本發(fā)明涉及超硬材料制品
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置。
背景技術(shù)：
：金屬結(jié)合劑超硬磨料油石是由超硬磨料100(金剛石或立方氮化硼)和金屬結(jié)合劑101制成的條狀磨削工具(如圖1所示)。其中，超硬磨料起磨削作用；結(jié)合劑粘結(jié)超硬磨料形成油石形狀，同時(shí)保證磨削時(shí)油石的自銳性和一定的耐用度。金屬結(jié)合劑超硬磨料油石由于具有加工效率高、磨料把持力強(qiáng)、使用壽命長、強(qiáng)度高、磨削精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軸承溝道及滾道、內(nèi)燃機(jī)缸、機(jī)床導(dǎo)軌、光學(xué)器件、電子儀器等精密零件的粗加工、半精及精加工等。硬度均勻性是金屬結(jié)合劑超硬磨料油石最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一：通常油石的耐磨性與油石硬度成正比，如油石的硬度均勻性差，則油石不同部位在使用過程中的消耗速率將不一致，這不僅會(huì)導(dǎo)致油石的形狀及尺寸精度無法保證(此時(shí)必須對油石進(jìn)行修整以保證其形位精度，但由于修整頻繁，極大地降低了生產(chǎn)效率)，同時(shí)更嚴(yán)重的是會(huì)引起加工過程的嚴(yán)重不穩(wěn)定，造成工件劃傷、磨削精度降低、表面粗糙度不均勻等加工問題。因此，對于超硬磨料油石尤其是精加工、超精加工用油石，其硬度均勻性應(yīng)嚴(yán)格控制，不同位置的硬度值差應(yīng)在5以內(nèi)。金屬結(jié)合劑超硬磨料油石普遍基于熱壓燒結(jié)工藝制備，具體工藝流程如下：①混料，將所需超硬磨料與金屬結(jié)合劑粉末在三維渦流混料機(jī)等設(shè)備中混合均勻，得到待燒結(jié)粉料；②根據(jù)油石尺寸選取合適的石墨模具，石墨模具組裝后，向石墨模具型腔投入所需單重的待燒結(jié)粉料，并將粉料均勻攤平(如圖2所示)，之后蓋上模具上壓板(上壓板與粉料接觸面為平面)；③將待燒結(jié)模具放到熱壓燒結(jié)機(jī)上，按照設(shè)定的燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力)進(jìn)行燒結(jié)，得到油石毛坯；④對油石毛坯進(jìn)行精加工，得到最終產(chǎn)品。以上傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)工藝制備的金屬結(jié)合劑超硬磨料油石的硬度均勻性較差，油石不同部位的洛氏硬度值差達(dá)10以上，并且通常油石中部硬度高，兩端硬度較低，無法滿足半精加工、精加工超硬磨料油石要求。出現(xiàn)以上問題的關(guān)鍵原因在于：金屬結(jié)合劑油石的硬度與燒結(jié)壓力、燒結(jié)溫度密切相關(guān)，均呈正比例關(guān)系；傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)工藝中，成型粉料均勻分布、表面刮平，燒結(jié)時(shí)壓力分布較為均勻；但油石各部位的燒結(jié)溫度是不均勻的，這是由于熱壓燒結(jié)基于大電流作用下石墨模具產(chǎn)熱形成高溫，進(jìn)而對模具中金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)，由于燒結(jié)過程在敞開環(huán)境中進(jìn)行，石墨模具不可避免的存在對環(huán)境的熱輻射現(xiàn)象，因此石墨模具的溫度從內(nèi)部向外部逐漸降低，相應(yīng)油石的燒結(jié)溫度也是中部高，向兩側(cè)逐漸降低，造成燒制后油石硬度不均勻，油石硬度從中部向兩端逐漸降低，影響油石質(zhì)量及精密磨削應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，申請公布號為cn106217273a的專利公開了一種金剛石珩磨油石及其制備方法，金剛石珩磨油石由如下重量百分比的原料制成：粒度為400目～1000目金剛石微粉5～10％和金屬結(jié)合劑90～95％；所述金屬結(jié)合劑由銅錫預(yù)合金粉45～55％、銀粉12～20％、鎂粉30～33％和粒度為200目～800目滑石粉2～5％組成；具體制備方法是通過混料、模具成型、燒結(jié)、等通道轉(zhuǎn)角擠壓等工序制備油石毛坯，最后對油石毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，得到尺寸精度合格的成品。該專利通過對油石毛坯進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，使油石結(jié)合劑晶粒得到充分細(xì)化及組織均勻性提高，從而顯著提高了油石結(jié)合劑的硬度均勻性。