CN107096885A - 一种高精度钻头的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度钻头的制备方法，属于铸造技术领域。本发明中的制备方法包括制壳、焙烧、熔炼浇注和后处理。其中，制壳的步骤为：在预成型的可熔蜡型表面涂挂涂料、喷砂并干燥，然后进行脱蜡，制成型壳坯体，涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行2‑5次；焙烧的步骤为：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.08‑0.20MPa的真空度下进行焙烧，制得型壳。本发明制得的钻头误差小，尺寸精准，表面光洁。

Description

一种高精度钻头的制备方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，涉及一种高精度钻头的制备方法。

背景技术

钻头是钻孔常用的刀具，钻头的结构通常是前端带有切削刃，刀体开有排屑槽。在使用时主要是切削端承受切削力，通过排屑槽将碎屑排出。随着科技的发展，工件对加工精度的要求越来越高，而现有的钻头采用一般的铸造方法，常存在加工精度低、误差大的问题，无法精准地加工工件。中国专利申请(CN103752907A)公开了一种空心钻钻头及其制备方法，采用机器加工、堆焊、调质回火热处理、真空镀膜防锈处理的方法制备，虽然其具有防腐、易清洁、坚固、不易变形、经久耐用的优点，但是明显地采用这种制备方法无法控制钻头的加工误差。

失腊铸造法又称熔模铸造法，是指采用易熔材料制成熔模，在熔模表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将熔模熔化排出型壳，从而获得铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，故常称为“失蜡铸造”。失腊铸造法采用了尺寸精确、表面光滑的可熔性模，而获得了几乎无分型面的整体型壳，且无一般铸造方法中的起模、下芯、和型等工序所带来的尺寸误差，因此制备出的铸件尺寸较为精准。但是由于失腊铸造法在铸造过程中型壳常存在强度差、浇注过程中产生变形等问题，也无法做到完全精准，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种高精度钻头的制备方法，制得的钻头误差小，尺寸精准，表面光洁。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

S1：制壳，在预成型的可熔蜡型表面涂挂涂料、喷砂并干燥，然后进行脱蜡，制成型壳坯体，所述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行2-5次；

S2：焙烧，将S1中制得的型壳坯体放入焙烧炉中在0.08-0.20MPa的真空度下进行焙烧，制得型壳；

S3：熔炼浇注，将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在S2中制得的型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

S4：后处理，对S3中制得的钻头铸件进行清理和热处理。

本发明采用失蜡铸造的方法制备钻头，制得的钻头棱角清晰、尺寸精度高，表面粗糙度低，因此可减少机械加工工作量，减少工序，降低工作强度，应用于尺寸要求比较精准的工件加工，还可铸造结构形状复杂的钻头。本发明采用真空焙烧的方式对型壳进行焙烧，可以加快型壳的干燥，提高焙烧效率。因为真空条件下，液体沸点降低，结晶水更易被夺走，失水温度降低，水分蒸发加快，失水温度降低程度与真空度有关，真空度越高，失水温度降低越多。但是真空度太高，型壳表面水分蒸发过快，而型壳内部的水分需要经过从内部被抽出到表面的过程才能蒸发，蒸发速度慢，会容易造成型壳表面和内部的烧结不均一，影响型壳强度，而且越高的真空度对设备和能耗要求越高，会造成钻头制造成本大幅上涨，综合考虑加工效率、质量和制造成本，将真空焙烧的真空度控制在上述范围内。

作为优选，步骤S1中所述涂挂涂料包括第一次涂挂和第二次涂挂，第一次涂挂时将一级涂料旋转喷涂于可熔蜡型表面，第二次涂挂时将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中，所述一级涂料的粘度小于二级涂料的粘度。

