專利名稱：高壓高溫設(shè)備和高壓高溫加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓高溫(HPHT)設(shè)備和一種高壓高溫加工方法，該設(shè)備基本包括一個環(huán)形沖模和一對錐形沖頭。通過提供帶有冷卻道的環(huán)形沖模，可以顯著和驚人地提高性能。
沖頭和沖模設(shè)備受到人造金剛石和CBN(立方晶格氮化硼cubic boron nitride)制造工業(yè)的歡迎，或用于制造PCD(多晶金剛石坯塊polycrystalline diamond compacts)和PCBN(多晶立方晶格氮化硼坯塊polycrystalline cubic boron nitride compacts)，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)通常簡單并且可獲得用于加工部件的相對大的容積。它包括一個環(huán)形的沖模和一對相互對置對準(zhǔn)的錐形的沖頭。沖模的內(nèi)徑和外徑一般為大約5cm和15cm。沖模和沖頭通常由硬質(zhì)合金制成?？梢赃@樣選擇沖頭和沖模的成分，以便沖模的硬度超過1100HV(威氏硬度)以及沖頭的硬度超過1500HV(威氏硬度)。使沖頭和沖模收縮進(jìn)入具有大約35cm外部半徑的鋼圈中。這樣的設(shè)備一般在使金剛石或CBN保持穩(wěn)定的壓力和溫度下工作，即具有60千巴數(shù)量等級的壓力同時有比1000℃高大約幾百度的溫度。這樣的加工方法被成為(HPHT)加工方法。通過將電流傳輸通過沖頭和金剛石或CBN的充電來進(jìn)行加熱。盡管在金剛石和CBN充電中產(chǎn)生的熱量是與沖模隔熱的和絕緣的，但是不能避免硬質(zhì)合金的溫度確定的增加?？拷潆姷挠操|(zhì)合金的部分幾乎達(dá)到大約200℃。這樣可能影響在高壓高溫(HPHT)加工中使用的硬質(zhì)合金工具的強(qiáng)度，即沖頭和沖模的強(qiáng)度。為了保持沖模的控制溫度，沖模基本上用水在端部表面的冷卻。
因?yàn)橐惺軔毫拥臈l件，這些沖頭和沖模在必須被更換之前只能使用有限次數(shù)。通常更換的原因是沖模的外面部分中的裂縫或破碎。沖頭相對便宜并易于更換。可是因?yàn)闆_模的較大體積，其遠(yuǎn)比沖頭要貴。它也很難更換。
因此，本發(fā)明的目的是提供一個提高性能的環(huán)形沖模，以及一種高壓高溫加工方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于高壓高溫加工方法的環(huán)形沖模，其改進(jìn)在于，其設(shè)置有從頂部表面到底部表面延伸的冷卻腔道或槽。
所述環(huán)形沖模可由硬質(zhì)合金制成。
所述腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或彎曲的。
本發(fā)明還提出了一種用于一個包括環(huán)形沖模和兩個沖頭的設(shè)備的高壓高溫加工方法，其特征是，所述環(huán)形沖模被其中所設(shè)置的冷卻腔道冷卻。
有利的是，所述環(huán)形沖模被溫度低于10℃的冷卻介質(zhì)冷卻。
由于本發(fā)明的環(huán)形沖模具有從沖模的頂部表面延伸到底部表面的冷卻腔道，則可以出乎意料地幾乎成十倍地提高性能。
圖1顯示了一個沖頭和沖模設(shè)備，其中A-沖頭B-環(huán)形沖模圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形沖模，其中已將冷卻腔道設(shè)置在硬質(zhì)合金的沖模之中。冷卻腔道的方位是沿著沖模的軸線方向。
圖3顯示了可選擇的方案，將冷卻腔道設(shè)置在沖模的外部圓柱表面上。
現(xiàn)在已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)，如果沖模具有從沖模的頂部表面延伸到底部表面的冷卻腔道，則可以出乎意料地幾乎成十倍地提高性能。這些冷卻腔道似乎不會影響沖模的強(qiáng)度，但是卻能夠?qū)囟冉档偷揭恍╆P(guān)鍵點(diǎn)以下。這些冷卻腔道位于與沖模的中央相隔一定距離的位置。因?yàn)榭赡軙绊懙綇?qiáng)度，它們不應(yīng)太靠近。
根據(jù)本發(fā)明，沖模應(yīng)當(dāng)具有5-25個冷卻腔道，它們等距地位于具有一定范圍的直徑的圓周上，該范圍是從外徑(OD)到兩倍的內(nèi)徑(ID)。當(dāng)然，位于沖模外徑上的腔道是在外圓柱表面的槽。這些腔道的大小應(yīng)當(dāng)這樣確定，即它們所占據(jù)的面積要達(dá)到通常尺寸沖模的端面面積的2000mm2。冷卻腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或彎曲的。
可以通過現(xiàn)有技術(shù)中的幾種方法得到冷卻腔道。在預(yù)燒結(jié)狀態(tài)下通過鉆孔或銑來得到。它們也可以通過放置一些在燒結(jié)期間熔化的材料或金屬來制成。它們也可以通過制造兩個圓環(huán)的沖模來制成，其中內(nèi)部的圓環(huán)在它的外表面上具有槽。
本發(fā)明還涉及在高壓高溫條件下使用硬質(zhì)合金的環(huán)形沖模人工制造金剛石或CBN的方法。該方法的特點(diǎn)是使用一個被所設(shè)置的冷卻腔道冷卻的環(huán)形沖模。冷卻介質(zhì)的溫度優(yōu)選低于10℃。
實(shí)施例對6個數(shù)量的沖模進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。沖模由硬質(zhì)合金制成，其尺寸為外徑OD＝127mm，內(nèi)徑ID＝40mm。硬質(zhì)合金的成分為11％的鈷Co和89％的碳化鎢WC，具有1330HV(威氏硬度)。在預(yù)燒結(jié)的狀態(tài)下，在105mm直徑的圓周上均勻地鉆15個直徑6mm的孔。
沖模在1800噸金剛石的壓力下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們平均持續(xù)運(yùn)行了22460次。而與此類似的現(xiàn)有技術(shù)，即不帶冷卻腔道，卻只能持續(xù)運(yùn)行3200次。
權(quán)利要求
1.用于高壓高溫加工方法的環(huán)形沖模，其特征是，其設(shè)置有從頂部表面到底部表面延伸的冷卻腔道或槽。
2.如權(quán)利要求1所述的沖模，其特征是，其由硬質(zhì)合金制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的沖模，其特征是，所述腔道是直的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的沖模，其特征是，所述腔道是螺旋形的或彎曲的。
5.用于一個包括環(huán)形沖模和兩個沖頭的設(shè)備的高壓高溫加工方法，其特征是，所述環(huán)形沖模被其中所設(shè)置的冷卻腔道冷卻。
6.如權(quán)利要求5所述的加工方法，其特征是，所述環(huán)形沖模被溫度低于10℃的冷卻介質(zhì)冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個硬質(zhì)合金的環(huán)形沖模,其用于高壓高溫加工方法,例如人工合成金剛石或CBN。所述沖模設(shè)置有冷卻腔道,可以顯著地出乎意料地提高性能。
文檔編號B30B11/00GK1263793SQ0010270
公開日2000年8月23日 申請日期2000年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月19日
發(fā)明者克拉斯·曼納費(fèi)爾特, 斯特凡·埃德呂德 申請人:桑德維克公司