但該專利需要采用專用的等通道轉(zhuǎn)角擠壓設(shè)備，增加了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)工序也較為復(fù)雜。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置，從而解決現(xiàn)有制備方法存在的生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)工序復(fù)雜的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置的技術(shù)方案是：一種硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置，包括機(jī)架，所述機(jī)架上設(shè)有可沿z向延伸的攤料臂和模具安裝座，模具安裝座用于在油石成型模具長度沿x向延伸、寬度沿y向延伸的姿態(tài)下安裝油石成型模具，所述攤料臂與模具安裝座之間可做沿x向和z向的相對復(fù)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該復(fù)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軌跡的兩端部分高度高于中間部分高度，所述攤料臂的下端設(shè)有攤料頭。本發(fā)明提供的硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置，布料時(shí)使待燒結(jié)粉料呈現(xiàn)中間部分厚度小，兩端部分厚度大的特征，合模燒結(jié)時(shí)在粉料層厚的位置，燒結(jié)時(shí)受到上壓板傳下的壓力相對更高，從而提高該位置燒結(jié)后的硬度；在燒結(jié)時(shí)燒結(jié)壓力呈現(xiàn)兩頭大、中間小的特點(diǎn)，平衡了燒結(jié)時(shí)由于向外熱輻射造成的燒結(jié)溫度兩頭低、中間高而引起的燒結(jié)動(dòng)力不均，顯著提高了油石的硬度均勻性，油石不同位置的硬度值差在4以內(nèi)，完全滿足精加工、超精加工對油石硬度均勻性的嚴(yán)格要求。優(yōu)選的，模具安裝座可做沿x向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，攤料臂可做沿z向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述攤料臂與機(jī)架之間頂裝有彈性裝置，模具安裝座包括用于在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中與所述彈性裝置一起驅(qū)動(dòng)攤料臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)的凹形?？?，所述凹形?？蝽敳烤哂信c攤料臂配合的兩端對稱的下凹面。所述兩端對稱的下凹面的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)之間的連線與水平線形成夾角α，所述夾角α的范圍為1°～4°。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述兩端對稱的下凹面為凹弧面。優(yōu)選的，超硬磨料油石的長度不大于90mm時(shí)，夾角α的范圍為2°～4°。超硬磨料油石的長度在90～200mm時(shí)，夾角α的范圍為1°～2°。夾角α過大或過小均不利于提高油石硬度均勻性，當(dāng)α小于上述范圍時(shí)，對燒結(jié)后油石兩端區(qū)域硬度的提高能力有限；當(dāng)α大于上述范圍時(shí)，容易造成燒結(jié)后油石兩端硬度提高過大，導(dǎo)致油石硬度兩端大，中間低，引起新的硬度不均勻。所述攤料臂包括與凹形模框的下凹面滾動(dòng)配合的滾動(dòng)部件。所述滾動(dòng)部件為沿y向延伸的滾軸。所述攤料臂的下端設(shè)有攤料刀。本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置，結(jié)構(gòu)簡單，可方便將待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹形面，進(jìn)而用于制備硬度均勻的超硬磨料油石；可通過更換不同凹形?？虻玫竭m宜的攤料形狀，滿足不同尺寸超硬磨料油石的制作需求。