可熔蜡型表面涂挂涂料是制壳的关键，只有涂挂均匀、完整、没有漏涂或涂料堆积才能获得内表面光洁、坚实的型壳内表面，并撒砂一定均匀，尤其是与可熔蜡型直接接触的面层涂挂要求更高，目前的机械涂挂往往难以保证面层涂挂质量，因此即使在全自制壳流水线中面层涂挂也多由人工控制手工涂挂，机械手只完成后2-5层，而手工涂挂的质量取决于工人的技术水平和熟练程度，也难以保证涂挂质量和一致性，并且手工涂挂工作效率较低。在涂挂涂料过程中往往容易产生气泡，导致制得的型壳内部表面不够光洁，也会降低型壳的结构强度，影响浇注质量和铸件质量。本发明采用两次涂挂的方式来达到消除气泡的目的，提高了涂挂质量。先使用较低粘度的一级涂料以旋转喷涂的方式进行涂挂，再使用较高粘度的二级涂料以传统浸入的方式进行涂挂。较低粘度的涂料涂挂时气泡容易破裂，再加上由于旋转喷涂过程中存在一定的压力，也加速了产生气泡的破裂速度，提高了喷涂质量。并且较低粘度的涂料可以防止涂料堆积，更容易涂布均匀，旋转喷涂的方式也提高了喷涂的效率，由于已经涂挂了一级涂料，二级涂料也更容易涂布。本发明两次涂挂的方式避免了人工涂挂的不均一性，免除了人工涂挂的劳动量，提高了工作效率，降低了劳动强度。

作为优选，步骤S1中所述第一次涂挂在0.05-0.20MPa的真空度下进行。

本发明中的第一次涂挂在真空条件下进行，能有效消除涂挂时产生的气泡。在真空环境下，涂挂过程中产生的气泡的内部压力大于外部压力，从而发生破裂，达到消除气泡的目的。但是真空度太低，气泡无法完全消除，真空度太高，涂料重力变小，会造成涂料与可熔蜡型的接触不牢，并且也提高了对设备和能耗的要求，加大了生产成本。综合考虑，将真空度控制在上述范围内。本发明中的第一次涂挂在真空环境下以旋转喷涂的方式进行，涂料在从喷嘴里喷出到喷到可熔蜡型表面的过程中产生的气泡都能及时消除，有效保证了喷涂质量，进而保证了制得的型壳和钻头铸件表面的光洁度、力学性能。

作为优选，步骤S1中所述旋转喷涂时的旋转速度为50-120r/min，喷涂时间15-80s。

旋转喷涂的速度过低，时间过短，喷涂的一级涂料太少太薄，影响型壳的表面光洁度，且不利于二级涂料的涂挂；速度过高，时间过长，喷涂的一级涂料过多，由于一级涂料粘度较低，一部分一级涂料难以涂挂在可熔蜡模上，会滴落下来，会造成涂料涂布厚薄不均，也造成时间和能耗的浪费，因此将旋转速度和喷涂时间控制在上述范围内。

作为优选，步骤S1中所述一级涂料的粘度为3-5cp，二级涂料的粘度为7-10cp。

一级涂料的粘度过低，喷涂到可熔蜡型表面后容易滴落，且不利于二级涂料的涂挂，粘度过高，又容易造成局部涂料堆积；二级涂料的粘度过低，不容易涂挂在一级涂料的表面，粘度过高同样会造成局部涂料堆积，因此将一级涂料和二级涂料的粘度控制在上述范围内。

作为优选，步骤S1中所述一级涂料和二级涂料由基础涂料加水稀释而成，所述基础涂料包括如下重量份的组分：

耐火材料，60-90份

SiO₂溶胶，25-38份

碳纳米管，0.3-0.8份

介孔碳酸钙，0.8-2.0份

NaHCO₃，0.2-0.8份

润湿剂，1.3-1.8份

消泡剂，0.3-1.1份。

本发明合理配伍涂料中的各组分含量，有效提高了涂料的涂布性能及制得的型壳的品质。耐火材料和SiO₂溶胶添加量的比例直接影响涂料及型壳的性能，本发明将耐火材料和SiO₂溶胶的添加量控制在上述范围内，二者比例恰当，制得的型壳内表面致密，型壳强度高，铸件表面质量好，精度高。

本发明在一级涂料和二级涂料的制备过程中添加了碳纳米管和介孔碳酸钙，有效提高了一级涂料和二级涂料的涂挂性能，以及型壳的力学性能，制得的型壳散热性能好，在浇注过程中变形小，从而提高浇注和铸件质量，在不影响使用质量的情况下降低型壳的厚度和重量。碳纳米管因其独特的结构表现出密度小，强度、刚度、韧性优异的特点，并且具有较强的抗化学腐蚀性和较好的散热性能；介孔碳酸钙具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、化学稳定性、热稳定性、较高强度等特点。本发明中将碳纳米管和介孔碳酸钙配合添加到基础涂料中，可以显著改善使用该涂料制备的型壳的力学性能，提高其导热性、耐磨性、强度和韧性、减小变形，在此基础上可以降低型壳的厚度和重量，并可延长型壳的使用寿命。而SiO₂溶胶粒子会进入到介孔碳酸钙的孔道中，增加SiO₂溶胶与介孔碳酸钙之间的连接力，从而增加基础涂料的粘结力，减少涂料的使用量。

随着碳纳米管和介孔碳酸钙添加量的增加，型壳的抗拉强度逐渐升高，但是添加量过高时，型壳强度反而会降低，可能是由于碳纳米管和介孔碳酸钙在SiO₂溶胶中不易分散，使焙烧好的型壳中碳纳米管和介孔碳酸钙分布不均匀，交织成团，与耐火材料基体的结合较差。同时团聚的碳纳米管和介孔碳酸钙之间有空隙，在受力时成为固有的裂纹源，在外加载荷的作用下，在型壳表面或内部的裂纹尖端处产生应力集中，如果外加负荷过大，型壳塑性变形不够，吸收不了过多的能量，外加负荷的能量集中于裂纹的扩展区，使裂纹迅速扩展，型壳就会呈现脆性断裂。

碳纳米管和介孔碳酸钙的添加也会增加涂料的粘度，涂料粘度随着碳纳米管和介孔碳酸钙添加量的增加逐渐增加，当碳纳米管和介孔碳酸钙添加量过多时，涂料粘度增加太多，稀释到合适粘度使用，涂料的粘结力和粘结强度不够，会影响型壳强度。综合考虑，将碳纳米管和介孔碳酸钙的含量控制在上述范围内。

本发明还在涂料中添加了0.2-0.8份的NaHCO₃，型壳焙烧过程中NaHCO₃释放出CO₂，在型壳中留下细小的孔隙，增加了型壳的透气性。NaHCO₃添加量过多，孔隙过多过大，会造成型壳力学性能及散热性能的下降。

作为优选，所述耐火材料为锆英粉、莫来石、刚玉粉末、高岭土或氧化铝粉末中的一种或几种。

作为优选，所述耐火材料的目数为200-400目。

耐火材料和SiO₂溶胶添加量的比例直接影响涂料及型壳的性能，而耐火材料和SiO₂溶胶添加量的比例则大部分取决于耐火材料的粒度、粒度级配和SiO₂溶胶的粘度。将耐火材料的粒度控制在上述范围内，与SiO₂溶胶配合度好，制备的涂料粘度适宜，制得的型壳强度高，内表面光滑。

作为优选，所述SiO₂溶胶包括7-13重量份的一级SiO₂溶胶和18-25重量份的二级SiO₂溶胶，一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为8-12nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为15-20nm。

