[发明专利]多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬磨料磨具领域，涉及多层钎焊金刚石小孔钻及其制作工艺。

背景技术

中国是陶瓷生产古国，陶瓷行业作为中国传统的优势产业，年产量和出口量均居世界第一位，生产的建筑陶瓷已占全世界的1/2，陈设艺术陶瓷占全球65%，日用陶瓷占世界总产量的70%左右。据预测，我国陶瓷总产量2015年将要达到110亿平方米，如果仍然按目前13.7亿的人口计算，届时人均陶瓷砖年拥有量可以达到7.08平方米。在诸多种类的陶瓷中，玻化砖的成分主要是石英和氧化铝，是瓷砖中最硬的一种，它是墙地装饰不可或缺的材料。用量巨大的玻化砖由于其具有硬度高、脆性大等特性，其钻孔工艺成了材料加工的一个难题，尤其是要求在没有冷却液条件下的钻削，亦是难上加难。

现有玻化砖钻孔工具以电镀和单层钎焊金刚石钻头为主，但是这两种工具受到其使用条件、使用寿命、锋利度、可靠性等诸多因素的影响，已经很难满足工业生产需求。

首先，电镀金刚石钻头的制作工艺是通过电化学沉积原理实现超硬磨粒的机械包埋，将磨料粘附在金属基体表面，从而形成钻削层。在钻削过程中，由于金刚石受电镀层的把持力较小，容易造成磨料易过早脱落等问题，直接影响钻头使用寿命。并且电镀金刚石钻头无法实现无冷却液条件下的钻削，此过程会在钻削区产生大量的热无法及时排出，从而导致钻头烧伤。

其次，钎焊金刚石工艺通过合金焊料中的强碳化物形成元素（如Ti、Cr等），在高温真空条件，使得钎料合金在金属基体表面由固态转变为液态，伴随着合金焊料的熔化、流淌、浸润、扩散等作用使得焊料在于金刚石磨料发生化学冶金作用的同时也牢固的焊接于金属基体，经过优化的冷却方式从而可以得到金刚石磨料几乎无强度损失的钻头。同时尤其合金焊料对金刚石磨粒的高强度把持，金刚石磨粒的平均出露高度可以达到其平均粒径的2/3，且在工作时不易脱落，解决了金刚石与焊料层之间的结合强度问题，使得钻头的锋利度和服役寿命相对电镀金刚石钻头显著提高。虽然单从钎焊金刚石钻头相对于电镀金刚石钻头有诸多优点，但是其依然要求在冷却液条件下工作，否则会出现和电镀金刚石钻头同样的烧伤问题，从而大大缩短钻头的使用寿命。

单层钎焊金刚石钻头钻削端面磨损经历了三个过程：初期磨损、稳定磨损和剧烈磨损，初始金刚石出露高度较高锋利度较好，随后进入磨削平台期，该过程金刚石不断的发生微破碎，持续出刃，钻头锋利度水平保持稳定；随着金刚石钻头进入剧烈磨损过程，金刚石出现大量随胎体脱落现象，金刚石破碎现象较为严重，最终磨料几乎全部随胎体脱落且钻头失效，整个过程金刚石磨粒的出露高度呈逐渐降低的趋势，进入剧烈磨损过程后，钻头锋利度明显降低，钻削效率降低，更容易造成钻头烧伤。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的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，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。

作为优选，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。

作为优选，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。

作为优选，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。

作为优选，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。

作为优选，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。

本发明的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；