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切削節(jié)塊及其制造方法和包括該切削節(jié)塊的切削工具的制作方法

文檔序號:3007671閱讀:312來源:國知局
專利名稱:切削節(jié)塊及其制造方法和包括該切削節(jié)塊的切削工具的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種用于對脆性工件進行切削或鉆削的切削工具的切 削節(jié)塊(cutting segment),這些工件例如是石料、磚、混凝土和瀝青, 還涉及一種制造該節(jié)塊的方法以及一種包括該節(jié)塊的切削工具。本發(fā) 明尤其涉及一種切削工具的切削節(jié)塊,其利用板形金屬基質(zhì)替代粉狀 金屬基質(zhì),還涉及一種制造該節(jié)塊的方法以及一種包括該節(jié)塊的切削 工具。
背景技術
為了對例如石料、磚、混凝土和瀝青的脆性工件進行切削或鉆削, 有必要提供一種硬度比工件硬度更高的研磨材料。關于研磨材料,本領域所公知的是人造金剛石顆粒、天然金剛石 顆粒、氮化硼以及硬質(zhì)合金,尤其,在這些材料中人造金剛石顆粒在 切削工具的領域中己經(jīng)得到最廣泛地應用。人造金剛石(以下將其稱為"金剛石")是在20世紀50年代發(fā) 明出來的,其已知具有比世上任何其他材料更高的硬度。由于這個特 性,金剛石被廣泛地用作為切削工具、磨削工具等。特別地,金剛石已廣泛應用于對例如大理石、花崗巖等的各種石 料進行切削或鉆削的石料加工領域,且還應用于對混凝土結(jié)構(gòu)進行切 削或鉆削的建筑領域。現(xiàn)在將對包括作為研磨材料的金剛石顆粒的切削節(jié)塊(以下將其 稱為"節(jié)塊")以及包括該切削節(jié)塊的切削工具進行說明。 典型地,節(jié)塊型金剛石工具包括多個節(jié)塊和保持該節(jié)塊的鋼芯, 每個節(jié)塊均具有分布在其上的金剛石顆粒。圖1表示出節(jié)塊型金剛石工具的實例。參看圖1,節(jié)塊型金剛石工具包括固定在盤形鋼芯2上的多個節(jié) 塊11和12,且金剛石顆粒5隨機分布在每個節(jié)塊11和12中。根據(jù)粉末冶金學制造這些節(jié)塊,其中將金剛石顆粒與作為基質(zhì)的 金屬粉末混合,其后進行壓實和燒結(jié)。如前所述,當將金剛石顆粒與金屬粉末混合時,金剛石顆粒在金 屬粉末中并不是均勻分布的,從而導致金剛石顆粒的切削效率降低并 縮短其壽命。也就是,當將金剛石顆粒與作為基質(zhì)的金屬粉末進行混合時,顆 粒間的尺寸和比重的差異致使金剛石顆粒相隔離,由此在金屬粉末之 中產(chǎn)生金剛石顆粒的不均勻分布。結(jié)果,如圖1中所示,可能在每個節(jié)塊中形成在其上分布有過多量的金剛石顆粒的切削表面3,以及在其 上分布過少量的金剛石顆粒的切削表面4。當金剛石顆粒如前述地隔離時,不僅使切削工具的切削效率惡化, 同時還縮短了切削工具的壽命。作為解決由于金剛石顆粒分離而造成的上述問題的技術,提出以預定模式分布金剛石顆粒的成形技術,其示例示于圖2中。圖2表示出另一個節(jié)塊型金剛石工具20的示例,其中以預定模式 分布金剛石顆粒。
參看圖2,每個節(jié)塊21和22具有以預定模式在其上分布的金剛石顆粒5。即金剛石顆粒5均勻分布在每個節(jié)塊21和22中。根據(jù)成形技術,代替金屬粉末和金剛石顆粒的混合,通過重復在 金屬粉末基質(zhì)上以預定模式布置金剛石顆粒的過程和將金屬粉末基質(zhì) 定位在金剛石顆粒上的過程,將金屬粉末和金剛石顆粒成層地布置, 然后將其壓實為預定壓塊,然后進行燒結(jié),從而提供該節(jié)塊。雖然用于金剛石顆粒的成形技術可以解決由于金剛石顆粒隔離所 造成的問題,但是其并不能解決由于使用金屬粉末基質(zhì)而帶來的內(nèi)在 問題。就是說,當制造節(jié)塊時,如果將金屬粉末用作為基質(zhì),則金屬粉 末在壓實金屬基質(zhì)的過程期間將承受更高的壓力。在壓實金屬基質(zhì)的 過程期間,由于金剛石顆粒對壓實模造成嚴重磨損,故基質(zhì)厚度變化 或基質(zhì)破損頻繁發(fā)生,由此降低生產(chǎn)率。此外,在嚴重的情況中,基 質(zhì)的尺寸會發(fā)生變化,從而該節(jié)塊將分別具有不同尺寸,因而引起性 能變化并使金剛石工具惡化。另外,即使能使用相同部件利用不同方法來制造用于基質(zhì)的金屬 粉末,但與具有例如板、線圈、桿等具有不同形狀的金屬體相比,金屬粉末的制造成本是非常高的。另外,當通過粉末冶金制造該節(jié)塊時,必須順序執(zhí)行用于混合金 剛石顆粒和金屬粉末的過程,用于將金剛石顆粒與金屬粉末混合物壓 實為預定壓塊的過程,以及對壓塊進行燒結(jié)的過程,從而使制造過程 變得復雜。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明致力于解決上述問題,并且本發(fā)明的目的是提供一種切削 節(jié)塊,該切削節(jié)塊利用金屬板替代金屬粉末來作為基質(zhì),由此實現(xiàn)優(yōu) 良的切削性能,簡化制造過程,并顯著降低制造成本。本發(fā)明的另一目的是提供一種制造前述節(jié)塊的方法。本發(fā)明的再一目的是提供一種包括有前述節(jié)塊的切削工具。'技術方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面,通過提供這樣一種切削節(jié)塊可實現(xiàn)上述 和其他目的,該切削節(jié)塊包括多個層,每層均包括金剛石顆粒層和 具有不同延展性的兩種板形金屬基質(zhì)層,其中兩種板形金屬基質(zhì)層垂直于切削表面且同時平行于切削方向布置,并且垂直于切削方向交替 堆疊,并且其中每個金剛石顆粒層均具有金剛石顆粒,所述金剛石顆 粒由金屬基質(zhì)層中的具有較高延展性的金屬基質(zhì)層圍繞,并且在切削 表面上設置成金剛石顆粒排。