元件裝入到每個(gè)滾筒直到滾筒滿至約40％。然后在方塊703，將水加入滾筒中，直到每只滾筒的頂部只保留大約2英寸的空隙。然后在方塊705密封滾筒之前，在方塊704中，在每只滾筒中加入少量清潔劑或液體(如，大約1盎司)。
滾筒裝滿和密封之后，在方塊706置入并固定在滾轉(zhuǎn)機(jī)的托架中。正如上文有關(guān)低能滾轉(zhuǎn)工藝的描述，為防止對(duì)滾轉(zhuǎn)機(jī)造成損壞，這些滾筒應(yīng)均衡的置入機(jī)器。因此，每只滾筒在主軸對(duì)應(yīng)的托架內(nèi)運(yùn)行有一只相同重量的滾筒。如果沒有此種同樣重量的滾筒，一只裝有壓載物的滾筒可以取代它的位置進(jìn)行運(yùn)行。
將滾筒置入主軸之后，在方塊707中，滾轉(zhuǎn)機(jī)在高能環(huán)境下運(yùn)行。在該高能環(huán)境下，根據(jù)單個(gè)元件的質(zhì)量，如同前述，滾轉(zhuǎn)機(jī)通常以大約100至300RPM的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行大約10至90分鐘。這導(dǎo)致元件之間相互(及與滾筒的內(nèi)面)碰撞，如同前述，在這種力量的作用下，使元件的表面塑性變形，從而在元件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。
滾轉(zhuǎn)完成之后，在方塊708中，從托架中取出滾筒，在方塊709中，取出填充物。與低能工藝相同，在打開滾筒時(shí)要小心，因?yàn)樵跐L轉(zhuǎn)過程中，滾筒里產(chǎn)生了相當(dāng)多的熱量和壓力。
然后在方塊710用潔凈的流水清洗元件，以清除滾轉(zhuǎn)過程中可能積累在元件上的任何殘?jiān)?，然后在方塊711中進(jìn)行干燥，在方塊712中結(jié)束該工藝。
雖然本發(fā)明方法和設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案已在附圖中進(jìn)行了闡明并在前文的詳細(xì)描述中進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于實(shí)施方案披露的內(nèi)容，而是能夠在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下進(jìn)行眾多的重新組合，修改及置換，在下文的權(quán)利要求中限定了本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種制造粘結(jié)碳化鎢元件的方法，包括用碳化鎢粉末和黏合劑粉末形成一種復(fù)合材料；將復(fù)合材料壓制成多個(gè)元件；在壓力下加熱該多個(gè)元件，使黏合劑液化；冷卻該多個(gè)元件，直到黏合劑凝固；并在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)該多個(gè)元件。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)以約100至300轉(zhuǎn)/分的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中，根據(jù)該多個(gè)元件的平均質(zhì)量選擇主軸轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中，對(duì)該多個(gè)元件滾轉(zhuǎn)約10至90分鐘。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)包括多個(gè)圍繞主軸呈放射狀布置的多個(gè)滾筒，每只滾筒都配置了至少一小部分的該多個(gè)元件。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中，每一只滾筒都是繞與主軸中心軸線平行的滾筒軸線軸向地、不旋轉(zhuǎn)地受到連接。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中，該多個(gè)滾筒包括六邊形滾筒。
8.如權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括選擇每只滾筒的容量，以控制施加給滾筒中多個(gè)元件的能量。
9.如權(quán)利要求5的方法，其中，滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件包括將多個(gè)元件置于多個(gè)滾筒中，用液體和清潔劑填充滾筒，并且高速滾轉(zhuǎn)該多個(gè)滾筒。
10.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括把每一個(gè)元件打磨至所需的尺寸。
11.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件之前，在低能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)該多個(gè)元件。
12.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)該多個(gè)元件的材料等級(jí)，尺寸和幾何形狀選擇滾轉(zhuǎn)機(jī)的滾轉(zhuǎn)時(shí)間和主軸轉(zhuǎn)速。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中，黏合劑為鈷。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中，對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行滾轉(zhuǎn)直到其硬度和韌度大幅增加。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中，加熱該多個(gè)元件以液化黏合劑，包括在壓力下加熱該多個(gè)元件以液化黏合劑。
