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(jī)械包埋鑲嵌金剛石，金剛石與鍍層界面上結(jié)合強(qiáng)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(rùn)，結(jié)合強(qiáng)度也比較低。這兩種工具的金剛石磨料在重負(fù)荷作業(yè)時(shí)，都會(huì)由于把持力的不夠而過(guò)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(qiáng)度低，金剛石過(guò)早脫落的問(wèn)題，近十多年來(lái)，國(guó)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(huì)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(duì)金剛石磨料表面的潤(rùn)濕爬升能力，增強(qiáng)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(qiáng)度，解決了工具上金剛石磨料把持力不夠的問(wèn)題，促進(jìn)了釬焊金剛石工具的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)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(guò)程進(jìn)入后期時(shí)，鉆頭的鋒利度會(huì)明顯下降，影響鉆進(jìn)效率，同時(shí)單層釬焊的工具壽命也比較低，這些問(wèn)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(jìn)效率?，F(xiàn)有技術(shù)中的釬焊方法，由于釬焊溫度較高，對(duì)金剛石的熱損傷仍然比較嚴(yán)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(guó)發(fā)明專利CN 104608062 A公開(kāi)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(jī)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(guò)程穩(wěn)定和高效率。但該發(fā)明公開(kāi)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(huì)存在氣孔，導(dǎo)致胎體的致密度不夠，影響胎體的強(qiáng)度；而且該發(fā)明是通過(guò)多次涂覆實(shí)現(xiàn)的多層出刃金剛石，影響生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

能夠解決上述技術(shù)問(wèn)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(kāi)設(shè)有橫貫管壁且均布的水口，相鄰水口之間的端面上開(kāi)設(shè)有橫貫管壁且均布的槽口，各槽口中心的端面上開(kāi)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(tái)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(tái)階，所述槽口深度、圓口深度、鋼管焊接端內(nèi)、外表面長(zhǎng)度均相等且小于水口深度；金剛石通過(guò)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(tái)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(jìn)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(gè)～12個(gè)，深度為8mm～18mm，寬度為4mm～8mm；相鄰水口之間的槽口為3個(gè)～10個(gè)，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(tái)階的長(zhǎng)度為6mm～16mm，寬度為0.5mm～1.5mm。

更進(jìn)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(tái)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(tái)階。

②、在鋼管焊接端的端面上均勻切割出橫貫管壁的多個(gè)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(gè)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(jìn)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(guò)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(hù)的爐中，加熱升溫，直至達(dá)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(zhǔn)，結(jié)合圖紙要求完成鉆頭其他部位的機(jī)加工。

為保持刀齒的強(qiáng)度，所述槽口深度、圓口深度、鋼管焊接端內(nèi)、外表面長(zhǎng)度均相等且小于水口深度；為增強(qiáng)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(tái)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(jìn)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(xì)的金剛石粒度，起到增強(qiáng)耐磨層的作用。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化鋼管鋼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改善釬料兩方面對(duì)釬焊多層金剛石鉆頭進(jìn)行改進(jìn)，可以實(shí)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(qiáng)度高，保證了金剛石的出刃高度，同時(shí)提高鉆進(jìn)效率，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。

附圖說(shuō)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(hào)標(biāo)識(shí)：1、鋼管；2、水口；3、槽口；4、圓口；5、外臺(tái)階；6、內(nèi)臺(tái)階；7、刀齒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)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(gè)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(kāi)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(kāi)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(tái)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(tái)階6，焊接端內(nèi)、外表面的長(zhǎng)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(tái)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(tái)階6，焊接端內(nèi)、外表面的長(zhǎng)度相等，均為8.0mm，寬度為1.0mm。

②、用線切割機(jī)床在鋼管1焊接端的端面上均勻切割出橫貫管壁的4個(gè)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(jī)上，對(duì)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(jìn)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(tái)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(guò)釬焊劑直接混合均勻調(diào)成膏狀(不用通過(guò)有機(jī)膠來(lái)粘結(jié)金剛石，保證了胎體的強(qiáng)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(qiáng)碳化物形成元素Ti等，提高了釬焊料對(duì)金剛石的結(jié)合把持強(qiáng)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(jìn)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(xì)的金剛石粒度，起到增強(qiáng)耐磨層、保護(hù)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(duì)應(yīng)的臺(tái)階面，所述的涂覆均可實(shí)現(xiàn)一次涂覆就能實(shí)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(hù)的爐中，加熱升溫，直至達(dá)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(zhǔn)，結(jié)合圖紙要求完成鉆頭其他部位(如連接端)的機(jī)加工。

本發(fā)明具有的特點(diǎn)：

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(kāi)設(shè)有水口，可以在鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)冷卻鉆齒，延長(zhǎng)鉆頭的壽命。

2、鉆頭焊接端有不連續(xù)的槽口3，每個(gè)槽口3中間都分布有一個(gè)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(jìn)過(guò)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(shí)增加了容屑能力，有利于鉆進(jìn)效率的提高。

3、鉆頭端面的槽口上開(kāi)設(shè)圓口，一方面增加了鉆頭唇面工作層的面積，延長(zhǎng)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(jìn)過(guò)程中釬焊層的整體脫落；增加圓口4后，可能會(huì)影響鉆頭的鉆進(jìn)效率，可以根據(jù)需要是否開(kāi)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(tái)階，即鉆頭內(nèi)、外表面釬焊有一層與臺(tái)階寬度一致的釬焊保護(hù)層，這樣就可以起到保護(hù)鉆頭內(nèi)、外徑的作用，同時(shí)在鉆進(jìn)過(guò)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(qiáng)碳化物形成元素Ti等，提高了釬料對(duì)金剛石的結(jié)合把持強(qiáng)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(guò)釬焊劑直接混合均勻，不用通過(guò)有機(jī)膠來(lái)粘結(jié)金剛石，可以保證胎體的強(qiáng)度，而且可以通過(guò)一次涂覆就能夠?qū)崿F(xiàn)多層出刃的金剛石。