CN113000843A - 内冷却钻头成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内冷却钻头成型工艺，包括：将金属粉末和成型剂加入至密炼机中密炼，密炼均匀后取出冷却，再经破碎机破碎以获得注射成型用的喂料；将喂料加入注塑机料筒并加热至熔融状态，待加热熔融后再将所述喂料注入模具内冷却成型；将注射成型后的胚料加热，所述胚料包括刀柄端和刀刃端，拧旋时，将所述刀柄端夹紧固定并旋转所述刀刃端，以获得螺旋刀刃和螺旋排屑槽部分的螺旋体；将保温拧旋得到的胚料经溶剂浸泡，以使成型剂部分溶解于溶剂中；将脱脂后的胚料置于真空烧结炉内烧结，去除剩余的成型剂并加热；烧结后的胚料形成钻头形状，在工具磨床上对烧结后的所述胚料进行磨刃开锋，以制备得到内冷钻头；在精磨开刃的钻头表面进行镀层处理。

Description

内冷却钻头成型工艺
技术领域
本发明涉及钻头技术领域，特别涉及一种内冷却钻头成型工艺。
背景技术
高速深孔内冷却钻头以下简称内冷钻，它广泛应用于机械加工行业，适用于各种机械零部件的钻孔加工，尤其在高黏韧性金属材料上(如不锈钢材料)钻高长径比的深孔场合能够很好的冷却钻头工作部位和冲屑，极大程度的提高钻孔精度和孔面光洁度，成倍提升钻孔效率。
现有的硬质合金内冷钻制造技术为：粉末冶金挤压及烧结制备硬质合金坯料进行磨削加工、镀层；高速工具钢内冷钻制造技术为：高速工具钢棒材热挤压坯料机加工镀层。
以上制造工艺的内冷钻加工难点在于：螺旋刀刃和螺旋排屑槽成型，目前依靠机加工磨制，且存在以下缺点：加工工序长、加工量大且浪费材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种内冷却钻头成型工艺，旨在解决现有内冷却钻头制造技术的工序冗长、加工量大和浪费材料等问题。
为实现上述目的，本发明提出一种内冷却钻头成型工艺，包括以下步骤：
步骤S1：喂料，将金属粉末和成型剂加入至密炼机中密炼，密炼均匀后取出冷却，再经破碎机破碎以获得注射成型用的喂料；
步骤S2：注射成型，将已制备好的喂料加入注塑机料筒，通过注塑机料筒将喂料加热至熔融状态，待加热熔融后再将所述喂料注入模具内冷却成型，其中，模具内放入有低熔点金属丝，在注塑熔融时，成型胚料将金属丝包裹在底部；
步骤S3：保温拧旋，将注射成型后的胚料加热，所述胚料包括刀柄端和刀刃端，拧旋时，将所述刀柄端夹紧固定并旋转所述刀刃端，以获得螺旋刀刃和螺旋排屑槽部分的螺旋体；
步骤S4：脱脂，将保温拧旋得到的胚料经溶剂浸泡，以使成型剂部分溶解于溶剂中；
步骤S5：烧结，将脱脂后的胚料置于真空烧结炉内烧结，去除剩余的成型剂并加热，在烧结时，胚料底部的金属丝会变成液相，渗入至坯体被吸收，形成冷却孔通道；
步骤S6：精磨开刃，烧结后的胚料形成钻头形状，在工具磨床上对烧结后的所述胚料进行磨刃开锋，以制备得到内冷钻头；
步骤S7：镀层，在精磨开刃的钻头表面进行镀层处理。
优选地，所述金属粉末为W12Cr4V5Co5粉末或WC85Co15粉末，所述成型剂为聚乙烯、石蜡和硬脂酸。
优选地，所述金属粉末重量百分比为92-93％，所述成型剂重量百分比为7-8％。
优选地，所述聚乙烯、石蜡和硬脂酸的重量百分比为6∶3∶1。
优选地，所述密炼温度为165℃，所述密炼时间为1h，所述金属粉末和成型剂密炼均匀后冷却至室温。
优选地，所述注塑机料筒加热温度为195℃，所述模具接入60℃温水，所述喂料在模具内冷却时间为25S。
优选地，所述将注射成型后的胚料加热包括：
先将胚料加热至60℃，加热时间为10min；
再将胚料加热至80℃，加热时间为10min；
再继续加热胚料至100℃，加热时间为10min；
最后将胚料加热至120℃，加热时间为10min。
优选地，所述溶剂为三氯乙烯。
优选地，所述烧结温度为900-1500℃，所述烧结时间为5h。
本发明技术方案的有益效果在于：
1、本发明通过采用金属粉末喂料进行注射成型，经保温拧旋、脱脂、烧结工艺形成内冷钻近形坯料，再经过精磨开刃、镀层为成品，具有加工工序简单，加工量少，能净尺寸成型、节省原材料的特点；
2、采用保温拧旋的加工工艺对胚料进行夹紧旋转，以获得钻头的螺旋体结构，不需要采用机加工磨制螺旋刀刃和螺旋排屑槽，使工艺流程更加简单，缩短了加工周期，进一步提高了生产效率；
3、在注射成型时，模具内放入低熔点金属丝，熔融时，成型胚料将金属丝包裹在底部，在烧结时，胚料底部的金属丝会变成液相，渗入至坯体被吸收，形成冷却孔通道，采用低熔点金属丝熔融的方式加工内冷却钻头的冷却孔通道，保证加工工序简单。
附图说明
图1为本发明内冷却钻头成型工艺一实施例的工艺流程图；
图2为本发明内冷却钻头成型工艺一实施例中保温拧旋步骤中胚料的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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。
作为本发明的一种优选地实施例，参照图1，本发明提出一种内冷却钻头成型工艺，包括以下步骤：
步骤S1：喂料，将金属粉末和成型剂加入至密炼机中密炼，密炼均匀后取出冷却，再经破碎机破碎以获得注射成型用的喂料。
本发明一实施例中，密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下对聚合物材料进行混炼的设备。密炼均匀是为了使金属粉末和成型剂能充分混合，如果密炼不均，加工成型的内冷钻头硬度得不到保障，性能低，稳定性差，报废率增加，甚至还会影响后续的加工工序的正常进行，因此，在密炼过程中，需要将金属粉末和成型剂密炼均匀。破碎机是利用冲击能将进入到破壁腔的物料，经过转子的高速运转，进行高速冲击成小颗粒的装置。由于密炼后的混合物经冷却会凝结成块状，因此，将喂料破碎呈颗粒状也是为了方便后续注射成型工序的进行。
步骤S2：注射成型，将已制备好的喂料加入注塑机料筒，通过注塑机料筒将喂料加热至熔融状态，待加热熔融后再将喂料被注射入模具内冷却成型，其中，模具内放入有低熔点金属丝，在注塑成型时，金属丝会被坯料包裹预埋于注塑坯中。
由于内冷钻头采用注射成型的加工方式进行，因此在成型时，将破碎后的颗粒状的喂料加入到注塑机内，注塑机的料斗为不锈钢料斗，用于将喂料从注塑机侧面输送到注塑机内部的料筒中，注塑机料筒将喂料加热，使喂料能完全熔融，再将熔融后的喂料注射入模具内。值得注意的是，料筒内设有螺杆和加热装置，在喂料进入料筒后，螺杆会对喂料进行搅拌，加热装置对喂料进行加热，加热温度范围为180-240℃，在搅拌、加热的状态下，喂料能充分熔融。在注塑成型时，会在模具内放入金属丝，金属丝通常为熔点较低的铜丝，金属丝会呈圆柱状或方形条状放入至模具内，金属丝的形状根据冷却孔的形状确定；
步骤S3：保温拧旋，将注射成型后的胚料1加热，胚料1包括刀柄端11和刀刃端12，拧旋时，将刀柄端11夹紧固定并旋转刀刃端12，以获得螺旋刀刃和螺旋排屑槽部分的螺旋体。
参照图2，经过步骤S2注射成型后，得到胚料1，胚料1上端为刀柄端11，胚料1下端为刀刃端12。在进行保温拧旋步骤时，需要用到拧旋装置，拧旋装置通常包括与电机转轴连接的夹头，在使用时，夹头将刀具的刀柄端11(即刀头)夹紧固定，再对刀刃端12进行旋转，即获得冷却钻头的螺旋刀刃和螺旋排屑槽部分。
在成型螺旋体时，胚料1内部的金属丝部分也会一起旋转形成螺旋形状，根据拧旋装置调试的转速的不同，可以获得不同的导程和螺旋数量。例如，当拧旋装置的转速较小时，则成型的螺旋体结构的导程较大、螺旋数量较少，当拧旋装置的转速较大时，则成型的螺旋体结构的导程较小、螺旋数量较多。
步骤S4：脱脂，将保温拧旋得到的胚料经溶剂浸泡，以使成型剂部分溶解于溶剂中。
脱脂目的为脱去胚料中的成型剂，具体方法为，将保温拧旋得到的螺旋体胚料在溶剂中浸泡，直到成型剂完全溶解于溶剂中。溶剂通常采用三氯乙烯，成型剂采用聚乙烯或石蜡或硬脂酸，依据相似相溶的原理，成型剂(聚乙烯、石蜡、硬脂酸)可溶解于三氯乙烯中，从而保证在烧结工序前可以脱去胚料中的大部分成型剂。
步骤S5：烧结，将脱脂后的胚料置于真空烧结炉内烧结，去除剩余的成型剂并加热，在烧结时，胚料内底部的金属丝会变成液相，渗入至坯体被吸收，形成冷却孔通道。
真空烧结是指在真空的环境下对脱脂后的胚料进行烧结，在烧结过程中将胚料中剩余成型剂会分解气化逸出，从而去除材料中非金属杂质并提高胚料的密度，具体地，在烧结过程中，因金属基材粉末之间的扩散、融合而使空隙消失，产品体积收缩，获得相对密度90％以上的金属产品。
在烧结时，胚料内部的金属丝会变成液相，渗入至胚体内被吸收，形成冷却孔通道。根据步骤S2的说明，在注射成型时，在模具内放入了低熔点的金属丝，在注塑熔融时，成型胚料将金属丝包裹；而在烧结时，采用真空高温烧结，当低熔点金属丝经过高温烧结后，会随即变成液相，渗入到胚料中，再被胚料吸收，因此，之前放置金属丝的位置，会形成内冷却钻头的冷却孔通道。
步骤S6：精磨开刃，烧结后的胚料已经形成钻头形状，在工具磨床上对烧结后的胚料进行磨刃开锋，以制备得到内冷钻头。
在精磨开刃工序中，采用工具磨床对内冷却钻头进行磨刃开锋，工具磨床精度高，刚性好，可以磨外圆、内圆和平面，同时，也适用于本发明中的内冷却钻头的刃磨。
精磨主要是保证内冷却钻头达到抛光前所需的面形精度、尺寸精度和表面粗糙度，使精磨后的胚料表面光滑，精度高。
步骤S7：镀层，在精磨开刃的钻头表面进行镀层处理。
最后，对精磨开刃后的钻头表面进行镀层处理，镀层是在内冷却钻头表面涂上一层金属层，增加钻头的硬度、强度，有利于提高钻头的综合性能。
本发明的内冷却钻头成型工艺，通过采用金属粉末喂料进行注射成型，经保温拧旋、脱脂、烧结形成内冷钻近形坯料，再经过精磨开刃、镀层为成品，具有加工工序简单，加工量少，能净尺寸成型、节省原材料的特点。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S1，金属粉末可以分为两类：第一类为W12Cr4V5Co5粉末，即高速钢粉末，可以加工成高速钢冷却钻头；第二类为WC85Co15粉末，即硬质合金粉末，可以加工成硬质合金冷却钻头，还可以为其他合金粉末，在此不一一赘述。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S1，成型剂为聚乙烯、石蜡和硬脂酸，其中，聚乙烯、石蜡和硬脂酸在成型剂中的重量百分比为6∶3∶1，具体地，在喂料时，先将6份聚乙烯、3份石蜡和1份硬脂酸充分搅拌混合，再添加到金属粉末中，最后，将金属粉末和成型剂加入到密炼机中密炼。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S1，金属粉末重量百分比为92-93％，成型剂重量百分比为7-8％，具体地，在金属粉末的重量百分比含量为92％时，则成型剂的重量百分比含量为8％，在喂料时，将92％的金属粉末和8％的成型剂加入到密炼机中密炼均匀。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S1，密炼温度为165℃，密炼时间为1h，然后冷却至室温。在密炼后，需要将喂料冷却至室温，冷却至室温后的喂料为固态，再经破碎机破碎后获得下一工序所需喂料。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S2，注塑机料筒加热温度为195℃，在195℃时，料筒内的喂料处于熔融状态；再在模具内接入60℃温水，产品在模具内冷却25S。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S3，将注射成型后的胚料加热包括：先将胚料加热至60℃、加热时间为10min；再将胚料加热至80℃，加热时间为10min；再继续加热胚料至100℃，加热时间为10min；最后将胚料加热至120℃，加热时间为10min，采用多个时间段和多个温度段对胚料进行加热，保证胚料的稳定性。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S4，溶剂为三氯乙烯，依据相似相溶的原理，成型剂(聚乙烯、石蜡和硬脂酸)可溶解于三氯乙烯中，从而在烧结前可以脱去大部分成型剂。
作为本发明的一个优选实施例，根据步骤S5，烧结温度为900-1500℃，烧结时间为5h，具体地，高速钢烧结温度最低为900℃，最高为1360℃，烧结时间为5h；硬质合金烧结温度最低为900℃，最高为1470℃，烧结时间为5h。
本发明的内冷却钻头成型工艺，在注射成型步骤中使用的注塑机，能够自动将两根低熔点金属丝并行埋入注射坯料，并在模具进出口自动送丝和切断，模具进出口的送丝和切断采用自动送丝断丝机进行，保证金属丝的自动埋入，减少加工工序。
本发明采用金属粉末注射成型技术加工冷却钻头，基材具备晶粒均匀，均匀的硬相质点，切削瞬时、高温时组织稳定，可以在0-2％范围调整内部孔隙度，使内冷钻具有孔隙吸震、隔热的效果，从而使金属粉末注射成型工艺制造的内冷却钻头具有良好的耐磨性、红硬性和抗震性。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (9)

1.一种内冷却钻头成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：喂料，将金属粉末和成型剂加入至密炼机中密炼，密炼均匀后取出冷却，再经破碎机破碎以获得注射成型用的喂料；
步骤S2：注射成型，将已制备好的喂料加入注塑机料筒，通过注塑机料筒将喂料加热至熔融状态，待加热熔融后再将所述喂料注入模具内冷却成型，其中，模具内放入有低熔点金属丝，在注塑熔融时，成型胚料将金属丝包裹在底部；
步骤S3：保温拧旋，将注射成型后的胚料加热，所述胚料包括刀柄端和刀刃端，拧旋时，将所述刀柄端夹紧固定并旋转所述刀刃端，以获得螺旋刀刃和螺旋排屑槽部分的螺旋体；
步骤S4：脱脂，将保温拧旋得到的胚料经溶剂浸泡，以使成型剂部分溶解于溶剂中；
步骤S5：烧结，将脱脂后的胚料置于真空烧结炉内烧结，去除剩余的成型剂并加热，在烧结时，胚料底部的金属丝会变成液相，渗入至坯体被吸收，形成冷却孔通道；
步骤S6：精磨开刃，烧结后的胚料形成钻头形状，在工具磨床上对烧结后的所述胚料进行磨刃开锋，以制备得到内冷钻头；
步骤S7：镀层，在精磨开刃的钻头表面进行镀层处理。
2.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述金属粉末为W12Cr4V5Co5粉末或WC85C015粉末，所述成型剂为聚乙烯、石蜡和硬脂酸。
3.根据权利要求2所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述金属粉末重量百分比为92-93％，所述成型剂重量百分比为7-8％。
4.根据权利要求2所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述聚乙烯、石蜡和硬脂酸的重量百分比为6∶3∶1。
5.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述密炼温度为165℃，所述密炼时间为1h，所述金属粉末和成型剂密炼均匀后冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述注塑机料筒加热温度为195℃，所述模具接入60℃温水，所述喂料在模具内冷却时间为25S。
7.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述将注射成型后的胚料加热包括：
先将胚料加热至60℃，加热时间为10min；
再将胚料加热至80℃，加热时间为10min；
再继续加热胚料至100℃，加热时间为10min；
最后将胚料加热至120℃，加热时间为10min。
8.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述溶剂为三氯乙烯。
9.根据权利要求1所述的内冷却钻头成型工艺，其特征在于，所述烧结温度为900-1500℃，所述烧结时间为5h。
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