一种聚晶金刚石复合片钻头底模模具的制造方法技术

一种聚晶金刚石复合片钻头底模模具的制造方法。主要解决现有钻头底模模具制造方法中存在的普通机床加工和人工修模模具精度低、劳动强度大、工作效率低、制模成本高的问题。其特征在于：将钻头底模模具进行实体特征分解，分析特征之间的关联，由简单形状特征入手，逐步建立底模石墨毛坯特征、底模冠状特征、切削齿空间定位特征、替代齿特征，然后组合切削齿位置及替代齿特征，切除根据切削齿位置装配的替代齿，完成切削齿位置定位及铣窝形状的形成，而后根据底模排屑块尺寸建立截面形状形成水力结构，从而完成单刀翼底模特征建立，同理建立其它刀翼组合形成一个整体底模特征实体。具有模具精度高、制模成本低、生产效率高的特点。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钻头模具的数控制造方法，尤其是。
技术介绍
聚晶金刚石复合片钻头模具是由底模、中模、上模三部分组成，中模和上模设计、加工都很容易实现，但底模是具有复杂曲面特征的实体，钻头冠部形状参数、切削齿位置和方向参数、水力结构参数等都是通过底模的形状来保证的，因此，聚晶金刚石复合片钻头底模的设计和加工是聚晶金刚石复合片钻头模具设计和加工的关键。目前国内聚晶金刚石复合片钻头模具的形成主要有二种方法。第一种是普通车床车削形成钻头冠部形状，依靠分度头手工划线定位、普通铣床铣削完成切削齿和水眼的加工，再通过手工修模完成水力结构的造型等多道工序完成的。这种加工方法其缺点是设备的精度低、人为误差大，模具的一致性差、难以控制和保证质量，达不到设计的要求，工人劳动强度大、生产成本高、工作效率低。第二种是通过数控机床加工，首先是将聚晶金刚石复合片钻头切削齿和水眼的空间坐标计算出来，再人工转化成数控加工指令，利用数控机床进行加工，形成钻头的冠部形状和切削齿的定位，然后再手工修模或者粘上相应形状的水力结构，粘上以后再进行一定的手工修理，加以圆滑过渡最后形成模具。这种加工方法的缺点是并未实现完全意义上的数控加工，切削平面确立、过渡等过程仍需手工进行，同样存在人为误差，加工出的钻头底模模具精度低。
技术实现思路
为了克服现有的聚晶金刚石复合片钻头底模模具制造中存在的手工建模误差大、模具精度低、制造成本高的不足，本专利技术提供，该种聚晶金刚石复合片钻头底模模具的制造方法使得加工出的钻头底模模具能准确实现切削齿和水眼的定位、充分实现了设计的要求，模具精度高且可一次成形，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。本专利技术的技术方案是，该方法包括下述步骤(1)对聚晶金刚石复合片钻头底模模具进行实体特征分解，将其分解为底模石墨毛坯、聚晶金刚石复合片钻头冠部、单切削齿位置定位、单刀翼所有切削齿位置定位组合、替代齿即铣窝形状、排屑槽形状六个主要特征；(2)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的柱状石墨毛坯特征；(3)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的冠部特征；(4)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的替代齿特征；(5)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的切削齿空间定位特征；(6)利用具有特征建模功能的计算机应用软件切除根据切削齿位置装配的替代齿，形成模具齿窝；(7)利用具有特征建模功能的计算机应用软件根据底模排屑块尺寸建立第一、第二截面形状，确定拉伸距离后形成实体特征，切去上部特征后在各曲面之间加以圆滑过渡、倒角，至此完成钻头底模模具的一个刀翼形状；(8)依照上述步骤(4)至步骤(7)依次制作钻头底模模具其它三个刀翼形状；(9)将四个底模模具的刀翼形状用坐标系对齐组合，成为一个完整的聚晶金刚石复合片钻头底模模具形状；(10)调用建立的底模实体模型利用计算机辅助制造软件结合确定的加工工艺与制造参数生成可转换成五轴四联动数控机床程序的数字控制代码即NC代码，再进一步编辑修改成可以由数控机床接受的、能够实现加工目的的数控指令；(11)利用数控机床，运行数控加工程序，加工出模具底模。本专利技术具有如下有益效果应用本专利技术所提供的技术方案进行聚晶金刚石复合片钻头底模加工保证了钻头结构参数的加工，尤其是切削齿的分布位置及钻头切削齿各项角度参数，大大降低了人为误差，使其更能符合设计要求，能够准确实现切削齿和水眼的定位；模具形状可以充分实现设计的要求；通过设计好的底模形状可以“翻模”形成阳模，此阳模与实际聚晶金刚石复合片钻头极为相近，能更直观地观察和检验底模的设计效果，大大方便了设计者的参数调整，提高模具的设计质量；实现了聚晶金刚石复合片钻头模具加工数控化、自动化，模具一次成形减轻了工人的劳动强度、提高了工作效率，缩短新产品开发周期。附图说明图1为聚晶金刚石复合片钻头几何结构参数及坐标系统图具体实施例方式本专利技术的设计思想如下聚晶金刚石复合片钻头模具尤其是底模，它是具有复杂曲面特征的实体。普通机床加工和人工修模，人为误差大，产品一致性差，工人劳动强度大，难以控制和保证质量，达不到设计的要求，因此先进的制造加工技术就显得极为重要。