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種切削節(jié)塊,該切削節(jié)塊包括多個層,每層均包括金剛石顆粒層和兩種板形金屬基質(zhì)層,所述兩種板形金屬基質(zhì)層包括至少一個具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層和至少 一個具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)層,其中兩種板形金屬基質(zhì)層垂直于切削表面且同時平行于切削方向布置,并且垂直于所述切削方向交 替堆疊,并且其中每個金剛石顆粒層均具有金剛石顆粒,每個金剛石 顆粒的一部分位于軟金屬基質(zhì)層中,每個金剛石顆粒的其它部分位于 硬金屬基質(zhì)層中,金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排。一個金剛石顆粒層的每個金剛石顆粒的一部分位于每個金屬基質(zhì) 層中。 兩個金剛石顆粒層中的每個金剛石顆粒的一部分位于每個金屬基 質(zhì)層中。根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供一種用于制造切削節(jié)塊的方法,其 包括以下步驟制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括 具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基 質(zhì);在板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒,使得 所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排;在金剛石顆粒上 堆疊第二軟金屬基質(zhì);將板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)堆疊在 第二軟金屬基質(zhì)上;將第三軟金屬基質(zhì)堆疊在第一硬金屬基質(zhì)上,隨 后在第三軟金屬基質(zhì)上布置另外的金剛石顆粒,使得所述另外的金剛 石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排,將第四軟金屬基質(zhì)堆疊在 金剛石顆粒上,并且將第二硬金屬基質(zhì)堆疊在第四軟金屬基質(zhì)上;重 復上面步驟,以制備具有希望的厚度的堆層;并對該堆層進行加熱和 壓縮,使得組成該堆層的部件相結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供一種用于制造切削節(jié)塊的方法,其 包括以下步驟制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括 具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基 質(zhì);在所述板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒, 使得所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排;將板形軟金 屬基質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)堆疊在金剛石顆粒上;將第二硬金屬基質(zhì) 堆疊在第一軟金屬基質(zhì)上,隨后在第二硬金屬基質(zhì)上布置另外的金剛 石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒 排,并將第二軟金屬基質(zhì)堆疊在金剛石顆粒上;重復上面步驟,以制 備具有希望的厚度的堆層;并對該堆層進行加熱和壓縮,使得組成該 堆層的部件相結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明的再一方面,提供一種用于制造切削節(jié)塊的方法,其 包括以下步驟制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括
具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基 質(zhì);在板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒,使得 所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排;將板形軟金屬基 質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)堆疊在金剛石顆粒上;在第一軟金屬基質(zhì)上布 置另外的金剛石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒在切削表面上設置 成金剛石顆粒排,隨后將第二硬金屬基質(zhì)堆疊在金剛石顆粒上,在第 二硬金屬基質(zhì)上布置另外的金剛石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒 在切削表面上設置成金剛石顆粒排,并且將第二軟金屬基質(zhì)堆疊在另 外的金剛石顆粒上;重復上面步驟,以制備具有希望的厚度的堆層; 并對所述堆層進行加熱和壓縮,使得組成所述堆層的部件相結(jié)合。


