本發(fā)明涉及一種鉆齒/鉆頭的制作方法，具體涉及一種采用條坯組裝燒結(jié)成型制作鉆齒的方法。

背景技術(shù)：

金剛石鉆頭在我國(guó)已有近60年的發(fā)展歷程，目前已廣泛運(yùn)用于勘探、石材加工、玻璃加工等行業(yè)，品類繁多、尺寸形貌各異?？傮w而言，現(xiàn)有金剛石鉆頭的制作流程主要為：混料、組裝、燒結(jié)、后續(xù)加工。金剛石鉆頭傳統(tǒng)的中頻熱壓燒結(jié)的制作方式存在人工操作繁瑣、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)質(zhì)量人為影響因素高等不足；近幾年出現(xiàn)的先冷壓鉆齒坯塊再行燒結(jié)的制作方式由于產(chǎn)品種類繁多，存在模具通用性低、模具成本占比高等不足；而自動(dòng)冷壓鉆齒坯塊再行燒結(jié)的制作方式則存在設(shè)備成本高、模具通用性差、模具更換成本高等不足。這些工藝的不足限制了金剛石鉆頭生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下有必要開發(fā)一種適配性強(qiáng)、自動(dòng)化高、適合流水線生產(chǎn)的低成本工藝方法。另一方面，現(xiàn)有工藝制作的鉆齒有成分不均勻、質(zhì)量不穩(wěn)定、工作面成分差異化可設(shè)計(jì)性低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品對(duì)嚴(yán)苛工況適應(yīng)性不足、工作對(duì)象覆蓋面窄，這也要求進(jìn)一步的革新工藝、改良產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適配性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、適合流水線生產(chǎn)的采用條坯組裝燒結(jié)成型制作鉆齒的方法。由該方法制作的鉆齒質(zhì)量穩(wěn)定、自銳性強(qiáng)、工作面成分可按需設(shè)計(jì)排布。

本發(fā)明所述的采用條坯組裝燒結(jié)成型制作鉆齒的方法，包括以下步驟：

1)按設(shè)計(jì)要求稱取各原料，之后混料，分別得到含有超硬磨粒的工作料、含聚晶碎粒的保徑料、過渡料和結(jié)合料；

2)將含有超硬磨粒的工作料和結(jié)合料制作成在高度方向上具有由工作層和結(jié)合層組成的雙層結(jié)構(gòu)的鉆進(jìn)工作條狀坯；或者是將含有超硬磨粒的工作料、過渡料和結(jié)合料制作成在高度方向上具有由工作層、過渡層和結(jié)合層組成的三層結(jié)構(gòu)的鉆進(jìn)工作條狀坯；將含聚晶碎粒的保徑料制作成聚晶保徑條狀坯；

3)對(duì)所得鉆進(jìn)工作條狀坯、聚晶保徑條狀坯進(jìn)行包括干燥、去氧還原操作的預(yù)處理，得到預(yù)處理后的鉆進(jìn)工作條狀坯和聚晶保徑條狀坯；

4)將所得預(yù)處理后的鉆進(jìn)工作條狀坯和聚晶保徑條狀坯按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行排布裝模，之后進(jìn)行燒結(jié)成型；

5)燒結(jié)成型后脫模并進(jìn)行后續(xù)加工。

本發(fā)明所述方法的步驟1)中，所述的含有超硬磨粒的工作料、含聚晶碎粒的保徑料、過渡料和結(jié)合料的組成及配比可以根據(jù)需要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)選擇。

本發(fā)明所述方法中，為了使步驟1)混合所得的各種物料在后續(xù)步驟中更容易成型，優(yōu)選是在步驟1)中的混料過程中加入輔助成型劑，輔助成型劑的選擇及用量與現(xiàn)有技術(shù)相同，通常為乙醇和甘油的組合物，更具體可以是乙醇和甘油以1-3：1的體積比組成的組合物。

本發(fā)明所述方法的步驟2)中，當(dāng)鉆進(jìn)工作條狀坯在其高度方向上為具有工作層、過渡層和結(jié)合層組成的三層結(jié)構(gòu)時(shí)，主要應(yīng)用于鉆齒獨(dú)立成型，之后還需要將鉆齒焊接在基體上的場(chǎng)合，其中的工作層即為鉆齒用于鉆進(jìn)的工作部分，結(jié)合層則即為與基體焊接的部分，過渡層則處于工作層與結(jié)合層之間，以實(shí)現(xiàn)工作層和結(jié)合層之間的應(yīng)力、脆性、強(qiáng)度等的逐漸過渡，減少其發(fā)生斷裂的情況。