附圖說明圖1為油石的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為傳統(tǒng)油石攤料狀態(tài)剖視圖；圖3為本發(fā)明的攤料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖3的正視圖；圖6為圖3的左視圖；圖7為圖3的俯視圖；圖8為本發(fā)明的攤料裝置在投料作業(yè)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的攤料裝置在攤料作業(yè)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明的油石攤料狀態(tài)剖視圖；圖11為油石的硬度檢測點(diǎn)的分布示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石成型用攤料裝置的具體實(shí)施例，如圖3至圖7所示，包括通過定位銷27連接于模具安裝座11上的上下設(shè)置的凹形?？?7、石墨?？?5和石墨底板14，石墨底板14和石墨?？?5圍成油石成型模具，凹形模框17的上表面沿z向的截面為中間低、兩端高的兩端對稱的凹弧面，凹弧面的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)之間的連線與水平線形成夾角α，夾角α范圍為1°～4°；模具安裝座11通過螺母固定塊6與滾珠絲杠副的螺母8固定連接；滾珠絲杠副設(shè)于機(jī)架10上，機(jī)架10上位于滾珠絲杠副的兩側(cè)間隔平行設(shè)有兩條導(dǎo)軌13和與各自導(dǎo)軌13配合的滑塊7，滑塊7的上端與模具安裝座11連接，以實(shí)現(xiàn)在滾珠絲杠副的帶動(dòng)作用下，凹形?？?7、石墨?？?5和石墨底板14可沿導(dǎo)軌方向(x向)作往返移動(dòng)；機(jī)架10上還設(shè)有用于固定攤料臂套筒21的u型支架22，u型支架22的開口朝向機(jī)架10，開口的寬度大于兩條導(dǎo)軌上相應(yīng)滑塊的外側(cè)之間的寬度，以滿足滑塊可以在支架的開口內(nèi)自由滑動(dòng)；支架的頂部設(shè)有攤料時(shí)朝向凹形?？?7的開口的漏料斗23和沿z向延伸的攤料臂19，攤料臂19具有安裝段和工作段，其安裝段套設(shè)于所述攤料臂套筒21內(nèi)，攤料臂套筒21內(nèi)還設(shè)有上下設(shè)置的壓緊螺母25和頂壓攤料臂的頂壓彈簧24，壓緊螺母25和頂壓彈簧24形成頂壓攤料臂向下運(yùn)動(dòng)的頂壓結(jié)構(gòu)；攤料臂19的工作段上設(shè)有上下設(shè)置的沿y向延伸的滾軸20、攤料刀16，滾軸20安裝于攤料臂的內(nèi)部軸承上以實(shí)現(xiàn)沿軸線進(jìn)行滾動(dòng)，攤料刀16通過攤料刀壓緊螺釘18固定于攤料臂的刀槽內(nèi)，在攤料時(shí)頂壓結(jié)構(gòu)頂壓攤料臂19上的滾軸20與凹形?？?7的上表面(下凹面)貼合，這樣在凹形?？?7作水平往返移動(dòng)時(shí)，滾軸20、攤料刀16作與凹形?？虻纳媳砻嫦辔呛系臄偭蟿?dòng)作，攤料刀16將型腔內(nèi)的待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹弧面；攤料臂套筒沿豎直方向移動(dòng)裝配于支架22上，并通過攤料臂套筒壓緊螺釘26調(diào)節(jié)攤料臂套筒伸入或離開凹形?？?7；凹形模框17的內(nèi)部寬度方向與壓制的超硬磨料油石的寬度一致，以保證攤料刀能夠刮到邊緣處，凹形模框的長度方向比要壓制的超硬磨料油石的長度要長，以避開攤料刀壓緊螺釘及滾軸，使攤料刀能運(yùn)動(dòng)到石墨?？蜷L度方向邊緣處。機(jī)架10上還設(shè)有伺服電機(jī)1、聯(lián)軸器2、電機(jī)連接法蘭3、軸承4、內(nèi)軸承座5、滾珠絲杠9、外軸承座12，以固定滾珠絲杠副并為其提供動(dòng)力。本實(shí)施例的攤料裝置在投料作業(yè)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，擰松攤料臂套筒壓緊螺釘，將攤料臂套筒上升到最高位置，使攤料頭的高度高于定位銷的高度，此時(shí)伺服電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副動(dòng)作，使螺母做直線運(yùn)動(dòng)，以此驅(qū)動(dòng)模具安裝座向左移動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)石墨底板、石墨?？蚝桶夹文？蛳蜃笠苿?dòng)，達(dá)移動(dòng)距離達(dá)到設(shè)定距離時(shí)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)石墨底板、石墨?？蚝桶夹文？蛳蛴乙苿?dòng)，達(dá)到設(shè)定距離時(shí)，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)了石墨底板、石墨?？蚝桶夹文？虻淖饔猛鶑?fù)勻速移動(dòng)。