SiO₂溶胶是一种以无定形SiO₂粒子为分散相、以水为分散介质的碱化稳定胶态分散体系，SiO₂粒子的含量和尺寸影响着所配制的涂料的性能。由于无定形的SiO₂粒子是以硅酸胶体的形式存在，起着较强烈的粘附作用，而且SiO₂粒子表面吸附有羟离子，羟离子同周围的阳离子云组成吸附层和扩散层(通常称为“双层”)，粒子荷有负电和“双层”的存在是硅溶胶稳定化的基础。SiO₂溶胶的胶粒粒径小，比表面积大，带负电荷的质点多，有利于胶体的分散和稳定悬浮。故使用较小粒径的SiO₂溶胶所配制的涂料有较好的悬浮性和涂挂性，这有利于润湿和涂挂。但是较小粒径的SiO₂溶胶粘度较低，在一定程度上又不利于涂挂，并且制备成本较高。因此本发明将8-12nm粒径的SiO₂溶胶和15-20nm粒径SiO₂溶胶复配使用，两种SiO₂溶胶的重量份数在上述范围内时，可以得到涂挂性较好的涂料和湿强度较高的型壳。

作为优选，步骤S2中所述焙烧的温度为700-850℃，时间为1.5-2.5小时。

型壳焙烧的目的在于去除水分、残余模料、钠盐及皂化物等挥发物，以降低型壳的发气性和提高其透气性，改善型壳物相组成以提高其高温性能，便于热壳浇注，以改善浇注金属液的充填能力。焙烧温度和时间是影响焙烧质量的重要因素，焙烧温度过低，时间过短，焙烧不完全，型壳的强度、韧性、透气性等性能难以保证；焙烧时间过长，温度过高，会影响型壳的力学性能和高温性能，也造成能耗的浪费。

作为优选，步骤S3中所述合金为55号碳钢。

55号碳钢强度高，经处理后有较高的表面硬度和强度，非常适合于制作钻头，但是55号碳钢的切削加工性能一般，因此本发明采用的失蜡铸造法可减少切削量，有利于钻头的制备。

作为优选，步骤S4中所述清理包括碳弧气泡切割、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光。

碳弧气泡切割用于切除浇冒口和工艺肋，抛丸处理、电化学清砂用于清除铸件表面和内腔的粘砂和氧化皮，风动磨头磨光用于清除铸件表面毛刺铸瘤，保证了钻头的使用性能。

作为优选，步骤S4中所述热处理包括正火或回火。

正火可以细化组织，改善制得的钻头的性能，获得接近平衡状态的组织。回火是将淬火后的铸件加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。因为淬火后铸件的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断，通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火后铸件的力学性能和使用性能。

经过正火或回火处理后的55号碳钢具有较高的强度、耐磨性，制成的钻头结实耐用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用失蜡铸造的方法制备钻头，制得的钻头棱角清晰、尺寸精度高，表面粗糙度低，可应用于尺寸要求比较精准的工件加工，还可减少机械加工工作量，减少工序，降低工作强度，铸造结构形状复杂的钻头。在真空环境下进行型壳的焙烧，加快了焙烧速度，提高了焙烧效率。采用在真空环境下两次涂挂的方式，达到了消除气泡的目的，提高了涂挂效果的一致性和工作效率，免除了人工涂挂的劳动量，降低了劳动强度。合理配伍涂料各组分的含量，制得的型壳内表面致密，型壳强度高，钻头表面质量好，精度高。在涂料的制备过程中添加了碳纳米管和介孔碳酸钙，有效增加了涂料的涂挂性能、型壳强度和散热性能，以及钻头的浇注品质。添加的NaHCO₃提高了型壳的透气性。合理调整型壳的焙烧温度和时间，并选用适当的后清理方式，保证了钻头的使用性能。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。下面通过具体实施例对本发明中高精度钻头的制备方法作进一步解释。

实施例1

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将20份锆英粉、40份刚玉粉末、13份一级SiO₂溶胶、25份二级SiO₂溶胶、0.3份碳纳米管、0.8份介孔碳酸钙、1.3份润湿剂、0.3份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为3cp的一级涂料和粘度为10cp的二级涂料；

其中，锆英粉、刚玉粉末的目数为200-400目。一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为8-12nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为15-20nm。

制壳：在0.05MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为50r/min，喷涂时间15s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行2次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.08MPa的真空度下，700℃焙烧1.5小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和正火热处理。

实施例2

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将30份锆英粉、35份莫来石、11份一级SiO₂溶胶、24份二级SiO₂溶胶、0.4份碳纳米管、1.0份介孔碳酸钙、1.4份润湿剂、0.4份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为3.5cp的一级涂料和粘度为9cp的二级涂料；

其中，锆英粉、莫来石的目数为200-300目。一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为8-10nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为15-18nm。

制壳：在0.08MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为60r/min，喷涂时间30s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行3次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中0.10MPa的真空度下，720℃焙烧1.6小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和回火热处理。

实施例3

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将20份锆英粉、20份刚玉粉末、30份氧化铝粉末、12份一级SiO₂溶胶、20份二级SiO₂溶胶、0.5份碳纳米管、1.2份介孔碳酸钙、1.5份润湿剂、0.5份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为4cp的一级涂料和粘度为8.5cp的二级涂料；

其中，锆英粉、刚玉粉末、氧化铝粉末的目数为250-350目。一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为10-12nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为18-20nm。

制壳：在0.10MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为80r/min，喷涂时间50s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行3次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.15MPa的真空度下，750℃焙烧1.8小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和正火热处理。

实施例4

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将20份刚玉粉末、25份高岭土、30份氧化铝粉末、9份一级SiO₂溶胶、21份二级SiO₂溶胶、0.6份碳纳米管、1.5份介孔碳酸钙、1.6份润湿剂、0.8份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为4cp的一级涂料和粘度为8cp的二级涂料；

其中，刚玉粉末、高岭土、氧化铝粉末的目数为300-400目。一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为9-11nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为16-18nm。

制壳：在0.15MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为100r/min，喷涂时间60s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行4次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.20MPa的真空度下，800℃焙烧2.0小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和回火热处理。

实施例5

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将20份锆英粉、30份高岭土、30份氧化铝粉末、10份一级SiO₂溶胶、18份二级SiO₂溶胶、0.7份碳纳米管、1.8份介孔碳酸钙、1.7份润湿剂、1.0份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为4.5cp的一级涂料和粘度为7.5cp的二级涂料；

其中，锆英粉、高岭土、氧化铝粉末的目数为350-400目。SiO₂溶胶包括，一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为9-12nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为16-19nm。

制壳：在0.18MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为110r/min，喷涂时间70s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行4次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.18MPa的真空度下，820℃焙烧2.3小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和正火热处理。

实施例6

本发明中高精度钻头的制备方法，包括如下步骤：

制备涂料：按重量份计，将20份锆英粉、30份莫来石、40份氧化铝粉末、7份一级SiO₂溶胶、18份二级SiO₂溶胶、0.8份碳纳米管、2.0份介孔碳酸钙、1.8份润湿剂、1.1份消泡剂混合均匀，制成基础涂料，基础涂料加水稀释制成粘度为5cp的一级涂料和粘度为7cp的二级涂料；

其中，锆英粉、莫来石、氧化铝粉末的目数为250-400目。一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为8-11nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为16-20nm。

制壳：在0.20MPa的真空度下将一级涂料旋转喷涂于预成型的可熔蜡型表面进行第一次涂挂，旋转速度为120r/min，喷涂时间80s，然后立即将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中进行第二次涂挂，取出后喷砂并干燥，上述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行5次，干燥后进行脱蜡，制成型壳坯体；

焙烧：将型壳坯体放入焙烧炉中在0.12MPa的真空度下，850℃焙烧2.5小时，制得型壳；

熔炼浇注：将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

后处理：对钻头铸件进行碳弧气泡切割清理、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光和回火热处理。