本發(fā)明所述方法的步驟2)中，各條狀坯可采用現(xiàn)有常規(guī)方法進(jìn)行制作，具體可以是人工機(jī)械冷壓成型、機(jī)械自動(dòng)冷壓成型或擠壓成型等。各條狀坯的上、下兩個(gè)端面的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行確定，具體可以是圓形、方形、三角形或異形。所述條狀坯的上端面或下端面的大小可根據(jù)所需制作的鉆齒的大小進(jìn)行確定，通常情況下，條狀坯上端面或下端面的面積為0.8-80mm²，所述條狀坯的高度通常為16-60mm。

本發(fā)明所述方法的步驟3)中，預(yù)處理通常在80-300℃條件下進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)各條狀坯的干燥、去氧還原以及除膠(當(dāng)混合時(shí)添加了輔助成型劑的情況下)操作。預(yù)處理的時(shí)間根據(jù)需要確定，通常為30-120min。

本發(fā)明所述方法的步驟4)中，所述排布裝模的基本原則為在鉆齒內(nèi)、外徑弧面上均勻排布一層或一層以上的聚晶保徑條狀坯，中間部位以鉆進(jìn)工作條狀坯進(jìn)行均勻排布。在燒結(jié)成型時(shí)，可以采用鉆齒獨(dú)立燒結(jié)或連同基體一體化燒結(jié)成型的方式，當(dāng)采用一體化燒結(jié)成型時(shí)，可以根據(jù)需要添加輔助成型釬料和水口填充輔料，其中輔助成型釬料視鉆齒的燒結(jié)性能選擇性添加以增加燒結(jié)強(qiáng)度，水口填充輔料的添加則是完成水口的燒制以增加整體結(jié)合力。所述燒結(jié)成型可通過中頻熱壓燒結(jié)、真空熱壓燒結(jié)等方式燒結(jié)成型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用先制作條坯再按需排布裝模燒結(jié)的方法制作鉆齒，其優(yōu)點(diǎn)在于：

1、在制作不同齒形的鉆齒時(shí)無需更換冷壓模具，通用性強(qiáng)；

2、條坯可采用自動(dòng)化設(shè)備制作，人工成本低、產(chǎn)率高、適合流水線生產(chǎn)；

3、可通過按需排布在鉆齒工作面上進(jìn)行成分差異化設(shè)計(jì)，工作適應(yīng)性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；

4、因制作過程自動(dòng)化控制程度高，本發(fā)明方法制作的鉆齒相較傳統(tǒng)工藝成分差異小，質(zhì)量穩(wěn)定性好；條坯間相互結(jié)合力偏弱，工作過程中有利于輔助金剛石出刃，鉆齒自銳性好；

5、鉆齒保徑由傳統(tǒng)的大顆粒聚晶保徑變?yōu)榫劬l狀坯層保徑，保徑覆蓋面積大，保徑性能更出色。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所述方法的工藝流程示意圖；

圖2為發(fā)明實(shí)施例1中聚晶保徑條狀坯一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為發(fā)明實(shí)施例1中鉆進(jìn)工作條狀坯一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為鉆進(jìn)工作條狀坯另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為鉆齒獨(dú)立燒結(jié)裝模結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為鉆頭一體化燒結(jié)裝模結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中a處的放大圖。

圖中標(biāo)號(hào)為：

1聚晶保徑條狀坯；2鉆進(jìn)工作條狀坯；2-1工作層；2-2結(jié)合層；2-3過渡層；3鉆齒獨(dú)立燒結(jié)石墨模具；4基體；5一體化燒結(jié)石墨模具；6水口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述,以更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容,但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：鉆齒獨(dú)立燒結(jié)成型

采用條坯燒結(jié)成型制作鉆齒的方法(鉆齒獨(dú)立燒結(jié)成型)，其工藝流程圖如圖1所示，具體包括以下步驟：

1)按設(shè)計(jì)要求稱取各原料，分別混制得到含有超硬磨粒的工作料、含聚晶碎粒的保徑料、過渡料和結(jié)合料，并在混好的中摻入常規(guī)用量的由乙醇和甘油以1：1的體積比組成的輔助成型劑；所述的含有超硬磨粒的工作料、含聚晶碎粒的保徑料、過渡料和結(jié)合料的組成及配比與現(xiàn)有技術(shù)相同；當(dāng)應(yīng)用于vi級(jí)花崗巖時(shí)，各種粉料的具體配方如下：

①含有超硬磨粒的工作料的配方：40wt％fe+34wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+4wt％cusn15+5wt％mn，超硬磨粒為20％(砂輪濃度制)的金剛石。

②含聚晶碎粒的保徑料的配方：40wt％fe+38wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+5wt％mn，聚晶碎粒濃度為30％(砂輪濃度制)。

③結(jié)合料的配方：采用法國(guó)飛羽公司的next300預(yù)合金粉料；

④過渡料的配方：采用前述①號(hào)所述粉料和③號(hào)所述粉料以1:2的質(zhì)量比混合而成。

2)將含聚晶碎粒的保徑料通過常規(guī)的擠壓成型(壓力30-50mpa，保壓3-5s)方式制作成上、下端面均為圓形的聚晶保徑條狀坯1，如圖2所示；將含有超硬磨粒的工作料、過渡料和結(jié)合料通過常規(guī)的擠壓成型(壓力20-30mpa，保壓3-5s)制作成在高度方向上具有由工作層2-1、過渡層2-3和結(jié)合層2-2組成的三層結(jié)構(gòu)且上、下端面均為圓形的鉆進(jìn)工作條狀坯2，如圖4所示；在制作鉆進(jìn)工作條狀坯2和聚晶保徑條狀坯1時(shí)，控制各條狀坯上端面或下端面的面積為10-20mm²，各條狀坯的高度為16-60mm；所述的鉆進(jìn)工作條狀坯2，控制其中的工作層2-1(含超硬磨粒)高度在10-50mm之間，過渡層2-3高度在3-5mm之間，結(jié)合層2-2高度在3-10mm之間。

3)對(duì)所得鉆進(jìn)工作條狀坯2、聚晶保徑條狀坯1于100℃條件下進(jìn)行包括干燥、除膠、去氧還原操作的預(yù)處理，時(shí)間為60min，得到預(yù)處理后的鉆進(jìn)工作條狀坯2和聚晶保徑條狀坯1；

4)將預(yù)處理后的鉆進(jìn)工作條狀坯2和聚晶保徑條狀坯1在鉆齒的工作平面上進(jìn)行成分、磨粒濃度、條坯尺寸形貌等方面的按需排布裝模，其中排布裝模的基本原則為在所要形成的鉆齒形狀的內(nèi)、外徑弧面上均勻排布一層或兩層的聚晶保徑條狀坯1，中間部位以鉆進(jìn)工作條狀坯2進(jìn)行均勻排布；裝入鉆齒獨(dú)立燒結(jié)石墨模具3中完成燒結(jié)(燒結(jié)溫度900℃，燒結(jié)壓力25mpa，保溫保壓時(shí)間5min)，如圖5所示；

5)燒結(jié)成型后脫模并進(jìn)行后續(xù)加工。

用本發(fā)明所述方法制作的鉆齒在形成鉆頭后，將其與傳統(tǒng)熱壓金剛石鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)vi級(jí)花崗巖的試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明：發(fā)明所述方法制作的鉆齒所形成的鉆頭的鉆進(jìn)時(shí)速達(dá)到4.66m/h，較傳統(tǒng)熱壓金剛石鉆頭(鉆進(jìn)時(shí)速為3.3m/h)提高了41％，壽命提高20％，而金剛石消耗減少30％。

實(shí)施例2：鉆齒連同基體一體化燒結(jié)成型

重復(fù)實(shí)施例1，不同的是：

步驟1)中，各粉料的具體配方為：

①含有超硬磨粒的工作料的配方：40wt％fe+18wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+4wt％cusn15+5wt％mn，超硬磨粒為20％(砂輪濃度制)的金剛石。

②含聚晶碎粒的保徑料的配方：40wt％fe+38wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+5wt％mn，聚晶碎粒濃度為30％(砂輪濃度制)；

③結(jié)合料的配方：40wt％fe+18wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+4wt％cusn15+5wt％mn；

步驟2)中，將含有超硬磨粒的工作料和結(jié)合料制作成在高度方向上具有由工作層2-1和結(jié)合層2-2組成的雙層結(jié)構(gòu)且上、下端面均為圓形的鉆進(jìn)工作條狀坯2，如圖3所示；在制作時(shí)，控制鉆進(jìn)工作條狀坯2的工作層2-1(含超硬磨粒)高度在10-50mm之間，結(jié)合層2-2高度在6-10mm之間；

步驟4)中，采用鉆齒連同基體4一體化燒結(jié)成型的方式，其中一體化燒結(jié)成型如圖6所示，具體地，將基體4與鉆進(jìn)工作條狀坯2和聚晶保徑條狀坯1、水口填充輔料(經(jīng)燒結(jié)后形成水口6)裝入一體化燒結(jié)石墨模具5中完成燒結(jié)(燒結(jié)溫度980℃，燒結(jié)壓力40mpa，保溫保壓時(shí)間5min)；

在一體化燒結(jié)成型時(shí)，水口填充輔料的配方為：40wt％fe+18wt％663cu+10wt％co+7wt％ni+4wt％cusn15+5wt％mn。