多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超硬磨料磨具領域，涉及多層釬焊金剛石小孔鉆及其制作工藝。
【背景技術】
[0002] 中國是陶瓷生產古國，陶瓷行業作為中國傳統的優勢產業，年產量和出口量均居 世界第一位，生產的建筑陶瓷已占全世界的1/2,陳設藝術陶瓷占全球65%，日用陶瓷占世 界總產量的70%左右。據預測，我國陶瓷總產量2015年將要達到110億平方米，如果仍然 按目前13. 7億的人口計算，屆時人均陶瓷磚年擁有量可以達到7. 08平方米。在諸多種類 的陶瓷中，玻化磚的成分主要是石英和氧化鋁，是瓷磚中最硬的一種，它是墻地裝飾不可或 缺的材料。用量巨大的玻化磚由于其具有硬度高、脆性大等特性，其鉆孔工藝成了材料加工 的一個難題，尤其是要求在沒有冷卻液條件下的鉆削，亦是難上加難。
[0003] 現有玻化磚鉆孔工具以電鍍和單層釬焊金剛石鉆頭為主，但是這兩種工具受到其 使用條件、使用壽命、鋒利度、可靠性等諸多因素的影響，已經很難滿足工業生產需求。
[0004] 首先，電鍍金剛石鉆頭的制作工藝是通過電化學沉積原理實現超硬磨粒的機械包 埋，將磨料粘附在金屬基體表面，從而形成鉆削層。在鉆削過程中，由于金剛石受電鍍層的 把持力較小，容易造成磨料易過早脫落等問題，直接影響鉆頭使用壽命。并且電鍍金剛石鉆 頭無法實現無冷卻液條件下的鉆削，此過程會在鉆削區產生大量的熱無法及時排出，從而 導致鉆頭燒傷。
[0005] 其次，釬焊金剛石工藝通過合金焊料中的強碳化物形成元素(如Ti、Cr等)，在高 溫真空條件，使得釬料合金在金屬基體表面由固態轉變為液態，伴隨著合金焊料的熔化、流 淌、浸潤、擴散等作用使得焊料在于金剛石磨料發生化學冶金作用的同時也牢固的焊接于 金屬基體，經過優化的冷卻方式從而可以得到金剛石磨料幾乎無強度損失的鉆頭。同時尤 其合金焊料對金剛石磨粒的高強度把持，金剛石磨粒的平均出露高度可以達到其平均粒徑 的2/3,且在工作時不易脫落，解決了金剛石與焊料層之間的結合強度問題，使得鉆頭的鋒 利度和服役壽命相對電鍍金剛石鉆頭顯著提高。雖然單從釬焊金剛石鉆頭相對于電鍍金剛 石鉆頭有諸多優點，但是其依然要求在冷卻液條件下工作，否則會出現和電鍍金剛石鉆頭 同樣的燒傷問題，從而大大縮短鉆頭的使用壽命。
[0006] 單層釬焊金剛石鉆頭鉆削端面磨損經歷了三個過程：初期磨損、穩定磨損和劇烈 磨損，初始金剛石出露高度較高鋒利度較好，隨后進入磨削平臺期，該過程金剛石不斷的發 生微破碎，持續出刃，鉆頭鋒利度水平保持穩定；隨著金剛石鉆頭進入劇烈磨損過程，金剛 石出現大量隨胎體脫落現象，金剛石破碎現象較為嚴重，最終磨料幾乎全部隨胎體脫落且 鉆頭失效，整個過程金剛石磨粒的出露高度呈逐漸降低的趨勢，進入劇烈磨損過程后，鉆頭 鋒利度明顯降低，鉆削效率降低，更容易造成鉆頭燒傷。
【發明內容】
[0007] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種多層出刃釬焊金剛 石薄壁鉆頭及其制作方法。
[0008] 技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，包 括金剛石、合金焊料和金屬基體，所述金屬基體包括焊接端和鉆機連接端，所述焊接端的頂 端具有端部凹槽，所述焊接端的周面上具有側周凹槽，所述金剛石通過合金焊料焊接于焊 接端表面及端部凹槽和側周凹槽內，所述金屬基體內部填充有機高分子冷卻材料。
[0009] 作為優選，所述端部凹槽是均勻分布的2~8個，形狀為矩形、梯形、楔形、三角形、 半圓形中的一種或幾種的組合，所述端部凹槽的深度為0. 5mm~5mm。
[0010] 作為優選，所述側周凹槽是均勻分布的2~8個，截面形狀包括矩形、半圓形、梯形、 三角形的一種或幾種的組合，所述側周凹槽的深度為〇. 3mm~2mm。
[0011] 作為優選，所述端部凹槽的深度為排布于其中的金剛石磨料平均粒徑的3~5倍。
[0012] 作為優選，所述有機高分子冷卻材料包括以下體積份數的組分：固態石蠟85-95 份，阻流劑1-10份，纖維材料1-10份。
[0013] 作為優選，所述鉆頭端面的動態有效磨粒數N=l~4顆
【主權項】
1. 一種多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，包括金剛石、合金焊料和金屬基體，其特征在 于：所述金屬基體包括焊接端和鉆機連接端，所述焊接端的頂端具有端部凹槽，所述焊接端 的周面上具有側周凹槽，所述金剛石通過合金焊料焊接于焊接端表面及端部凹槽和側周凹 槽內，所述金屬基體內部填充有機高分子冷卻材料。
2. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述端部凹槽 是均勻分布的2~8個，形狀為矩形、梯形、楔形、三角形、半圓形中的一種或幾種的組合，所 述端部凹槽的深度為〇. 5mm~5mm。
3. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述側周凹槽 是均勻分布的2~8個，截面形狀包括矩形、半圓形、梯形、三角形的一種或幾種的組合，所述 側周凹槽的深度為〇. 3mm~2mm。
4. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述端部凹槽 的深度為排布于其中的金剛石磨料平均粒徑的3~5倍。
5. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述有機高分 子冷卻材料包括以下體積份數的組分：固態石蠟85-95份，阻流劑1-10份，纖維材料1-10 份。
6. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述鉆頭端面
@云太右就廊齡激N=1?4爾i (1) 式中：VW進給速度，n鉆頭轉速，[ag]單顆磨粒平均切削厚度的經驗數據。
7. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：所述多層出刃 釬焊金剛石薄壁鉆頭在鉆削過程中具有以下磨損特性： (1) 鉆削第一階段，鉆頭焊接端頂端表面焊接的金剛石起鉆進的主導作用，經歷初期磨 損、穩定磨損、劇烈磨損三個過程，第一層釬焊金剛石失效，鉆頭壽命達到單層釬焊金剛石 鉆頭相當水平； (2) 鉆削第二階段，該階段與步驟（1)中劇烈磨料過程同時發生，即焊接端的端部凹 槽內第一層金剛石磨料出露并開始經歷初期磨損過程，從而保證該鉆削階段鉆頭鋒利度水 平； (3) 鉆削第三階段，焊接端的端部凹槽內第一層金剛石磨料經歷穩定磨損過程，同時焊 接端無金剛石磨料涂覆部分同步磨損； (4) 鉆削第四階段，焊接端的端部凹槽內第一層金剛石磨料經歷劇烈磨損過程，焊接端 的端部凹槽內第二層金剛石磨料出露并開始經歷初期磨損過程，保證鉆削該階段鉆頭鋒利 度水平； (5) 鉆削第三階段和第四階段循環，通過焊接端的端部凹槽的深度和金剛石磨料用量 控制凹槽內金剛石層數，保證金剛石鉆頭超長使用壽命和鉆削過程穩定性。
8. 根據權利要求7所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭，其特征在于：鉆削進入第二 階段后，金屬基體與磨料層同步磨損；在鉆削所有階段內，側周凹槽起到排屑換熱作用，鉆 頭內部填充的有機高分子冷卻材料在鉆削區溫度高于預定溫度通過液化和汽化的相變進 行熱交換。
9. 根據權利要求1所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭的制作方法，其特征在于包括 以下步驟： (1) 將金屬基體進行去油、去毛刺、噴砂及焊接端表面毛糙化處理； (2) 在金屬基體焊接端的端部凹槽均勻涂覆壓敏膠并排布金剛石磨料； (3) 將壓敏膠與合金焊料按體積比1:1調成的膏狀并均勻涂覆于焊接端； (4) 在涂覆的膏狀合金焊料上均勻撒布一層金剛石磨料； (5) 待合金焊料經過充分風干硬化后送入真空爐內進行熱處理； (6) 熱處理過程結束后，將熔為液態的有機高分子冷卻材料灌入金屬基體內部的空腔 中，待其冷卻固化后制作完成。
10. 根據權利要求9所述的多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭的制作方法，其特征在于： 所述步驟（3)中所涂覆的膏狀合金焊料的厚度為其表面撒布金剛石磨料平均粒徑的1. 5~3 倍。
【專利摘要】本發明涉及一種多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭及其制作方法，包括金剛石、合金焊料、金屬基體及有機高分子冷卻材料，所述金屬基體包括焊接端和鉆機連接端，所述焊接端均勻分布端部凹槽和側周凹槽，所述金剛石通過合金焊料均勻且牢固焊接于端部凹槽及側周凹槽內及焊接端其他區域，所述有機高分子冷卻材料填充于金屬基體內部。該制作方法包括基體處理、涂覆、熱處理和灌裝冷卻材料等步驟。本發明高了鉆頭的使用壽命，保證了鉆削過程的穩定和高效率。
【IPC分類】B24D18-00, B24D7-18
【公開號】CN104608062
【申請號】CN201510042790
【發明人】陳濤
【申請人】南京惠誠工具制造有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日