CN102274972B - 一种环状超薄金刚石钻头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环状超薄金刚石钻头的制造方法，该方法主要包括钢体制作、配混料、粉料填装、加热加压烧结、后续加工等工序，其特征在于：烧结工序采用高频焊机给模具加热，粉料直接烧结到钢体上，再经过后续加工成产品。利用本发明方法可以生产刀齿厚度小于0.8～2.5毫米，环形刀齿的超薄金刚石钻头，该种钻头具有速度快、切削耗材少、钻孔尺寸精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石钻头的制造方法，具体而言，涉及一种环状超薄金刚石钻头的制造方法。
背景技术
现有技术中，金刚石钻头刀齿多为节块状，采用刀头和钢体分别制作完成后再焊接而成，刀头通过手工或自动冷压机压制后，再经热压机烧结而成，最后再与钢体焊接到一起。采用这种方法生产的刀头厚度大于2.5毫米，这种钻头在钻切薄壁石材时，受钻切压力和节块状刀头的间歇冲击作用，经常会导致石材的破碎，给加工造成很大的损失。此外，这种方法受热压机电阻加热方式的局限，在初始预压力的作用下，小于2.5毫米的环状石墨模具(如果模具选用钢质模具，在烧结过程中，受温度的影响，钢质模具变形严重，无法保证产品的尺寸)冲头就直接发生了碎裂，使电流无法得到传递来进行加热，刀头无法烧结。另外，刀头和钢体的焊接方式目前有2种，一种为高频焊接，需要焊接材料作为介质，这种介质的费用很高，每公斤达到1800元左右；一种为激光焊接，虽然不需要介质，但设备昂贵，焊接成本比高频焊接还高很多，综上所述，现有的钻头制作方法无法生产环状超薄金刚石钻头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述现有技术中的不足，而提出一种全新的环状超薄金刚石钻头的制造方法，该方法能够实现环状超薄金刚石钻头的生产，具有生产环节少，生产效率高的优点。此外，应用该方法制造成的超薄金刚石钻头具有速度快、寿命长，钻孔尺寸精度高，石材损耗少等优点，具有很强的竞争优势。
本发明所提供的技术方案是：一种环状超薄金刚石钻头的制作方法，包括钢体制作、配混料、粉料填装、加热加压烧结、后续加工等工序，其特征在于：在加热加压烧结工序中采用焊机(例如高频焊机)的感应圈给石墨模具加热；加压设备直接将压力作用在钢体上，压入粉料，烧结完成后粉料与钢体连接为一体。
通过采用上述方案，本发明能够达到下述有益效果：
1.本发明采用了(高频)焊机的输出部分感应圈给石墨模具加热，加压设备直接作用到钢体上，克服了热压机加热必须加压的局限性，而如果把钢体应用到热压机上烧结，虽然钢体能够满足设备的初始压力，但钢体会首先被加热，在后续加压过程中，钢体就被压扁变形，本方法避免了薄壁石墨模具冲头的碎裂，使刀齿厚度小于2.5毫米环形刀齿的超薄金刚石钻头生产成为了可能。
2.利用本发明方法生产的环形超薄钻头，具有速度快、切削耗材少、钻孔尺寸精度高等优点。
附图说明
图1为本发明制成的环形超薄金刚石钻头的结构示意图。
图2为图1的右视图
图3为本发明所用的烧结原理示意图
图4为本发明制造的直径80毫米的环状超薄金刚石钻头示意图
其中：1、粉料，2、钢体，3、感应圈，4、外模，5、芯模，6、红外测温位，7、下冲模。
具体实施方式
本发明中，除非特别指明，“感应圈”是指高频焊机的输出部分，即用来给待加工对象加热的输出部分，例如图3所示的螺旋环状感应圈。用交流电流流向被卷曲成环状的导体(通常为铜管)，由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流(旋转电流)，于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，用这样的加热方式就是感应加热。。
本发明中，除非特别指明，所有份数、百分比、比例均是以重量计。所有温度均是指摄氏度。
本发明提供了一种环状超薄金刚石钻头的制造方法，包括钢体制作、配混料、粉料填装、加热加压烧结、后续加工工序，其特征在于：加热加压烧结工序中，采用感应圈(例如高频焊机的输出部分)给石墨模具加热，采用加压设备直接将压力作用在钢体上，压入粉料，烧结完成后粉料与钢体连接为一体。
根据某些优选实施方案，在上述粉料填装工序中，先将粉料填装到烧结用的石墨模具型腔中，再将钢体装入模具中并压紧。
根据某些优选实施方案，在上述加热加压烧结工序中，金属粉料被烧结成合金状态。
根据某些优选实施方案，在上述加热加压烧结工序中，温度测量点在成品刀头高度的中间位置。
根据某些优选实施方案，上述加热加压烧结工序包括如下步骤：
1)将装好的石墨模具放入到高频焊机的输出部分——螺旋环状感应圈中，调节红外测温仪测头的光点指向模具中粉料部位；
2)启动油压机，将压机压头压在钢体上，调节压力至0.5～1MPa；
3)启动高频焊机加热，电流为850±30A，当温度达到烧结温度880±10℃后，调整电流保温60～300秒；
4)调整油压机压力调至1.5～5MPa，保持温度并加压40～90秒；
