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，同時保證磨削時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、使用壽命長、強度高、磨削精度高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于軸承溝道及滾道、內(nèi)燃機缸、機床導(dǎo)軌、光學器件、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，這不僅會導(dǎo)致油石的形狀及尺寸精度無法保證(此時必須對油石進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)，同時更嚴重的是會引起加工過程的嚴重不穩(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)機上，按照設(shè)定的燒結(jié)工藝(燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力)進行燒結(jié)，得到油石毛坯；④對油石毛坯進行精加工，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，進而對模具中金屬粉末進行燒結(jié)，由于燒結(jié)過程在敞開環(huán)境中進行，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。現(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，最后對油石毛坯進行機械加工，得到尺寸精度合格的成品。該專利通過對油石毛坯進行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，使油石結(jié)合劑晶粒得到充分細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，包括機架，所述機架上設(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)運動，該復(fù)合往復(fù)運動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)時在粉料層厚的位置，燒結(jié)時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)時燒結(jié)壓力呈現(xiàn)兩頭大、中間小的特點，平衡了燒結(jié)時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格要求。優(yōu)選的，模具安裝座可做沿x向的往復(fù)運動，攤料臂可做沿z向的往復(fù)運動。進一步優(yōu)選的，所述攤料臂與機架之間頂裝有彈性裝置，模具安裝座包括用于在往復(fù)運動過程中與所述彈性裝置一起驅(qū)動攤料臂往復(fù)運動的凹形模框，所述凹形模框頂部具有與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和最高點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，夾角α的范圍為2°～4°。超硬磨料油石的長度在90～200mm時，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α小于上述范圍時，對燒結(jié)后油石兩端區(qū)域硬度的提高能力有限；當α大于上述范圍時，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配合的滾動部件。所述滾動部件為沿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模框得到適宜的攤料形狀，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的分布示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。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)置的凹形模框17、石墨模框15和石墨底板14，石墨底板14和石墨模框15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，凹弧面的最低點和最高點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)于機架10上，機架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，以實現(xiàn)在滾珠絲杠副的帶動作用下，凹形模框17、石墨模框15和石墨底板14可沿導(dǎo)軌方向(x向)作往返移動；機架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；支架的頂部設(shè)有攤料時朝向凹形模框17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動的頂壓結(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)部軸承上以實現(xiàn)沿軸線進行滾動，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)，在攤料時頂壓結(jié)構(gòu)頂壓攤料臂19上的滾軸20與凹形模框17的上表面(下凹面)貼合，這樣在凹形模框17作水平往返移動時，滾軸20、攤料刀16作與凹形模框的上表面相吻合的攤料動作，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模框17；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，使攤料刀能運動到石墨模框長度方向邊緣處。機架10上還設(shè)有伺服電機1、聯(lián)軸器2、電機連接法蘭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力。本實施例的攤料裝置在投料作業(yè)時的結(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，此時伺服電機啟動，驅(qū)動滾珠絲杠副動作，使螺母做直線運動，以此驅(qū)動模具安裝座向左移動，進而驅(qū)動石墨底板、石墨模框和凹形模框向左移動，達移動距離達到設(shè)定距離時，伺服電機反轉(zhuǎn)，驅(qū)動石墨底板、石墨模框和凹形模框向右移動，達到設(shè)定距離時，伺服電機正轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)了石墨底板、石墨模框和凹形模框的作用往復(fù)勻速移動。往復(fù)勻速移動形成后，向漏料斗中倒入混好的磨料，磨料自動流入到由石墨底板和石墨模框構(gòu)成的型腔內(nèi)，并且由于石墨底板和石墨模框的往復(fù)勻速移動，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。本實施例的攤料裝置在攤料作業(yè)時的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示，投料過程完成以后，伺服電機停止，此時把漏料斗取下，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)，此時啟動伺服電機，使其驅(qū)動石墨底板、石墨模框和凹形模框往復(fù)勻速移動，此時滾軸的圓柱面在內(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，由于攤料臂套筒固定在支架上，因此滾軸滾動時的運動軌跡與凹形模框的弧面一致，而攤料頭固定在攤料座上，攤料頭的運動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模框一致。本發(fā)明的攤料裝置的其他實施例中，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)運動可通過其他形式實現(xiàn)，如利用目前已有的數(shù)控機床，實現(xiàn)模具安裝座不動，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)運動，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)機上在550℃、25mpa下燒結(jié)0.1h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進行機械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標識位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點數(shù)據(jù))；對比例1油石制作時采用傳統(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施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點硬度，結(jié)果如表1所示。將實施例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實施例1與對比例1所得油石的各點硬度值對比表表2實施例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)機上在700℃、45mpa下燒結(jié)0.2h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進行機械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標識位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點數(shù)據(jù))；對比例2油石制作時采用傳統(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施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點硬度，結(jié)果如表3所示。將實施例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實施例2與對比例2所得油石的各點硬度值對比表表4實施例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)機上在600℃、30mpa下燒結(jié)0.15h，制得油石毛坯，再對油石毛坯進行機械加工，得到尺寸精度合格的油石成品。本實施例中，油石攤料狀態(tài)的剖視圖如圖10所示，按圖11所示的標識位置從左向右依次打hrb硬度(共測13點數(shù)據(jù))；對比例3油石制作時采用傳統(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施例1完全相同，同樣按圖11檢測各點硬度，結(jié)果如表5所示。將實施例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實施例3與對比例3所得油石的各點硬度值對比表表6實施例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。當前第1頁12