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1、论文毕克勇杨大洲 第5 6 期 大口径钢板取芯用工程钻头的研制2 0 0 0 年1 0 月 大口径钢板取芯用工程钻头的研制 毕克勇杨大洲辽宁金刚石有限责任公司辽宁1 1 5 0 0 7 1 前言 安徽某公司因设计和施工的要求，需在 直径4 0 0 1 8 0 0 m m 大型输水、气、油管路 上进行径向开孔p 1 0 0 4 0 0 m m ，以构成三 通形式。管路的材料为混凝土、铸铁、钢三 种。用普通工程钻头在对付混凝土管时显得 游刃有余对付铸铁管也勉强适用，而在对付 钢管时则完全束手无策了。改用合金片钻头 也因设备条件限制而无法使用。针对该客户 的施工和设备特点，设计制造了一种金刚石 一出
2、N 复合工程钻头，经现场使用，取得良好 的使用效果。在此，将钻头设计中体现的对 加工极弱研磨炷材料金刚石工具设计的理解 和认识作一个总结，供业内同行借鉴与参考。 2 设计原理 金刚石类工程钻头的钻进过程实际是对 被加工件的磨削过程。从被磨削材料角度上 看，钢属极弱研磨性的强韧性材料，该性质决 定了它对钻头胎体磨损很小，且易堵塞磨削 面。一般说来，针对类似极弱研磨性材料的 金刚石钻头设计有两种思路：其一是选用粗 粒度( 4 0 5 0 以上) 优质金刚石单晶，以非耐 磨材料为胎体的设计，期望以金刚石的优质 减缓切刃的磨损；以粗粒度实现高出刃，改善 排屑、提高时效；以胎体的低耐磨性加强钻头 的自锐
3、性能。这种思路适于研磨性弱，同时 对金刚石损伤相对不大的材料的钻头设计， 比如细粒致密但不很坚硬的岩石等。钻头是 否理想取决于金刚石相对被加工材料是否有 足够的抗压、抗冲击强度。该设计顺应了客 户“高效、低耗”的需求，是金刚石工具发展的 方向；另一种思路则是选择细粒度金刚石，并 配以更低耐磨性的胎体；希望在金刚石有效 磨削的同时，通过胎体的迅速被磨损使被磨 钝切刃的细颗粒金刚石及时脱离磨削面，以 保持磨削的连续进行这种自锐陛要比粗粒 磨料的设计好很多，并且由于颗粒数的大量 增加使钻头寿命下降不明显。这种设计适用 于研磨性弱，同时对金刚石损伤相对较大的 材料比如坚硬且致密的岩石、玻璃等。 设计用
4、于钢板取心的金刚石钻头，第一 种思路难以实现理想的使用性能。因为F e 元素在熔融状态下是碳的溶剂，加工钢时磨 削区的局部高温将使金刚石中碳原子易于溶 入钢组织中，从而使切刃变钝，而大颗粒叉使 金刚石难以及时脱落、F e c 的亲合促进了 铁屑在金刚石表面的粘连，最终导致钻头困 金刚石抛光u 、表面堵塞而提前报废。相比较 而言，第二种思路则有可能行的通：以对F e 稳定的c B N 单晶代替部分细粒金刚石，延长 了磨削面上切刃的总体寿命；结合剂配方适 当调整合金元素配比，兼顾胎体的强度和脆 性。基于这种考虑设计制造了新的工程钻 头。 3 钻头的制造与使用 3l 钻头的制造 ( 1 ) 磨料：以
5、6 0 7 0 、7 0 8 0 粒度的金刚石 c B N 混型料、浓度2 0 ( 体积) 。 ( 2 ) 结合剂配方：N i 、C o1 0 1 5 、s n 、 Z n 、石墨、1 0 1 5 余量c u 。 ( 3 ) 制作工艺：7 5 06 C 、1 5 0 k g c m 2 热压成 型用镶焊排布在钢基体上。 3 2 钻头的使用 论文工业金刚石第5 6 期 ( 1 ) 设备：为该公司自行开发的钻机，体径矽4 0 0 m m 。 积小、重量轻，钻头转速8 0 0 r m i n ，手轮加 33 使用效果 压，充分水冷。对三种不同设计的工程钻头进行了使用 ( 2 ) 3 2 件：卷焊钢管
6、：壁厚1 0 1 2 m m ，直性能的对比，如表1 所示： 表1 - - 种不同工程钻头性能对比 寿命( 钻探) f i l m 钻l O m m 即固磨削面 堵塞严重而停用 操作性能钻进稳定阻力小稳定性差，阻力大 钻进中阻力大，并且设备 振动大无法钻进 从以上对比效果可以看出，特制的钻头 在使用性能上明显优于另两种钻头，使原本 无法进行的施工变得轻而易举。另外，合金 片钻头可以在手动旋转、自动进刀的设备上 使用并取得较好的效果说明不同加工工艺 对工具使用性能的影响是相当大的。 4 结论 对弱研磨性材料加工用的金刚石工具制 造有几种不同的工艺，细粒度磨料、低耐磨性 胎体的工艺满足钢板取心用钻头的使用要 求。