为了提高模具的加工质量和提高生产效率，适应当今机械制造业计算机辅助设计和计算机辅助制造一体化发展的趋势，非常有必要对聚晶金刚石复合片钻头模具制造进行CAD/CAM一体化技术研究以实现通过计算机辅助设计来进行模具的三维造型而后利用此实体模型通过计算机辅助制造生成NC代码，结合具体的数控机床和加工工艺再进一步编辑修改成可以由数控机床接受的、能够实现加工目的的数控指令。利用具备五轴四联动和车、铣、钻功能的数控机床，运行数控加工程序，实现按照设计和工艺要求自动定位、进刀，集车模、划线、铣模、修模四道工序与一体，模具一次成形。基于上述考虑决定采用参数化设计，以实体模型取代线框模型和面模型，因为实体模型直观、真实，与生产中的产品非常接近。同时，实体模型具有质量、体积、质心和重心等物理属性，可以方便地对模型进行分析和制造等后续处理。尺寸驱动是参数化设计的重要特点。所谓尺寸驱动就是以模型尺寸来决定模型的形状，一个模型由一组具有一定相互关系的尺寸进行定义。设计者修改尺寸参数后，经过再生处理即可获得新的模型形状，直观快捷。这对习惯看图纸、用尺寸描述零件的工程人员来说很容易接受。对装配以及相互关系等进行合理抽象即可获得各种类型的特征，例如实体特征、曲面特征、圆孔特征、基准平面特征。一个大型模型可以看成是由多个不同种类的特征按照一定方式组合生成的。相对于线框模型、面模型以及实体模型，特征造型是把一些复杂的操作屏蔽起来，设计者只需要在绘制二维草图后通过旋转、拉伸、扫描等造型方法即可创建各类基础特征，然后在基础特征之上添加各类放置特征，如圆孔、倒角等特征，整个设计过程直观、简练。事实上，生产中对于结构形状比较定型的产品采取系列化、标准化就是参数化设计思想的典型应用。此外，参数化设计还有利于检查模型尺寸之间是否一致，模型上是否存在欠约束的情况，如果有，系统会适时给出相关提示。美国PARAMETER TECHNOLOGY COMPONY公司开发的Pro/E软件是第一套将参数化设计理论用于实际工程应用的软件，因此本技术方案选用其为应用工具。下面是一个具体应用Pro/E软件进行特征建模、计算机辅助制造，然后利用五轴车铣加工中心完成聚晶金刚石复合片钻头底模模具制造的实例(1)对聚晶金刚石复合片钻头底模模具进行实体特征分解，将其分解为圆柱石墨、聚晶金刚石复合片钻头冠部、单切削齿位置定位、单刀翼所有切削齿位置定位组合、铣窝形状、排屑槽形状六个主要特征。(2)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的柱状石墨毛坯特征，即利用PRO/E软件，在其特征选项下选用创建-实体-加材料-拉伸功能，根据毛坯尺寸画出一个圆，确定后输入拉伸距离，建立一个零件图，从而得到底模毛坯特征。(3)利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的冠部特征，即利用PRO/E软件用特征-创建-实体-剪切材料-旋转功能，根据钻头冠部尺寸草绘出冠部形状，旋转360度后，建立一个零件图，从而得到钻头冠部形状特征。(4)利用具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚晶金刚石复合片钻头底模模具的制造方法，其特征在于本制造方法包括以下步骤：（１）对聚晶金刚石复合片钻头底模模具进行实体特征分解，将其分解为底模石墨毛坯、聚晶金刚石复合片钻头冠部、单切削齿位置定位、单刀翼所有切削齿位置定位组合、替 代齿即铣窝形状、排屑槽形状六个主要特征；（２）利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的柱状石墨毛坯特征；（３）利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的冠部特征；（４）利用具有特征建模功能的 计算机应用软件建立钻头底模模具的切削齿空间定位特征；（５）利用具有特征建模功能的计算机应用软件建立钻头底模模具的替代齿特征；（６）利用具有特征建模功能的计算机应用软件切除根据切削齿位置装配的替代齿，形成模具齿窝；（７ ）利用具有特征建模功能的计算机应用软件根据底模排屑块尺寸建立第一、第二截面形状，确定拉伸距离后形成实体特征，切去上部特征后在各曲面之间加以圆滑过渡、倒角，至此完成钻头底模模具的一个刀翼形状；（８）依照上述步骤（４）至步骤（７）依次制 作钻头底模模具其它三个刀翼形状；（９）将四个底模模具的刀翼形状用坐标系对齐组合，成为一个完整的聚晶金刚石复合片钻头底模模具形状；（１０）调用建立的底模实体模型利用计算机辅助制造软件结合确定的加工工艺与制造参数生成可转换成五轴 四联动数控机床程序的数字控制代码，再进一步编辑修改成可以由数控机床接受的、能够实现加工目的的数控指令；（１１）利用数控机床，运行数控加工程序，加工出模具底模。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：国学臣，张川平，张治邦，
申请(专利权)人：大庆石油管理局，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]