多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超硬磨料磨具领域，涉及多层钎焊金刚石小孔钻及其制作工艺。
【背景技术】
[0002] 中国是陶瓷生产古国，陶瓷行业作为中国传统的优势产业，年产量和出口量均居 世界第一位，生产的建筑陶瓷已占全世界的1/2,陈设艺术陶瓷占全球65%，日用陶瓷占世 界总产量的70%左右。据预测，我国陶瓷总产量2015年将要达到110亿平方米，如果仍然 按目前13. 7亿的人口计算，届时人均陶瓷砖年拥有量可以达到7. 08平方米。在诸多种类 的陶瓷中，玻化砖的成分主要是石英和氧化铝，是瓷砖中最硬的一种，它是墙地装饰不可或 缺的材料。用量巨大的玻化砖由于其具有硬度高、脆性大等特性，其钻孔工艺成了材料加工 的一个难题，尤其是要求在没有冷却液条件下的钻削，亦是难上加难。
[0003] 现有玻化砖钻孔工具以电镀和单层钎焊金刚石钻头为主，但是这两种工具受到其 使用条件、使用寿命、锋利度、可靠性等诸多因素的影响，已经很难满足工业生产需求。
[0004] 首先，电镀金刚石钻头的制作工艺是通过电化学沉积原理实现超硬磨粒的机械包 埋，将磨料粘附在金属基体表面，从而形成钻削层。在钻削过程中，由于金刚石受电镀层的 把持力较小，容易造成磨料易过早脱落等问题，直接影响钻头使用寿命。并且电镀金刚石钻 头无法实现无冷却液条件下的钻削，此过程会在钻削区产生大量的热无法及时排出，从而 导致钻头烧伤。
[0005] 其次，钎焊金刚石工艺通过合金焊料中的强碳化物形成元素(如Ti、Cr等)，在高 温真空条件，使得钎料合金在金属基体表面由固态转变为液态，伴随着合金焊料的熔化、流 淌、浸润、扩散等作用使得焊料在于金刚石磨料发生化学冶金作用的同时也牢固的焊接于 金属基体，经过优化的冷却方式从而可以得到金刚石磨料几乎无强度损失的钻头。同时尤 其合金焊料对金刚石磨粒的高强度把持，金刚石磨粒的平均出露高度可以达到其平均粒径 的2/3,且在工作时不易脱落，解决了金刚石与焊料层之间的结合强度问题，使得钻头的锋 利度和服役寿命相对电镀金刚石钻头显著提高。虽然单从钎焊金刚石钻头相对于电镀金刚 石钻头有诸多优点，但是其依然要求在冷却液条件下工作，否则会出现和电镀金刚石钻头 同样的烧伤问题，从而大大缩短钻头的使用寿命。
[0006] 单层钎焊金刚石钻头钻削端面磨损经历了三个过程：初期磨损、稳定磨损和剧烈 磨损，初始金刚石出露高度较高锋利度较好，随后进入磨削平台期，该过程金刚石不断的发 生微破碎，持续出刃，钻头锋利度水平保持稳定；随着金刚石钻头进入剧烈磨损过程，金刚 石出现大量随胎体脱落现象，金刚石破碎现象较为严重，最终磨料几乎全部随胎体脱落且 钻头失效，整个过程金刚石磨粒的出露高度呈逐渐降低的趋势，进入剧烈磨损过程后，钻头 锋利度明显降低，钻削效率降低，更容易造成钻头烧伤。
【发明内容】
[0007] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多层出刃钎焊金刚 石薄壁钻头及其制作方法。
[0008] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，包 括金刚石、合金焊料和金属基体，所述金属基体包括焊接端和钻机连接端，所述焊接端的顶 端具有端部凹槽，所述焊接端的周面上具有侧周凹槽，所述金刚石通过合金焊料焊接于焊 接端表面及端部凹槽和侧周凹槽内，所述金属基体内部填充有机高分子冷却材料。
[0009] 作为优选，所述端部凹槽是均匀分布的2~8个，形状为矩形、梯形、楔形、三角形、 半圆形中的一种或几种的组合，所述端部凹槽的深度为0. 5mm~5mm。
[0010] 作为优选，所述侧周凹槽是均匀分布的2~8个，截面形状包括矩形、半圆形、梯形、 三角形的一种或几种的组合，所述侧周凹槽的深度为〇. 3mm~2mm。
[0011] 作为优选，所述端部凹槽的深度为排布于其中的金刚石磨料平均粒径的3~5倍。
[0012] 作为优选，所述有机高分子冷却材料包括以下体积份数的组分：固态石蜡85-95 份，阻流剂1-10份，纤维材料1-10份。
[0013] 作为优选，所述钻头端面的动态有效磨粒数N=l~4颗
【主权项】
1. 一种多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，包括金刚石、合金焊料和金属基体，其特征在 于：所述金属基体包括焊接端和钻机连接端，所述焊接端的顶端具有端部凹槽，所述焊接端 的周面上具有侧周凹槽，所述金刚石通过合金焊料焊接于焊接端表面及端部凹槽和侧周凹 槽内，所述金属基体内部填充有机高分子冷却材料。
2. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述端部凹槽 是均匀分布的2~8个，形状为矩形、梯形、楔形、三角形、半圆形中的一种或几种的组合，所 述端部凹槽的深度为〇. 5mm~5mm。
3. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述侧周凹槽 是均匀分布的2~8个，截面形状包括矩形、半圆形、梯形、三角形的一种或几种的组合，所述 侧周凹槽的深度为〇. 3mm~2mm。
4. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述端部凹槽 的深度为排布于其中的金刚石磨料平均粒径的3~5倍。
5. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述有机高分 子冷却材料包括以下体积份数的组分：固态石蜡85-95份，阻流剂1-10份，纤维材料1-10 份。
6. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述钻头端面
@云太右就廊齡激N=1?4爾i (1) 式中：VW进给速度，n钻头转速，[ag]单颗磨粒平均切削厚度的经验数据。
7. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述多层出刃 钎焊金刚石薄壁钻头在钻削过程中具有以下磨损特性： (1) 钻削第一阶段，钻头焊接端顶端表面焊接的金刚石起钻进的主导作用，经历初期磨 损、稳定磨损、剧烈磨损三个过程，第一层钎焊金刚石失效，钻头寿命达到单层钎焊金刚石 钻头相当水平； (2) 钻削第二阶段，该阶段与步骤（1)中剧烈磨料过程同时发生，即焊接端的端部凹 槽内第一层金刚石磨料出露并开始经历初期磨损过程，从而保证该钻削阶段钻头锋利度水 平； (3) 钻削第三阶段，焊接端的端部凹槽内第一层金刚石磨料经历稳定磨损过程，同时焊 接端无金刚石磨料涂覆部分同步磨损； (4) 钻削第四阶段，焊接端的端部凹槽内第一层金刚石磨料经历剧烈磨损过程，焊接端 的端部凹槽内第二层金刚石磨料出露并开始经历初期磨损过程，保证钻削该阶段钻头锋利 度水平； (5) 钻削第三阶段和第四阶段循环，通过焊接端的端部凹槽的深度和金刚石磨料用量 控制凹槽内金刚石层数，保证金刚石钻头超长使用寿命和钻削过程稳定性。
8. 根据权利要求7所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：钻削进入第二 阶段后，金属基体与磨料层同步磨损；在钻削所有阶段内，侧周凹槽起到排屑换热作用，钻 头内部填充的有机高分子冷却材料在钻削区温度高于预定温度通过液化和汽化的相变进 行热交换。
9. 根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头的制作方法，其特征在于包括 以下步骤： (1) 将金属基体进行去油、去毛刺、喷砂及焊接端表面毛糙化处理； (2) 在金属基体焊接端的端部凹槽均匀涂覆压敏胶并排布金刚石磨料； (3) 将压敏胶与合金焊料按体积比1:1调成的膏状并均匀涂覆于焊接端； (4) 在涂覆的膏状合金焊料上均匀撒布一层金刚石磨料； (5) 待合金焊料经过充分风干硬化后送入真空炉内进行热处理； (6) 热处理过程结束后，将熔为液态的有机高分子冷却材料灌入金属基体内部的空腔 中，待其冷却固化后制作完成。
10. 根据权利要求9所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头的制作方法，其特征在于： 所述步骤（3)中所涂覆的膏状合金焊料的厚度为其表面撒布金刚石磨料平均粒径的1. 5~3 倍。
【专利摘要】本发明涉及一种多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法，包括金刚石、合金焊料、金属基体及有机高分子冷却材料，所述金属基体包括焊接端和钻机连接端，所述焊接端均匀分布端部凹槽和侧周凹槽，所述金刚石通过合金焊料均匀且牢固焊接于端部凹槽及侧周凹槽内及焊接端其他区域，所述有机高分子冷却材料填充于金属基体内部。该制作方法包括基体处理、涂覆、热处理和灌装冷却材料等步骤。本发明高了钻头的使用寿命，保证了钻削过程的稳定和高效率。
【IPC分类】B24D18-00, B24D7-18
【公开号】CN104608062
【申请号】CN201510042790
【发明人】陈涛
【申请人】南京惠诚工具制造有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月28日