從以下結(jié)合附圖的詳細說明中將更清楚地理解對本發(fā)明的上述和其他目的,特征和其他優(yōu)點圖1是描述金剛石工具實例的圖,其中金剛石顆粒不均勻地分布在節(jié)塊的切削表面上;圖2是描述金剛石工具實例的圖,其中金剛石顆粒均勻地分布在節(jié)塊的切削表面上;圖3是描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的切削節(jié)塊的圖; 圖4是描述根據(jù)本發(fā)明另 一 實施例的切削節(jié)塊的圖; 圖5是描述根據(jù)本發(fā)明又一實施例的切削節(jié)塊的圖; 圖6是描述根據(jù)本發(fā)明又一實施例的切削節(jié)塊的圖; 圖7是描述根據(jù)本發(fā)明再一實施例的切削節(jié)塊的圖; 圖8是描述當根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造該節(jié)塊時部件布置的示意圖;圖9是描述當根據(jù)本發(fā)明另一個實施例制造該節(jié)塊時部件布置的 示意圖;圖10是描述當根據(jù)本發(fā)明再一個實施例制造該節(jié)塊時部件布置 的示意具體實施方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖對本發(fā)明范圍內(nèi)的各種實施例進行詳細說明。本發(fā)明可適用于用于對脆性工件進行切削或鉆削的切削工具的切 削節(jié)塊,這些工件例如是石料、磚、混凝土和瀝青,并且適用于包括 該節(jié)塊的切削工具。用于切削工具的節(jié)塊包括在切削工件時直接執(zhí)行切削操作的金剛 石顆粒和保持金剛石顆粒的金屬基質(zhì)。傳統(tǒng)地,當制造節(jié)塊時使用粉末金屬基質(zhì)。當利用粉末金屬基質(zhì)來制造節(jié)塊時,具有以下問題金剛石顆粒 被分離,從而不僅降低切削工具的切削效率,而且縮短其壽命。此外,當利用粉末金屬基質(zhì)來制造節(jié)塊時,必須順序執(zhí)行混合金 剛石顆粒和金屬粉末的過程,將金剛石顆粒和粉末的混合物壓實為預 定壓塊的過程,以及燒結(jié)該壓塊的過程。由此,當利用粉末金屬基質(zhì)來制造節(jié)塊時,制造過程變得復雜, 由此增加了制造成本。作為解決由于金剛石顆粒分離所造成的上述問題的技術,提出成 形技術,其以預定模式分布金剛石顆粒。根據(jù)成形技術,代替金屬粉末和金剛石顆粒的混合,通過重復如 下過程使金屬粉末基質(zhì)和金剛石顆粒成層地布置,該過程為在粉末金 屬基質(zhì)上以預定模式布置金剛石顆粒,然后在金剛石顆粒上放置另一 粉末金屬基質(zhì),在使金屬粉末基質(zhì)和金剛石顆粒成層地布置之后,將 這些層壓實為預定壓塊并進行燒結(jié),從而生產(chǎn)該節(jié)塊。雖然金剛石顆粒成形技術可解決由于金剛石顆粒分離所造成的問 題,但是,其并不能解決由于使用粉末金屬基質(zhì)所造成的復雜制造過 程以及制造成本增加的問題。本發(fā)明的原理是,在制造過程開始時使用板形金屬基質(zhì)來代替粉 末金屬基質(zhì)。如果從所述過程開始時就使用板形金屬基質(zhì)來制造節(jié)塊,則不僅 如人所愿地在沒有分離的情況下分布金剛石顆粒,而且也可簡化制造 過程,由此使制造成本最低。另外,本發(fā)明的原理還在于,將具有不同延展性的兩種金屬基質(zhì)作為板形金屬基質(zhì),該兩種金屬基質(zhì)即為具有較高延展性的軟金屬基 質(zhì)以及具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)。本發(fā)明的節(jié)塊包括金剛石顆粒層、以及具有不同延展性的兩種板 形金屬基質(zhì)層,即具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層以及具有較低延展 性的硬金屬基質(zhì)層。這里,術語"軟"或"硬"指的不是絕對的軟硬值,而是這些金 屬基質(zhì)層之間的相對值。板形金屬基質(zhì)層布置成垂直于切削表面且同時平行于切削方向, 并可垂直于切削方向交替堆疊。每個金剛石顆粒層均具有由金屬基質(zhì)層中具有較高延展性的軟金 屬基質(zhì)層所圍繞的金剛石顆粒。在根據(jù)另一實施例的節(jié)塊中,每個金剛石顆粒層均具有金剛石顆
粒,每個金剛石顆粒的一部分位于金屬基質(zhì)層中具有較高延展性的軟 金屬基質(zhì)層內(nèi),每個金剛石顆粒的另一部分位于金屬基質(zhì)層中具有較 低延展性的硬金屬基質(zhì)層內(nèi)。此時,希望金剛石顆粒尺寸的一半或更 多位于軟金屬基質(zhì)層內(nèi)。這個實施例中節(jié)塊構(gòu)造為使得軟金屬基質(zhì)層的厚度大于硬金屬基 質(zhì)層的厚度,從而允許一個金剛石顆粒層中的每個金剛石顆粒中的一 部分位于每個金屬基質(zhì)層內(nèi)。另外,這個實施例中節(jié)塊構(gòu)造為使得軟金屬基質(zhì)層的厚度小于硬 金屬基質(zhì)層的厚度,從而允許一個金剛石顆粒層中的每個金剛石顆粒 中的一部分位于每個金屬基質(zhì)層內(nèi),且同時允許每個金剛石顆粒的該 部分均被軟金屬基質(zhì)層所圍繞。在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的節(jié)塊中,兩個金剛石顆粒層的每個金 剛石顆粒的一部分均位于每個金屬基質(zhì)層內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明,板形金屬基質(zhì)層由具有不同延展性的兩種板形金屬 基質(zhì)層組成,即具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層和具有較低延展性的 硬金屬基質(zhì)層。金屬基質(zhì)層可由含鐵的或不含鐵的材料構(gòu)成,可選地,該材料選 自鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金以及黃銅構(gòu)成的組。在另一實施例中,硬金屬基質(zhì)層是由鋼構(gòu)成,且軟金屬基質(zhì)層是 由選自低熔點鎳合金、銅合金、銀合金以及黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。板形金屬基質(zhì)層可由軋制材料或燒結(jié)材料構(gòu)成,并優(yōu)選為由軋制 材料構(gòu)成。所有的板形金屬基質(zhì)層均可由軋制材料構(gòu)成??蛇x地, 一些板形 金屬基質(zhì)層顆由燒結(jié)材料構(gòu)成。在又一實施例中,板形金屬基質(zhì)層由熱軋鋼板或冷軋鋼板構(gòu)成?,F(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進行詳細說明。圖3是描述根據(jù)本發(fā)明的切削節(jié)塊的實例的圖。' 參看圖3,本發(fā)明的切削節(jié)塊IOO包括金剛石顆粒層101、以及具有不同延展性的兩種板形金屬基質(zhì)層,即具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層102和具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)層103。板形金屬基質(zhì)層102和103垂直于切削表面且平行于切削方向布 置,且垂直于切削方向交替堆疊。每個金剛石顆粒層101具有金剛石顆粒1011,金剛石顆粒1011 由在金屬基質(zhì)層中具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層102所圍繞。每個金剛石顆粒層101構(gòu)造為使得金剛石顆粒1011在切削表面上 設置成金剛石顆粒排。圖4是描述根據(jù)本發(fā)明另一實施例的節(jié)塊200的圖,其中金剛石 顆粒層201布置在圖3所示節(jié)塊的兩個側(cè)面上。即使具有較高延展性的金屬基質(zhì)層的厚度小于金剛石顆粒層的厚 度,金屬基質(zhì)層也可圍繞金剛石顆粒。因此,對于具有較高延展性的金屬基質(zhì)層的厚度沒有限制。然而, 具有較高延展性的金屬基質(zhì)層優(yōu)選為薄于金剛石顆粒層。
同時,在根據(jù)本發(fā)明另一實施例的節(jié)塊中,每個金剛石顆粒層均 具有金剛石顆粒,每個金剛石顆粒的一部分位于具有較高延展性的軟 金屬基質(zhì)層內(nèi),并且每個金剛石顆粒的其他部分位于在金屬基質(zhì)層中 具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)層內(nèi)。圖5到7分別表示出根據(jù)本發(fā)明其他實施例的節(jié)塊。如圖5中所示,根據(jù)本發(fā)明另一實施例的切削節(jié)塊300包括金剛 石顆粒層301、以及具有不同延展性的兩種板形金屬基質(zhì)層,即具有較 高延展性的軟金屬基質(zhì)層302和具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)層303。板形金屬基質(zhì)層302和303垂直于切削表面且平行于切削方向布 置,且垂直于切削方向交替堆疊。每個金剛石顆粒層301具有金剛石顆粒3011,其中每個金剛石顆 粒的一部分位于軟金屬基質(zhì)層302內(nèi),并且每個金剛石顆粒的其他部 分位于硬金屬基質(zhì)層303內(nèi)。一個金剛石顆粒層301中的每個金剛石顆粒3011的一部分位于每 個金屬基質(zhì)層302或303內(nèi)。軟金屬基質(zhì)層302的厚度大于硬金屬基質(zhì)層303的厚度。優(yōu)選地,每個金剛石顆粒層內(nèi)的金剛石顆粒尺寸的一半或更多位 于軟金屬基質(zhì)層內(nèi)。每個金剛石顆粒層301構(gòu)造為使得金剛石顆粒3011在切削表面上 設置成金剛石顆粒排。
圖6表示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的切削節(jié)塊。如圖6中所示,切削節(jié)塊400與圖5中的切削節(jié)塊300的不同之 處在于,軟金屬基質(zhì)層402的厚度小于硬金屬基質(zhì)層403的厚度,并 且構(gòu)成金剛石顆粒層401的每個金剛石顆粒4011的一部分被軟金屬基 質(zhì)層所圍繞。圖7表示出根據(jù)本發(fā)明再一實施例的切削節(jié)塊。如圖7中所示,切削節(jié)塊500與圖5中的切削節(jié)塊300的不同之 處在于,兩個金剛石顆粒層501的每個金剛石顆粒5011的一部分位于 每個金屬基質(zhì)層502和503內(nèi)。優(yōu)選地,具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層的厚度大于硬金屬基質(zhì) 層的厚度,且大于金剛石顆粒平均直徑。如圖4中所示,金剛石顆粒層301, 401和501可分別位于節(jié)塊 300, 400, 500的兩個側(cè)面。根據(jù)本發(fā)明,提供一種具有前述節(jié)塊的切削工具。將參考圖8到IO對用于制造根據(jù)本發(fā)明的節(jié)塊的方法的一個實例 進行詳細說明。