带预应力的硬质合金制品以及顶锤和金刚石成型设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种带预应力的硬质合金制品以及顶锤和金刚石成型设备。提供了一种包括自身带有预应力的主体的硬质合金制品。还提供了一种顶锤，其包括由上述硬质合金制品制成的锤体。此外，本实用新型专利技术还提供了一种金刚石成型设备，其包括三组六个顶锤组件，各个顶锤组件均包括前述顶锤、预紧环、活塞和垫块，其中，预紧环在顶锤周围形成过盈配合，活塞通过垫块对顶锤施力，且各个顶锤组件的活塞同步推动相应的顶锤。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种带有预应力的硬质合金制品以及使用该预应力硬质合金制品的顶锤和金刚石成型设备。
技术介绍
硬质合金是一种可通过粉末冶金生产工艺制成的合金产品，具体而言，可利用碳化物粉末(例如碳化钨粉末)、金属粉末(例如钴粉)以及少量添加剂，通过混合料制备、压制成型和高温烧结来生产出硬质合金制品。目前，硬质合金以其很高的硬度和耐磨性、很高的抗压强度、很高的弹性模量、较小的热膨胀系数和很好的化学稳定性等特点使得它在耐磨材料、现代工具材料等方面占据重要地位。然而，硬质合金是脆性材料，它上述的这些优点很难和较高的抗弯强度以及较高的冲击韧性兼而有之。各种各样硬质合金制品的工况条件是复杂的，它们工作时常受各种应力的作用，通常当最大主应力超过硬质合金材料的极限强度时，制品就发生破坏。同时，硬质合金制品内部也可能存在残余应力，如果内部应力与工作时受的应力形成叠加，则加速制品的破坏。为了提高硬质合金制品的使用寿命，人们拼命提高硬质合金材料的强度(抗弯强度)，以提高材料的许用应力。虽然实现了一定的改进，但提高硬质合金材料的强度需花费很大的成本和代价，且强度的提高是有限度的。目前常用的提高硬质合金制品强度的方法还包括用过盈配合的方式给硬质合金制品添加外套，该外套对制品施加预紧力，该预紧力抵消制品使用时受到的拉应力中的一部分，有利于提高硬质合金制品的使用寿命。但是就各使用工况而言，加预紧力外套常常受到限制。例如，在需要的部位能不能加(例如有没有足够位置加)预紧力外套，常常受到限制。以硬质合金材料制成的顶锤为例，其失效主要是46°面上的拉应力破坏，虽然可在外圆柱表面上增加径向预紧力外套(如钢套)来降低少部分顶锤主应力，但最需要预紧力的斜面部分无法加外套，从而不能在最需要的部位产生径向预紧力。此外，在应用预紧力外套时，预紧力的大小与工件加工的形位精度和工件之间配合的过盈量等因素有关，加工精度或者配合精度等因素考虑或设定不当，都可能使预紧力的大小与需要的不符，严重情况下甚至会加速硬质合金制品的损坏。因此，需要一种耐用度和使用寿命得到提高的改进的硬质合金制品。
技术实现思路
本技术提供了 一种硬质合金制品，其包括自身带有预应力的主体。在这种硬质合金制品中，所述预应力可包括存在于所述主体的表层中的预应力。[0011 ] 在这种硬质合金制品中，所述表层中的预应力可为该表层中的残余应力。在上述硬质合金制品中，所述表层中的预应力可与所述硬质合金制品在正常工作时所受的外部应力方向相反。在上述硬质合金制品中，所述表层中的预应力可存在于所述表层的一部分中。与常规的硬质合金制品相比，本技术中记载的硬质合金制品的耐用度和使用寿命得以提闻。本技术还提供了一种用于生产人造金刚石的顶锤，其包括由上述硬质合金制品制成的锤体。在这种顶锤中，所述表层中的预应力可与使用过程中所述锤体在46°大斜面上承受的拉应力的作用方向相反。在上述顶锤中，所述顶锤包括下部圆柱体结构，上部棱台状结构以及两者之间的过渡部分，其中，所述上部棱台状结构的外表面上设有预应力，且所述下部圆柱体结构上装设有用于进一步增大强度的预紧力外套。本技术还提供了一种金刚石成型设备，包括三组六个顶锤组件，各个顶锤组件均包括上述顶锤、预紧环、活塞和垫块，其中，所述预紧环在所述顶锤周围形成过盈配合，以对所述顶锤施加径向预紧力，所述活塞构造为能够通过所述垫块对所述顶锤施力，且各个顶锤组件的活塞构造为能够同步推动相应的顶锤，从而对放置在各顶锤组件形成的中心空腔中的试样加压，且至少一对所述顶锤组件构造为能够通电，以便加热所述试样。与常规的顶锤相比，本技术中记载的顶锤获得了改进的抗断裂性能。且与使用常规顶锤的金刚石成型设备相比，本专利技术所记载的金刚石成型设备具有可观的技术经济效益。附图说明图1示出了六面顶压机的工作部分的俯视图，其中显示了四个顶锤组件。图2是图1所示的顶锤的投影正视图。