中低温钎焊金刚石钻头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种中低温钎焊金刚石钻头，包括钢管，钢管焊接端的端面上开设有均布的水口，水口之间的端面上开设有均布的槽口，各槽口中心开设有圆口，钢管焊接端的外表面直径小于管壁外径而形成外台阶，内表面直径大于管壁的内径而形成内台阶，槽口深度、圆口深度、钢管焊接端内、外表面长度均相等且小于水口深度；制作方法为金刚石通过820℃～880℃的中低温钎焊于钢管焊接端的端面、外表面和内表面以及槽口和圆口内，所述钢管焊接端内、外表面上的钎焊料厚度与内、外台阶的宽度一致。本实用新型专利技术可以降低对金刚石的热损伤，增强了金刚石与胎体的结合强度，增大了出刃高度，从而提高了钻头的使用寿命，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及金刚石钻头，具体为一种中低温钎焊金刚石钻头。
技术介绍
目前，金刚石工具的制作方法主要有电镀、烧结、钎焊三种类型。电镀金刚石工具是依靠镀层机械包埋镶嵌金刚石，金刚石与镀层界面上结合强度特别低；烧结金刚石工具是用金属粉末与金刚石混合压制烧结而成的，在孕镶金刚石与胎体金属粉料界面上不浸润，结合强度也比较低。这两种工具的金刚石磨料在重负荷作业时，都会由于把持力的不够而过早脱落，金刚石磨料利用率低，工具寿命比较短。为了解决电镀和烧结金刚石工具把持强度低，金刚石过早脱落的问题，近十多年来，国内外研究用钎焊法制作金刚石磨料工具，由于金刚石磨料会与熔化钎料中的活性元素(如Cr、Ti等)发生反应，该反应改善了熔化钎焊组分对金刚石磨料表面的润湿爬升能力，增强了结合剂和金刚石磨料之间的兼容性，提升了附着粘结强度，解决了工具上金刚石磨料把持力不够的问题，促进了钎焊金刚石工具的广泛应用，市场占有率正逐渐提升。因单层钎焊金刚石工具制作容易，目前，材料加工领域以单层钎焊金刚石工具为主，但是这些单层金刚石工具在使用过程进入后期时，钻头的锋利度会明显下降，影响钻进效率，同时单层钎焊的工具寿命也比较低，这些问题制约了钎焊金刚石工具在加工领域的迅速推广。常规法制作的多层钎焊孕镶金刚石钻头，由于钎料包裹金刚石太厚，金刚石出刃困难，影响钻头的钻进效率。现有技术中的钎焊方法，由于钎焊温度较高，对金刚石的热损伤仍然比较严重，而且在金刚石膜层中容易残留有气孔，产品的成品率较低。例如，中国专利技术专利CN104608062A公开了《多层出刃钎焊金刚石薄壁钻头及其制作方法》，其技术方案采用优化结构的钻头基体和采用有机高分子冷却材料等，提高了钻头的使用寿命，摒弃了复杂的冷却系统，保证了钻削过程稳定和高效率。但该专利技术公开的是一种薄壁钻，限制了其使用范围，而且该专利技术是将压敏胶与合金焊料按体积比1:1调成膏状并均匀涂覆于焊接端，在涂覆的膏状合金焊料上均匀撒布一层金刚石磨料，由于压敏胶的加入，胎体中会存在气孔，导致胎体的致密度不够，影响胎体的强度；而且该专利技术是通过多次涂覆实现的多层出刃金刚石，影响生产效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出了一种延长钻头寿命、提高钻进效率的中低温钎焊金刚石钻头。