本發(fā)明涉及金剛石鉆頭，具體為一種中低溫釬焊金剛石鉆頭及其制作方法。

背景技術(shù)：

目前，金剛石工具的制作方法主要有電鍍、燒結(jié)、釬焊三種類型。電鍍金剛石工具是依靠鍍層機械包埋鑲嵌金剛石，金剛石與鍍層界面上結(jié)合強度特別低；燒結(jié)金剛石工具是用金屬粉末與金剛石混合壓制燒結(jié)而成的，在孕鑲金剛石與胎體金屬粉料界面上不浸潤，結(jié)合強度也比較低。這兩種工具的金剛石磨料在重負荷作業(yè)時，都會由于把持力的不夠而過早脫落，金剛石磨料利用率低，工具壽命比較短。

為了解決電鍍和燒結(jié)金剛石工具把持強度低，金剛石過早脫落的問題，近十多年來，國內(nèi)外研究用釬焊法制作金剛石磨料工具，由于金剛石磨料會與熔化釬料中的活性元素(如Cr、Ti等)發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)改善了熔化釬焊組分對金剛石磨料表面的潤濕爬升能力，增強了結(jié)合劑和金剛石磨料之間的兼容性，提升了附著粘結(jié)強度，解決了工具上金剛石磨料把持力不夠的問題，促進了釬焊金剛石工具的廣泛應(yīng)用，市場占有率正逐漸提升。

因單層釬焊金剛石工具制作容易，目前，材料加工領(lǐng)域以單層釬焊金剛石工具為主，但是這些單層金剛石工具在使用過程進入后期時，鉆頭的鋒利度會明顯下降，影響鉆進效率，同時單層釬焊的工具壽命也比較低，這些問題制約了釬焊金剛石工具在加工領(lǐng)域的迅速推廣。

常規(guī)法制作的多層釬焊孕鑲金剛石鉆頭，由于釬料包裹金剛石太厚，金剛石出刃困難，影響鉆頭的鉆進效率?，F(xiàn)有技術(shù)中的釬焊方法，由于釬焊溫度較高，對金剛石的熱損傷仍然比較嚴重，而且在金剛石膜層中容易殘留有氣孔，產(chǎn)品的成品率較低。

例如，中國發(fā)明專利CN 104608062 A公開了《多層出刃釬焊金剛石薄壁鉆頭及其制作方法》，其技術(shù)方案采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)的鉆頭基體和采用有機高分子冷卻材料等，提高了鉆頭的使用壽命，摒棄了復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，保證了鉆削過程穩(wěn)定和高效率。但該發(fā)明公開的是一種薄壁鉆，限制了其使用范圍，而且該發(fā)明是將壓敏膠與合金焊料按體積比1:1調(diào)成膏狀并均勻涂覆于焊接端，在涂覆的膏狀合金焊料上均勻撒布一層金剛石磨料，由于壓敏膠的加入，胎體中會存在氣孔，導(dǎo)致胎體的致密度不夠，影響胎體的強度；而且該發(fā)明是通過多次涂覆實現(xiàn)的多層出刃金剛石，影響生產(chǎn)效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種延長鉆頭壽命、提高鉆進效率的中低溫釬焊金剛石鉆頭。

能夠解決上述技術(shù)問題的中低溫釬焊金剛石鉆頭，其技術(shù)方案包括鋼管，所不同的是所述鋼管焊接端的端面上開設(shè)有橫貫管壁且均布的水口，相鄰水口之間的端面上開設(shè)有橫貫管壁且均布的槽口，各槽口中心的端面上開設(shè)有圓口，所述鋼管焊接端的外表面直徑小于管壁外徑而在兩者之間形成外臺階，鋼管焊接端的內(nèi)表面直徑大于管壁的內(nèi)徑而在兩者形成內(nèi)臺階，所述槽口深度、圓口深度、鋼管焊接端內(nèi)、外表面長度均相等且小于水口深度；金剛石通過中低溫釬焊料(釬焊粉料、釬焊劑和金剛石按照一定的濃度比例混合均勻)釬焊于鋼管焊接端的端面、外表面和內(nèi)表面以及槽口和圓口內(nèi)，所述鋼管焊接端內(nèi)、外表面上的釬焊料厚度與內(nèi)、外臺階的寬度一致，鋼管焊接端端面的釬焊料厚度小于焊接端內(nèi)、外表面上的釬焊料厚度；所述中低溫釬焊料的釬焊溫度為820℃～880℃。

進一步，所述鋼管的直徑為30mm～150mm，管壁厚度為4mm～15mm；所述水口為4個～12個，深度為8mm～18mm，寬度為4mm～8mm；相鄰水口之間的槽口為3個～10個，深度為6mm～16mm，寬度為0.6mm～2.0mm；所述圓口的深度為6mm～16mm，直徑為2.0mm～4.0mm；內(nèi)、外臺階的長度為6mm～16mm，寬度為0.5mm～1.5mm。