板形金屬基質(zhì)的制備為了制造根據(jù)本發(fā)明的節(jié)塊,制備由具有不同延展性的含鐵的或 不含鐵的材料所構(gòu)成的兩種板形金屬基質(zhì)。即,必須制備具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)和具有較高延展性的 硬金屬基質(zhì)。 每個金屬基質(zhì)均可由含鐵的或不含鐵的材料構(gòu)成,并且更優(yōu)選為 選自鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金以及黃銅構(gòu)成的組 的材料。在另一實施例中,硬金屬基質(zhì)由鋼構(gòu)成,軟金屬基質(zhì)層由選自低 熔點鎳合金、銅合金、銀合金以及黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。板形金屬基質(zhì)制備為具有符合所制造的節(jié)塊的適合形狀。板形金屬基質(zhì)可由軋制材料或燒結(jié)材料構(gòu)成,尤其由軋制材料構(gòu)成。在一個實施例中,硬金屬基質(zhì)由熱軋鋼板或冷軋鋼板構(gòu)成。所有的板形金屬基質(zhì)均可由軋制材料構(gòu)成??蛇x地, 一些板形金 屬基質(zhì)可以由燒結(jié)材料構(gòu)成。當將軋制材料用作為板形金屬基質(zhì)時,軋制材料具有接近于理論 密度極限的密度。因此,與通過壓實和燒結(jié)粉末金屬基質(zhì)而生產(chǎn)的節(jié) 塊相比,使用軋制材料作為每個金屬基質(zhì)的節(jié)塊表現(xiàn)出優(yōu)良的機械性金剛石顆粒的布置以及板形金屬基質(zhì)的堆疊在制造根據(jù)本發(fā)明一個實施例的節(jié)塊的方法中,如圖8中所示, 布置金剛石顆粒6011,從而在前述制備的板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟 金屬基質(zhì)602上形成金剛石顆粒層601,隨后將第二軟金屬基質(zhì)602' 堆疊在其上。然后,板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)603堆疊在軟金屬基
質(zhì)602,上,并將第三軟金屬基質(zhì)602',堆疊在第一硬金屬基質(zhì)603上。布置另外的金剛石顆粒6011,從而在第三軟金屬基質(zhì)602"上形成 另一個金剛石顆粒層601,并將第四軟金屬基質(zhì)602'"堆疊在另一個金 剛石顆粒層601上。重復以上步驟,從而提供具有所需厚度的堆層。 如此,可獲得圖3中所示的節(jié)塊。在制造根據(jù)本發(fā)明另一實施例的節(jié)塊的方法中,如圖9中所示, 布置金剛石顆粒7011,從而在前述制備的板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟 金屬基質(zhì)702上形成金剛石顆粒層701,隨后將第一硬金屬基質(zhì)703和 第二軟金屬基質(zhì)702,順序地堆疊在其上。隨后,布置另外的金剛石顆粒7011,從而在第二軟金屬基質(zhì)702' 上形成另一金剛石顆粒層701,隨后將第二硬金屬基質(zhì)703'和第三軟金 屬基質(zhì)702"順序地堆疊在其上。重復這些步驟,從而提供具有所需厚 度的堆層。如此,當軟金屬基質(zhì)702, 702'或702"的厚度大于硬金屬基質(zhì)703 或703'時,可獲得如圖5中所示的節(jié)塊,當軟金屬基質(zhì)702, 702'或 702"的厚度小于硬金屬基質(zhì)703或703'時,可獲得如圖6中所示的節(jié) 塊。在制造根據(jù)本發(fā)明又一實施例的節(jié)塊的方法中,如圖IO中所示, 布置金剛石顆粒8011,從而在前述制備的板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟 金屬基質(zhì)802上形成金剛石顆粒層801 ,隨后將第一硬金屬基質(zhì)803堆 疊在其上,然后將另外的金剛石顆粒8011布置為形成另一金剛石顆粒 層801。 然后,將第二軟金屬基質(zhì)802'堆疊在另外的金剛石顆粒層801上,隨后布置另外的金剛石顆粒8011以形成又一個金剛石顆粒層801,并 將第二硬金屬基質(zhì)803'堆疊在其上。重復這些步驟,從而提供具有所 需厚度的堆層。如此,可獲得如圖7中所示的節(jié)塊。以下將對用于在前述的板形金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒的方法的 一個實例進行說明。首先,將噴霧式粘合劑涂敷到切割成具有節(jié)塊的形狀的金屬網(wǎng)上, 隨后將由激光刺穿成具有彼此均勻間隔的孔的金屬模具設置在噴霧式 粘合劑上,然后在其上散布精細的金剛石顆粒。此時,散布精細的金剛石顆粒,以使形成在金屬模具上的每個孔 都必須接收到一個金剛石顆粒。通過從金屬網(wǎng)上分離金屬模具,獲得在其上均勻布置有金剛石顆 粒的金屬網(wǎng)。可通過將金屬網(wǎng)放置在一個板形金屬基質(zhì)上而將金剛石顆粒布置 在板形金屬基質(zhì)上,如前所述,該金屬網(wǎng)上具有均勻布置在其上的金 剛石顆粒。關于另一布置金剛石顆粒的方法,可提出使用具有粘合特性的帶 來布置金剛石顆粒的方法。加熱和壓縮該堆層加熱和壓縮該疊層,以使組成該疊層的部件彼此結(jié)合,由此提供 節(jié)塊。和粉末壓實不同,由于板形金屬基質(zhì)具有100%的相對密度,故 進行加熱和壓縮以使板形金屬基質(zhì)結(jié)合。從而,沒有必要具有與常規(guī)燒結(jié)的條件相同的條件。溫度和壓力供應能量一起能夠使一個層中的板形金屬基質(zhì)表面上 的金屬元件與不同層中的板形金屬基質(zhì)表面上的金屬元件相結(jié)合。通常在700 1,00(TC的溫度、350kg/cn^的壓力下燒結(jié)5分鐘,并根據(jù)本 發(fā)明,在這些條件下使板形金屬基質(zhì)結(jié)合。使板形金屬基質(zhì)結(jié)合的條件不僅根據(jù)板形金屬基質(zhì)的種類,而且 根據(jù)金屬基質(zhì)的表面條件變化。當將軋制材料用作為板形金屬基質(zhì)時,由于軋制材料的熔化溫度 較低,且板形金屬基質(zhì)的表面是干凈的且沒有氧化膜或異物,因此降 低結(jié)合溫度和壓力,且縮短結(jié)合時間。當金剛石顆粒層插入到板形金屬基質(zhì)之間時,每個金剛石顆粒的 一部分在結(jié)合過程期間粘附到板形金屬基質(zhì)中。當將軋制材料用作為金屬基質(zhì)時,根據(jù)高溫下板形金屬基質(zhì)的屈 服強度確定結(jié)合壓力。例如,在結(jié)合溫度升高時,板形金屬基質(zhì)的屈服強度變低,從而 使結(jié)合壓力與結(jié)合溫度成反比地降低。由于不同種類的板形金屬基質(zhì)具有不同的熔點,因此它們在高溫 下具有不同的屈服強度。
能夠利用該性質(zhì)通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度而調(diào)節(jié)金剛石顆粒的位置。例如,當使用具有低熔點的較軟的板形金屬基質(zhì)時,在厚度方向 上朝板形軟金屬基質(zhì)移動金剛石顆粒,其與朝具有高熔點的較硬的板 形金屬基質(zhì)的移動相反。當將熱軋鋼板或冷軋鋼板用作板形金屬基質(zhì)時,鋼板的屈服強度 與溫度成反比地持續(xù)降低。最后,鋼板的屈服強度在500'C時降到室溫下屈服強度的大約一半,大多數(shù)鋼板在80(TC時具有50N/mn^的屈服 強度。根據(jù)實驗,發(fā)現(xiàn)在800'C或更高的溫度時,在350kg/cr^的壓力下 金剛石顆粒充分地粘附至板形金屬基質(zhì)中,該350kg/cn^的壓力是用于 燒結(jié)的常規(guī)壓力。如果較軟的板形金屬基質(zhì)的厚度小于金剛石顆粒的厚度,則在圍 繞金剛石顆粒狀態(tài)中,軟的板形金屬基質(zhì)由于其在高溫下的高延展性 而朝較硬的板形金屬基質(zhì)移動。在這些情況中,形成如圖3, 4和6中 所示的節(jié)塊。根據(jù)本發(fā)明,提供具有通過前述方法制造的節(jié)塊的切削工具。 工業(yè)實用性從前面的描述顯而易見的是,根據(jù)本發(fā)明,存在如下優(yōu)點,即由 于在制造切削節(jié)塊時利用板形金屬基質(zhì)代替粉末基質(zhì),故制造成本降 低,從而降低產(chǎn)品成本,并省略了金屬基質(zhì)的混合,?;托纬蛇^程, 由此簡化的制造過程,并由此顯著提高生產(chǎn)力。此外,存在如下優(yōu)點,即由于在制造切削節(jié)塊時利用板形金屬基
質(zhì)代替粉末基質(zhì),故金剛石顆粒可均勻分布,由此提供具有優(yōu)良切削 性能和壽命的節(jié)塊。應理解的是,出于說明性目的說明實施例和附圖,本發(fā)明僅由權 利要求限定。另外,本領域技術人員將認識到的是,在不脫離根據(jù)權利要求的 本發(fā)明的范圍和精神的情況下,可以進行各種變形、添加和替代。
權利要求
1.一種切削節(jié)塊,包括多個層,每層均包括金剛石顆粒層和具有不同延展性的兩種板形金屬基質(zhì)層,其中,所述兩種板形金屬基質(zhì)層垂直于切削表面且同時平行于切削方向布置,并且垂直于所述切削方向交替堆疊,并且其中,每個金剛石顆粒層均具有金剛石顆粒,所述金剛石顆粒由所述金屬基質(zhì)層中的具有較高延展性的金屬基質(zhì)層圍繞,并且在所述切削表面上設置成金剛石顆粒排。
2.根據(jù)權利要求i所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層由選自 由鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材 料構(gòu)成。
3. 根據(jù)權利要求2所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層包括至 少一個板形硬金屬基質(zhì)層和至少一個板形軟金屬基質(zhì)層,該板形硬金 屬基質(zhì)層由鋼構(gòu)成,并且該板形軟金屬基質(zhì)層由選自由鋁合金、低熔 點鎳合金、銅合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
4. 根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的節(jié)塊,其中所述板形金 屬基質(zhì)層由軋制材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
5. 根據(jù)權利要求4所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層由軋制 材料構(gòu)成。
6. 根據(jù)權利要求5所述的節(jié)塊,其中所述軋制材料是熱軋鋼板或 冷軋鋼板。
7. —種切削節(jié)塊,包括 多個層,每層均包括金剛石顆粒層和兩種板形金屬基質(zhì)層,所述兩種板形金屬基質(zhì)層包括至少一個具有較高延展性的軟金屬基質(zhì)層和 至少一個具有較低延展性的硬金屬基質(zhì)層,其中,所述兩種板形金屬基質(zhì)層垂直于切削表面且同時平行于切 削方向布置,并且垂直于所述切削方向交替堆疊,并且其中,每個金剛石顆粒層均具有金剛石顆粒,每個金剛石顆粒的 一部分位于所述軟金屬基質(zhì)層中,并且每個金剛石顆粒的其它部分位 于所述硬金屬基質(zhì)層中,所述金剛石顆粒在所述切削表面上設置成金 剛石顆粒排。
8. 根據(jù)權利要求7所述的節(jié)塊,其中一個金剛石顆粒層的每個金 剛石顆粒的所述一部分位于每個金屬基質(zhì)層中。
9. 根據(jù)權利要求S所述的節(jié)塊,其中所述軟金屬基質(zhì)層的厚度大 于所述硬金屬基質(zhì)層的厚度。
10. 根據(jù)權利要求8所述的節(jié)塊,其中所述軟金屬基質(zhì)層的厚度小于所述硬金屬基質(zhì)層的厚度。
11. 根據(jù)權利要求7所述的節(jié)塊,其中兩個金剛石顆粒層的每個金剛石顆粒的所述一部分位于每個金屬基質(zhì)層中。
12. 根據(jù)權利要求7至11中的任一項所述的節(jié)塊,其中所述板形 金屬基質(zhì)層由選自由鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金和 黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
13. 根據(jù)權利要求12所述的節(jié)塊,其中所述板形硬金屬基質(zhì)層由 鋼構(gòu)成,所述板形軟金屬基質(zhì)層由選自由鋁合金、低熔點鎳合金、銅 合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
14. 根據(jù)權利要求7至11中的任一項所述的節(jié)塊,其中所述板形 金屬基質(zhì)層由軋制材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
15. 根據(jù)權利要求12所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層由軋 制材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
16. 根據(jù)權利要求14所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層由軋制材料構(gòu)成。
17. 根據(jù)權利要求15所述的節(jié)塊,其中所述板形金屬基質(zhì)層由軋 制材料構(gòu)成。
18. 根據(jù)權利要求16或17所述的節(jié)塊,其中所述軋制材料是熱 軋鋼板或冷軋鋼板。
19. 一種用于制造切削節(jié)塊的方法,包括以下步驟 制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基質(zhì);在所述板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒,使得所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排; 將第二軟金屬基質(zhì)堆疊在所述金剛石顆粒上; 將所述板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)堆疊在所述第二軟金屬基質(zhì)上;將第三軟金屬基質(zhì)堆疊在所述第一硬金屬基質(zhì)上,隨后在所述第 三軟金屬基質(zhì)上布置另外的金剛石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒 在所述切削表面上設置成金剛石顆粒排,將第四軟金屬基質(zhì)堆疊在金 剛石顆粒上,并且將第二硬金屬基質(zhì)堆疊在所述第四軟金屬基質(zhì)上; 重復上面步驟,以制備具有希望的厚度的堆層;和 對所述堆層進行加熱和壓縮,使得組成所述堆層的部件相結(jié)合。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由選自 由鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材 料構(gòu)成。
21. 根據(jù)權利要求20所述的方法,其中所述板形硬金屬基質(zhì)由鋼構(gòu)成,所述板形軟金屬基質(zhì)由選自由鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、 銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
22. 根據(jù)權利要求19至21中的任一項所述的方法,其中所述板 形金屬基質(zhì)由軋制材料、燒結(jié)材料te軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由軋制 材料構(gòu)成。
24. 根據(jù)權利要求23所述的方法,其中所述軋制材料是熱軋鋼板 或冷軋鋼板。
25. —種用于制造切削節(jié)塊的方法,包括以下步驟 制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基質(zhì);在所述板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒,使得所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排;將所述板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)堆疊在所述金剛石顆粒上;將第二硬金屬基質(zhì)堆疊在所述第一軟金屬基質(zhì)上,隨后在所述第 二硬金屬基質(zhì)上布置另外的金剛石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒 在所述切削表面上設置成金剛石顆粒排,并將第二軟金屬基質(zhì)堆疊在 金剛石顆粒上;重復上面步驟,以制備具有希望的厚度的堆層;和 對所述堆層進行加熱和壓縮,使得組成所述堆層的部件相結(jié)合。
26. 根據(jù)權利要求25所述的方法,其中所述堆層的每個板形軟金 屬基質(zhì)層的厚度大于所述堆層的每個板形硬金屬基質(zhì)層的厚度。
27. 根據(jù)權利要求25所述的方法,其中所述堆層的每個板形軟金 屬基質(zhì)層的厚度小于所述堆層的每個板形硬金屬基質(zhì)層的厚度。
28. 根據(jù)權利要求25至27中的任一項所述的方法,其中所述板 形金屬基質(zhì)由選自由鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金和 黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。'
29. 根據(jù)權利要求28所述的方法,其中所述板形硬金屬基質(zhì)由鋼 構(gòu)成,并且所述板形軟金屬基質(zhì)由選自由鋁合金、低熔點鎳合金、銅 合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
30. 根據(jù)權利要求25至27中的任一項所述的方法,其中所述板 形金屬基質(zhì)由軋制材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
31. 根據(jù)權利要求28所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由軋制 材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
32. 根據(jù)權利要求30所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由軋制 材料構(gòu)成。
33. 根據(jù)權利要求31所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由軋制 材料構(gòu)成。
34. 根據(jù)權利要求32或33所述的方法,其中所述軋制材料是熱 軋鋼板或冷軋鋼板。
35. —種用于制造切削節(jié)塊的方法,包括以下步驟 制備兩種板形金屬基質(zhì),所述兩種板形金屬基質(zhì)包括具有較高延展性的板形軟金屬基質(zhì)和具有較低延展性的板形硬金屬基質(zhì);在所述板形硬金屬基質(zhì)中的第一硬金屬基質(zhì)上布置金剛石顆粒,使得所述金剛石顆粒在切削表面上設置成金剛石顆粒排;將所述板形軟金屬基質(zhì)中的第一軟金屬基質(zhì)堆疊在所述金剛石顆粒上;在所述第一軟金屬基質(zhì)上布置另外的金剛石顆粒,使得所述另外 的金剛石顆粒在所述切削表面上設置成金剛石顆粒排,隨后將第二硬 金屬基質(zhì)堆疊在金剛石顆粒上,在所述第二硬金屬基質(zhì)上布置另外的 金剛石顆粒,使得所述另外的金剛石顆粒在所述切削表面上設置成金 剛石顆粒排,并且將第三軟金屬基質(zhì)堆疊在所述另外的金剛石顆粒上; 重復上面步驟,以制備具有希望的厚度的堆層;和 對所述堆層進行加熱和壓縮,使得組成所述堆層的部件相結(jié)合。
36. 根據(jù)權利要求35所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由選自 由鋼、鋁合金、低熔點鎳合金、銅合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材 料構(gòu)成。
37. 根據(jù)權利要求36所述的方法,其中所述板形硬金屬基質(zhì)由鋼 構(gòu)成,并且所述板形軟金屬基質(zhì)由選自由鋁合金、低熔點鎳合金、銅 合金、銀合金和黃銅構(gòu)成的組的材料構(gòu)成。
38. 根據(jù)權利要求35至37中的任一項所述方法,其中所述板形 金屬基質(zhì)由軋制材料、燒結(jié)材料或軋制材料與燒結(jié)材料的組合構(gòu)成。
39. 根據(jù)權利要求38所述的方法,其中所述板形金屬基質(zhì)由軋制 材料構(gòu)成。
40. 根據(jù)權利要求39所述的方法,其中所述軋制材料是熱軋鋼板 或冷軋鋼板。
41. 一種切削工具,其包括根據(jù)權利要求1至18中的任一項所述 的切削節(jié)塊。
42. —種根據(jù)權利要求19至40中的任一項所述的方法制備的切 削節(jié)塊。
全文摘要
公開了一種用于對脆性工件進行切削或鉆削的切削工具的切削節(jié)塊,這些工件例如是石料、磚、混凝土和瀝青,并公開了一種用于制造該節(jié)塊的方法以及一種包括該節(jié)塊的切削工具。該節(jié)塊包括金剛石顆粒層和兩種板形金屬基質(zhì)層,所述兩種板形金屬基質(zhì)層包括具有不同延展性的軟金屬基質(zhì)層和硬金屬基質(zhì)層。板形金屬基質(zhì)層垂直于切削表面同時平行于切削方向布置,并垂直于切削方向交替堆疊。金剛石顆粒層適當?shù)夭贾迷诎逍诬浗饘倩|(zhì)層和板形硬金屬基質(zhì)層中。該節(jié)塊和包括有該節(jié)塊的切削工具具有優(yōu)良的切削性能,并可簡化其制造過程,由此顯著提高生產(chǎn)力。
文檔編號B23D61/02GK101160191SQ200680012479
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權日2005年4月14日
發(fā)明者樸熹東, 金秀光 申請人:二和金剛石工業(yè)株式會社;通用工具公司
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