能够解决上述技术问题的中低温钎焊金刚石钻头，其技术方案包括钢管，所不同的是所述钢管焊接端的端面上开设有横贯管壁且均布的水口，相邻水口之间的端面上开设有横贯管壁且均布的槽口，各槽口中心的端面上开设有圆口，所述钢管焊接端的外表面直径小于管壁外径而在两者之间形成外台阶，钢管焊接端的内表面直径大于管壁的内径而在两者形成内台阶，所述槽口深度、圆口深度、钢管焊接端内、外表面长度均相等且小于水口深度；金刚石通过中低温钎焊料(钎焊粉料、钎焊剂和金刚石按照一定的浓度比例混合均匀)钎焊于钢管焊接端的端面、外表面和内表面以及槽口和圆口内，所述钢管焊接端内、外表面上的钎焊料厚度与内、外台阶的宽度一致，钢管焊接端端面的钎焊料厚度小于焊接端内、外表面上的钎焊料厚度；所述中低温钎焊料的钎焊温度为820℃～880℃。进一步，所述钢管的直径为30mm～150mm，管壁厚度为4mm～15mm；所述水口为4个～12个，深度为8mm～18mm，宽度为4mm～8mm；相邻水口之间的槽口为3个～10个，深度为6mm～16mm，宽度为0.6mm～2.0mm；所述圆口的深度为6mm～16mm，直径为2.0mm～4.0mm；内、外台阶的长度为6mm～16mm，宽度为0.5mm～1.5mm。更进一步，所述钢管焊接端端面的钎焊料厚度为0.2mm～0.8mm。本技术的有益效果：本技术通过优化钢管钢体的结构设计和改善钎料两方面对钎焊多层金刚石钻头进行改进，可以实现一次成型多层出刃的金刚石，金刚石的热损伤比较低，金刚石与钎焊料胎体之间的结合强度高，保证了金刚石的出刃高度，同时提高钻进效率，延长钻头的使用寿命。附图说明图1是本技术的钎焊钻头的结构示意图。图2是图1的俯视图(去除钎焊层)。图号标识：1、钢管；2、水口；3、槽口；4、圆口；5、外台阶；6、内台阶；7、刀齿。具体实施方式下面结合附图所示实施方式对本技术的技术方案作进一步说明。本技术中低温钎焊金刚石钻头的基体为钢管1，所述钢管1的直径为36.5mm，厚度为7.5mm；所述钢管1的一端为焊接端(管壁向内局部增厚)，另一端为连接端，钢管1焊接端的端面上向内均匀切割出4个横贯管壁的水口2(深度为10mm，宽度为6mm)，相邻水口2之间的部分为钻头的刀齿7，所述刀齿7上均布开设有3条横贯管壁的槽口3(1.0mm宽，深度为8.0mm)，于各槽口3的中心在刀齿7上开设圆口4(直径3.0mm，深度为8.0mm)；将焊接端的管壁外径车小1.0mm(单边)而成为焊接端的外表面，焊接端外表面与管壁外径之间形成宽度为1.0mm的外台阶5，将焊接端的管壁内径车大1.0mm(单边)而成为焊接端的内表面，焊接端内表面与管壁内径之间形成宽度为1.0mm的内台阶6，焊接端内、外表面的长度为8.0mm，如图1、图2所示。以上述钢管1为基体的中低温钎焊金刚石钻头的制作方法，其工艺步骤为：1、钎焊用钢管1的加工。①、首先加工钢管1的焊接端——在车床上将钢管1焊接端管壁的外径车小而成为焊接端外表面，焊接端外表面与管壁外径之间形成外台阶5，将管壁的内径车大而成为焊接端内表面，焊接端内表面与管壁内径之间形成内台阶6，焊接端内、外表面的长度相等，均为8.0mm，宽度为1.0mm。②、用线切割机床在钢管1焊接端的端面上均匀切割出横贯管壁的4个水口2(深度为10mm，宽度为6mm)，相邻水口2之间为钻头的刀齿7。③、在各刀齿7上(即焊接端的端面上)均匀切割出横贯管壁的3条槽口3(深度为8.0mm，宽度为1.0mm)。④、在电火花成型机上，对应于各槽口3的中心于刀齿7上加工出圆口4(深度为8.0mm，直径为3.0mm)。