钟罩炉氢气保护热压烧结金刚石薄壁钻头研究

金 元 素 之 间扩 散 。 同时 ，在 氢 气 保 护 下 避 免 了
石墨模具 的氧化 ，可 以大大提高模具 的使用寿 命。又 由于采用 了钻头钢体与金属粉末一次热
压 成 型 的工 艺 方 法 ，刀 头 与 钢 体 之 间 的金 属 原
子进行充分 的互扩散 ，形成 了冶金结合 ，提高
了两 者 之 间 的连 接 强 度 。该 方 法 是 在 大 容 积 的 炉膛 中进 行 的 ， 炉量 大 ， 而 提高 了生 产 效率 。 装 从
具 有 氢 气 保 护 的钟 罩 炉 中 。 由于 采 用 了氢 气 保 护 ，避 免 了金 刚 石 和 金 属 粉 末 的氧 化 ，还 可 使
钟罩炉氢气保护热压烧结金曩石薄壁钻头研
郑州机械所生产的 Ｔ 三维涡流混料机等 。 Ｍ
３ ３ 实验 方法 ．
按 ３ ８ 配方设计 的配 比称取各种金属粉 ９＃ 末和各粒度级别 的金 刚石 ，装入 ＴＭ 三 维涡流 混料机 中混合 ４ ｍｉ ，然后 加入成型剂再混合 ０ ｎ ３ｍｉ 。将混合 好的粉料按计算 好的重量精确 ０ ｎ
里 塾气 护 压 金 石 钻 研 塑 保 热 烧结 尉 薄壁 头 究
电动 工其 ２１） ０（ １４
钟罩炉氢气保护热压烧 结金 刚石 薄壁钻头研究
贾吉 刚 贾吉 强 高 国玮
（石 家庄 百特工 具有 限 公 司 石家 庄 ００ ０ ） ５８ ０
摘 要 在钟 罩炉中利用氢气保护进行热 压烧 结的工艺方法 ，对金 刚石薄 壁钻头进行 了有效地 试 验表明 ： 与高频焊接工 艺相 比 ，刀头 与钻头钢体的连接强 度明显增大 ，钻进速度 显著提高 ，使 用寿命有 所延长 ； 电阻整体热 压工艺相比 ，生产效率大大 提高 生产成本显著 降低 ，取得了较 与 好的技术经济效益。
关键 词 钟 罩炉 热压烧结 金刚石薄壁钻
１ 引言
随着 我国经济建设 的发展 ，近 年来可移动
式 电动 工 具 得 以广 泛 应 用 。其 中工 程 钻 机 的 产 量 迅 速 增 长 ，市 场 需 求潜 力 较大 。据 我们 对 工 程 钻 机 使 用 情 况 的调 研 ，其 主 要 质 量 问题 除钻
的制造 工艺主要有高频焊接法 、激光焊接法和
电 阻整体 烧 结 等方 法 。
齿数ｚ
热压烧结工艺不合理 ，不可靠 。因此 ，必须探
｝ ．
／ 二 ‘
—． ＼
Ｉ ＾
Ｉ
ｌ
Ｉ —Ｊ ｌ
Ｉ ｌ Ｌ ｌ
一
Ｉ Ｑ
－ ● ＿
＿
￣ ／ ／／／／／ ／
在一般 的中小型企业 中难 以普遍推广。 电阻整 体热压法 ： 是将金 刚石 与金属粉末
一
１ ３—
逻劫 工－ ０ （ ｔ ２１４ １）
的混合料 与钻头钢体 一起装入石 墨模具 中，在 电阻热压烧结机上一 次热压 成型。其特点是刀 头 与钢 体 连接 强 度 高 ，使 用 中不 易 掉 刀 头 ，但 由于 生产效率低 、功率 （ 能量 ）消耗大、石 墨 模 具 氧 化严 重 ，导 致 模 具 使 用 寿命 短 、模 具 费 用高。整体烧结法 也可在真空热压 烧结机 中进 行 ，虽 然克服了模 具氧化 问题 ，但 仍然存在生 产效率低、能量 消耗大及生产成本高等缺点。 根据对 上述三 种工 艺方法 的分析 和 比较， 可以看 出 ，整体烧结 法 比高频焊接法具有强度 高的优点 。为此 ，我们将此种工艺方法应用在
图 １所 示 。 目前 ，金 刚石 薄 壁 工 程 钻 头 所 采用
机本身 的制造质量外 ，最突 出的矛盾是 与钻机 配套使 用 的金 刚石 薄壁钻 头质量 尚存在 问题。 例如 ，不少钻头使 用时间不长就会 出现严重磨
损 和 刀 头 断 裂 甚 至 整 体 脱 落 。经 分 析 ，发 现 是
金刚石 刀头与钻杆加热融化焊接在一起 。与传 统的制造方法相 比具有加 热速度快 、焊接 强度 高 和 热 影 响 区 小 等 优 点 ，使 用 时 能 承 受 较 高 的 温度和 较大的冲击力 ，不易 出现刀头脱落 的情
况。 但激 光 设 备 多数 由 国外进 口 ， 格 十分 昂贵 ， 价
上
图１ 金刚石薄壁工程钻 头结 构示 意图
Ｄ一 钻头外径
卜 钻齿厚度 ，钻齿高度 Ｅ 钻杆厚度 ’ ＿ －
钻齿数量 三 钻头长度 一
高频 焊 接 法 ： 先 将 金 刚石 和 金 属 粉 末 的 是
激 光 焊 接 法 ：是用 能 量 密 度 高 的 激 光 束 将
混 合 料 装 入 石 墨 模 具 中在 电 阻热 压 烧 结 机 上 热
索 新 的烧 结 工 艺 ， 以确 保 刀 头 与钻 头Leabharlann Baidu 体 的 牢 固 连 接 。 经 摸 索 研 究 ，对 钻 头 的烧 结 工 艺 进 行
了相应的改进 ，收到较为理想的效果 。
２ 实验 方案 的选择
金 刚石 薄壁工程钻头 由接头、钻杆 、钢 体 及用粉末冶金方法制得 的金 刚石 刀头组成 ，如
压成 刀头，再用高频焊机利用银焊料 或铜焊料
将 刀头均 匀钎焊 到钻杆上 。 由于钎 焊强度 低 ， 加 之受感 应圈的形状 和工 装夹具精 度 的限制 ， 很难保证钻头 内外 圆的同轴度 。这样 ，在使用 中常会 出现刀头脱落和径 向跳动大 的现象 ，严 重影响钻进效率和使用寿命 ，退货率非常高。
３ 实验
３ １ 实验原 材料 ．
实验 所 采 用各 种 金 属粉 末 的技 术条 件 如 表 ｌ 。金 刚石 采用 国 内某 厂 家 生产 的粒 度 为
称 重，装入 已准备好 的高纯石 墨模具 中 （ 先装 过渡层粉料 ，再装工作层粉料 ） ，然后装入钻头
钢体 ，在小 型手动压机上 采用高度 限位法进行 预压 ，以保证各组装好 的模具高度一致 。最后 采用多摞多层叠装 的方法装入钟罩炉 中，装炉
方 式见 图 ２ 。
已被氧化 的金属粉末得 以充分地还原 ，利于合