具体实施方式本技术提供了一种具有带预应力的主体的硬质合金制品。在这种硬质合金制品中，所述预应力可包括存在于所述主体的表层中的预应力。在一个实施例中，所述表层中的预应力是该表层中的残余应力。在一个实施例中，所述表层中的预应力与所述硬质合金制品在正常工作时所受的外部应力方向相反。在一个实施例中，所述表层中的预应力存在于所述表层的一部分中。在一个实施例中，这种硬质合金制品可通过如下方式形成(I)分析硬质合金制品主体被破坏的形式，包括分析硬质合金制品主体使用中导致其破坏的最大主应力的方向和位置；(2)针对所分析出的最大主应力的方向和位置，设计硬质合金制品主体所需要的预应力的大小和方向；(3)制备表层(到一定的深度)存在残余应力的硬质合金制品主体(预应力硬质合金制品王体);(4)验证并确认上述过程是否得到符合条件的硬质合金制品。下文以硬质合金顶锤(以下简称顶锤)为例来阐述具有带预应力的主体的硬质合金制品。顶锤是生产人造金刚石时使用的一种重要消耗性工具。图1示出了六面顶压机的工作部分的俯视图，其中显示了四个顶锤组件，各个组件具有由形成有预应力的硬质合金制成的顶锤1，其中该顶锤I与预紧环2、活塞3和垫块4 一起工作，对工作腔体5中的试样加压。空心箭头所示方向即为加压方向在纸面上的投影。图2显示了图1所示的顶锤的投影正视图，其中各示意尺寸L，a，H，D以及标注的角度尺寸限定了顶锤的外形。顶锤的破坏通常是由于最大主应力超过材料的许用抗拉强度。顶锤46°斜面中心对称线是最容易产生裂纹并导致破裂的位置，由此产生的纵向裂纹和断裂占顶锤破坏总数的80%以上。参见王强，蔡冬梅等人在《重型机械》2004年第3期上发表的“基于三维有限元的六面顶顶锤应力分析”，等。顶锤工作时受交变的外载应力与热应力的作用，其46°斜面中心对称线下方存在的切向拉应力，是产生纵向裂纹和断裂的根本原因。也就是说，顶锤最薄弱部位是46°大斜面，大部分顶锤是在该部位高水平拉应力的反复作用下疲劳失效的。在一个实施例中，为了获得改进抗断裂性能的顶锤，在以上分析的基础上，应用预应力硬质合金顶锤制备技术(特殊工艺)生产了表层存在残余压应力的硬质合金顶锤，即预应力硬质合金顶锤(以下简称预应力顶锤)。在一个实施例中，该顶锤包括下部圆柱体结构、上部棱台状结构以及两者之间的过渡部分，其中，棱台状结构的外表面上设有预应力，且下部圆柱体结构上装设有用于进一步增大强度的预紧力外套。`在一个实施例中，预应力只存在于顶锤锤体的部分表面上。该预应力硬质合金顶锤的性能可通过如下方式验证在获得预应力硬质合金顶锤后，通过X射线衍射测量样品的弹性应变从而求取应力值。测量分析显示，预应力顶锤表层存在残余压应力。以下试验呈现出预应力顶锤的改进的抗断裂性能使预应力顶锤以6个为一组，在Φ 460mm缸径六面顶压机上进行试验。对照组是同规格同牌号的普通顶锤。试验结果是对照组顶锤的平均使用寿命为7000 8000次，预应力顶锤的使用寿命大于30000次，是对照组顶锤的4倍以上。目前，国内各种吨位的现役六面顶压机总数约5000台，年产人造金刚石逾120亿克拉，顶锤年消耗量为60万kg。如果全部使用预应力硬质合金顶锤则技术经济效益可观。由此可知，预应力顶锤的产品表层存在的残余压应力与顶锤使用过程中在46°大斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带预应力的硬质合金制品，其特征在于，包括自身带有预应力的主体。

【技术特征摘要】
1.ー种带预应カ的硬质合金制品，其特征在于，包括自身带有预应カ的主体。2.根据权利要求1所述的硬质合金制品，其特征在于，所述预应力包括存在于所述主体的表层中的预应力。3.根据权利要求2所述的硬质合金制品，其特征在于，所述表层中的预应カ是该表层中的残余应力。4.根据权利要求2或3所述的硬质合金制品，其特征在于，所述表层中的预应カ与所述硬质合金制品在正常工作时所受的外部应カ方向相反。5.根据权利要求2或3所述的硬质合金制品，其特征在于，所述表层中的预应カ存在于所述表层的一部分中。6.ー种用于生产人造金刚石的顶锤，其特征在于，包括由权利要求4或5所述的硬质合金制品制成的锤体。7.根据权利要求6所述的顶锤，其特征在于，所述表层中的预应カ与使用过程中所述锤体在46°大斜面上承受的拉应カ的作用方向相反。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：李詠侠，邹丹，刘艳军，肖可夫，程许林，
申请(专利权)人：湖南博云东方粉末冶金有限公司，
类型：实用新型
国别省市：