[发明专利]多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法

权利要求书

1.一种多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，包括金刚石、合金焊料和金属基体，其特征在于：所述金属基体包括焊接端和钻机连接端，所述焊接端的顶端具有端部凹槽，所述焊接端的周面上具有侧周凹槽，所述金刚石通过合金焊料焊接于焊接端表面及端部凹槽和侧周凹槽内，所述金属基体内部填充有机高分子冷却材料。

2.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述端部凹槽是均匀分布的2~8个，形状为矩形、梯形、楔形、三角形、半圆形中的一种或几种的组合，所述端部凹槽的深度为0.5mm~5mm。

3.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述侧周凹槽是均匀分布的2~8个，截面形状包括矩形、半圆形、梯形、三角形的一种或几种的组合，所述侧周凹槽的深度为0.3mm~2mm。

4.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述端部凹槽的深度为排布于其中的金刚石磨料平均粒径的3~5倍。

5.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述有机高分子冷却材料包括以下体积份数的组分：固态石蜡85-95份，阻流剂1-10份，纤维材料1-10份。

6.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述钻头端面的动态有效磨粒数N=1~4颗

                            (1)

式中：V_W进给速度，n钻头转速，[a_g]单颗磨粒平均切削厚度的经验数据。

7.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：所述多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头在钻削过程中具有以下磨损特性：

（1）钻削第一阶段，钻头焊接端顶端表面焊接的金刚石起钻进的主导作用，经历初期磨损、稳定磨损、剧烈磨损三个过程，第一层钎焊金刚石失效，钻头寿命达到单层钎焊金刚石钻头相当水平；

（2）钻削第二阶段，该阶段与步骤（1）中剧烈磨料过程同时发生，即焊接端的端部凹槽内第一层金刚石磨料出露并开始经历初期磨损过程，从而保证该钻削阶段钻头锋利度水平；

（3）钻削第三阶段，焊接端的端部凹槽内第一层金刚石磨料经历稳定磨损过程，同时焊接端无金刚石磨料涂覆部分同步磨损；

（4）钻削第四阶段，焊接端的端部凹槽内第一层金刚石磨料经历剧烈磨损过程，焊接端的端部凹槽内第二层金刚石磨料出露并开始经历初期磨损过程，保证钻削该阶段钻头锋利度水平；

（5）钻削第三阶段和第四阶段循环，通过焊接端的端部凹槽的深度和金刚石磨料用量控制凹槽内金刚石层数，保证金刚石钻头超长使用寿命和钻削过程稳定性。

8.根据权利要求7所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头，其特征在于：钻削进入第二阶段后，金属基体与磨料层同步磨损；在钻削所有阶段内，侧周凹槽起到排屑换热作用，钻头内部填充的有机高分子冷却材料在钻削区温度高于预定温度通过液化和汽化的相变进行热交换。

9.根据权利要求1所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将金属基体进行去油、去毛刺、喷砂及焊接端表面毛糙化处理；

（2）在金属基体焊接端的端部凹槽均匀涂覆压敏胶并排布金刚石磨料；

（3）将压敏胶与合金焊料按体积比1:1调成的膏状并均匀涂覆于焊接端；

（4）在涂覆的膏状合金焊料上均匀撒布一层金刚石磨料；

（5）待合金焊料经过充分风干硬化后送入真空炉内进行热处理；

（6）热处理过程结束后，将熔为液态的有机高分子冷却材料灌入金属基体内部的空腔中，待其冷却固化后制作完成。

10.根据权利要求9所述的多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中所涂覆的膏状合金焊料的厚度为其表面撒布金刚石磨料平均粒径的1.5~3倍。