16.一種增加粘結(jié)碳化鎢元件表面硬度的方法，包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)碳化鎢元件。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)以約100至300轉(zhuǎn)/分的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中，根據(jù)多個(gè)元件的平均質(zhì)量選擇主軸轉(zhuǎn)速。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中，進(jìn)一步包括根據(jù)多個(gè)元件的材料等級(jí)，尺寸和幾何形狀選擇滾轉(zhuǎn)機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速。
20.如權(quán)利要求16的方法，其中，對(duì)多個(gè)元件滾轉(zhuǎn)約10至90分鐘
21.如權(quán)利要求16的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)包括多個(gè)圍繞主軸呈放射狀布置的多個(gè)滾筒，每只滾筒者配置了至少一小部分的該多個(gè)元件。
22.如權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括選擇每只滾筒的容量，以控制施加給滾筒中多個(gè)元件的能量。
23.如權(quán)利要求21的方法，其中，每一只滾筒都是繞與主軸中心軸線平行的滾筒軸線軸向地、不旋轉(zhuǎn)地受到連接。
24.如權(quán)利要求21的方法，其中，該多個(gè)滾筒包括六邊形滾筒。
25.如權(quán)利要求21的方法，其中，滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件包括將多個(gè)元件置于多個(gè)滾筒中，用液體和清潔劑填充該多個(gè)滾筒，并且高速滾轉(zhuǎn)滾筒。
26.如權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件之前，在低能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件。
27.如權(quán)利要求16的方法，其中，對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行滾轉(zhuǎn)直到其硬度和韌性大幅增加。
28.一種提高粘結(jié)碳化鎢元件表面韌度的方法，包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)碳化鎢元件。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)以約100至300轉(zhuǎn)/分的主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
30.如權(quán)利要求29的方法，其中，根據(jù)多個(gè)元件的平均質(zhì)量選擇主軸轉(zhuǎn)速。
31.如權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)多個(gè)元件的材料等級(jí)，尺寸和幾何形狀選擇滾轉(zhuǎn)機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速。
32.如權(quán)利要求28的方法，其中，對(duì)多個(gè)元件滾轉(zhuǎn)約10至90分鐘。
33.如權(quán)利要求28的方法，其中，滾轉(zhuǎn)機(jī)包括多個(gè)圍繞主軸呈放射狀布置的多個(gè)滾筒，每只滾筒都配置了至少一小部分的該多個(gè)元件。
34.如權(quán)利要求33的方法，進(jìn)一步包括選擇每只滾筒的容量，以控制施加給滾筒內(nèi)多個(gè)元件的能量。
35.如權(quán)利要求33的方法，其中，每一只滾筒都是繞與主軸中心軸線平行的滾筒軸線軸向地、不旋轉(zhuǎn)地受到連接。
36.如權(quán)利要求33的方法，其中，該多個(gè)滾筒包括六邊形滾筒。
37.如權(quán)利要求33的方法，其中，滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件包括將多個(gè)元件置于多個(gè)滾筒中，用液體和清潔劑填充該多個(gè)滾筒，并且高速滾轉(zhuǎn)該多個(gè)滾筒。
38.如權(quán)利要求28的方法，其中，進(jìn)一步包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)元件之前，在低能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)該多個(gè)元件。
39.如權(quán)利要求28的方法，其中，對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行滾轉(zhuǎn)直到其硬度和韌度大幅增加。
40.一種增加粘結(jié)研磨劑元件表面硬度的方法，包括在高能條件下用滾轉(zhuǎn)機(jī)滾轉(zhuǎn)多個(gè)粘結(jié)研磨劑元件。
41.如權(quán)利要求40的方法，其中，粘結(jié)研磨劑元件包括碳化鎢元件。
42.如權(quán)利要求40的方法，其中，該多個(gè)粘結(jié)研磨劑元件包括多晶金剛石(PCD)元件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造碳化鎢元件的方法，該方法包括用碳化鎢粉末和黏合劑粉末形成一種復(fù)合材料，將該復(fù)合材料壓縮成多個(gè)元件，任選的，在壓力下加熱這些多個(gè)元件以液化黏合劑，冷卻該多個(gè)元件直到黏合劑凝固，任選的，打磨每個(gè)多個(gè)元件至所需的尺寸，然后在高能環(huán)境下在滾轉(zhuǎn)機(jī)中滾轉(zhuǎn)該多個(gè)元件。
文檔編號(hào)B24B31/02GK1890393SQ200480032147
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者A·W·賴尼, J·F·基塔 申請(qǐng)人:瓦雷爾獲取物有限公司