CN113909539A - 一种pcd微型钻头及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCD微型钻头及制造方法，其属于产品加工技术领域，PCD微型钻头包括钻柄和钻体，钻柄其一端设有过渡台；钻体包括硬质合金层和金刚石层，硬质合金层包括第一圆台部和连接于第一圆台部一端的杆部，第一圆台部与过渡台焊接，杆部与金刚石层固定连接，第一圆台部远离杆部一端的直径大于靠近杆部一端的直径。本发明提出的PCD微型钻头钻体不易脱落，加工难度小，加工成本低。本发明公开了一种PCD微型钻头的制造方法，基于上述的PCD微型钻头，先进行硬质合金层的粗磨加工，再进行硬质合金层和金刚石层的精加工，需要精加工的体积减小，易于加工，提高了加工效率，加工成本低。
Description
技术领域
本发明涉及产品加工技术领域，尤其涉及一种PCD微型钻头及制造方法。
背景技术
随着国内半导体行业的快速发展，硬质合金材料的微型钻头难以满足加工要求，需要耐磨性更好的微型钻头进行加工。
目前一种增加耐磨性的方法为在硬质合金钻头基础上增加金刚石涂层，小直径的钻头增加金刚石涂层的难度大，金刚石涂层易脱落。还有一部分微型钻头直接使用PCD钻体，PCD钻体的头部为金刚石层，身部为硬质合金层，为使得PCD钻体与钻柄稳定连接，部分使用V字型焊接面或者插入式焊接结构进行连接，但是在PCD钻体直径较小的情况下，对V字型焊接面处加工螺旋槽易使得PCD钻体从钻柄上脱落，插入式焊接结构需要在PCD钻体上加工出轴心孔，钻径较小的PCD钻体无法加工轴心孔，并且硬质合金层加工轴心孔的加工难度极大，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PCD微型钻头及制造方法，以解决现有技术中存在的钻径较小的PCD钻体易脱落、加工难度大和成本高的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种PCD微型钻头，包括：
钻柄，其一端设有过渡台；
钻体，包括硬质合金层和金刚石层，所述硬质合金层包括第一圆台部和连接于所述第一圆台部一端的杆部，所述第一圆台部与所述过渡台焊接，所述杆部与所述金刚石层固定连接，所述第一圆台部远离所述杆部一端的直径大于靠近所述杆部一端的直径。
进一步地，所述第一圆台部与所述过渡台的焊接为高频感应钎焊，所述第一圆台部与所述过渡台的焊接面为平面。
进一步地，所述杆部和所述金刚石层上设有排屑槽。
进一步地，所述排屑槽交替设置有两道。
进一步地，所述硬质合金层和所述金刚石层为一体成型的PCD棒料，所述硬质合金层的Co含量范围为4％-12％，所述金刚石层的Co含量范围为3.5％-12％。
进一步地，所述过渡台的直径大于所述第一圆台部的直径。
进一步地，所述钻柄还包括柄身和第二圆台部，所述柄身、所述第二圆台部和所述过渡台依次连接，所述第二圆台部靠近所述过渡台一端的直径小于远离所述过渡台一端的直径。
一种PCD微型钻头的制造方法，基于上述的PCD微型钻头，包括：
S1：设计钻柄和钻体的尺寸，钻体为PCD钻体，钻体包括硬质合金层和金刚石层；
S2：采用线切割将PCD材料加工成PCD棒料，形成钻体的半成品；
S3：在钻柄的端部加工出过渡台，通过高频感应钎焊的方式进行过渡台和硬质合金层的焊接；
S4：对硬质合金层进行粗磨加工，对硬质合金层远离金刚石层的一端进行粗磨加工形成第一圆台部，对硬质合金层除了第一圆台部的部分进行粗磨加工形成杆部，在杆部靠近金刚石层的一端留有一段余量；
S5：对硬质合金层和金刚石层进行精加工。
进一步地，在S2和S3之间还包括S21：对S2中钻体的半成品进行强度检测；
在S5之后还包括S6：在杆部和金刚石层上加工两道排屑槽，在金刚石层上加工倒锥状的尖部；
在S6之后还包括S7：对钻柄和钻体进行成品检测。
进一步地，S4中采用砂轮磨削工艺进行粗磨加工，S5中采用超短脉冲的皮秒激光进行钻径精加工，S6中采用超短脉冲的皮秒激光进行排屑槽和尖部的加工。
本发明的有益效果：
本发明提出了一种PCD微型钻头，硬质合金层远离金刚石层的一端与钻柄焊接，防止金刚石层因温度过高而被破坏，过渡台减少了钻柄的大斜面的加工，第一圆台部远离杆部一端的直径大于靠近杆部一端的直径，第一圆台部使得在杆部和金刚石层直径较小的情况下保证硬质合金层与钻柄的焊接面积，防止焊接面积过小而发生脱落，无需加工轴心孔，加工简单。本发明提出的PCD微型钻头钻体不易脱落，加工难度小，加工成本低。
本发明提出的一种PCD微型钻头的制造方法，基于上述的PCD微型钻头，钻体采用头部硬度高的PCD钻体，PCD钻体的头部为金刚石层，采用线切割将PCD材料加工成PCD棒料，加工效率高，硬质合金层硬度大，直接精加工效率低，先进行粗磨加工提高了加工效率，第一圆台部和过渡台保证焊接面积，过渡台减小了高频感应钎焊的热影响，钻体不易脱落，金刚石层距离焊接面远，不会受到焊接的影响，再进行精加工，由于先进行过粗磨加工，需要精加工的体积减小，易于加工，提高了加工效率，加工成本低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的PCD微型钻头的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的PCD微型钻头粗磨加工前的部分结构示意图；
图3是本发明实施例提供的PCD微型钻头粗磨加工后的部分结构示意图。
图中：
1、钻柄；11、过渡台；12、柄身；13、第二圆台部；
2、钻体；21、硬质合金层；211、第一圆台部；212、杆部；22、金刚石层；23、排屑槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明实施例提供一种PCD微型钻头，用于对半导体元件等微型部件进行钻孔加工。
参见图1至图3，PCD微型钻头包括钻柄1和钻体2，钻柄1的一端设有过渡台11；钻体2包括硬质合金层21和金刚石层22，硬质合金层21包括第一圆台部211和连接于第一圆台部211一端的杆部212，第一圆台部211与过渡台11焊接，杆部212与金刚石层22固定连接，第一圆台部211靠近杆部212一端的直径小于远离杆部212一端的直径。
硬质合金层21远离金刚石层22的一端与钻柄1焊接，防止金刚石层22因温度过高而被破坏，过渡台11减少了钻柄1的大斜面的加工，第一圆台部211远离杆部212一端的直径大于靠近杆部212一端的直径，第一圆台部211使得在杆部212和金刚石层22直径较小的情况下保证硬质合金层21与钻柄1的焊接面积，防止焊接面积过小而发生脱落，无需加工轴心孔，加工简单，加工成本低。
第一圆台部211与过渡台11的焊接为高频感应钎焊，高频感应钎焊的焊接效果好，清洁环保，第一圆台部211与过渡台11的焊接面为平面。
过渡台11能够减少高频感应钎焊的热影响，通过较小的高频感应线圈，集中加热过渡台11区域，能够在较短时间使得焊接处达到钎焊的温度，减少焊接热影响区。通过设计硬质合金层21长度，增加金刚石层22与焊接处距离，减少焊接对金刚石层22的影响，从而避免金刚石层22在焊接过程受热石墨化而失效。
硬质合金层21和金刚石层22为一体成型的PCD棒料，PCD棒料为现有材料，便于取材，硬质合金层21的主要成分为WC和Co，硬质合金层21的Co含量范围为4％-12％，WC晶粒度小于2μm，金刚石层22的主要成分为C和Co，金刚石层22的Co含量范围为3.5％-12％。
参见图1，杆部212和金刚石层22上设有排屑槽23，排屑槽23用于排出切削产生的废屑。
排屑槽23交替设置有两道，两道排屑槽23以方便快捷的排出不同位置的废屑。
金刚石层22远离硬质合金层21的一端为倒锥状结构，便于钻进加工。
过渡台11的直径大于第一圆台部211的直径，使得第一圆台部211能够全部焊接在过渡台11上。
钻柄1还包括柄身12和第二圆台部13，柄身12、第二圆台部13和过渡台11依次连接，第二圆台部13靠近过渡台11一端的直径小于远离过渡台11一端的直径，第二圆台部13实现了柄身12与过渡台11之间的过渡，过渡平缓，不易折断。
柄身12、第二圆台部13和过渡台11一体成型，一体成型的连接强度好。
钻柄1为不锈钢钻柄，热处理后洛氏硬度范围为45HRC-60HRC，不锈钢钻柄耐高温，耐腐蚀性能好。
本发明实施例提供一种PCD微型钻头的制造方法，基于上述PCD微型钻头，包括：
S1：设计钻柄1和钻体2的尺寸，钻体2为PCD钻体，钻体2包括硬质合金层21和金刚石层22；
S2：采用线切割将PCD材料加工成PCD棒料，形成钻体2的半成品；
S3：在钻柄1的端部加工出过渡台11，通过高频感应钎焊的方式进行过渡台11和硬质合金层21的焊接；
S4：对硬质合金层21进行粗磨加工，对硬质合金层21远离金刚石层22的一端进行粗磨加工形成第一圆台部211，对硬质合金层21除了第一圆台部211的部分进行粗磨加工形成杆部212，在杆部212靠近金刚石层22的一端留有一段余量；
S5：对硬质合金层21和金刚石层22进行精加工。
钻体2采用头部硬度高的PCD钻体2，PCD钻体2的头部为金刚石层22，采用线切割将PCD材料加工成PCD棒料，加工效率高，硬质合金层21硬度大，直接精加工效率低，先进行粗磨加工提高了加工效率，第一圆台部211和过渡台11保证焊接面积，过渡台11减小了高频感应钎焊的热影响，钻体2不易脱落，金刚石层22距离焊接面远，不会受到焊接的影响，再进行精加工，由于先进行过粗磨加工，需要精加工的体积减小，易于加工，提高了加工效率，加工成本低。
过渡台11的长度为0.8mm-2mm，过渡台11的直径比PCD棒料的直径大0.05mm-0.15mm。
过渡台11和硬质合金层21的焊接面为平面，S4中粗磨加工形成第一圆台部211的同时也对过渡台11靠近第一圆台部211的一端进行粗磨加工，该段粗磨加工的长度较小，粗磨加工的斜度与第一圆台部211的斜度相同，形成了很好的过渡。
精加工后，焊接面的外径尺寸范围为0.90mm-2.5mm，金刚石层22的长度范围为2mm-4mm，硬质合金层21的长度范围为4mm-12mm。
在S2和S3之间还包括S21：对S2中钻体2的半成品进行强度检测；
在S5之后还包括S6：在杆部212和金刚石层22上加工两道排屑槽23，在金刚石层22上加工倒锥状的尖部；
在S6之后还包括S7：对钻柄1和钻体2进行成品检测。
S4中采用砂轮磨削工艺进行粗磨加工，硬质合金层21的粗磨外径至少比硬质合金层21最终设计外径大0.01mm，S5中采用超短脉冲的皮秒激光进行钻径精加工，S6中采用超短脉冲的皮秒激光进行排屑槽23和尖部的加工。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种PCD微型钻头，其特征在于，包括：
钻柄(1)，其一端设有过渡台(11)；
钻体(2)，包括硬质合金层(21)和金刚石层(22)，所述硬质合金层(21)包括第一圆台部(211)和连接于所述第一圆台部(211)一端的杆部(212)，所述第一圆台部(211)与所述过渡台(11)焊接，所述杆部(212)与所述金刚石层(22)固定连接，所述第一圆台部(211)远离所述杆部(212)一端的直径大于靠近所述杆部(212)一端的直径。
2.根据权利要求1所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述第一圆台部(211)与所述过渡台(11)的焊接为高频感应钎焊，所述第一圆台部(211)与所述过渡台(11)的焊接面为平面。
3.根据权利要求1所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述杆部(212)和所述金刚石层(22)上设有排屑槽(23)。
4.根据权利要求3所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述排屑槽(23)交替设置有两道。
5.根据权利要求1所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述硬质合金层(21)和所述金刚石层(22)为一体成型的PCD棒料，所述硬质合金层(21)的Co含量范围为4％-12％，所述金刚石层(22)的Co含量范围为3.5％-12％。
6.根据权利要求1所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述过渡台(11)的直径大于所述第一圆台部(211)的直径。
7.根据权利要求1所述的PCD微型钻头，其特征在于，所述钻柄(1)还包括柄身(12)和第二圆台部(13)，所述柄身(12)、所述第二圆台部(13)和所述过渡台(11)依次连接，所述第二圆台部(13)靠近所述过渡台(11)一端的直径小于远离所述过渡台(11)一端的直径。
8.一种PCD微型钻头的制造方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的PCD微型钻头，包括：
S1：设计钻柄(1)和钻体(2)的尺寸，钻体(2)为PCD钻体，钻体(2)包括硬质合金层(21)和金刚石层(22)；
S2：采用线切割将PCD材料加工成PCD棒料，形成钻体(2)的半成品；
S3：在钻柄(1)的端部加工出过渡台(11)，通过高频感应钎焊的方式进行过渡台(11)和硬质合金层(21)的焊接；
S4：对硬质合金层(21)进行粗磨加工，对硬质合金层(21)远离金刚石层(22)的一端进行粗磨加工形成第一圆台部(211)，对硬质合金层(21)除了第一圆台部(211)的部分进行粗磨加工形成杆部(212)，在杆部(212)靠近金刚石层(22)的一端留有一段余量；
S5：对硬质合金层(21)和金刚石层(22)进行精加工。
9.根据权利要求8所述的PCD微型钻头的制造方法，其特征在于，在S2和S3之间还包括S21：对S2中钻体(2)的半成品进行强度检测；
在S5之后还包括S6：在杆部(212)和金刚石层(22)上加工两道排屑槽(23)，在金刚石层(22)上加工倒锥状的尖部；
在S6之后还包括S7：对钻柄(1)和钻体(2)进行成品检测。
10.根据权利要求9所述的PCD微型钻头的制造方法，其特征在于，S4中采用砂轮磨削工艺进行粗磨加工，S5中采用超短脉冲的皮秒激光进行钻径精加工，S6中采用超短脉冲的皮秒激光进行排屑槽(23)和尖部的加工。
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