一种PCD与硬质合金复合钻头及其制造方法与流程

本发明涉及pcd钻头加工技术领域，尤其涉及一种pcd与硬质合金复合钻头及其制造方法。

背景技术：

金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(pcd)，解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。pcd钻头最初只是零星应用于航空零件和电子器件的加工，如今它已成为航空、电子、汽车、医疗器械等行业切削加工难加工材料的常规刀具，且应用范围还在不断扩大。

常规pcd钻头的制备方法通常是在钻尖部位加工一个凹槽，利用线切割将带硬质合金的pcd薄片切割成形，然后将其焊接在钻尖凹槽中。但是，焊接式pcd钻头的加工时间较长，每件加工成本较高。此外，钻头切削刃在高温作用下经常发生焊接失效现象，从而导致整个钻头破损。钻尖与钻杆焊接接头距切削刃的长度取决于钻头直径的大小，该距离应使焊接接头在加工时不会受到切削区发热的影响，以保证接头与刀体的整体性。由于焊接接头与刀体的整体性是金刚石刀具的薄弱环节，因此有技术人员采用高压整体烧结pcd钻头较好的解决上述问题。

高压整体烧结pcd钻头技术在市场上得到了广泛应用，但整体烧结方式在实施技术上有一定难度，专用烧结压机结构复杂。而常规焊接式pcd钻头是将一片乃至多片pcd薄片焊接到钻杆上，难以制造复杂结构的钻头，而且使用寿命不如整体烧结式钻头。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种pcd与硬质合金复合钻头及其制造方法，以解决现有技术中焊接pcd钻头整体性差、寿命低，烧结pcd钻头难度大、成本高等问题。

本申请提供了一种pcd与硬质合金复合钻头，所述复合钻头为圆柱状，所述复合钻头包括钻头段和钻杆段；所述钻头段和所述钻杆段采用焊接或钎接连接；

所述钻头段的上端设有金刚石复合层；

所述钻杆段由硬质合金钻杆切割成型；所述钻杆段的外轮廓与所述钻头段的外轮廓一致。

可选的，所述钻头段为采用pcd复合片激光切割成的小圆柱块。

可选的，所述钻头段为采用pdc钻头片激光、电火花联合切割成的小圆柱块。

可选的，其特征在于，所述钻头段与所述钻杆段的连接面分别设有网状凸起。

本发明还提供了一种所述复合钻头的制造方法，包括：

将带有金刚石复合层的钻头段毛坯料切割成第一圆柱块；

选取与第一圆柱块外径相同的硬质合金钻杆，切除硬质合金钻杆的钻头部分；

将第一圆柱块与切除钻头后的硬质合金钻杆采用焊接或钎焊连接，得到复合钻头毛坯；

采用激光切割设备将复合钻头毛坯进行激光雕刻，得到复合钻头。

可选的，当第一圆柱块与硬质合金钻杆采用焊接连接时，焊接方法采用600℃高频感应加热，焊材选用银铜焊片。

可选的，当第一圆柱块与硬质合金钻杆采用焊接连接时，焊接方法采用扩散焊法，采用真空炉加热到1000℃加压成型，并对金刚石复合层采取水冷保护。

可选的，所述钻头段毛坯料选用pcd复合片，所述将带有金刚石复合层的钻头段毛坯料切割成第一圆柱块包括：

采用灯泵浦yag激光切割，将钻头段毛坯料加工成直径0.5mm、高3.5mm的小圆柱。

可选的，所述钻头段毛坯料选用pdc钻头片，所述将带有金刚石复合层的钻头段毛坯料切割成第一圆柱块包括：

采用灯泵浦yag激光和电火花线切割机联合切割，将钻头段毛坯料加工成直径5mm、高16mm的小圆柱。

本发明结合了整体烧结式钻头寿命长以及常规焊接钻头制造简单、成品低的优势，并采用整体激光雕刻加工的方式，加工出所需形状的刀具，并且在成型过程中金刚石层是独立完整，避免受到焊接或钎接过程的破坏，钻头的整体性强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种pcd与硬质合金复合钻头的结构示意图；

图2为本申请提供的复合钻头制造方法的流程图；

其中，1-钻头段，11-金刚石复合层，12-连接层，2-钻杆段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。

参见图1，为本申请一种pcd与硬质合金复合钻头的结构示意图；

由图1可知，本申请实施例提供了一种pcd与硬质合金复合钻头，所述复合钻头为圆柱状，所述复合钻头包括钻头段1和钻杆段2；所述钻头段1和所述钻杆段2采用焊接或钎接连接，焊接影响区或钎接区域形成连接层12；在本实施例中，所述钻杆段2主要用于连接驱动源，并对钻头提供固定支撑及扭力的传递作用，因此钻杆段2选用的材料可选用市场上比较常见的硬质合金钻杆，硬质合金具有加工精度高，加工稳定性高等特点，使钻头具有较高的使用寿命；在本实施例中的所述钻头段1指的是完成切削功能的切削部件，应当理解为，本申请所提供的方案并不仅限于对钻头的改进，其应用场景还可以为铣刀、铣磨刀等等。

所述钻头段1的上端设有金刚石复合层11；在本实施例中，钻头段1的材料选用的是基体为硬质合金并带有金刚石复合层11的材料，并且，应当认为的是，所采用的材料应一体成型，从而保证硬质合金与金刚石复合层11的结合强度不受其他连接过程的影响。

对于钻头段1的材料选择，不限于包括多种类型的原材料加工后的产品，例如，在一种可行性实施例中，所述钻头段1为采用pcd复合片加工而成，由于pcd复合片具有很高的硬度及耐磨性，并且是采用较高温度烧结而成，其结合位置的结合强度较高不易脱落，有利于增加复合钻头的稳定性，通常情况下pcd复合片的规格为：金刚石厚度约0.5mm、合金层厚度2-3mm，直径50mm到75mm不等，为了与硬质合金钻杆规格相匹配，可以利用激光切割设备(例如灯泵浦yag激光器)将pcd复合片切割成直径约0.5mm、高约3.5mm的小圆柱块，有利于后续的连接过程顺利进行；

再如，在另一种可行性实施例中，所述钻头段1还可采用规格稍大的pdc钻头片加工制成，pdc钻头片同样具有很高的硬度、耐磨性，通常情况下，pdc钻头片的金刚石厚度约为2mm、合金层厚度约10mm，直径有13mm、16mm、19mm等多种规格，为了与硬质合金钻杆规格相匹配，可以利用激光、电火花联合切割设备(例如灯泵浦yag激光器和电火花线切割机)将pdc钻头片切割成直径5mm、高16mm的小圆柱块，该实施例主要用于规格较大的钻头制造。

所述钻杆段2由硬质合金钻杆切割成型；所述钻杆段2的外轮廓与所述钻头段1的外轮廓一致。在本实施例中，钻杆段2通常可选用市场上常见的硬质合金钻头加工而成，对于硬质合金钻头的规格选取，应综合考虑钻头段的规格以及是否需要对硬质合金钻头进行二次加工，如果不需要二次加工，则需要保证去除钻头部分后，切除面的侧面保留螺旋结构能与钻头段1完美对接；如果需要二次加工，则需要保证去除钻头部分后，钻杆的外尺寸与钻头段1相适应，便于整体加工。

进一步的，在一些实施例中，在对硬质合金钻杆进行切割加工时，可在所述钻头段1与所述钻杆段2的连接面位置设置网状凸起(图中未示出)，网状凸起的程度不易过大，可以适当增加焊接或钎接时的接触面积，进而增加连接强度；或者，当连接强度已经可以保证而无需进一步增加时，也可不设置网状凸起，在切割钻头后直接将切割面磨平即可。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种pcd与硬质合金复合钻头，包括钻头段和钻杆段；所述钻头段和所述钻杆段采用焊接或钎接连接；所述钻头段的上端设有金刚石复合层；所述钻杆段由硬质合金钻杆切割成型；所述钻杆段的外轮廓与所述钻头段的外轮廓一致；本发明结合了整体烧结式钻头寿命长以及常规焊接钻头制造简单、成品低的优势，并采用整体激光雕刻加工的方式，加工出所需形状的刀具，并且在成型过程中金刚石层是独立完整，避免受到焊接或钎接过程的破坏，钻头的整体性强。

参见图2，为本申请提供的复合钻头制造方法的流程图；

由图2可知，本申请还提供了一种上述复合钻头的制造方法，所述方法包括：

s10：将带有金刚石复合层的钻头段毛坯料切割成第一圆柱块；首先，需要选用带有金刚石复合层的原材料，例如：pcd复合片、pdc钻头片等，根据实际应用要求，将一定规格的原材料加工成待成型的小圆柱块；其中，若选用pcd复合片，则需要采用灯泵浦yag激光切割，将钻头段毛坯料加工成直径0.5mm、高3.5mm的小圆柱；若选用pdc钻头片，则需要采用灯泵浦yag激光和电火花线切割机联合切割，将钻头段毛坯料加工成直径5mm、高16mm的小圆柱。

s20：选取与第一圆柱块外径相同的硬质合金钻杆，切除硬质合金钻杆的钻头部分；对于切除部分的长度，应保证与上一步骤获得的第一圆柱块具有较大的接触面积，同时也应尽量避免材料的浪费。

s30：将第一圆柱块与切除钻头后的硬质合金钻杆采用焊接或钎焊连接，得到复合钻头毛坯；

由于第一圆柱块为带有金刚石复合层的材料，在与硬质合金钻杆连接时，应保证金刚石复合层位于上端，其下端的硬质合金部分与硬质合金钻杆连接，这样无论采用焊接连接或钎接连接，都易于连接成型，并且，同材质间的热成型易于获得较稳定的组织结构。

对于成型方法，可以采用焊接的方法，具体的，可采用600℃高频感应加热，焊材选用银铜焊片；另外，还可以采用扩散焊法，将待连接件放入真空炉中，采用真空炉加热到1000℃加压成型，在此过程中需要对金刚石复合层采取水冷保护，从而避免复合层结合力下降。

s40：采用激光切割设备将复合钻头毛坯进行激光雕刻，得到复合钻头；当连接成型后，需要对连接后的整体采用激光切割法加工成所需的形状，例如各种规格的钻头等；本实施例对于激光切割的建模过程不作限制，应当认为现有技术中配置激光雕刻软件执行激光切割过程的设备均可用于本实施例中，在切割过程中可依据拟加工钻头图纸完成最终钻头形状。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。