更進一步，所述鋼管焊接端端面的釬焊料厚度為0.2mm～0.8mm。

上述中低溫釬焊金剛石鉆頭的制作方法，其工藝步驟為：

1、釬焊用鋼管的加工。

①、首先在鋼管的焊接端，將鋼管管壁的外徑車小而成為焊接端外表面，焊接端外表面與管壁外徑之間形成外臺階，將管壁的內(nèi)徑車大而成為焊接端內(nèi)表面，焊接端內(nèi)表面與管壁內(nèi)徑之間形成內(nèi)臺階。

②、在鋼管焊接端的端面上均勻切割出橫貫管壁的多個水口。

③、在相鄰水口之間形成的刀齒上(即焊接端的端面上)均勻加工出橫貫管壁的多個槽口。

④、在各槽口中部的刀齒上加工出圓口。

2、將鋼管的焊接端進行去毛刺、除油、噴砂以及釬焊面的粗糙化處理，所述釬焊面為焊接端的端面、外表面和內(nèi)表面以及槽口和圓口的內(nèi)側(cè)面。

3、將中低溫釬焊料和金剛石通過釬焊劑調(diào)成膏狀，區(qū)分好用于槽口、圓口與端面及內(nèi)、外表面的釬焊料成分。

4、將調(diào)制好的釬焊料分別裝填到槽口和圓口內(nèi)以及涂覆在焊接端的端面及內(nèi)、外表面上。

5、將鋼管送入熱壓感應(yīng)燒結(jié)設(shè)備中、或真空釬焊設(shè)備中、或有氣氛保護的爐中，加熱升溫，直至達到820℃～880℃的中低溫釬焊溫度，然后在此溫度下保溫5分鐘～15分鐘，之后隨爐冷卻即可。

6、按照鉆頭的外觀標(biāo)準，結(jié)合圖紙要求完成鉆頭其他部位的機加工。

為保持刀齒的強度，所述槽口深度、圓口深度、鋼管焊接端內(nèi)、外表面長度均相等且小于水口深度；為增強耐磨層，所述鋼管焊接端內(nèi)、外表面上的釬焊料厚度與內(nèi)、外臺階的寬度一致，鋼管焊接端端面的釬焊料厚度小于焊接端內(nèi)、外表面上的釬焊料厚度。

優(yōu)選的，所述釬焊料組成和含量分別為Sn：7.5wt％～12.5wt％，Ag：6.5wt％～11.5wt％，Ti：3.5wt％～8.5wt％，Cr：0.5wt％～2wt％，Si：0.5wt％～1.5wt％，余量為Cu。

所述槽口和圓口內(nèi)裝填的釬焊料和金剛石采用較軟的胎體成分和較粗的金剛石粒度，保證鉆頭的鉆進效率；所述焊接端的端面及內(nèi)、外表面涂覆的釬焊料與金剛石采用耐磨性較好的胎體成分和較細的金剛石粒度，起到增強耐磨層的作用。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過優(yōu)化鋼管鋼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和改善釬料兩方面對釬焊多層金剛石鉆頭進行改進，可以實現(xiàn)一次成型多層出刃的金剛石，金剛石的熱損傷比較低，金剛石與釬焊料胎體之間的結(jié)合強度高，保證了金剛石的出刃高度，同時提高鉆進效率，延長鉆頭的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的釬焊鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖(去除釬焊層)。

圖號標(biāo)識：1、鋼管；2、水口；3、槽口；4、圓口；5、外臺階；6、內(nèi)臺階；7、刀齒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖所示實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。

本發(fā)明中低溫釬焊金剛石鉆頭的基體為鋼管1，所述鋼管1的直徑為36.5mm，厚度為7.5mm；所述鋼管1的一端為焊接端(管壁向內(nèi)局部增厚)，另一端為連接端，鋼管1焊接端的端面上向內(nèi)均勻切割出4個橫貫管壁的水口2(深度為10mm，寬度為6mm)，相鄰水口2之間的部分為鉆頭的刀齒7，所述刀齒7上均布開設(shè)有3條橫貫管壁的槽口3(1.0mm寬，深度為8.0mm)，于各槽口3的中心在刀齒7上開設(shè)圓口4(直徑3.0mm，深度為8.0mm)；將焊接端的管壁外徑車小1.0mm(單邊)而成為焊接端的外表面，焊接端外表面與管壁外徑之間形成寬度為1.0mm的外臺階5，將焊接端的管壁內(nèi)徑車大1.0mm(單邊)而成為焊接端的內(nèi)表面，焊接端內(nèi)表面與管壁內(nèi)徑之間形成寬度為1.0mm的內(nèi)臺階6，焊接端內(nèi)、外表面的長度為8.0mm，如圖1、圖2所示。

以上述鋼管1為基體的中低溫釬焊金剛石鉆頭的制作方法，其工藝步驟為：

1、釬焊用鋼管1的加工。

①、首先加工鋼管1的焊接端——在車床上將鋼管1焊接端管壁的外徑車小而成為焊接端外表面，焊接端外表面與管壁外徑之間形成外臺階5，將管壁的內(nèi)徑車大而成為焊接端內(nèi)表面，焊接端內(nèi)表面與管壁內(nèi)徑之間形成內(nèi)臺階6，焊接端內(nèi)、外表面的長度相等，均為8.0mm，寬度為1.0mm。

②、用線切割機床在鋼管1焊接端的端面上均勻切割出橫貫管壁的4個水口2(深度為10mm，寬度為6mm)，相鄰水口2之間為鉆頭的刀齒7。

③、在各刀齒7上(即焊接端的端面上)均勻切割出橫貫管壁的3條槽口3(深度為8.0mm，寬度為1.0mm)。

④、在電火花成型機上，對應(yīng)于各槽口3的中心于刀齒7上加工出圓口4(深度為8.0mm，直徑為3.0mm)。

2、將鋼管1的焊接端進行去毛刺、除油、噴砂以及釬焊面的粗糙化處理，所述釬焊面為焊接端的端面、臺階面、外表面和內(nèi)表面以及槽口3和圓口4的內(nèi)側(cè)面。

3、將中低溫釬焊料和金剛石通過釬焊劑直接混合均勻調(diào)成膏狀(不用通過有機膠來粘結(jié)金剛石，保證了胎體的強度)，區(qū)分好用于槽口3、圓口4與端面及內(nèi)、外表面的釬焊料成分，所述釬焊料組成和含量分別為Sn：7.5wt％～12.5wt％，Ag：6.5wt％～11.5wt％，Ti：3.5wt％～8.5wt％，Cr：0.5wt％～2wt％，Si：0.5wt％～1.5wt％，余量為Cu，所述釬焊料中含有強碳化物形成元素Ti等，提高了釬焊料對金剛石的結(jié)合把持強度，釬焊料中不含有合成金剛石的觸媒元素Ni、Co、Fe等，可以降低金剛石的石墨化；所述凹槽3和圓孔4內(nèi)裝填的釬焊料和金剛石采用較軟的胎體成分和較粗的金剛石粒度，保證鉆頭的鉆進效率；所述焊接端端面及內(nèi)、外側(cè)面涂覆的釬焊料與金剛石采用耐磨性較好的胎體成分和較細的金剛石粒度，起到增強耐磨層、保護鉆頭尺寸的作用。

4、將調(diào)制好的釬焊料分別裝填到槽口3和圓口4內(nèi)以及涂覆在焊接端的端面(0.5mm厚)及內(nèi)、外表面上，焊接端內(nèi)、外表面上的釬焊料厚度(1.0mm)平齊對應(yīng)的臺階面，所述的涂覆均可實現(xiàn)一次涂覆就能實現(xiàn)多層出刃的金剛石。

5、將涂覆和裝填好金剛石與釬焊料混合物的鋼管1送入熱壓感應(yīng)燒結(jié)設(shè)備中、或真空釬焊設(shè)備中、或有氣氛保護的爐中，加熱升溫，直至達到820℃～880℃的中低溫釬焊溫度(降低了金剛石的熱損傷)，然后在此溫度下保溫5分鐘～15分鐘，之后隨爐冷卻即可。

6、按照鉆頭的外觀標(biāo)準，結(jié)合圖紙要求完成鉆頭其他部位(如連接端)的機加工。

本發(fā)明具有的特點：

1、所述鋼管1的管壁厚度較大，適用的范圍比較廣，鉆頭端面上開設(shè)有水口，可以在鉆進過程中及時冷卻鉆齒，延長鉆頭的壽命。

2、鉆頭焊接端有不連續(xù)的槽口3，每個槽口3中間都分布有一個圓口4，所述槽口3和圓口4內(nèi)釬焊有焊料和金剛石；該鉆頭在鉆進過程中，端面的鋼體優(yōu)先磨損，減少了鉆頭端面的接觸面積，同時增加了容屑能力，有利于鉆進效率的提高。

3、鉆頭端面的槽口上開設(shè)圓口，一方面增加了鉆頭唇面工作層的面積，延長鉆頭的使用壽命，另一方面，所述圓口的直徑比槽口寬，可以起到把持釬焊層的能力，防止鉆頭在鉆進過程中釬焊層的整體脫落；增加圓口4后，可能會影響鉆頭的鉆進效率，可以根據(jù)需要是否開設(shè)圓口以及調(diào)整圓口的直徑大小。

4、鉆頭焊接端的內(nèi)、外表面上都形成有臺階，即鉆頭內(nèi)、外表面釬焊有一層與臺階寬度一致的釬焊保護層，這樣就可以起到保護鉆頭內(nèi)、外徑的作用，同時在鉆進過程中也能起到輔助磨削的作用。

5、所述鉆頭采用中低溫釬焊料，減少了金剛石的熱損傷；所述釬料中含有強碳化物形成元素Ti等，提高了釬料對金剛石的結(jié)合把持強度；所述釬料中不含有合成金剛石的觸媒元素Ni、Co、Fe等，可以降低金剛石的石墨化；金剛石與釬焊料通過釬焊劑直接混合均勻，不用通過有機膠來粘結(jié)金剛石，可以保證胎體的強度，而且可以通過一次涂覆就能夠?qū)崿F(xiàn)多層出刃的金剛石。