专利名称：高压高温设备和高压高温加工方法
技术领域：
本发明涉及一种高压高温(HPHT)设备和一种高压高温加工方法，该设备基本包括一个环形冲模和一对锥形冲头。通过提供带有冷却道的环形冲模，可以显著和惊人地提高性能。
冲头和冲模设备受到人造金刚石和CBN(立方晶格氮化硼cubic boron nitride)制造工业的欢迎，或用于制造PCD(多晶金刚石坯块polycrystalline diamond compacts)和PCBN(多晶立方晶格氮化硼坯块polycrystalline cubic boron nitride compacts)，因为它们的结构通常简单并且可获得用于加工部件的相对大的容积。它包括一个环形的冲模和一对相互对置对准的锥形的冲头。冲模的内径和外径一般为大约5cm和15cm。冲模和冲头通常由硬质合金制成。可以这样选择冲头和冲模的成分，以便冲模的硬度超过1100HV(威氏硬度)以及冲头的硬度超过1500HV(威氏硬度)。使冲头和冲模收缩进入具有大约35cm外部半径的钢圈中。这样的设备一般在使金刚石或CBN保持稳定的压力和温度下工作，即具有60千巴数量等级的压力同时有比1000℃高大约几百度的温度。这样的加工方法被成为(HPHT)加工方法。通过将电流传输通过冲头和金刚石或CBN的充电来进行加热。尽管在金刚石和CBN充电中产生的热量是与冲模隔热的和绝缘的，但是不能避免硬质合金的温度确定的增加。靠近充电的硬质合金的部分几乎达到大约200℃。这样可能影响在高压高温(HPHT)加工中使用的硬质合金工具的强度，即冲头和冲模的强度。为了保持冲模的控制温度，冲模基本上用水在端部表面的冷却。
因为要承受恶劣的条件，这些冲头和冲模在必须被更换之前只能使用有限次数。通常更换的原因是冲模的外面部分中的裂缝或破碎。冲头相对便宜并易于更换。可是因为冲模的较大体积，其远比冲头要贵。它也很难更换。
因此，本发明的目的是提供一个提高性能的环形冲模，以及一种高压高温加工方法。
为了达到上述目的，本发明提出了一种用于高压高温加工方法的环形冲模，其改进在于，其设置有从顶部表面到底部表面延伸的冷却腔道或槽。
所述环形冲模可由硬质合金制成。
所述腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或弯曲的。
本发明还提出了一种用于一个包括环形冲模和两个冲头的设备的高压高温加工方法，其特征是，所述环形冲模被其中所设置的冷却腔道冷却。
有利的是，所述环形冲模被温度低于10℃的冷却介质冷却。
由于本发明的环形冲模具有从冲模的顶部表面延伸到底部表面的冷却腔道，则可以出乎意料地几乎成十倍地提高性能。
图1显示了一个冲头和冲模设备，其中A-冲头B-环形冲模图2显示了根据本发明的环形冲模，其中已将冷却腔道设置在硬质合金的冲模之中。冷却腔道的方位是沿着冲模的轴线方向。
图3显示了可选择的方案，将冷却腔道设置在冲模的外部圆柱表面上。
现在已经惊人地发现，如果冲模具有从冲模的顶部表面延伸到底部表面的冷却腔道，则可以出乎意料地几乎成十倍地提高性能。这些冷却腔道似乎不会影响冲模的强度，但是却能够将温度降低到一些关键点以下。这些冷却腔道位于与冲模的中央相隔一定距离的位置。因为可能会影响到强度，它们不应太靠近。
根据本发明，冲模应当具有5-25个冷却腔道，它们等距地位于具有一定范围的直径的圆周上，该范围是从外径(OD)到两倍的内径(ID)。当然，位于冲模外径上的腔道是在外圆柱表面的槽。这些腔道的大小应当这样确定，即它们所占据的面积要达到通常尺寸冲模的端面面积的2000mm2。冷却腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或弯曲的。
可以通过现有技术中的几种方法得到冷却腔道。在预烧结状态下通过钻孔或铣来得到。它们也可以通过放置一些在烧结期间熔化的材料或金属来制成。它们也可以通过制造两个圆环的冲模来制成，其中内部的圆环在它的外表面上具有槽。
本发明还涉及在高压高温条件下使用硬质合金的环形冲模人工制造金刚石或CBN的方法。该方法的特点是使用一个被所设置的冷却腔道冷却的环形冲模。冷却介质的温度优选低于10℃。
实施例对6个数量的冲模进行了实验。冲模由硬质合金制成，其尺寸为外径OD＝127mm，内径ID＝40mm。硬质合金的成分为11％的钴Co和89％的碳化钨WC，具有1330HV(威氏硬度)。在预烧结的状态下，在105mm直径的圆周上均匀地钻15个直径6mm的孔。
冲模在1800吨金刚石的压力下进行实验，发现它们平均持续运行了22460次。而与此类似的现有技术，即不带冷却腔道，却只能持续运行3200次。
权利要求
1.用于高压高温加工方法的环形冲模，其特征是，其设置有从顶部表面到底部表面延伸的冷却腔道或槽。
2.如权利要求1所述的冲模，其特征是，其由硬质合金制成。
3.如权利要求1或2所述的冲模，其特征是，所述腔道是直的。
4.如权利要求1或2所述的冲模，其特征是，所述腔道是螺旋形的或弯曲的。
5.用于一个包括环形冲模和两个冲头的设备的高压高温加工方法，其特征是，所述环形冲模被其中所设置的冷却腔道冷却。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征是，所述环形冲模被温度低于10℃的冷却介质冷却。
全文摘要
本发明涉及一个硬质合金的环形冲模,其用于高压高温加工方法,例如人工合成金刚石或CBN。所述冲模设置有冷却腔道,可以显著地出乎意料地提高性能。
文档编号B30B11/00GK1263793SQ0010270
公开日2000年8月23日 申请日期2000年2月17日 优先权日1999年2月19日
发明者克拉斯·曼纳费尔特, 斯特凡·埃德吕德 申请人:桑德维克公司