CN102126260A - 一种加工异形pdc的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工异形PDC的方法，在加工异形PDC时，先采用电火花线切割加工技术，然后再对异形切割面进行少量的机械磨削加工，将电火花加工和机械加工的优点结合起来，这样既可以降低加工成本又保证产品质量。

Description

一种加工异形PDC的方法

技术领域

本发明涉及超硬材料加工技术领域，特别是一种加工异形PDC的方法。

背景技术

随着聚晶金刚石复合片在石油、煤炭、冶金、地质勘探等方面的广泛应用，以往那种简单的圆柱体形的聚晶金刚石复合片已经不能完全满足市场的需要， PDC(聚晶金刚石复合片)需要被加工成各种不同的形状。目前，国内外对异形聚晶金刚石复合片的加工方式主要有两种：一是机械磨削，即用高速旋转的金刚石砂轮磨削PDC需要加工的面；二是电火花线切割加工。

由于PCD（聚晶金刚石）材料的可磨性很差，只有硬质合金的1／1000。采用机械磨削的方法必然会消耗大量的金刚石砂轮，成本高昂，加工效率也必然很低，难以适应当前激烈的竞争市场。同时聚晶金刚石复合片体积一般都比较小，在加工成异形PDC时，切削面又常常不平行或垂直复合片端面，而且磨削过程中还得克服较大的切削力，所以PDC的装夹必然非常困难，难以保证加工精度。

而电火花线切割的加工方式，虽然加工成本较低，但是在加工放电过程中，由于瞬时高温热源的多次作用，电火花加工后会在复合片加工表面形成厚度从数微米到数百微米的表面变质层，变质层的耐磨性不足正常组织的1/2，抗冲击性也成倍下降。表面变质层的存在，严重影响复合片的使用寿命。与此同时，因为聚晶金刚石复合片是由聚晶金刚石层和硬质合金层组成，两层物质的物理性能，如硬度、耐磨性和导电率都有很大的差异，所以在电火花线切割过程中，两层物质的界面处会出现一定深度的沟槽，降低了两层物质之间的结合强度。还因为聚晶金刚石层导电率低，结合强度高，在切割过程中，聚晶金刚石层的切割缝隙小于硬质合金层，所以切割完成后切割端面会出现台阶，聚晶金刚石层面一般会高出硬质合金面约0.05～0.10mm，严重影响了切割端面的外观尺寸。

如果可以将电火花加工和机械加工的优点结合起来，必然既可以降低加工成本又保证产品质量。可以考虑在加工异形PDC时，先采用电火花线切割加工技术，然后再对异形切割面进行少量的机械磨削加工。但是，在后续进行机械磨削时，如果单个工件磨削，必然效率低。如果批量的将不同切面的异形PDC固定到夹具上再一起磨削，又很难保证夹具上所有待加工端面固定在同一水平面上。所以目前还没有看到将机械磨削和电火花线切割两种方法结合起来加工异形PDC的报道。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种加工异形PDC的方法，旨在解决现有加工异形PDC技术中所存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种加工异形PDC的方法，其中，包括以下步骤：

先用电火花线切割技术将PDC加工出各种需要的形状，并预留后续加工尺寸，所述预留后续加工尺寸包括预留磨削量和预留偏转角度；

然后将异形PDC的切面倒扣于一水平面板上，四周用环状模具包围起来，再向环状模具中间注入粘接剂，直到粘接剂的液面与环状模具上边缘齐平；

待粘接剂冷却后固化，再从水平面板上取下含有异形PDC和粘接剂的环状模具；

再将含有异形PDC和粘接剂的环状模具放到磨削设备上，进行磨削加工。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述粘接剂的成分包括松香和石蜡，质量比为3~7：1。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述松香和石蜡的质量比为4~6：1。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述粘接剂的成分还包括辅助材料；所述辅助材料为黄油。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述粘接剂是将松香、石蜡、黄油按20~25:5:0.1~1的质量比混合装入坩埚内加热融化，搅拌均匀备用。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述预留后续加工尺寸中的预留磨削量要求切口比规定的标准值小0.10～0.20mm，预留偏转角度为切角比规定的标准值大0.5～1.0°。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述环状模具是由铁磁材料制作而成，环状模具的内壁带有锥度或凹槽。

所述的加工异形PDC的方法，其中，所述环状模具中添加钢条，将磨具分成多个小格。

所述的加工异形PDC的方法，其中，在所述环状模具与水平面板之间还垫有纸垫圈。

有益效果：本发明的加工异形PDC的方法将电火花加工和机械加工的优点结合起来，这样既可以降低加工成本又保证产品质量。

附图说明

图1为本发明实施例中异形PDC切面倒扣在水平面板上的示意图。

图2为本发明实施例中钢环的结构示意图。

图3为本发明实施例中带有格子的钢环的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种加工异形PDC的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了灵活加工各种形状的异形PDC，降低成本，本发明提供一种加工异形PDC的方法，其基本步骤为：

先用电火花线切割技术将异形PDC加工出各种需要的形状，并预留一定的后续加工尺寸，预留尺寸的确定包括预留磨削量和预留偏转角度（由于线切割后聚晶金刚石层和硬质合金层会出现台阶，后续粘接固定时必然会出现切面角度的偏转）。

然后采用倒扣的方式，如图1所示，批量地将前面加工的异形PDC的切面放置于水平面板上（水平玻璃板），四周用环状模具包围起来（钢环），再向模具中间注入一种特殊的粘接剂，直到环状模具上边缘齐平，待粘接剂冷却后固化，再从玻璃板上取下含有异形PDC和粘接剂的模具。这时所有异形PDC的待加工面都以原水平面（水平玻璃板）为参照，固定在同一水平面上了，而且因为是采用浇注的方式，所以对工件切面以外的形状没有特殊要求。

再将模具放到磨削设备（平面磨床）上，进行磨削加工，磨削量以消除电火花线切割产生的变质层、界面沟槽、聚晶金刚石层与硬质合金层台阶为限。

为了工艺可行和操作方便，所述粘接剂必须具有以下性能：50℃仍能保持较高的强度，便于在磨削加工过程中保持强度；软化点在100℃以下，便于融化取出异形PDC；对硬质合金基体没有任何化学作用；容易清洗；可以重复利用。

本发明所提供的粘接剂主要是由松香和石蜡混合加热搅拌均匀制成，松香和石蜡的质量比为3~7：1，优选为4~6：1。由松香和石蜡制成的粘接剂具备了上述的几点性能，使得电火花加工和机械加工两者结合加工PDC的方法成为可行并且操作方便。

粘接剂中除松香和石蜡外，还可以添加一些其他的辅助材料，增加不同的辅助性能。本实施例中在粘接剂中添加了黄油，其有益效果为：改善粘接剂与PDC层的润湿效果，粘接更牢靠。

本发明所提供的粘接剂是将松香、石蜡、黄油按20~25:5:0.1~1的质量比混合装入坩埚内加热融化，搅拌均匀备用。实施例中提供的是将松香、石蜡、黄油按20:5:0.5的质量比混合制备而成。

为使本发明的技术方案及效果更加清楚，下面将结合实施例作进一步详述，实施例中选用钢环作为模具，选用水平玻璃板作为水平面板：

S1、PDC的线切割处理：线切割时要给后续磨削预留加工尺寸，要求切口比规定的标准值小0.10～0.20mm，切角比规定的标准值大0.5～1.0°。

S2、切边PDC做模固定成型：

a、配制粘接剂5：将松香、石蜡、黄油按20:5:0.5的质量比混合装入坩埚内加热融化，搅拌均匀备用。该粘接剂5软化点约80℃，便于融化与浇注；且50℃以下强度较高；磨削加工过程中不变形；易溶于丙酮等有机物，PDC便于清洗；可以循环反复利用。

b、摆放异形PDC：如图1所示，取一水平玻璃板7，擦净平放，垫上纸垫圈6，压上钢环1。异形PDC是由聚晶金刚石层2和硬质合金基体4组成，经过切割的异形PDC还具有切面4。在钢环1内将异形PDC的切面4倒扣在水平面上，相邻复合片间距不小于2mm，切面紧贴水平板7。钢环1内壁带有一定锥度（或齿槽），有利于提高粘接剂5与钢环1内壁的结合强度，避免磨削过程中粘接剂5与钢环1磨具有相对移动；还可以在钢环1里面增加钢条，将钢环分成多个小格，如图3所示，减小粘接剂5的跨度，提高粘接固定强度。垫上纸垫圈6可以保证PDC的切面4高出钢环1的水平面，避免在后续磨削过程中磨到钢环1。

c、浇注成型块：加热融化粘接剂5，搅拌均匀，缓慢浇注到钢环1中，直到粘接剂5的液面临近钢环1上沿，自然冷却约1小时。

d、取下成型块：待浇注块完全冷却后，将水平玻璃板7置热源上烘烤约30秒，与水平玻璃板7相接的粘接剂稍融，立刻贴着水平玻璃板7方向取下浇注块，并撕下纸垫圈6。

S3、平磨成型块：平磨前，先稍微打磨钢环1背面保证平整；平磨时，磨削量到规定的尺寸，一般0.10～0.20mm。

S4、取出PDC：将成型块放入铁网筐，再一起放进坩埚内加热，待粘接剂融化，提出铁网筐。

S5、清洗PDC：将PDC放入容器，加丙酮浸没，再超声波振动5分钟即可清洗干净。

本发明加工异形PDC的方法的优点为：

1、与传统的机械磨削方法加工异形PDC相比，本方法加工成本低，可以灵活加工多种异形PDC；与常规电火花线切割加工方法相比，本方法可以消除变质层，界面沟槽和聚晶金刚石层与硬质合金基体的加工台阶。

2、采用倒扣的方式，只需要将PDC的切面4置于水平面上，就可以保证所有切面都完全在同一个水平面上，并且倒扣的方法对各工件的切面角度、尺寸大小、外观形状等没有限制，不同型号的异形PDC可以同时固定进行磨削加工。而采用常规夹具固定的方法是不可能保证所有切面在同一水平面上的，更无法同时将不同型号的异形PDC的固定。

3、本发明提供的加工方法中用到的粘接剂5，软化点恰当，约80℃，便于融化浇注或取出PDC；50℃以下又有较高的结合强度，可以保持不变形；且该粘接剂对硬质合金无腐蚀，易溶于丙酮，便于清洗加工后的PDC，还可以循环反复利用。与其他粘接剂相比，环氧树脂配的粘接剂粘接后难以取出PDC，而石膏则不便于浇注且难以取出PDC，而且它们都是一次性粘接剂。单纯的松香过脆，几乎没有力学强度，石蜡太软，容易变形。

4、模具选择铁磁材料制作，在后续加工时可以直接用电磁板固定。模具的侧壁带有一定锥度或凹槽，这样在磨削过程中，粘接剂就不会与模具产生相互移动，提高加工精度。在模具里面还可以增加钢条，将模具分成多个小格，减小粘接剂的跨度，提高粘接固定强度。

5、电火花线切割时，将PDC的切面的切角预先增大0.5～1.0°，当完成机械磨削加工后，既可以消除线切割时产生的聚晶层与硬质合金层的台阶，又可以保证PDC的切面4刚好达到预定角度。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种加工异形PDC的方法，其特征在于，包括以下步骤：

先用电火花线切割技术将PDC加工出各种需要的形状，并预留后续加工尺寸，所述预留后续加工尺寸包括预留磨削量和预留偏转角度；

然后将异形PDC的切面倒扣于一水平面板上，四周用环状模具包围起来，再向环状模具中间注入粘接剂，直到粘接剂的液面与环状模具上边缘齐平；

待粘接剂冷却后固化，再从水平面板上取下含有异形PDC和粘接剂的环状模具；

再将含有异形PDC和粘接剂的环状模具放到磨削设备上，进行磨削加工。

2.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述粘接剂的成分包括松香和石蜡，质量比为3~7：1。

3.根据权利要求2所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述松香和石蜡的质量比为4~6：1。

4.根据权利要求2所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述粘接剂的成分还包括辅助材料；所述辅助材料为黄油。

5.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法， 其特征在于，所述粘接剂是将松香、石蜡、黄油按20~25:5:0.1~1的质量比混合装入坩埚内加热融化，搅拌均匀。

6.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述预留后续加工尺寸中的预留磨削量要求切口比规定的标准值小0.10～0.20mm，预留偏转角度为切角比规定的标准值大0.5～1.0°。

7.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述环状模具是由铁磁材料制作而成，环状模具的内壁带有锥度或凹槽。

8.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，所述环状模具中添加钢条，将磨具分成多个小格。

9.根据权利要求1所述的加工异形PDC的方法，其特征在于，在所述环状模具与水平面板之间还垫有纸垫圈。

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