CN1328027C - 聚晶金刚石喷嘴的加工方法及产品 - Google Patents
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Abstract
聚晶金刚石喷嘴的加工方法及产品，其特征在于：在烧结坯体前，先用比金刚石易于加工的预埋材料压制成预埋件，将预埋件置于高压合成前的立体组装块中心位置，再将添加了结合剂的金刚石粉填充于组装块内预埋件周围的空间里，经超高压高温烧结成带中心孔预埋区的聚晶金刚石喷嘴坯体，然后用穿孔加工方法去除预埋件体部分，并使孔径达到喷嘴孔径要求。本发明方法使聚晶金刚石喷嘴的加工变得简单易行，并降低了加工成本。用本发明方法加工的带外套的聚晶金刚石喷嘴具有易于精确加工外形尺寸、对喷嘴可有保护作用的优点。
Description
技术领域
本发明属一种机械加工工具的加工方法及采用该方法制造的产品，具体涉及一种聚晶金刚石喷嘴的加工方法及用该法制作的喷嘴。
背景技术
在对金属表面喷砂喷丸加工过程中，目前广泛使用的是氧化铝陶瓷喷嘴、硬质合金喷嘴或碳化硼喷嘴，由于喷射材料硬度高，所以喷嘴的的消耗量很大，需要经常更换喷嘴。聚晶金刚石(或称金刚石多晶)是一种由金刚石微粉与少量结合剂在超高压高温下烧结成的材料，用这种材料制成的聚晶金刚石喷嘴硬度高，耐磨性能好，寿命是碳化硼喷嘴的5-10倍，是硬质合金喷嘴的50-200倍，但加工难度很大，例如要在聚晶金刚石上打一个直径5-10毫米，深20毫米以上的孔，用普通机械加工方法几乎是不可能的，而采用电火花加工法或激光加工法，要加工一个带孔的聚晶金刚石坯要付出很大的代价，所以使聚晶金刚石喷嘴的广泛应用遇到难以逾越的障碍。87101729专利公开了两种加工金刚石喷嘴的方案：一种方案是将单晶金刚石粉与金属粉混合后通过传统粉末冶金方法烧结在一起，这实际上是用金属包裹单晶金刚石颗粒，一旦金属结合相被磨损掉，金刚石颗粒也将脱落，金刚石颗粒的高耐磨性无法完全体现，效果较差；另一个方案是用多节聚晶金刚石围合成一个圆孔，聚晶金刚石节块的固定仍然靠金属相，因此第一方案的缺陷依然存在，而且围合成的圆孔实际上是一个类圆孔，一节节聚晶金刚石相接是不连续的。该方法虽然避开了聚晶金刚石加工的难题，但这样的喷嘴产品也很不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种易于实施的聚晶金刚石喷嘴的加工方法及采用该法加工的产品。
解决上述问题的方法是：将添加了结合剂的金刚石粉置于组装块中用超高压高温烧结成聚晶金刚石喷嘴坯体，其特征在于：在烧结坯体前，先用比金金刚石易于加工的的预埋材料按喷嘴内孔形状尺寸压制成预埋件，将预埋件置于高压合成前的立体组装块中心位置，将所述添加了结合剂的金刚石粉填充于组装块内预埋件周围的空间里，经超高压高温烧结成带中心孔预埋区的聚晶金刚石喷嘴坯体，然后用穿孔加工方法去除预埋件体部分，并使孔径达到喷嘴孔径要求。
上述易于加工的预埋材料可以是易于机加工的，和/或易于电火花加工的，和/或易于激光加工的材料等，所以经超高压高温烧结后，可采用相应的机加工和/或电火花加工和/或激光加工等穿孔方法对预埋区进行加工。
本发明在选择预埋材料时，考虑到该预埋材料要与金刚石及结合剂一起烧结，所以所选择的材料应在高温高压下不影响金刚石和结合剂的正常烧结，并要保持与喷嘴材料有相近的收缩率。例如：若预埋材料采用过低熔点的金属，则会在升温过程中，当结合剂还未熔化时，低熔点金属会先熔化渗入喷嘴烧结料中，使喷嘴烧结后的性能下降；又如若预埋件与喷嘴烧结时收缩率差异过大，有可能导致预埋件的收缩膨胀与喷嘴芯部分相差太大，使嘴芯开裂、变形，因此选择预埋材料时，要考虑上述影响聚晶金刚石烧结质量的因素。通常可使用与喷嘴芯结合剂相同类型的原料作预埋材料，适当增大个别组分比例，来提高预埋件的易加工性，同时注意适当的收缩率，这样比较简便可靠，而且不会防碍喷嘴芯的烧结。
本发明的进一步方法是：将金属或非金属外套面接触紧配合地套在加工好内孔的聚晶金刚石喷嘴体外。
上述金属外套可以是不锈钢、普通碳素钢或合金钢、铜及其合金、铝及其合金、硬质合金等，非金属外套可以是尼龙、塑料、硬橡胶等材料，外套壁厚通常在1毫米以上，与聚晶金刚石喷嘴嘴芯的连接方法可以是过盈紧配合法连接、钎焊方法连接或粉末冶金热压镶嵌法连接。
本发明的再进一步方案是：将若干片加工好相同孔径内孔的聚晶金刚石喷嘴芯片轴向面接触叠加连接在一起，面接触紧配合地嵌入金属外套内。
上述轴向面接触叠加连接在一起的聚晶金刚石片可用粘合剂粘合连接。
本发明采用的设置预埋区的方法使聚晶金刚石喷嘴的加工变得简单易行，并降低了加工成本。
本发明方法的进一步方案在聚晶金刚石喷嘴外套有金属或非金属外套，一方面是只需用简单的机加工方法即可使喷嘴达到精确的外形尺寸要求，另一方面可对聚晶金刚石喷嘴起到很好的保护作用。
本发明方法的再进一步方案采用的叠层组合喷嘴的方法，使特长聚晶金刚石喷嘴的加工成为可能。
附图说明：
图1、本发明产品实施例1拆分状态结构示意图、
图2、本发明产品实施例2拆分状态结构示意图
图3、本发明产品实施例3结构示意图
1-聚晶金刚石喷嘴 2-金属外套 3-带锥面的金属封口环
具体实施方案
实施例一
1、将金属镍粉与金刚石粉混合，镍含量为55％wt(通常镍含量大于40％wt时，易于进行电火花加工)，将混合粉末压成直径为6毫米、长度为30毫米的圆棒作预埋棒；
2、把预埋棒固定在高压合成前的组装块中心轴线上，预埋棒***填充满含20％金属镍粉的金刚石混合粉末，经过6万大气压、1500℃的超高压高温烧结，得到带预埋区的聚晶金刚石坯体，此时预埋区的直径小于6毫米；
3、用研磨机将聚晶金刚石坯体两个端面磨平整，用无心磨床磨加工外圆，外圆直径为14mm，长25mm；
4、在电火花穿孔机上用6mm的紫铜电极将中心金属含量高的区域打穿，加工得到6mm内径的聚晶金刚石喷嘴嘴芯；
5、如图1，将穿过孔的聚晶金刚石嘴芯1紧配合压入不锈钢外套2，然后将带斜锥面的不锈钢环3紧配合压入不锈钢外套。用车床对不锈钢外套加工至指定尺寸，外径20毫米、总长35毫米。
通常若压制预埋件的尺寸与喷嘴内径相同，经高温高压烧结后，预埋件的直径会略有缩小，所以可为穿孔保留一定的加工余量，略微去除一点聚晶金刚石孔壁，即可达到喷嘴孔径要求，并保证孔壁部分均为高硬度、高耐磨性能的聚晶金刚石材质。
将本例聚晶金刚石喷嘴与同规格的硬质合金喷嘴、碳化硼喷嘴进行对比试验，用粒度24目绿碳化硅砂对硬度高的金属表面进行喷砂处理，硬质合金喷嘴可使用8-10个工作班次；碳化硼喷嘴可使用70-80个工作班次；本例聚晶金刚石喷嘴可以使用到350-500个工作班次。
实施例二
1、将金属铁粉末与碳化硅粉末混合，金属铁含量为35％wt (通常情况下，金属铁含量大于30％wt时易于进行电火花加工)，再将混合粉末压制成直径10毫米、高6毫米的圆棒用作预埋棒；
2、把预埋棒固定在高压合成前的组装块中心，***填充满金刚石粉末，在金刚石粉和预埋棒上面放上金属钴片，经过6万大气压、1450℃的超高压高温烧结，得到带预埋区的聚晶金刚石喷嘴坯体，此时预埋区的直径小于10毫米；
3、用研磨机将5片上述聚晶金刚石喷嘴坯体两端面磨平整，用无心磨床磨其外圆，每片嘴芯的外径为14毫米、高5毫米；
4、在电火花穿孔机上用10毫米的紫铜电极将中心金属含量高的区域打穿，得到10毫米内孔的聚晶金刚石嘴芯；
5、参见图2，将五片穿过孔的聚晶金刚石喷嘴1芯片用AB胶粘合连接，粘结时用直径10毫米的石墨棒将五片芯片穿在一起，以保证五片芯片的的中心孔对齐，将粘牢的组合喷嘴芯紧配合压入黄铜外套2，再将带斜锥面的黄铜环3紧配合压入黄铜外套，用车床对外套加工至指定尺寸。
实施例三
1、将金属镍粉、铜粉与金刚石粉末混合，为易于电火花加工，其中金属粉总含量应大于40％wt，本例为45％wt，用模具将混合粉末分别压成直径12毫米、长30毫米的圆棒和一端直径20毫米、另一端直径7.2毫米、高12毫米的锥面体各一件用作预埋件；
2、将预埋件放在高压合成前的组装块中心，***被含12％wt的硅、3％wt的钛的金刚石混合粉末包围，经过6万大气压、高于1500℃的超高压高温烧结，得到带预埋区的聚晶金刚石喷嘴坯体；
3、用研磨机将得到的聚晶金刚石喷嘴坯体两端面磨平整，用无心磨床磨其外圆，喷嘴嘴芯的外径为20毫米、长35毫米；
4、在电火花穿孔机上用6毫米的紫铜电极将中心金属含量高的区域打穿，得到6毫米内孔的聚晶金刚石；再用带指定角度的电极对已穿孔的聚晶金刚石坯体旋转打出锥面，得到整体聚晶金刚石喷嘴。
