CN109365879A - 一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻 - Google Patents
一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于它包括上段的工作部以及下段的安装部，其中工作部包括上段的工作段以及下段的连接段，军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻内设置有从上至下贯通的通孔，工作段的顶部设置有金刚石层，金刚石层位于工作段的顶部外侧面以及顶部端面，其中工作段顶部的金刚石层呈一个波浪齿形结构。本发明一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻具有使用寿命长、切削能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻。
背景技术
用于军工装甲的凯夫拉层结构致密、硬度高。采用目前主流的高档金刚石孔钻在此材料上面开孔，一般难以奏效，原因如下：
1、电镀与钎焊的金刚石孔钻，其工作部金刚石浓度高，达到200％左右，同时胎体对于金刚石的把持力也强；但一般为单层结构，所以初始使用锋利，一旦金刚石稍有磨损，后续没有金刚石补充，导致切削半途而废；
2、烧结金刚石孔钻，属于多层金刚石结构，但因为生产工艺的限制，工作部的浓度一般均不超过100％(金刚石制品国际浓度标准)。使用时，锋利度不足，同时胎体过硬会导致后续的金刚石无法及时出刃使用；胎体过软，因为工作的对象过于坚硬，工作部使用时受到的反作用力会使胎体很快磨损，不能持续工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻。
本发明的目的是这样实现的：
一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于它包括上段的工作部以及下段的安装部，其中工作部包括上段的工作段以及下段的连接段，军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻内设置有从上至下贯通的通孔，工作段的顶部设置有金刚石层，金刚石层位于工作段的顶部外侧面以及顶部端面，其中工作段顶部的金刚石层呈一个波浪齿形结构。
作为一种优选，波浪齿形结构包括间隔布置的外弧段以及内弧段，相邻的外弧段以及内弧段之间通过过渡弧段连接。
作为一种优选，金刚石层中的金刚石采用以下混合金刚石的方式：#70/80+#80/100+#100/120三种金刚石混合的方式，三种粒度的型号均为MBD10，三种金刚石的颗粒数上下浮动不得超过20％。
作为一种优选，工作段的胎体配方按照重量份数如下配比：Co32-38份，Ni18-21份，CuSn20合金粉13-15份，Cu14-17份，NiCrP合金粉14-18份。
一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺如下：
步骤一、根据工作部的体积，以及参照金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种材料的重量；
步骤二、确定金刚石浓度为150％；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与基体装入石墨模具；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以680℃-720℃的温度加压烧结；
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以900℃-920℃的温度钎焊，使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行修刃处理；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻及其生产工艺具有使用寿命长、切削能力强等优点。
附图说明
图1为一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻实施例1示意图。
图2为图1的顶部俯视图。
图3为一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻实施例2示意图。
图4为图3的顶部俯视图。
图5为一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻实施例3示意图。
图6为图5的顶部俯视图。
图7为一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻实施例4示意图。
图8为图7的顶部俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-图8，本发明涉及的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，它包括上段的工作部100以及下段的安装部200，军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的总长度为64.75mm，其中工作部100长度为34.25mm，外表面亚光，安装部200长度为30.5mm，外表面光亮，其中工作部100包括上段的工作段101以及下段的连接段102，军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻内设置有从上至下贯通的通孔。