5)将高频焊机断电，油压机卸压，冷却至室温后卸去石墨模具。
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
图1为采用本发明实施例1方法制成的环形超薄金刚石钻头的结构示意图。图2为图1的右视图。其中粉料1经烧结后与钢体2直接接合而无需焊接。
图3为根据本发明一个实施方案的烧结原理示意图。首先，将配置好的粉料1均匀装入环形石墨模具中，再将钢体2装入模具，压紧。环形石墨模具由外模4、芯模5、和下冲模7组成。将装好的石墨模具放入到高频焊机的螺旋环状感应圈3中，调节红外测温仪测头的光点指向模具中粉料部位(即图中所示红外测温位6)。然后，启动100吨油压机，将压机压头压在钢体上，调节压力0.8MPa，接着，启动高频焊机进行加热，电流为850±5A，当温度达到烧结温度875±5℃时，调整电流保温120秒，然后，将压力调至3.6MPa，保温875±5°加压60秒，最后，高频焊机断电，油压机卸压，冷却至室温后卸模，经机械加工成产品。
图4为本发明实施例2制造的直径80毫米的环状超薄金刚石钻头示意图。其中粉料1经烧结后与钢体2直接接合而无需焊接。
实施例
本发明实施例中采用的高频焊机为日佳牌GPH-50B型微型大功率高频感应加热焊机，其功率范围为35～50千瓦，输出部分感应圈为铜管，直径为6～8毫米，壁厚0.8～1.2毫米。
实施例1
本实施例以直径40毫米的环状金刚石钻头为例，其基本制造过程包括如下工序：
工序1：钢体制作
钻头钢体制作首先采用钢管下料，再经过必要的机加工等工序，完成钢体制作。
工序2：配混料
粉料：Cu：35％ Sn：5％ Fe：30％ Ni：8％ Co：22％
金刚石：采用中南钻石股份有限公司牌号ZND2160粒度45/50目，浓度65％
按上述比例分别称量相应的粉末，Cu：1750g Sn：250g Fe：1500gNi：400g Co：1100g，共计5公斤，加入金刚石：405g，加入石蜡0.5升，在混料机上充分混合4小时，备用。
工序3：粉料填装
将配置好的粉料用天平称量7.8克，均匀装入环形石墨模具中，再将钢体装入模具，压紧。
工序4：加热加压烧结
首先，将装好的石墨模具放入到日佳牌GPH-50B型微型大功率高频感应加热焊机的螺旋环状感应圈中，调节红外测温仪测头光点指向模具中粉料中间部位，然后，启动100T油压机，将压机压头压在钢体上，调节压力0.5MPa，接着，启动高频焊机进行加热，电流为870±5A，当温度达到烧结温度886℃时，调整电流保温90秒，然后，将压力调至1.5MPa，保温加压40秒，最后，高频焊机断电，油压机卸压，冷却至室温后卸去石墨模具。
工序5：后续加工
将烧结好的半成品进行机械加工，将钢体部分外圆、内孔进行加工1mm，最终加工至成品尺寸，最后开刃喷漆，即得环状金刚石钻头。
该金刚石钻头采用钢体替代了石墨模具压头，避免了冲头的碎裂，该钻头刀头厚度1.5毫米，钻孔直径为40.2～40.5毫米，在不加水的条件下钻孔，速度10.5cm/min，寿命6.0m，市场上同类产品速度8.5cm/min，寿命4.9m，相比该钻头速度提高24％，寿命延长21％□[将钻头安装于角磨机(博世，670W，11000rpm)上，钻切石材，同时用秒表计时，每分钟所钻深度即为速度，每支钻头所能钻的总长度即为寿命。
实施例2
本实施例以直径80毫米的环状超薄金刚石钻头为例，其基本制造过程如下工序：(如图4)
工序1：钢体制作
与实施例1相同，同时，采用机械加工方式加工成钻管。
工序2：配混料
粉料：Cu：40％ Sn：5％ Fe：45％ Ni：10％
金刚石：商购自中南钻石股份有限公司，牌号为ZND2160，粒度为40/50目，浓度为75％。
按上述比例分别称量相应的粉末，Cu：2000g Sn：250g Fe：2250gNi：500g共计5公斤，加入金刚石：485g，加入石蜡0.5升，在混料机上充分混合4小时，备用。
工序3：粉料填装
将配置好的粉料用天平称量16克，均匀装入环形石墨模具中，再将钢体装入模具，压紧。
工序4：加热加压烧结
首先，将装好的石墨模具放入到日佳牌GPH-50B型微型大功率高频感应加热焊机的螺旋环状感应圈中，调节红外测温仪光点指向模具中粉料部位，然后，启动100T油压机，将压机压头压在钢体上，调节压力0.8MPa，接着，启动高频焊机进行加热，电流为880±5A，当温度达到烧结温度880℃时，调整电流保温2分钟，然后，将压力调至3.6MPa，保温加压1分钟，最后，高频焊机断电，油压机卸压，冷却至室温后卸模去掉石墨模具。
工序5：后续加工
将烧结好的半成品进行机械加工，将钢体部分外圆、内孔进行加工1mm，再与钻管焊接到一起，最后开刃喷漆，即得环状金刚石钻头。
该金刚石钻头采用钢体替代了石墨模具压头，避免了冲头的碎裂，该钻头刀头厚度2.0毫米，钻孔直径为80.3～80.5毫米，在不加水的条件下钻孔寿命6.5m，速度9.4cm/min，市场上同类产品寿命5.1m，速度7.7cm/min，相比该钻头速度提高22％，寿命延长26％[将钻头安装于角磨机(博世，670W，11000rpm)上，钻切石材，同时用秒表计时，每分钟所钻深度即为速度，每支钻头所能钻的总长度即为寿命。
由上述实施例可以看出，本发明方法避免了薄壁石墨模具冲头的碎裂，能够生产出刀齿厚度小于2.5毫米的环形刀齿的超薄金刚石钻头，生产出的钻头具有速度快、切削耗材少、钻孔尺寸精度高等优点。
Claims (4)
1.一种环状超薄金刚石钻头的制造方法，包括钢体制作、配混料、粉料填装、加热加压烧结、后续加工工序，其特征在于：加热加压烧结工序中，采用感应圈给石墨模具加热，采用加压设备直接将压力作用在钢体上，压入粉料，烧结完成后粉料与钢体连接为一体，
所述加热加压烧结工序包括如下步骤：
1)将装好的石墨模具放入到作为焊机输出部分的感应圈中，调节红外测温仪的测头光点指向模具中粉料部位；
2)启动油压机，将压机压头压在钢体上，调节压力至0.5～1MPa；
3)启动焊机加热，电流为850±30A，当温度达到烧结温度880±10℃后，调整电流保温60～300秒；
4)调整油压机压力调至1.5～5MPa，保温加压40～90秒；
5)将焊机断电，油压机卸压，冷却至室温后卸去石墨模具。
2.根据权利要求1所述的环状超薄金刚石钻头的制造方法，其特征在于所述粉料填装工序中，先将粉料填装到烧结用的石墨模具型腔中，再将钢体装入模具中并压紧。
3.根据权利要求1所述的环状超薄金刚石钻头的制造方法，其特征在于所述加热加压烧结工序中，金属粉料被烧结成合金状态。
4.根据权利要求1所述的环状超薄金刚石钻头的制造方法，其特征在于所述加热加压烧结工序中，温度测量点在成品刀头高度的中间位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Manufacturing method of annular ultrathin diamond drill bit Effective date of registration: 20170518 Granted publication date: 20130717 Pledgee: China Everbright Bank Limited by Share Ltd. Shijiazhuang branch Pledgor: BOSUN TOOLS Co.,Ltd. Registration number: 2017130000008 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20181220 Granted publication date: 20130717 Pledgee: China Everbright Bank Limited by Share Ltd. Shijiazhuang branch Pledgor: BOSUN TOOLS Co.,Ltd. Registration number: 2017130000008 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 050035 Yangtze River Avenue 289, Shijiazhuang High-tech Zone, Hebei Province Patentee after: Boshen Co.,Ltd. Address before: 050035 No. 10 Haihe Road, Shijiazhuang hi tech Industrial Development Zone, Hebei, China Patentee before: BOSUN TOOLS Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A manufacturing method of annular ultra-thin diamond bit Effective date of registration: 20210922 Granted publication date: 20130717 Pledgee: Handan Bank Co.,Ltd. Shijiazhuang Ping'an sub branch Pledgor: Boshen Co.,Ltd. Registration number: Y2021130000026 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231225 Granted publication date: 20130717 Pledgee: Handan Bank Co.,Ltd. Shijiazhuang Ping'an sub branch Pledgor: Boshen Co.,Ltd. Registration number: Y2021130000026 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |