CN113441761B - 一种内冷钻头制备方法、内冷钻头和加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内冷钻头制备方法、内冷钻头和加热装置。其中内冷钻头制备方法包括获得一体式合成柱状体钻头坯料的步骤，在所述一体式合成柱状体钻头坯料中设置有与所述一体式合成柱状体钻头坯料的中心轴平行的内孔；对所述一体式合成柱状体钻头坯料的局部或整体进行加热的步骤，加热至所述一体式合成柱状体钻头坯料的塑性变形温度；使得所述一体式合成柱状体钻头坯料沿其所述中心轴发生旋转塑性变形。采用本发明的技术方案，内冷钻头制作成本低，成品率高。

Description

一种内冷钻头制备方法、内冷钻头和加热装置

技术领域

本发明涉及一种钻头的制备技术，特别是内部具有冷却通道的钻头的制备方法、钻头和装置。

背景技术

在工业生产中，利用钻头的旋转进行钻孔是应用范围非常广泛的技术手段。钻头在钻孔过程中，由于需要与被钻体之间产生高速摩擦，因此会产生大量的热，而孔内狭小的空间不利于热量的散失，进而引起钻头温度急剧升高。在达到一定的温度后，钻头本身的强度会快速降低，如果继续使用钻头，则钻头会损毁，同时钻孔工作失败。从以上的描述可以了解，普通钻头不适于长时间执行钻孔工作，很容易过热而导致失效。因此，很多需要进行高速深孔加工的工作难以利用普通钻头实现。

为了解决上述钻头不能进行高速深孔加工的问题，人们发明了冷却钻头，一种是外冷钻头，一种是内冷钻头。外冷钻头与普通钻头没有差异，只是在工作过程中在钻头外部施加冷却介质。内冷钻头是在钻头内部(具体的是在钻头的刃带中)设置有冷却介质冷却通道，在钻头工作过程中，冷却介质流动经过螺旋状的冷却介质冷却通道，对钻头进行冷却降温，同时冷却介质从钻头刃部的孔喷出能够带走钻出的孔中的碎屑，进一步降低孔中的温度。在实际使用中，内冷钻头更适合加工深孔，以及加工一些高硬度难切削的材质。

现有的内冷钻头的制备方法，主要通过粉末冶金工艺制备。例如以下的制备方法：将钨粉挤压制成圆棒，中间的螺旋内冷孔中设置蜡芯，然后成型，脱蜡，真空烧结成型。

现有的制备内冷钻头的技术存在一定的问题：例如在制备较长的内冷钻头的过程中，螺旋设置的蜡芯容易被偏置，在加工螺旋刃带时容易戳破内冷孔产生废品；另外，在内冷孔中容易产生粉末堆积，造成最终的内冷孔堵塞，也会产生废品。

尽管内冷钻头具有前述加工深孔等技术优势，但也存在前述的制作工艺复杂、废品率高的技术问题，即使得其制作成本高。

发明内容

为了解决现有的内冷钻头成本高的问题，本发明提供了一种内冷钻头制备方法，由所述制备方法制备的内冷钻头，及制备内冷钻头过程中使用的加热装置。

本发明的技术方案如下：

一种内冷钻头制备方法，包括如下步骤：

A、获得一体式合成柱状体钻头坯料；在所述一体式合成柱状体钻头坯料中设置有与所述一体式合成柱状体钻头坯料的中心轴平行的内孔；所述内孔偏离所述一体式合成柱状体钻头坯料的所述中心轴设置；

B、对所述一体式合成柱状体钻头坯料的局部或整体进行加热，加热至所述一体式合成柱状体钻头坯料的塑性变形温度；使得所述一体式合成柱状体钻头坯料以其所述中心轴为旋转中心发生旋转塑性变形。

可选地，在步骤A中获得所述一体式合成柱状体钻头坯料的方法包括粉末冶金方法。

可选地，在步骤A中获得所述一体式合成柱状体钻头坯料的方法包括：

A1、获得若干个柱状体钻头坯料，所述若干个柱状体钻头坯料均具有沿其轴线方向设置的结合面，如果将所述若干个柱状体钻头坯料以所述结合面结合则形成了合成柱状体；

A2、在至少一个所述柱状体钻头坯料的所述结合面上加工槽道；

A3、形成所述合成柱状体，并通过焊接方法，使得所述若干个柱状体钻头坯料的所述结合面形成冶金结合，从而获得所述一体式合成柱状体钻头坯料；所述槽道形成所述内孔。

可选地，步骤A1中获得的所述柱状体钻头坯料的数量为2。

可选地，所述柱状体钻头坯料包括半圆柱钻头坯料。

可选地，所述合成柱状体设置有若干以所述合成柱状体的长轴为中心对称分布的侧表面。

可选地，所述合成柱状体的所述侧表面包括侧平面或侧凹槽面。

可选地，所述焊接方法包括扩散焊焊接方法、钎焊焊接方法、激光焊焊接方法、电子束焊焊接方法。

可选地，在步骤B中，包括如下子步骤：夹持所述一体式合成柱状体钻头坯料的两端进行旋转；所述一体式合成柱状体钻头坯料以其所述中心轴为旋转中心发生所述旋转塑性变形后，从所述一体式合成柱状体钻头坯料已发生所述塑性变形的部分的中部分割。

内冷钻头，采用如前所述内冷钻头制备方法制备。

执行如前所述加热的加热装置，包括周向环绕所述一体式合成柱状体钻头坯料的加热器；所述加热器包括电磁感应加热器。

可选地，所述加热装置还包括用于环绕所述一体式合成柱状体钻头坯料的气体保护罩；在所述气体保护罩上设置有保护气体入口。

执行如前所述加热的加热装置，包括周向环绕所述一体式合成柱状体钻头坯料的加热器；所述加热器包括火焰加热器。

执行如前所述加热的加热装置，包括电阻加热器；所述电阻加热器包括至少两个用于与所述一体式合成柱状体钻头坯料接触的触碰电极。

本发明的技术效果：

本发明的内冷钻头制备方法，在一体式合成柱状体钻头坯料中设置直的内孔，然后加热一体式合成柱状体钻头坯料，使之达到塑性变形温度，再对所述一体式合成柱状体钻头坯料进行旋转，使得一体式合成柱状体钻头坯料发生旋转塑性变形。当一体式合成柱状体钻头坯料发生塑性变形后，其中的直的内孔也发生旋转变形，形成了螺旋状内部通道，可以作为内冷钻头的内部冷却介质通道。

从以上的简述可以看到，将一体式合成柱状体钻头坯料中的内孔设置成直线线，无须设置成复杂的螺旋形。这使得内孔的制作简单，以粉末冶金制备一体式合成柱状体钻头坯料为例，预置直线形蜡芯容易制作，且很容易满足精度要求，因此不会产生偏置等问题，提高了成品率，因此降低了制作成本，实现了本发明的目的。

上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

图1为本发明制备方法中采用的柱状体钻头坯料的一个实施例的立体图。

图2为由图1所示柱状体钻头坯料制成的一体式合成柱状体钻头坯料的立体图。

图3为对图2所示一体式合成柱状体钻头坯料进行加热第一个实施例的示意图。

图4为对图2所示一体式合成柱状体钻头坯料进行旋转的示意图。

图5为经过图4所示步骤加工后的半成品的示意图。

图6为由图5所示半成品制成的内冷钻头的示意图。

图7为图6所示内冷钻头的右视图。

图8为图6所示内冷钻头的左视图。

图9、为对图2所示一体式合成柱状体钻头坯料进行加热第二个实施例的示意图。

图10、为对图2所示一体式合成柱状体钻头坯料进行加热第三个实施例的示意图。

图11、为对图2所示一体式合成柱状体钻头坯料进行加热第四个实施例的示意图。

图12为本发明内冷钻头制备方法的流程图。

图中标识说明如下：

101、半圆柱钻头坯料；102、结合面；103、槽道；104、半圆柱钻头坯料；105、槽道；106、侧平面；

2、一体式合成柱状体钻头坯料；201、通孔；202、通孔；

301、气体保护罩；302、保护气体进口；303、电磁感应加热器；

6、内冷钻头；601、刃带；

701、内部冷却介质通道；

901、保护气体进口；902、气体保护罩；903、电磁感应加热器；

1001、电缆；1002、触碰电极；1003、触碰电极；1004；电缆；

1101、燃气喷嘴；1102、助燃气体喷嘴。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的内冷钻头的制备方法的第一个实施例如下。

第一，获得一体式合成柱状体钻头坯料。

在本实施例中，采用常规的粉末冶金方法制备一体式合成柱状体钻头坯料。与常规的粉末冶金法不同之处仅在于为制备内孔而预置的蜡芯采用直线形状的蜡芯，蜡芯的具体布置位置，可以参考图1中槽道103和槽道105的设置位置。即蜡芯平行于一体式合成柱状体钻头坯料的中心轴，且偏离所述中心轴设置。直线形蜡芯的成型和设置简便，不会有过高的尺寸精度要求，同时也不容易在设置过程中由于操作有误将蜡芯偏离预定位置。

第二，加热旋转变形。

在第一步获得一体式合成柱状体钻头坯料后，利用夹具夹持住一体式合成柱状体钻头坯料的两端。在一体式合成柱状体钻头坯料的外部周向设置加热装置，加热装置可以参考图3、4、9、10、11中所示的加热装置。将一体式合成柱状体钻头坯料加热到塑性变形温度后，转动夹具，使得一体式合成柱状体钻头坯料以其中心轴为旋转中心旋转并产生塑性变形。在发生塑性变形后，由于第一步中设置的蜡芯(即完成粉末冶金过程后形成的内孔)偏离所述中心轴设置，因此内孔也随着上述旋转发生旋转变形，具体的是以所述中心轴为旋转中心旋转，形成了螺旋形内孔，即形成了内冷钻头的冷却介质通道。如果加热过程中一体式合成柱状体钻头坯料的外表面发生氧化，则增加去除氧化层的步骤。去除氧化层的步骤，以及后续加工内冷钻头螺旋刃带的步骤属于常规技术，在此不再赘述。

本发明的内冷钻头的制备方法的第二个实施例如下。

参照图12所示的流程图，对本发明的内冷钻头的制备方法进行详细说明。

第一、获得柱状体钻头坯料。

柱状体钻头坯料的形状为柱状体，具有沿柱状体钻头坯料的轴线方向设置的结合面。本发明所述的结合面是指柱状体钻头坯料与其他柱状体钻头坯料能够结合的面。结合面可以是平面，也可以是相互匹配的非平面，例如凹面和凸面。通过所述结合面结合在一起的2个或2个以上的柱状体钻头坯料形成了合成柱状体。合成柱状体也具有柱状体的形状，且合成柱状体具有以其长轴为对称中心对称分布的侧表面。侧表面可以是侧平面或侧凹槽面。获得柱状体钻头坯料的方法可以是利用原料进行加工获得，也可以通过采购成品的方式获得。

图1显示了获得的柱状体钻头坯料的一个实施例。图1中显示了两个柱状体钻头坯料：半圆柱钻头坯料101和半圆柱钻头坯料104。半圆柱钻头坯料101和半圆柱钻头坯料104的形状、结构相同，都是利用半圆柱坯料加工而成。以半圆柱钻头坯料104为例进行说明：所述半圆柱坯料的沿长轴方向设置的侧平面作为半圆柱钻头坯料104的结合面102；在所述半圆柱坯料的侧曲面上加工出侧平面106。侧平面106与所述半圆柱坯料的长轴平行；当将半圆柱钻头坯料101的结合面(半圆柱钻头坯料101朝向结合面102的未示出的结合面)和半圆柱钻头坯料104的结合面102贴合后形成了合成柱状体。该合成柱状体的形状为圆柱体，且在圆柱体的侧面加工出了两个以该圆柱体的轴线为对称中心的对称的侧平面(包括侧平面106)。侧平面106为平面，在其他实施例中，也可以采用凹槽代替侧平面106，该凹槽的长轴与所述半圆柱钻头坯料的所述长轴平行。

图1给出的实施例采用了两个半圆柱钻头坯料结合而成合成柱状体。在其他实施例中，也可以采用其他柱状体形状的钻头坯料，例如棱柱体钻头坯料，柱状体钻头坯料的数量也可以是3个或更多，这取决于加工的便利性以及实际需要，只要这些柱状体钻头坯料可以通过结合面结合而成合成柱状体即可。

第二，加工槽道。

仍然以图1为例，对本步骤的操作过程进行说明。在结合面102上加工槽道103和槽道105两条互相平行的槽道。槽道103和槽道105是长的凹槽，槽道103的长轴与半圆柱钻头坯料104的长轴平行。槽道103和槽道105的横截面可以是任意容易加工的形状，例如半圆形、矩形等。在半圆柱钻头坯料101的所述结合面上也加工出两条与槽道103和槽道105位置相同的槽道，当形成所述合称柱状体后，半圆柱钻头坯料101的所述结合面上的槽道与对应的槽道103或槽道105合成了一个所述合称柱状体的通孔。当然，如果精度要求不高，也可以仅在一个所述结合面上设置所述槽道，制造成本更低。例如，仅在结合面102上设置槽道103和槽道105，不在半圆柱钻头坯料101的所述结合面上加工槽道，当形成合称柱状体时，槽道103和槽道105仍然可以形成所述合称柱状体的两个通孔。

第三，获得一体式合成柱状体钻头坯料。

将图1中所示半圆柱钻头坯料101和半圆柱钻头坯料104按图中所示结合面相对结合形成了所述合成柱状体后，通过焊接方法，使得半圆柱钻头坯料101和半圆柱钻头坯料104在结合面处形成冶金结合，从而获得如图2所示的一体式合成柱状体钻头坯料2。在一体式合成柱状体钻头坯料2上的通孔201和通孔202就是由“加工槽道”步骤中所述合称柱状体的所述两个通孔而来。如图2所示，通孔201和通孔202的设置的位置偏离一体式合成柱状体钻头坯料2的中心轴。前述的焊接方法采用已有技术中的焊接方法即可实现，例如扩散焊焊接方法、钎焊焊接方法、激光焊焊接方法、电子束焊焊接方法等，在此不再赘述。

第四，加热旋转变形。

将图2所示的一体式合成柱状体钻头坯料2的两端用可旋转夹具夹持，图3中一体式合成柱状体钻头坯料2中部的虚线表示图2所示的通孔201和通孔202。参看图3，一体式合成柱状体钻头坯料2的两端被夹具夹持，在一体式合成柱状体钻头坯料2的外部周向设置了加热装置。所述加热装置包括将一体式合成柱状体钻头坯料2周向包围的气体保护罩301和电磁感应加热器303。在气体保护罩301上设置有保护气体进口302。气体保护罩301环绕一体式合成柱状体钻头坯料2形成了一个容纳保护气体的空间，保护气体(例如氩气)从保护气体进口302进入到气体保护罩301与一体式合成柱状体钻头坯料2之间的空间，对加热后进行旋转的一体式合成柱状体钻头坯料2进行保护，避免氧化等损害发生。在气体保护罩301的左右两端向一体式合成柱状体钻头坯料2延伸的部分与一体式合成柱状体钻头坯料2的之间可以设置密封件，以保持气体保护罩301内的保护气体氛围；也可以在两者之间保留较小的缝隙，以保证一体式合成柱状体钻头坯料2的旋转顺利进行，同时保持从保护气体进口302进入到气体保护罩301内保护气体的压力大于气体保护罩301外部的气压，虽然会导致部分保护气体泄露，但仍可以保持气体保护罩301内的保护气体氛围。电磁感应加热器303设置在气体保护罩301与一体式合成柱状体钻头坯料2之间，且环绕一体式合成柱状体钻头坯料2设置，利用电磁感应加热原理进行加热。电磁感应加热器303也可以设置在气体保护罩301外部对一体式合成柱状体钻头坯料2进行加热，这样需要消耗的保护气体量较少。

所述加热装置对一体式合成柱状体钻头坯料2进行加热，加热到一体式合成柱状体钻头坯料2能够产生塑性变形的温度后，将两端的所述夹具以相反方向转动，使得一体式合成柱状体钻头坯料2能够以其中心轴发生旋转塑性变形。参考图4，此时，一体式合成柱状体钻头坯料2呈麻花状，其中的通孔也变成螺旋形冷却介质通道，一体式合成柱状体钻头坯料2外部的侧平面106(参考图2)也形成了螺旋状的排碎屑槽道，即内冷钻头的刃带601(参考图6，两个侧平面106之间的一体式合成柱状体钻头坯料2外周部分形成所述刃带)也由此形成。当一体式合成柱状体钻头坯料2旋转变形达到预定的程度后，停止旋转和加热，得到图5所示的一体式合成柱状体钻头坯料2。图5所示的一体式合成柱状体钻头坯料2与图2中相比，已经发生旋转变形，是内冷钻头的半成品。将该半成品从中部断开，得到的半个半成品进行磨刃等操作，即可得到如图6至图8所示的内冷钻头6。从图2、图7和图8可见，通孔201、通孔202成为螺旋状的内部冷却介质通道701。

图9显示了与图4所示不同的加热装置的第二个实施例。与图4所示加热装置的结构相同，图9所示的加热装置包括将一体式合成柱状体钻头坯料周向包围的气体保护罩902和电磁感应加热器903，在气体保护罩902上设置有保护气体进口901。与图4所示部分同名，但标识不同的部分，其功能相同，在此不再赘述。图9所示的加热装置与图4所示的加热装置不同之处在于：图9所示的加热装置设置在移动机构(图9中未示出)上，所述移动机构能够沿一体式合成柱状体钻头坯料的所述中心轴方向移动。即图9所示的加热装置是移动式加热装置。这种加热装置在加工长的内冷钻头时具有优势，可以以一定的顺序对一体式合成柱状体钻头坯料进行加热，例如图9中自左向右方向的顺序。当加工长的内冷钻头时，如果采用如图4所示的加热装置对水平放置的一体式合成柱状体钻头坯料进行整体加热，到达塑性变形温度后，一体式合成柱状体钻头坯料的中部在重力作用下容易发生变形，导致加工失败。当然，解决这一问题的另一个方法是可以将一体式合成柱状体钻头坯料竖立，即一体式合成柱状体钻头坯料的中心轴与重力方向平行。图9所示的加热装置使得一体式合成柱状体钻头坯料可以逐步加热，同时对一体式合成柱状体钻头坯料进行旋转，使其逐步变形，可以避免上述导致加工失败问题的发生。