其中工作段101的顶部设置有4.5mm-5.5mm高度的金刚石层103，金刚石层103厚度为0.05mm-0.08mm，金刚石层103位于工作段101的顶部外侧面以及顶部端面。其中工作段101顶部的金刚石层103呈一个波浪齿形结构，波浪齿形结构包括间隔布置的外弧段103.1以及内弧段103.2，相邻的外弧段以及内弧段之间通过过渡弧段103.3连接。
具体的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的结构举出一下四组实施例：
实施例1、
工作部100外径5.86mm，壁厚0.5mm，安装部200外径11.5mm，通孔下段为27.1mm高度的6mm内径的通孔，金刚石层103高度为4.5mm，金刚石层103的顶面包括五组均布的外弧段以及内弧段，外弧段对应的直径为6mm，内弧段对应的直径为4.75mm，过渡弧段的外侧面具有R0.2mm以及R0.3mm的过渡半径，过渡弧段的内侧面具有R0.1mm以及R0.5mm的过渡半径，其他一些参数见附图2。
实施例2、
工作部100外径7.9mm，壁厚0.5mm，安装部200外径11.5mm，通孔下段为41mm高度的6mm内径的通孔，金刚石层103高度为5.5mm，金刚石层103的顶面包括七组均布的外弧段以及内弧段，外弧段对应的直径为8.05mm，内弧段对应的直径为6.8mm，过渡弧段的外侧面具有R0.1mm以及R0.4mm的过渡半径，过渡弧段的内侧面具有R0.1mm以及R0.5mm的过渡半径，其他一些参数见附图4。
实施例3、
工作部100外径9.86mm，壁厚0.5mm，安装部200外径11.5mm，通孔下段为40.7mm高度的5.8mm内径的通孔，金刚石层103高度为5.5mm，金刚石层103的顶面包括九组均布的外弧段以及内弧段，外弧段对应的直径为10.05mm，内弧段对应的直径为8.8mm，过渡弧段的外侧面具有R0.1mm以及R0.5mm的过渡半径，过渡弧段的内侧面具有R0.1mm以及R0.3mm的过渡半径，其他一些参数见附图6。
实施例4、
工作部100外径11.9mm，壁厚0.5mm，安装部200外径11.5mm，通孔下段为40.25mm高度的6mm内径的通孔，金刚石层103高度为4.5mm，金刚石层103的顶面包括十组均布的外弧段以及内弧段，外弧段对应的直径为12.1mm，内弧段对应的直径为10.85mm，过渡弧段的外侧面具有R0.3mm的过渡半径，过渡弧段的内侧面具有R0.1mm以及R0.4mm的过渡半径，其他一些参数见附图8。
一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻生产工艺来针对以上背景技术中目前主流的金刚石孔钻在使用中存在的问题，考虑以下两个方面：一方面孔钻要有电镀与钎焊孔钻的高浓度，另一方面又要有烧结孔钻的多层结构，同时胎体的硬度与耐磨性要与金刚石层匹配：使用过程中尽量达到与金刚石层同时磨损并保证持续出刃使用，因此设计为采用烧结孔钻来成型和固结工作部，再采用钎焊的方式使金刚石与胎体中的金属成分产生化学冶金结合，提高金刚石与胎体的结合力。
针对以上的思路进行下面的方案设计：
1、金刚石的选择，考虑到钻出的孔需要光洁，同时使用要锋利且寿命要长，采用混合金刚石的方式：#70/80+#80/100+#100/120三种金刚石混合的方式(河南中南钻石有限公司生产的金刚石，三种粒度的型号均为MBD10)，工作层中要求此三种金刚石的颗粒数基本一致，颗粒数上下浮动不得超过20％，同样浓度的金刚石，混合粒度使用锋利；
2、金刚石浓度的选择，因为此工艺涉及到烧结，如果金刚石浓度过高，则胎体无法有效地将金刚石把持住，因为工艺中加入了钎焊这个工序，根据试验，可以采用烧结金刚石制品的极限浓度150％(金刚石制品国际浓度标准)，针对寿命不足的问题，采用提高工作部金刚石含量也就是提高金刚石浓度来弥补；
3、胎体配方，因为工件材质的原因，选用高钴配方如下的金属粉末(重量份数)：Co32-38份，Ni18-21份，CuSn20合金粉13-15份，Cu14-17份，NiCrP合金粉14-18份；
4、产品设计，考虑到使用时的工况，特别是材料过于致密、坚硬，孔钻的冷却尤为重要，所以在孔钻的工作部设计了高低错落的波浪齿形，一方面便于冷却液及时进入工作部冷却，另一方面此设计有助于碎屑的排除，不容易产生烧刀头或使用打滑的不良情况；同时基体采用40Cr材质生产：此材料韧性好，同时有一定的减震功能；
5、模具设计，因为工件致密和坚硬，为了提高钻孔的工作效率，在保证产品工作部结合强度的前提下，工作部的壁厚越薄越好，为此设计的工作部壁厚为0.4+/-0.1mm，如此超薄的结构加上波浪齿形的设计，能够最大限度地提高钻孔的速度。
一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺如下：
步骤一、根据工作部的体积，以及参照金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种材料的重量；
步骤二、确定金刚石浓度为150％，在三种金刚石颗粒基本一致的情况下，根据金刚石的粒径确定三种金刚石的重量；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合6小时以上；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与40Cr材质的基体装入石墨模具(此模具内壁涂有脱模剂；为保证使用精度，此40Cr材质的基体采用数控加工中心生产)；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以680℃-720℃的温度加压烧结10-20分钟，优选为15分钟；(传统的单纯的烧结工艺烧结温度为800℃以上，本工艺降低了烧结温度。)
