一种双层结构的微型磨棒及其制备方法技术

本发明专利技术一种双层结构的微型磨棒及其制备方法，所述微型磨棒分为外部工作层和内部非工作层，其中外部工作层将棒状的内部非工作层包裹；所述外部工作层由金属结合剂A与磨粒组成，所述磨粒选自金刚石颗粒或CBN颗粒；所述内部非工作层为金属结合剂B。本发明专利技术的微型磨棒结构可以提高金刚石或CBN颗粒的利用率，减少原料浪费，降低生产成本，此外，还可在该磨棒上设置散热孔和散热槽，降低磨棒加工温度，延长使用寿命，同时采用FDM双丝3D打印技术实现双层结构的微型金刚石或CBN磨棒制造，充分提高磨粒利用率，提高生产速率，具备产业化潜力，在材料加工领域具有广阔的应用前景。料加工领域具有广阔的应用前景。料加工领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种双层结构的微型磨棒及其制备方法


[0001]本专利技术属于磨棒制备
，具体涉及一种双层结构的微型磨棒及其制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石或CBN磨棒因其硬度高、耐磨性强、化学稳定性好等特点，在加工硬度高、脆性大、精度要求高的材料中具有显著优势。研究发现金刚石或CBN磨棒进行开孔、开槽工作时，其磨损主要从磨棒边缘开始，然后逐步向中心扩散，当耐磨颗粒破碎、脱落达到一定数量时，磨棒直径变小，不再满足预先设计的孔或槽的直径要求，因此尽管此时金刚石或CBN颗粒尚未完全失效，但由于磨棒直径的改变仍只能报废处理，且磨削过程中耐磨颗粒产生不规则脱落和破碎，故直径变小的磨棒也无法二次利用加工更小直径的孔或槽。
[0003]此外，制备金刚石或CBN磨棒的传统方法有电镀法、钎焊法和热压烧结法，这些方法因其自身特点，均不太适合新型磨棒的制造。电镀法会出现耐磨颗粒沉降不均匀，报废率高的问题，尤其在制造新型磨棒时，其工作层非常薄，更易造成上述问题，导致磨粒出露不一致，磨削不均匀，磨削效果差。钎焊法制造金刚石或CBN工具必须使用合适的钎料，由金刚石和CBN性质可知，其化学惰性极高，与大部分金属结合剂反应需要很大能量，目前能够与其发生化学反应并紧密连接的元素十分有限，且这些活性元素通常比较稀少，价格昂贵，这将极大增加新型磨棒的制造成本。热压烧结法制造金刚石或CBN工具存在固有的弊病和缺陷，如模具加工和小尺寸磨棒成型困难、烧结过程能耗高、工具质量稳定性差、使用性能差等，此外，金刚石或CBN工具在烧结前一般是将预处理的混合粉末整体放入烧结模具中，无法控制耐磨颗粒的精确位置，只能均匀平铺，因此无法制造出具有双层结构的磨棒。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种双层结构的微型磨棒。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种双层结构的微型磨棒的制备方法，利用FDM双丝3D打印技术可以实现新型磨棒的高效率生产，减少原料浪费，节约生产成本。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种双层结构的微型磨棒，所述微型磨棒分为外部工作层和内部非工作层，其中外部工作层将棒状的内部非工作层包裹；所述外部工作层由金属结合剂A与磨粒组成，所述磨粒选自金刚石颗粒或CBN颗粒；所述内部非工作层为金属结合剂B。
[0008]本专利技术所提供的是一种新型的双层结构的微型磨棒，分为外部工作层和内部非工作层，仅外部工作层中含有耐磨颗粒，这种结构可以保证磨棒直径开始变化前，工作层中的耐磨颗粒已完全失效，从而提高金刚石或CBN颗粒的利用率，减少原料浪费，降低生产成本。
[0009]优选的方案，所述微型磨棒的直径≤8mm，微型磨棒的高度为1～30mm，外部工作层的厚度为0.2～1mm，且外部工作层的厚度＜微型磨棒的高度。
[0010]优选的方案，所述外部工作层中，磨粒的体积分数为5～70％，金属结合剂A的体积
分数为30～95％。
[0011]在本专利技术中，根据磨棒应用对象可以调整磨粒的体积分数，提高磨削力，不过当磨粒的体积分数达到70％时就已充分达到磨削效果，更高含量只会增加制造成本，降低磨粒把持力。
[0012]优选的方案，所述外部工作层中的金属结合剂A选自Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种，或Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种与WC；所述内部非工作层中的金属结合剂B选自Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种，或Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种与WC。
[0013]进一步的优选，所述金属结合剂A与金属结合剂B的成份组成一致。
[0014]优选的方案，所述微型磨棒的顶端设置有散热孔和/或散热槽，其中所述散热孔的直径为0.1～7mm，深度为0.1～25mm，散热槽的宽度为0.1～7mm，深度为0.1～25mm。
[0015]在磨棒端面设置散热孔或者散热槽，使磨棒在工作时，不断有冷却液流经磨棒端面，降低磨棒温度，延长金刚石或CBN磨棒的使用寿命。
[0016]本专利技术还提供一种双层结构的微型磨棒的制备方法，将预合金粉末C、磨粒、添加剂混合获得外部工作层混合料，将外部工作层混合料进行混炼、造粒获得外部工作层颗粒料，拉丝获得外部工作层丝状料，将预合金粉末D、添加剂混合获得内部非工作层混合料，将内部非工作层混合料进行混炼、造粒获得内部非工作层颗粒料，拉丝获得内部非工作层丝状料，将外部工作层丝状料与内部非工作层丝状料分别置于FDM双丝3D打印设备对应的双进料口，同步打印，获得微型磨棒生坯，将微型磨棒生坯脱脂获得脱脂坯，脱脂坯经烧结即得双层结构的微型磨棒。
[0017]在实际操作过程中，将外部工作层和内部非工作层的粉末原料分别放入行星球磨机中进行预处理。
[0018]优选的方案，所述磨粒的粒径≤800μm，优选为100～300μm，所述预合金粉末C的粒径≤80μm，优选为30～50μm，所述预合金粉末D的粒径≤80μm，优选为30～50μm。
[0019]专利技术人发现，将磨粒、预合金粉末的粒径控制在上述范围内，可以同时保证打印精度和成品性能：若原料粒径过大，会使得打印精度降低，若原料粒径过小，则会降低磨削效果，增加原料成本，在实际操作过程中，按照金属结合剂A的设计成份比例，配取相应的原料粉末混合获得预合金粉末C，按照金属结合剂B的设计成份比例，配取相应的原料粉末混合获得预合金粉末D。
[0020]优选的方案，所述外部工作层混合料与内部非工作层混合料中，添加剂的体积分数均为30～70％。
[0021]优选的方案，所述外部工作层混合料与内部非工作层混合料中的添加剂，按质量百分比计，组成均如下：石蜡(PW)40～60％，食用油(EO)0.5～4％，乙烯
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乙酸乙烯共聚物(EVA)22～48％，高密度聚乙烯(HDPE)10～20％，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)0.5～4％，硬脂酸(SA)0.5～2％。
[0022]本专利技术中，对内外层都采用同样的添加剂，这样可以保证后续烧结的一致性，提升复合材料的品质，专利技术人通过大量的实验，最终所提供的添加剂，能够同时适配于金刚石、CBN两种磨粒以及预合金粉末，并使所制备的丝材均具有较好的柔韧性、流动性、均匀性，以便所制备的丝材均能挤出顺畅，并打印得到性能均一的生坯。
[0023]优选的方案，所述外部工作层颗粒料与内部非工作层颗粒料的粒径均为0.5～5mm。在此范围内的颗粒料可以制得性能优良，不易折断的丝材，若颗粒料粒径过大，可能造成拉丝机螺杆受损，若粒径过小，则丝材太细，极易断裂。
[0024]优选的方案，所述外部工作层丝状料与内部非工作层丝状料的直径均为1.6～2.1mm，优选为1.75mm。
[0025]专利技术人发现，将丝状料的直径控制在上述范围内，最终所得磨棒的性能最优。
[0026]在实际操作过程中，在计算机三维建模软件中建立双层结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层结构的微型磨棒，其特征在于：所述微型磨棒分为外部工作层和内部非工作层，其中外部工作层将棒状的内部非工作层包裹；所述外部工作层由金属结合剂A与磨粒组成，所述磨粒选自金刚石颗粒或CBN颗粒；所述内部非工作层为金属结合剂B。2.根据权利要求1所述一种双层结构的微型磨棒，其特征在于：所述微型磨棒的直径≤8mm，微型磨棒的高度为1～30mm，外部工作层的厚度为0.2～1mm，且外部工作层的厚度＜微型磨棒的高度。3.根据权利要求1或2所述一种双层结构的微型磨棒，其特征在于：所述外部工作层中，磨粒的体积分数为5～70％，金属结合剂A的体积分数为30～95％；所述外部工作层中的金属结合剂A选自Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种，或Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种与WC；所述内部非工作层中的金属结合剂B选自Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种，或Cu、Sn、Co、Cr、Ti、Ni、Mn中的至少一种与WC；所述金属结合剂A与金属结合剂B的成份组成一致。4.根据权利要求1或2所述一种双层结构的微型磨棒，其特征在于：所述微型磨棒的顶端设置有散热孔和/或散热槽，其中所述散热孔的直径为0.1～7mm，深度为0.1～25mm，散热槽的宽度为0.1～7mm，深度为0.1～25mm。5.权利要求1
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4任意一项所述的一种双层结构的微型磨棒的制备方法，其特征在于：将预合金粉末C、磨粒、添加剂混合获得外部工作层混合料，将外部工作层混合料进行混炼、造粒获得外部工作层颗粒料，拉丝获得外部工作层丝状料，将预合金粉末D、添加剂混合获得内部非工作层混合料，将内部非工作层混合料进行混炼、造粒获得内部非工作层颗粒料，拉丝获得内部非工作层丝状料，将外部工作层丝状料与内部非工作层丝状料分别置于FDM双丝3D打印设备对应的双进料口，同步打印，获得微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍和，王娅妮，孔祥旺，荣令龙，吴晶晶，吴冬宇，刘磊磊，孙平贺，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：