CN110396703A - 整体式金刚石套料钻的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种整体式金刚石套料钻的制备方法，通过电铸将金刚石与金属胎体包裹结合，电铸前对芯模前处理，表面涂敷一层导电胶，将带有导电胶的芯模通过埋砂电铸、加厚电铸、多次重复埋砂电铸与加厚电铸、脱模处理及电解修整处理，最终获得整体式金刚石套料钻。整体式套料钻避免了电镀金刚石套料钻刀头与刀杆的结合问题，刀头多层金刚石设计延长了使用寿命；内壁“D”形截面设计缩小了排出料芯的直径，料芯不与内壁接触摩擦，减小摩擦热，保证刀杆精度和钻孔精度；刀头外径采用电解修整，不存在切削力与修整工具的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及加工工程技术领域，具体是一种整体式金刚石套料钻的制备方法。
背景技术
随着国际对航空航天事业的愈发重视，我国的航空航天对材料的需求与要求逐步提高。而航空航天领域上采用的材料许多具有高硬度、高耐磨性等特点，因此对所采用的加工流程与加工刀具也提出了更高的性能要求。其中，材料的孔系加工尤其普遍且至关重要，所采用的刀具有涂层刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具等。金刚石刀具钻削质量优良，轴向力小，更适合硬脆性材料的加工。
金刚石套料钻制备方法主要有热压、钎焊和电铸成型。电铸成型所制备的刀具精度高，工艺设备简单，制备温度低，对金刚石热损伤小。加之，针对管径较小的金刚石刀具，钎焊与热压方式加工困难，设备要求高，因此选择合适的电铸成型方法更为合适。目前，此类刀具在对硬脆性材料孔系加工过程中主要存在以下问题：
1.电镀金刚石套料钻是以圆柱不锈钢管为刀杆，在刀杆前端以埋砂电镀的方式形成含砂工作层，存在含砂层太薄，使用寿命低的问题。当含砂层的金刚石脱落至一定程度，则刀具失去了使用价值；
2.应用于孔系加工的套料钻选择力学性能较好的圆管材料为刀杆，钻削过程中材料料芯的直径等于刀具内壁直径，料芯排出时与刀杆内壁存在较大摩擦，对刀杆内壁磨损严重，导致刀杆发热、变形，影响钻孔精度，降低了刀具使用寿命；
3.电镀金刚石套料钻是在刀杆表面埋砂镀嵌入金刚石磨粒，含砂层与刀杆之间的结合强度是刀具性能的重要指标，结合强度低会造成含砂层从刀杆剥离；
4.为达到钻孔所需的直径尺寸，电铸成型的金刚石套料钻需要砂轮修整含砂层，以使刀头外径符合钻孔直径。由于金刚石的高硬度与耐磨性，使得砂轮修整的成本较大，经济效益降低，生产周期增长。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种整体式金刚石套料钻的制备方法，采用整体式金刚石套料钻，拥有多层金刚石，具有较好的使用寿命，并且能有效减小料芯直径，避免了料芯与套料钻刀杆内壁的摩擦损耗，提高钻孔精度。
本发明包括以下步骤：
1）芯模前处理，使芯模圆周附着一层厚度均匀的金属胶；
2）埋砂电铸，采用氨基磺酸盐系电铸镍溶液，将粒径40~50μm的金刚石磨粒放入滤袋中，利用电铸装置的主轴头夹持芯模下移至磨粒滤袋中一定深度进行埋砂电铸，埋砂电铸时间5min，电流密度1~4A/dm2；
3）加厚电铸，芯模上移脱离磨粒滤袋，主轴头带动芯模旋转，使胎体金属沿芯模圆周表面均匀沉积镶嵌金刚石，加厚电铸时间约1h，金刚石埋入胎体金属深度约为其粒径的2/3；
4）重复进行步骤2）与步骤3），形成多层金刚石磨粒镶嵌层，刀头含砂层与刀杆电铸层为一体式同步电铸成型，刀头与刀杆属于一个整体。根据钻孔尺寸要求确定套料钻刀头直径，从而确定重复次数，最终获得整体式金刚石套料钻；
5）刀具脱模处理；
6）刀头电解修整处理。
进一步改进，步骤2）所述的氨基磺酸盐系电铸镍溶液包括如下组分，氨基磺酸镍300~500g/L ，六水合氯化镍15 g/L ，十二烷基硫酸钠0.05 g/L，硼酸35 g/L。
进一步改进，步骤1）所述的芯模前处理中，芯模选用不锈钢圆棒，在芯模前端加工一微小平面，使前端截面为“D”形结构，，从而使套料钻时料芯的直径略小于套料钻刀杆内径，避免了料芯与套料钻内壁的摩擦。将芯模表面涂覆一层均匀的导电胶，使芯模与电铸套料钻之间被导电胶有效隔离，该导电胶加热至250℃时融化，但在电铸温度情况下为固态。
进一步改进，步骤4）所述的形成多层金刚石磨粒镶嵌层具体工艺如下，刀头含砂层与刀杆电铸层为一体式同步电铸成型，刀头与刀杆属于一个整体。根据钻孔尺寸要求确定套料钻刀头直径，从而确定重复次数，最终获得整体式金刚石套料钻。
进一步改进，步骤5）所述的将脱膜处理工艺如下，工件在热处理炉中加热至250℃，保温10min，在该温度下导电胶会融化，此时可将电铸成型的金刚石套料钻与芯模分离，实现电铸成型整体式金刚石套料钻的制备。
进一步改进，步骤6）所述的电解修整处理工艺如下，利用电解加工对刀具刀头外径尺寸进行修整，电解阴极为直径5mm的不锈钢圆柱体，电解液为5%的NANO3溶液，电解电压15V，阴极工具与刀具各自绕自身回转轴线旋转进行电解加工，最终获得整体式金刚石套料钻。
本发明有益效果在于：
（1）本发明所提供的整体式金刚石套料钻，与不锈钢为刀杆的电镀金刚石套料钻具有明显区别，整体式套料钻拥有多层金刚石，体现在刀头端面上露出大量的金刚石磨粒，端面金刚石承担着最主要的钻削任务，当其磨损脱落后，下层金刚石露出并继续钻削，具有较好的使用寿命。
（2）本发明所提供的整体式金刚石套料钻刀头内壁设计为“D”形截面，能有效减小料芯直径，避免了料芯与套料钻刀杆内壁的摩擦损耗，提高了钻孔精度和刀具使用寿命。
（3）本发明所提供的整体式金刚石套料钻，一体式电铸成型刀头与刀杆，避免了电镀金刚石套料钻含砂层与刀杆的结合问题。
（4）本发明所提供的整体式金刚石套料钻选择电解方式进行刀头尺寸的修整，修整过程没有切削力，也没有修整工具的损耗。
附图说明
图1为刀具芯模立体图；
图2为刀具料芯与内壁摩擦示意图；
图3为刀具埋砂电铸示意图；
图4为刀具埋砂电铸效果示意图；
图5为刀具加厚电铸效果示意图；
图6为刀头截面及整体式刀具示意图；
图7为刀头外径尺寸电解修整示意图；
图8为完成的整体式电铸刀具刀头端面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明一种具体实施方式如下：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1：一种整体式金刚石毛细管套料钻，具体步骤如下：
1）芯模前处理，使芯模圆周附着一层厚度均匀的金属胶；芯模选用不锈钢圆棒，在芯模前端加工一微小平面，使前端截面为“D”形结构，如图1。“D”形结构的芯模使得整体式电铸刀具的刀头内壁截面为“D”面构形，从而使套料钻时料芯的直径略小于套料钻刀杆内径，避免了料芯与套料钻内壁的摩擦，见图2。将芯模表面涂覆一层均匀的导电胶，以使芯模与电铸套料钻之间被导电胶有效隔离，该导电胶加热至250℃时融化，但在电铸温度情况下为固态。
2）埋砂电铸，采用氨基磺酸盐系电铸镍溶液，电铸液采用氨基磺酸盐系电铸镍溶液，氨基磺酸盐系电铸液所得到的电铸层内应力低，致密性好。将粒径40~50μm的金刚石磨粒放入滤袋中，利用电铸装置的主轴头夹持芯模下移至磨粒滤袋中一定深度进行埋砂电铸，埋砂电铸时间5min，电流密度1~4A/dm2，见图3。埋砂电铸结束后，主轴头夹持芯模上移脱离磨粒滤袋，芯模表面胎体金属嵌有部分金刚石磨粒，见图4。所述的氨基磺酸盐系电铸镍溶液包括如下组分，氨基磺酸镍300~500g/L ，六水合氯化镍15 g/L ，十二烷基硫酸钠0.05 g/L，硼酸35 g/L。
3）加厚电铸，芯模上移脱离磨粒滤袋，主轴头带动芯模旋转，使胎体金属沿芯模圆周表面均匀沉积镶嵌金刚石，加厚电铸时间约1h，金刚石埋入胎体金属深度约为其粒径的2/3，如图5；
4）重复进行步骤2）与步骤3），形成多层金刚石磨粒镶嵌层；刀头含砂层与刀杆电铸层为一体式同步电铸成型，根据钻孔尺寸要求确定套料钻刀头直径，从而确定重复次数，最终获得整体式金刚石套料钻，如图6。
5）刀具脱模处理，工件在热处理炉中加热至250℃，保温10min，在该温度下导电胶会融化，此时可将电铸成型的金刚石套料钻与芯模分离，实现电铸成型整体式金刚石套料钻的制备。
6）刀头电解修整处理，所述的电解修整处理工艺如下，利用电解加工对刀具刀头外径尺寸进行修整，电解阴极为直径5mm的不锈钢圆柱体，电解液为5%的NANO3溶液，电解电压15V，阴极工具与刀具各自绕自身回转轴线旋转进行电解加工，见图7。最终获得整体式金刚石套料钻，如图8所示。
该整体式金刚石套料钻的具体其制备方法如下：
选用直径2.5mm长100mm的不锈钢304圆棒为芯模，芯模前端加工长2mm，深0.5mm的小平面以形成“D”形截面。电化学阳极活化处理，以芯模作为阳极，电解液为氨基磺酸，电流密度200 A/dm2，时间20s，温度25℃，流速2m/s；流动冷水清洗工件30s，吹干后涂覆导电胶，待工件冷却至室温；
在芯模下方滤袋中装入粒径40~50μm的金刚石磨粒，利用主轴头夹持芯模下移至磨粒滤袋中一定深度，埋砂时间5min，电流密度1 A/dm2；
埋砂完毕后，主轴带动芯模上移卸砂，芯模自转进行加厚电铸，电流密度2 A/dm2，时间1h，控制金刚石埋入胎体金属深度为其粒径的2/3；
重复15次进行2与3操作；
电铸结束后卸下试样，将试样在热处理炉中加热至250℃，保温10min，待导电胶软化，将电铸成型的金刚石刀具与芯模分离，从而形成所需的整体式金刚石套料钻，
利用电解加工对刀具刀头外径尺寸进行修整，电解阴极工具为不锈钢圆柱体，电解液为5%的NANO3溶液，电解电压15V，阴极工具与刀具各自绕自身回转轴线对转进行电解加工，加工刀头部位外径尺寸为直径3.76mm。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）芯模前处理，使芯模圆周附着一层厚度均匀的金属胶；
2）埋砂电铸，采用氨基磺酸盐系电铸镍溶液，将粒径40~50μm的金刚石磨粒放入滤袋中，利用电铸装置的主轴头夹持芯模下移至磨粒滤袋中一定深度进行埋砂电铸，埋砂电铸时间5min，电流密度1~4A/dm2；
3）加厚电铸，芯模上移脱离磨粒滤袋，主轴头带动芯模旋转，使胎体金属沿芯模圆周表面均匀沉积镶嵌金刚石，加厚电铸时间约1h，金刚石埋入胎体金属深度约为其粒径的2/3；
4）重复进行步骤2）与步骤3），形成多层金刚石磨粒镶嵌层；
5）刀具脱模处理；
6）刀头电解修整处理。
2.根据权利要求1所述的整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的氨基磺酸盐系电铸镍溶液包括如下组分，氨基磺酸镍300~500g/L ，六水合氯化镍15 g/L ，十二烷基硫酸钠0.05 g/L，硼酸35 g/L。
3.根据权利要求1所述的整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的芯模前处理中，芯模选用不锈钢圆棒，在芯模前端加工一微小平面，使前端截面为“D”形结构，将芯模表面涂覆一层均匀的导电胶，使芯模与电铸套料钻之间被导电胶有效隔离。
4.根据权利要求1所述的整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于：步骤4）所述的形成多层金刚石磨粒镶嵌层具体工艺如下，刀头含砂层与刀杆电铸层为一体式同步电铸成型，根据钻孔尺寸要求确定套料钻刀头直径，从而确定重复次数，最终获得整体式金刚石套料钻。
5.根据权利要求1所述的整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于：步骤5）所述的将脱膜处理工艺如下，工件在热处理炉中加热至250℃，保温10min。
6.根据权利要求1所述的整体式金刚石套料钻的制备方法，其特征在于：步骤6）所述的电解修整处理工艺如下，利用电解加工对刀具刀头外径尺寸进行修整，电解阴极为直径5mm的不锈钢圆柱体，电解液为5%的NANO3溶液，电解电压15V，阴极工具与刀具各自绕自身回转轴线旋转进行电解加工，最终获得整体式金刚石套料钻。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20191101 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |