CN108441745A - 一种金刚石套料钻头及其制备方法 - Google Patents

一种金刚石套料钻头及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石套料钻头及其制备方法，金刚石套料钻头的制备方法首先按比例称取胎体材料与金刚石粉末进行球磨混合；随后将球磨后的混合粉料在真空干燥箱干燥，干燥后研磨并过筛制粒；将制备好的粉料倒入石墨模具中，在压力机上预压；将装入粉料的石墨模具放入保温装置，并进行热压烧结，然后随炉冷却，得到金刚石钻头；最后采用钎焊工艺将钻头基体和金刚石钻头制成烧结金刚石套料钻头。本发明金刚石套料钻头的制备方法烧结温度低，保温时间短，可大大提高生产效率、降低生产成本。

Description

一种金刚石套料钻头及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多材料复合构件孔加工刀具研制，特别是一种金刚石套料钻头。
背景技术
近三十年来，为了满足特种车辆轻量化以及高防护性能的要求，以工程陶瓷和高强纤维增强聚合物基复合材料的应用为核心技术，国外推出了一系列新型装甲材料技术和装甲结构单元集成技术，显著地提高了特种车辆的综合性能。当前装甲材料的发展趋势是将把具有较高防护性能的轻质合金(主要是铝合金和钛合金)、工程陶瓷和高性能纤维增强聚合物基复合材料结合在一起形成高性能多材料复合装甲构件。在同等重量的情况下，其防护性能可达到钢装甲的数倍，即当防护能力相同时，先进复合材料构件的重量可比钢装甲轻很多。
纤维增强复合材料/陶瓷复合构件由于其优异的性能在复合装甲中具有十分广泛的应用前景，但应用过程中需要进行大量的孔加工，以便于连接装配。但纤维增强复合材料和陶瓷是两种具有截然不同性质的材料，通常情况下很难采用同一种刀具将其一次性加工出来。加工纤维复合材料时可采用涂层高速钢或者硬质合金刀具，而金刚石刀具更能胜任；工程陶瓷的机械加工则需采用金刚石或者立方氮化硼超硬材料刀具。金刚石硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、磨擦系数小，被认为是较为理想的刀具材料，能够加工高硬脆性、高强韧性材料在内的几乎所有被加工材料。目前，金刚石刀具已广泛应用于硬脆难加工材料的加工领域。
在实际加工过程中，根据装配要求，轻质复合构件的实际加工孔径多为加工直径较大的孔(直径大于)，对孔加工质量也有较高的要求，现有的钻头直径都比较大，而钻削轴向力会随着钻头直径的加大急剧增大，过大的轴向力对加工质量极为不利。
发明内容
本发明的目的在于提出一种金刚石套料钻头。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种金刚石套料钻头，其材料包括胎体与金刚石，胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％、Co的质量百分比为30％、Ni的百分比为6％、WC的质量百分比为5％、Ti的质量百分比为5％、Sn的质量百分比为4％、Cr的质量百分比为2％。
本发明还提出了一种金刚石套料钻头的制备方法，具体步骤为：
步骤1、按比例称取胎体材料与金刚石粉末进行球磨混合；
步骤2、将球磨后的混合粉料在真空干燥箱干燥，干燥后研磨并过筛制粒；
步骤3、将步骤2制备好的粉料倒入石墨模具中，在压力机上预压；
步骤4、将步骤3中装入粉料的石墨模具放入保温装置，并进行热压烧结，然后随炉冷却，得到金刚石钻头；
步骤5、采用钎焊工艺将钻头基体和金刚石钻头制成烧结金刚石套料钻头。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
1)与传统烧结方式相比，本发明的热压烧结工艺的烧结温度低，保温时间短，可大大提高生产效率、降低生产成本；
2)所需压力很小，故用小型压机可生产较大的制品，节约了大的厂房和设备的投资。模具，制造比较简单，材料易得，价格低廉，可生产形状较复杂，尺寸要求较精确的制品。
3)高温钎焊可实现超硬磨料、结合剂(钎焊合金材料)和金属基体界面上的牢固化学冶金结合，具有较高的结合强度。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的金刚石套料钻头的结构示意图。
具体实施方式
一种金刚石套料钻头，其材料包括胎体与金刚石，胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％、Co的质量百分比为30％、Ni的百分比为6％、WC的质量百分比为5％、Ti的质量百分比为5％、Sn的质量百分比为4％、Cr的质量百分比为2％。
一种金刚石套料钻头的制备方法，具体步骤为：
步骤1、按比例称取胎体材料与金刚石粉末进行球磨混合；
优选地，胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％，Co的质量百分比为30％，Ni的百分比为6％，WC的质量百分比为5％，Ti的质量百分比为5％，Sn的质量百分比为4％，Cr的质量百分比为2％。
优选地，球磨介质选用无水乙醇，球磨时间为48小时，球磨混合中的球为硬质合金球，球料比为3:1-8：1。
优选地，球磨混合中的球料比为6：1。
步骤2、将球磨后的混合粉料在真空干燥箱干燥，干燥后研磨并过筛制粒；
步骤3、将步骤2制备好的粉料倒入石墨模具中，在压力机上预压；
优选地，预压的压力为10Mpa，保压时间为1-3min。
步骤4、对步骤3中装入粉料的石墨模具放入保温装置，并进行热压烧结，然后随炉冷却，得到金刚石钻头；
优选地，热压烧结的烧结温度为900℃，保温时间4分钟，烧结压力为25MPa。
优选地，热压烧结的环境为抽真空至6pa。
优选地，得到的金刚石钻头的参数水平为：金刚石粒度35/40、金刚石浓度100％、水口数6个、壁厚1.5mm。
步骤5、采用钎焊工艺将钻头基体和金刚石钻头制成烧结金刚石套料钻头。
下面结合实施例进行更详细的描述。
实施例1
一种金刚石套料钻头的制备方法，具体步骤为：
步骤1、按比例称取胎体材料与金刚石粉末进行球磨混合，球磨介质选用无水乙醇，球磨时间为48小时，球磨混合中的球为硬质合金球，球料比为6：1。
其中，胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％，Co的质量百分比为30％，Ni的百分比为6％，WC的质量百分比为5％，Ti的质量百分比为5％，Sn的质量百分比为4％，Cr的质量百分比为2％。
步骤2、将球磨后的混合粉料在真空干燥箱干燥，干燥后研磨并过筛制粒；
步骤3、将步骤2制备好的粉料倒入石墨模具中，在压力机上预压，预压的压力为10Mpa，保压时间为1min。
步骤4、对步骤3中装入粉料的石墨模具放入保温装置，并将其置于JYA53A-15T型直接式电阻烧结炉内进行热压烧结，然后随炉冷却，得到金刚石钻头；其中，热压烧结的烧结温度为900℃，保温时间4分钟，烧结压力为25MPa，热压烧结的环境为抽真空至6pa。本步骤中得到的金刚石钻头的参数水平为：金刚石粒度35/40、金刚石浓度100％、水口数6个、壁厚1.5mm。
步骤5、采用钎焊工艺将钻头基体和金刚石钻头制成烧结金刚石套料钻头。
结合图1所示，本实施例得到的金刚石套料钻头包括水口[1]、金刚石层[2]、取料槽[3]、基体[4]、过渡层[5]。