图10显示了加热装置的第三个实施例。图10所示的实施例采用的是电阻加热器。电阻加热器包括两个与一体式合成柱状体钻头坯料接触的触碰电极。具体的如图10所示，触碰电极1002设置在一体式合成柱状体钻头坯料的左端，触碰电极1002通过电缆1001与外部电源电路电连接；触碰电极1003设置在一体式合成柱状体钻头坯料的右端，触碰电极1003通过电缆1004与所述外部电源电路电连接。接通所述外部电源电路后，根据电阻加热原理，触碰电极1002和触碰电极1003对一体式合成柱状体钻头坯料进行加热。图10为了简洁起见，没有示出气体保护罩，在实际操作中，可以设置如图4和图9所示的气体保护罩。

图11显示了加热装置的第四个实施例。该加热装置采用火焰加热器，火焰加热器利用燃气进行燃烧加热。火焰加热器包括环绕一体式合成柱状体钻头坯料设置的多个燃气喷嘴1101和助燃气体喷嘴1102。燃气喷嘴1101和助燃气体喷嘴1102可以间隔设置，利用燃气燃烧产生的热对一体式合成柱状体钻头坯料进行加热。图11中为了简洁，没有示出与燃气喷嘴1101和助燃气体喷嘴1102连通的相应气体通道，这属于已有技术，不再赘述。火焰加热装置具有成本低的技术优势，在不需要保护气体对一体式合成柱状体钻头坯料进行保护的情况下，可以采用这一加热装置。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种内冷钻头制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、获得一体式合成柱状体钻头坯料；在所述一体式合成柱状体钻头坯料中设置有与所述一体式合成柱状体钻头坯料的中心轴平行的内孔；所述内孔偏离所述一体式合成柱状体钻头坯料的所述中心轴设置；

B、对所述一体式合成柱状体钻头坯料的局部或整体进行加热，加热至所述一体式合成柱状体钻头坯料的塑性变形温度；使得所述一体式合成柱状体钻头坯料以其所述中心轴为旋转中心发生旋转塑性变形；进行加热的加热装置设置在移动机构上，所述移动机构能够沿所述一体式合成柱状体钻头坯料的所述中心轴方向移动；

在步骤A中获得所述一体式合成柱状体钻头坯料的方法包括：

A1、获得若干个柱状体钻头坯料，所述若干个柱状体钻头坯料均具有沿其轴线方向设置的结合面，如果将所述若干个柱状体钻头坯料以所述结合面结合则形成了合成柱状体；

A2、在至少一个所述柱状体钻头坯料的所述结合面上加工槽道；

A3、形成所述合成柱状体，并通过焊接方法，使得所述若干个柱状体钻头坯料的所述结合面形成冶金结合，从而获得所述一体式合成柱状体钻头坯料；所述槽道形成所述内孔；

所述焊接方法包括扩散焊焊接方法、钎焊焊接方法。

2.根据权利要求1所述一种内冷钻头制备方法，其特征在于：步骤A1中获得的所述柱状体钻头坯料的数量为2。

3.根据权利要求2所述一种内冷钻头制备方法，其特征在于：所述柱状体钻头坯料包括半圆柱钻头坯料。

4.根据权利要求1所述一种内冷钻头制备方法，其特征在于：所述合成柱状体设置有若干以所述合成柱状体的长轴为中心对称分布的侧表面。

5.根据权利要求4所述一种内冷钻头制备方法，其特征在于：所述合成柱状体的所述侧表面包括侧平面或侧凹槽面。

6.根据权利要求1所述一种内冷钻头制备方法，其特征在于：在步骤B中，包括如下子步骤：夹持所述一体式合成柱状体钻头坯料的两端进行旋转；所述一体式合成柱状体钻头坯料以其所述中心轴为旋转中心发生所述旋转塑性变形后，从所述一体式合成柱状体钻头坯料已发生所述塑性变形的部分的中部分割。

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