对比例1

制壳时只进行一次涂挂，即仅将可熔蜡型浸入二级涂料中进行涂挂，取出后喷砂并干燥，其他均与实施例1相同。

对比例2

制壳的第一次涂挂采用在常压下，并且将可熔蜡型浸入一级涂料中进行涂挂的方式进行，其他均与实施例1相同。

对比例3

涂料的制备过程中未添加碳纳米管和介孔碳酸钙，其他均与实施例1相同。

将本发明实施例1-6中制得的型壳的力学性能与对比例1-3中制得的型壳的力学性能进行比较，比较结果如表1所示。

表1：实施例1-6中制得的型壳与对比例1-3中制得的型壳的力学性能的比较

综上所述，本发明采用失蜡铸造的方法制备钻头，制得的钻头棱角清晰、尺寸精度高，尺寸精度可达到0.003cm/cm，表面粗糙度低，可达Ra 1.00μm，因此可大量减少金属切削加工工作量或实现无余量铸造，不但可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料，而且可铸造出结构形状复杂、误差小、难以用其他方法加工的钻头，制备的钻头可应用于尺寸要求比较精准的工件加工。还可进行批量生产，保证了铸件的一致性。而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。在真空环境下进行型壳的焙烧，在同样的温度下，加快了水份的挥发，加快了焙烧时间，提高了焙烧效率。采用在真空条件下两次涂挂的方法，达到消除气泡的目的，提高了涂挂效果的一致性和工作效率，免除了人工涂挂的劳动量，降低了劳动成本。合理配伍涂料各组分的含量，制得的型壳内表面致密，型壳强度高，钻头表面质量好，精度高。在涂料的制备过程中添加了碳纳米管和介孔碳酸钙，有效增加涂料的涂挂性能、型壳强度和散热性能，可减小型壳的壁厚，提高钻头的浇注质量。NaHCO₃的添加提高了型壳的透气性。合理调整型壳的焙烧温度和时间，并选用适当的后清理方式，保证了钻头的使用性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种高精度钻头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：制壳，在预成型的可熔蜡型表面涂挂涂料、喷砂并干燥，然后进行脱蜡，制成型壳坯体，所述涂挂涂料、喷砂并干燥的步骤重复进行2-5次；

S2：焙烧，将S1中制得的型壳坯体放入焙烧炉中在0.08-0.20MPa的真空度下进行焙烧，制得型壳；

S3：熔炼浇注，将制备钻头的合金熔炼成金属液体，浇注在S2中制得的型壳中，冷却后取出，即得钻头铸件；

S4：后处理，对S3中制得的钻头铸件进行清理和热处理。

2.根据权利要求1所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述涂挂涂料包括第一次涂挂和第二次涂挂，第一次涂挂时将一级涂料旋转喷涂于可熔蜡型表面，第二次涂挂时将涂有一级涂料的可熔蜡型浸入二级涂料中，所述一级涂料的粘度小于二级涂料的粘度。

3.根据权利要求2所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述旋转喷涂时的旋转速度为50-120r/min，喷涂时间15-80s。

4.根据权利要求2所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述一级涂料的粘度为3-5cp，二级涂料的粘度为7-10cp。

5.根据权利要求2所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述一级涂料和二级涂料由基础涂料加水稀释而成，所述基础涂料包括如下重量份的组分：

耐火材料，60-90份

SiO₂溶胶，25-38份

碳纳米管，0.3-0.8份

介孔碳酸钙，0.8-2.0份

NaHCO₃，0.2-0.8份

润湿剂，1.3-1.8份

消泡剂，0.3-1.1份。

6.根据权利要求5所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述耐火材料为锆英粉、莫来石、刚玉粉末、高岭土或氧化铝粉末中的一种或几种。

7.根据权利要求5、6所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述耐火材料的目数为200-400目。

8.根据权利要求5所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述SiO₂溶胶包括7-13重量份的一级SiO₂溶胶和18-25重量份的二级SiO₂溶胶，一级SiO₂溶胶的胶粒粒径为8-12nm，二级SiO₂溶胶的胶粒粒径为15-20nm。

9.根据权利要求1所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述焙烧的温度为700-850℃，时间为1.5-2.5小时。

10.根据权利要求1所述的高精度钻头的制备方法，其特征在于，所述清理包括碳弧气泡切割、抛丸处理、电化学清砂、风动磨头磨光。