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以900℃-920℃的温度钎焊，优选为920℃，并保温10分钟，(传统的单纯的钎焊工艺钎焊温度为1000℃-1100℃，本工艺降低了钎焊温度。)使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合，大大提高金刚石与胎体的结合力；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行“修刃”处理，同时40Cr基体部分进行精密修整加工，要求产品的同心度不超过0.05mm；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
举例，实施例一、
步骤一、根据工作部的体积0.043CM3，以及参照金刚石的浓度和所需金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种金属粉料的配比和重量为:Co35份0.079克，Ni20份0.045克，CuSn20合金粉15份0.034克，Cu15份0.034克，NiCrP合金粉15份0.034克；(最少生产数量1000个)；
步骤二、确定金刚石浓度为150％，在三种金刚石颗粒基本一致的情况下，根据金刚石的粒径确定三种金刚石的配比和重量为；#70/80是58份0.033克，#80/100是30份0.017克，#100/120是12份0.007克；(最少生产数量1000个)；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合6小时以上；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与40Cr材质的基体装入石墨模具；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以700℃的温度加压烧结15分钟；
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以910℃的温度钎焊，并保温10分钟，使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合，大大提高金刚石与胎体的结合力；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行“修刃”处理，同时40Cr基体部分进行精密修整加工，要求产品的同心度不超过0.05mm；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
实施例二、
步骤一、根据工作部的体积0.043CM3，以及参照金刚石的浓度和所需金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种金属粉料的配比和重量为:Co32份0.072克，Ni18份0.041克，CuSn20合金粉15份0.034克，Cu17份0.038克，NiCrP合金粉18份0.041克；(最少生产数量1000个)；
步骤二、确定金刚石浓度为150％，在三种金刚石颗粒基本一致的情况下，根据金刚石的粒径确定三种金刚石的配比和重量为；#70/80是58份0.033克，#80/100是30份0.017克，#100/120是12份0.007克；(最少生产数量1000个)；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合6小时以上；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与40Cr材质的基体装入石墨模具；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以680℃的温度加压烧结15分钟；
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以900℃的温度钎焊，并保温10分钟，使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合，大大提高金刚石与胎体的结合力；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行“修刃”处理，同时40Cr基体部分进行精密修整加工，要求产品的同心度不超过0.05mm；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
实施例三、
步骤一、根据工作部的体积0.043CM3，以及参照金刚石的浓度和所需金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种金属粉料的配比和重量为:Co38份0.086克，Ni21份0.047克，CuSn20合金粉13份0.029克，Cu14份0.032克，NiCrP合金粉14份0.032克；(最少生产数量1000个)；
步骤二、确定金刚石浓度为150％，在三种金刚石颗粒基本一致的情况下，根据金刚石的粒径确定三种金刚石的配比和重量为；#70/80是58份0.033克，#80/100是30份0.017克，#100/120是12份0.007克；(最少生产数量1000个)；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合6小时以上；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与40Cr材质的基体装入石墨模具；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以720℃的温度加压烧结15分钟；
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以920℃的温度钎焊，并保温10分钟，使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合，大大提高金刚石与胎体的结合力；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行“修刃”处理，同时40Cr基体部分进行精密修整加工，要求产品的同心度不超过0.05mm；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
针对以上三组实施例以及市场上最佳性能的钎焊金刚石孔钻和烧结金刚石孔钻进行实验对比：
试验条件：
实验设备：XH715D立式加工中心，主轴电机功率：7.5/11KW，主轴输出扭矩：35.8/70.3Nm，主轴转速：60～8000rpm。
冷却：乳化液；
实验参数范围(孔径8mm)：
材料：6mm厚SiC超高硬度陶瓷；
推荐进给速度(mm/min)：10-14；
推荐主轴转速(r/min)：6000-6500。
试验结果：
实施例一的刀具寿命：120-150个孔；
实施例二的刀具寿命：105-120个孔；
实施例三的刀具寿命：110-125个孔；
钎焊金刚石孔钻(8MM直径，#70/80粒度)的刀具寿命：3-6个孔；
烧结金刚石孔钻(8MM直径，#70/80粒度)的刀具寿命：2-4个孔(区别点在于推荐进给速度为6-8mm/min)。
从以上对比试验结果可以看出，烧结加钎焊的复合型工艺以及上述配方的组合使得制作成的金刚石孔钻的性能远远大于传统的市场上最佳性能的钎焊金刚石孔钻和烧结金刚石孔钻的性能。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于它包括上段的工作部以及下段的安装部，其中工作部包括上段的工作段以及下段的连接段，军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻内设置有从上至下贯通的通孔，工作段的顶部设置有金刚石层，金刚石层位于工作段的顶部外侧面以及顶部端面，其中工作段顶部的金刚石层呈一个波浪齿形结构。
2.根据权利要求1所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于波浪齿形结构包括间隔布置的外弧段以及内弧段，相邻的外弧段以及内弧段之间通过过渡弧段连接。
3.根据权利要求1所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于金刚石层中的金刚石采用以下混合金刚石的方式：#70/80+#80/100+#100/120三种金刚石混合的方式，三种粒度的型号均为MBD10，三种金刚石的颗粒数上下浮动不得超过20％。
4.根据权利要求1所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻，其特征在于工作段的胎体配方按照重量份数如下配比：Co32-38份，Ni18-21份，CuSn20合金粉13-15份，Cu14-17份，NiCrP合金粉14-18份。
5.一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺，其特征在于先进行烧结工艺再进行钎焊工艺。
6.根据权利要求5所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺：其特征在于烧结温度为680℃-720℃，钎焊温度为900℃-920℃。
7.根据权利要求5所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺如下：
步骤一、根据工作部的体积，以及参照金属粉末的散装密度与熔化后的密度设定工作部每种材料的重量；
步骤二、确定金刚石浓度为150％；
步骤三、将称量好的金属粉末与金刚石在密封的三维混合筒中混合；
步骤四、将混合好的金刚石和金属粉末与基体装入石墨模具；
步骤五、将装入石墨模具的产品冷压成型，然后连同此模具在中频烧结炉中以680℃-720℃的温度加压烧结；
步骤六、将模具移到真空钎焊炉中：在真空度高于3×10-3Pa的氛围中，以900℃-920℃的温度钎焊，使胎体中的NiCrP合金粉与金刚石发生化学冶金结合；然后自然冷却到室温，取出石墨模具，将产品脱模去除；
步骤七、根据产品图纸要求，工作部进行修刃处理；
步骤八、整个产品表面进行镀镍防锈处理；
步骤九、验收合格后进行包装。
8.根据权利要求8所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺，其特征在于金刚石采用以下混合金刚石的方式：#70/80+#80/100+#100/120三种金刚石混合的方式，三种粒度的型号均为MBD10，三种金刚石的颗粒数上下浮动不得超过20％。
9.根据权利要求8所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺，其特征在于胎体配方按照重量份数如下配比：Co32-38份，Ni18-21份，CuSn20合金粉13-15份，Cu14-17份，NiCrP合金粉14-18份。
10.根据权利要求8所述的一种军工装甲凯夫拉层钻孔用长寿命超薄烧结钎焊孔钻的生产工艺，其特征在于基体为40Cr材质。
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