实施例四
1、将金属镍粉与碳化硅微粉混合，镍含量为55％wt(通常镍含量大于40％wt时，易于进行激光加工)，将混合粉末压成直径为10毫米、高度为6毫米的圆片作预埋片；
2、把预埋片固定在高压合成前的组装块中心轴线上，预埋片***填充满含15％金属镍粉的金刚石混合粉末，经过6万大气压、1500℃的超高压高温烧结，得到带预埋区的聚晶金刚石坯体，此时预埋区的直径略小于10毫米；
3、用研磨机将10片上述聚晶金刚石喷嘴坯体两端面磨平整，用无心磨床磨其外圆，每片嘴芯的外径为25毫米、高5毫米；
4、放在激光切割机上将中心金属含量高的区域切除，加工得到10mm内径的聚晶金刚石喷嘴嘴芯；
5、将穿过孔的聚晶金刚石嘴芯紧配合压入不锈钢外套，然后将带斜锥面的不锈钢环紧配合压入不锈钢外套。用车床对不锈钢外套加工至指定尺寸，外径35毫米、总长60毫米。
本方案主要适合大孔径喷嘴的制作。
上述几例所述比金刚石易于加工的预埋材料可概述为：在金刚石、碳化硅中加入不少于30％wt的铁族金属或其合金材料。
实施例五
1、按实施例四中“1”、“2”步骤相同的方法得到片状喷嘴芯。用研磨机将5片上述聚晶金刚石喷嘴坯体两端面磨平整，用无心磨床磨其外圆，每片嘴芯的外径为14毫米、高5毫米；
2、在超声波机上选择管状切割头辅以金刚石磨料将中心金属含量高的区域机械切除，加工得到6mm内径的聚晶金刚石喷嘴嘴芯；
3、将穿过孔的聚晶金刚石嘴芯紧配合压入尼龙外套，然后将带斜锥面的尼龙环紧配合压入尼龙外套。用车床对尼龙外套加工至指定尺寸，外径20毫米、总长35毫米。
根据加工效率和加工精度的综合要求，也可选择机加工、电火花加工、激光加工中的两或三种方法进行组合加工。
本发明的聚晶金刚石可以是添加触媒金属作结合剂制得的生长烧结型聚晶金刚石(如实施例二)，也可以是添加强碳化物元素作结合剂制得的烧结型聚晶金刚石(如实施例三)。结合剂添加方法可以是粉末混入法，也可以是浸渗法，或者是金刚石粉表面镀覆法。
本发明方法同样适用于喷嘴之外聚晶金刚石产品的加工。
Claims (6)
1、聚晶金刚石喷嘴的加工方法，将添加了结合剂的金刚石粉置于组装块中用超高压高温烧结成聚晶金刚石喷嘴坯体，其特征在于：在烧结坯体前，先用比金刚石易于加工的预埋材料按喷嘴内孔形状尺寸压制成预埋件，将预埋件置于高压合成前的立体组装块中心位置，将所述添加了结合剂的金刚石粉填充于组装块内预埋件周围的空间里，经超高压高温烧结成带中心孔预埋区的聚晶金刚石喷嘴坯体，然后用穿孔加工方法去除预埋件体部分，并使孔径达到喷嘴孔径要求。
2、根据权利要求1所述的聚晶金刚石喷嘴的加工方法，其特征在于：将金属或非金属外套面接触紧配合地套在加工好内孔的聚晶金刚石喷嘴芯外。
3、根据权利要求2所述的聚晶金刚石喷嘴的加工方法，其特征在于：将若干片加工好相同孔径内孔的聚晶金刚石喷嘴芯片轴向面接触叠加连接在一起，面接触紧配合地嵌入所述的外套内。
4、根据权利要求1、2或3所述的聚晶金刚石喷嘴的加工方法，其特征在于：所述易于加工的预埋材料是在金刚石、碳化硅中加入不少于30％wt的铁族金属或其合金材料。
5、聚晶金刚石喷嘴，其特征在于：在聚晶金刚石喷嘴外，面接触地紧配合套有金属或非金属外套。
6、根据权利要求5所述的聚晶金刚石喷嘴，其特征在于：所述的聚晶金刚石喷嘴是由若干片带相同中心孔的聚晶金刚石片轴向面接触叠加连接在一起组成。
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| CN1603077A (zh) | 2005-04-06 |
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Owner name: SHENZHEN HAIMINGRUN SUPERHARD MATERIALS CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SHENZHEN HAIMINGRUN CO., LTD. |
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