往復(fù)勻速移動(dòng)形成后，向漏料斗中倒入混好的磨料，磨料自動(dòng)流入到由石墨底板和石墨?？驑?gòu)成的型腔內(nèi)，并且由于石墨底板和石墨?？虻耐鶑?fù)勻速移動(dòng)，使磨料均勻的分布在型腔內(nèi)，直至漏料斗內(nèi)磨料漏完，完成均勻投料過程。本實(shí)施例的攤料裝置在攤料作業(yè)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示，投料過程完成以后，伺服電機(jī)停止，此時(shí)把漏料斗取下，擰松攤料臂套筒壓緊螺釘，根據(jù)混好的磨料要求，將攤料臂套筒下降到所需位置，此時(shí)滾軸緊壓在凹形模框的凹弧面，攤料頭位于石墨底板和石墨模框構(gòu)成的型腔內(nèi)，此時(shí)啟動(dòng)伺服電機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)石墨底板、石墨?？蚝桶夹文？蛲鶑?fù)勻速移動(dòng)，此時(shí)滾軸的圓柱面在內(nèi)部彈簧壓力下與凹形模框的凹弧面緊密貼合，并可沿凹弧面滾動(dòng)，由于攤料臂套筒固定在支架上，因此滾軸滾動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡與凹形?？虻幕∶嬉恢拢鴶偭项^固定在攤料座上，攤料頭的運(yùn)動(dòng)軌跡也與凹形模框的弧面一致，從而保證刮出的待燒結(jié)粉料的上部形狀與凹形?？蛞恢隆１景l(fā)明的攤料裝置的其他實(shí)施例中，凹形模框的上表面沿z向的截面可以為v形，去除v形底的“平底v形”，去除凹弧形底的“平底凹弧形”或其他中間低、兩端高的對稱形式；攤料臂與模具安裝座之間做沿x向和z向的相對復(fù)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)可通過其他形式實(shí)現(xiàn)，如利用目前已有的數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)模具安裝座不動(dòng)，通過控制系統(tǒng)控制攤料臂作沿x向和z向的復(fù)合往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹弧形。本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石的制備方法的實(shí)施例1，欲制備的油石尺寸為80mm(l)×5mm(b)×4mm(c)，采用上述攤料裝置，包括以下步驟：1)取金屬結(jié)合劑和金剛石磨料在混料機(jī)中混合均勻，得到待燒結(jié)粉料；其中金屬結(jié)合劑的質(zhì)量百分占比為80％，金剛石磨料的質(zhì)量百分占比為20％；金屬結(jié)合劑為青銅基結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：銅粉80％、錫粉15％、鈷粉3％、銀粉2％；金剛石磨料的粒度為w28；2)根據(jù)油石尺寸，選擇合適的石墨模具并組裝好，將待燒結(jié)粉料均勻投入石墨模具型腔，再將待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹弧面，凹弧面的夾角α為3°，蓋上石磨模具上壓板(上壓板與待燒結(jié)粉料的接觸面為平面)，得到待燒結(jié)模具；3)將待燒結(jié)模具置于熱壓燒結(jié)機(jī)上在550℃、25mpa下燒結(jié)0.1h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實(shí)施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標(biāo)識(shí)位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點(diǎn)數(shù)據(jù))；對比例1油石制作時(shí)采用傳統(tǒng)工藝攤料(即將粉料在石墨模具中均勻攤平)，油石的配方及其他制造工藝與實(shí)施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點(diǎn)硬度，結(jié)果如表1所示。將實(shí)施例1和對比例1所得油石用于鑄鐵工件的磨削，其磨削效果對比如表2所示。