Claims (10)

1.一种金刚石套料钻头，其特征在于，其材料包括胎体与金刚石，胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％、Co的质量百分比为30％、Ni的百分比为6％、WC的质量百分比为5％、Ti的质量百分比为5％、Sn的质量百分比为4％、Cr的质量百分比为2％。
2.一种制备权利要求1所述的金刚石套料钻头的方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1、按比例称取胎体材料与金刚石粉末进行球磨混合；
步骤2、将球磨后的混合粉料在真空干燥箱干燥，干燥后研磨并过筛制粒；
步骤3、将步骤2制备好的粉料倒入石墨模具中，在压力机上预压；
步骤4、将步骤3中装入粉料的石墨模具放入保温装置，并进行热压烧结，然后随炉冷却，得到金刚石钻头；
步骤5、采用钎焊工艺将钻头基体和金刚石钻头制成烧结金刚石套料钻头。
3.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤1中胎体的体积百分比为75％，金刚石的体积百分比为25％，所述胎体包括Cu、Co、Ni、WC、Ti、Sn、Cr，其中，Cu的质量百分比为48％、Co的质量百分比为30％、Ni的百分比为6％、WC的质量百分比为5％、Ti的质量百分比为5％、Sn的质量百分比为4％、Cr的质量百分比为2％。
4.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤1中球磨介质选用无水乙醇，球磨时间为48小时。
5.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤1中球磨混合中的球为硬质合金球，球料比为3:1-8：1。
6.根据权利要求5所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤1中球磨混合中的球料比为6：1。
7.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤3中对粉料进行预压的压力为10Mpa，保压时间为1-3min。
8.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤4中热压烧结的烧结温度为900℃，保温时间4分钟，烧结压力为25MPa。
9.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤4 中热压烧结的环境为抽真空至6pa。
10.根据权利要求2所述的金刚石套料钻头的制备方法，其特征在于，步骤4中得到的金刚石钻头的参数水平为：金刚石粒度35/40、金刚石浓度100％、水口数6个、壁厚1.5mm。
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