2、将钢管1的焊接端进行去毛刺、除油、喷砂以及钎焊面的粗糙化处理，所述钎焊面为焊接端的端面、台阶面、外表面和内表面以及槽口3和圆口4的内侧面。3、将中低温钎焊料和金刚石通过钎焊剂直接混合均匀调成膏状(不用通过有机胶来粘结金刚石，保证了胎体的强度)，区分好用于槽口3、圆口4与端面及内、外表面的钎焊料成分，所述钎焊料组成和含量分别为Sn：7.5wt％～12.5wt％，Ag：6.5wt％～11.5wt％，Ti：3.5wt％～8.5wt％，Cr：0.5wt％～2wt％，Si：0.5wt％～1.5wt％，余量为Cu，所述钎焊料中含有强碳化物形成元素Ti等，提高了钎焊料对金刚石的结合把持强度，钎焊料中不含有合成金刚石的触媒元素Ni、Co、Fe等，可以降低金刚石的石墨化；所述凹槽3和圆孔4内装填的钎焊料和金刚石采用较软的胎体成分和较粗的金刚石粒度，保证钻头的钻进效率；所述焊接端端面及内、外侧面涂覆的钎焊料与金刚石采用耐磨性较好的胎体成分和较细的金刚石粒度，起到增强耐磨层、保护钻头尺寸的作用。4、将调制好的钎焊料分别装填到槽口3和圆口4内以及涂覆在焊接端的端面(0.5mm厚)及内、外表面上，焊接端内、外表面上的钎焊料厚度(1.0mm)平齐对应的台阶面，所述的涂覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
中低温钎焊金刚石钻头，包括钢管(1)，其特征在于：所述钢管(1)焊接端的端面上开设有横贯管壁且均布的水口(2)，相邻水口(2)之间的端面上开设有横贯管壁且均布的槽口(3)，各槽口(3)中心的端面上开设有圆口(4)，所述钢管(1)焊接端的外表面直径小于管壁外径而在两者之间形成外台阶(5)，钢管(1)焊接端的内表面直径大于管壁的内径而在两者形成内台阶(6)，所述槽口(3)深度、圆口(4)深度、钢管(1)焊接端内、外表面长度均相等且小于水口(2)深度；金刚石通过中低温钎焊料钎焊于钢管(1)焊接端的端面、外表面和内表面以及槽口(3)和圆口(4)内，所述钢管(1)焊接端内、外表面上的钎焊料厚度与内、外台阶(6、5)的宽度一致，钢管(1)焊接端端面的钎焊料厚度小于焊接端内、外表面上的钎焊料厚度；所述中低温钎焊料的钎焊温度为820℃～880℃。

【技术特征摘要】
1.中低温钎焊金刚石钻头，包括钢管(1)，其特征在于：所述钢管(1)焊接端的端面上开设有横贯管壁且均布的水口(2)，相邻水口(2)之间的端面上开设有横贯管壁且均布的槽口(3)，各槽口(3)中心的端面上开设有圆口(4)，所述钢管(1)焊接端的外表面直径小于管壁外径而在两者之间形成外台阶(5)，钢管(1)焊接端的内表面直径大于管壁的内径而在两者形成内台阶(6)，所述槽口(3)深度、圆口(4)深度、钢管(1)焊接端内、外表面长度均相等且小于水口(2)深度；金刚石通过中低温钎焊料钎焊于钢管(1)焊接端的端面、外表面和内表面以及槽口(3)和圆口(4)内，所述钢管(1)焊接端内、外表面上的钎焊料厚度与内、外台阶(6、5)的宽度一致，钢管(1)焊接端端面的钎焊料厚度小于焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃怀鹏，罗文来，李运海，骆颖，张延军，杨理清，
申请(专利权)人：桂林特邦新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：广西;45