表1實(shí)施例1與對比例1所得油石的各點(diǎn)硬度值對比表表2實(shí)施例1與對比例1所得油石的磨削效果對比表表面粗糙度(ra/μm)修整頻率(件/次)工件劃傷情況油石壽命實(shí)施例10.21400無18000對比例10.4600劃傷較多8500本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石的制備方法的實(shí)施例2，欲制備的油石尺寸為150mm(l)×6mm(b)×6mm(c)，采用上述攤料裝置，包括以下步驟：1)取金屬結(jié)合劑和金剛石磨料在混料機(jī)中混合均勻，得到待燒結(jié)粉料；其中金屬結(jié)合劑的質(zhì)量百分占比為85％，金剛石磨料的質(zhì)量百分占比為15％；金屬結(jié)合劑為鈷基結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鈷粉65％、銅粉20％、鐵粉10％、錫粉5％；金剛石磨料的粒度為w14；2)根據(jù)油石尺寸，選擇合適的石墨模具并組裝好，將待燒結(jié)粉料均勻投入石墨模具型腔，再將待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹弧面，凹弧面的夾角α為2°，蓋上石磨模具上壓板(上壓板與待燒結(jié)粉料的接觸面為平面)，得到待燒結(jié)模具；3)將待燒結(jié)模具置于熱壓燒結(jié)機(jī)上在700℃、45mpa下燒結(jié)0.2h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實(shí)施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標(biāo)識(shí)位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點(diǎn)數(shù)據(jù))；對比例2油石制作時(shí)采用傳統(tǒng)工藝攤料(即將粉料在石墨模具中均勻攤平)，油石的配方及其他制造工藝與實(shí)施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點(diǎn)硬度，結(jié)果如表3所示。將實(shí)施例2和對比例2所得油石用于不銹鋼工件的磨削，其磨削效果對比如表4所示。表3實(shí)施例2與對比例2所得油石的各點(diǎn)硬度值對比表表4實(shí)施例2與對比例2所得油石的磨削效果對比表表面粗糙度(ra/μm)修整頻率(件/次)工件劃傷情況油石壽命實(shí)施例20.11800無32000對比例20.2850劃傷較多13500本發(fā)明的硬度均勻超硬磨料油石的制備方法的實(shí)施例3，欲制備的油石尺寸為200mm(l)×7mm(b)×5mm(c)，采用上述攤料裝置，包括以下步驟：1)取金屬結(jié)合劑和金剛石磨料在混料機(jī)中混合均勻，得到待燒結(jié)粉料；其中金屬結(jié)合劑的質(zhì)量百分占比為75％，金剛石磨料的質(zhì)量百分占比為25％；金屬結(jié)合劑為銅基結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：銅粉70％、錫粉11％、鐵粉15％、鈷4％；金剛石磨料的粒度為w10；2)根據(jù)油石尺寸，選擇合適的石墨模具并組裝好，將待燒結(jié)粉料均勻投入石墨模具型腔，再將待燒結(jié)粉料的上表面攤鋪成凹弧面，凹弧面的夾角α為1°，蓋上石磨模具上壓板(上壓板與待燒結(jié)粉料的接觸面為平面)，得到待燒結(jié)模具；3)將待燒結(jié)模具置于熱壓燒結(jié)機(jī)上在600℃、30mpa下燒結(jié)0.15h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進(jìn)行機(jī)械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實(shí)施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標(biāo)識(shí)位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點(diǎn)數(shù)據(jù))；對比例3油石制作時(shí)采用傳統(tǒng)工藝攤料(即將粉料在石墨模具中均勻攤平)，油石的配方及其他制造工藝與實(shí)施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點(diǎn)硬度，結(jié)果如表5所示。將實(shí)施例3和對比例3所得油石用于硬質(zhì)合金刀具刃口的磨削，其磨削效果對比如表6所示。表5實(shí)施例3與對比例3所得油石的各點(diǎn)硬度值對比表表6實(shí)施例3與對比例3所得油石的磨削效果對比表表面粗糙度(ra/μm)修整頻率(件/次)工件劃傷情況油石壽命實(shí)施例30.051200無11500對比例30.1490劃傷頻繁4500由以上檢測結(jié)果可知，本發(fā)明的方法所得超硬磨料油石的不同位置的硬度值差在4以內(nèi)，硬度均勻性好；磨削效果試驗(yàn)表明，本發(fā)明的方法制備的硬度均勻超硬磨料油石，磨削加工的精度高，大幅度降低了油石的修整頻次，且基本無工件劃傷，提升了油石壽命。當(dāng)前第1頁12