專利名稱：聚晶金剛石噴嘴的加工方法及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種機(jī)械加工工具的加工方法及采用該方法制造的產(chǎn)品，具體涉及一種聚晶金剛石噴嘴的加工方法及用該法制作的噴嘴。
背景技術(shù)：
在對金屬表面噴砂噴丸加工過程中，目前廣泛使用的是氧化鋁陶瓷噴嘴、硬質(zhì)合金噴嘴或碳化硼噴嘴，由于噴射材料硬度高，所以噴嘴的的消耗量很大，需要經(jīng)常更換噴嘴。聚晶金剛石(或稱金剛石多晶)是一種由金剛石微粉與少量結(jié)合劑在高溫高壓下燒結(jié)成的材料，用這種材料制成的聚晶金剛石噴嘴硬度高，耐磨性能好，壽命是碳化硼噴嘴的5-10倍，是硬質(zhì)合金噴嘴的50-200倍，但加工難度很大，例如要在聚晶金剛石上打一個直徑5-10毫米，深20毫米以上的孔，用普通機(jī)械加工方法幾乎是不可能的，而采用電火花加工法或激光加工法，要加工一個帶孔的聚晶金剛石坯要付出很大的代價，所以使聚晶金剛石噴嘴的廣泛應(yīng)用遇到難以逾越的障礙。87101729專利公開了兩種加工金剛石噴嘴的方案一種方案是將單晶金剛石粉與金屬粉混合后通過傳統(tǒng)粉末冶金方法燒結(jié)在一起，這實際上是用金屬包裹單晶金剛石顆粒，一旦金屬結(jié)合相被磨損掉，金剛石顆粒也將脫落，金剛石顆粒的高耐磨性無法完全體現(xiàn)，效果較差；另一個方案是用多節(jié)聚晶金剛石圍合成一個圓孔，聚晶金剛石節(jié)塊的固定仍然靠金屬相，因此第一方案的缺陷依然存在，而且圍合成的圓孔實際上是一個類圓孔，一節(jié)節(jié)聚晶金剛石相接是不連續(xù)的。該方法雖然避開了聚晶金剛石加工的難題，但這樣的噴嘴產(chǎn)品也很不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種易于實施的聚晶金剛石噴嘴的加工方法及采用該法加工的產(chǎn)品。
解決上述問題的方法是將添加了結(jié)合劑的金剛石粉置于組裝塊中用高溫高壓燒結(jié)成聚晶金剛石噴嘴坯體，其特征在于在燒結(jié)坯體前，先用易于加工、并對嘴芯燒結(jié)無妨礙的的預(yù)埋材料按噴嘴內(nèi)孔形狀尺寸壓制成預(yù)埋件，將預(yù)埋件置于高壓合成前的立體組裝塊中心位置，將所述添加了結(jié)合劑的金剛石粉填充于組裝塊內(nèi)預(yù)埋件周圍的空間里，經(jīng)超高溫高壓燒結(jié)成帶中心孔預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石噴嘴坯體，然后用穿孔加工方法去除預(yù)埋件體部分，并使孔徑達(dá)到噴嘴孔徑要求。
上述易于加工的預(yù)埋材料可以是易于機(jī)加工的，和/或易于電火花加工的，和/或易于激光加工的材料等，所以經(jīng)高溫高壓燒結(jié)后，可采用相應(yīng)的機(jī)加工和/或電火花加工和/或激光加工等穿孔方法對預(yù)埋區(qū)進(jìn)行加工。
所述“對嘴芯燒結(jié)無妨礙”，是指本發(fā)明在選擇預(yù)埋材料時，考慮到該預(yù)埋材料要與金剛石及結(jié)合劑一起燒結(jié)，所以所選擇的材料應(yīng)在高溫高壓下不影響金剛石和結(jié)合劑的正常燒結(jié)，并要保持與噴嘴材料有相近的收縮率。例如若預(yù)埋材料采用過低熔點的金屬，則會在升溫過程中，當(dāng)結(jié)合劑還未熔化時，低熔點金屬會先熔化滲入噴嘴燒結(jié)料中，使噴嘴燒結(jié)后的性能下降；又如若預(yù)埋件與噴嘴燒結(jié)時收縮率差異過大，有可能導(dǎo)致預(yù)埋件的收縮膨脹與噴嘴芯部分相差太大，使嘴芯開裂、變形，因此選擇預(yù)埋材料時，要考慮上述影響聚晶金剛石燒結(jié)質(zhì)量的因素。通?？墒褂门c噴嘴芯結(jié)合劑相同類型的原料作預(yù)埋材料，適當(dāng)增大個別組分比例，來提高預(yù)埋件的易加工性，同時注意適當(dāng)?shù)氖湛s率，這樣比較簡便可靠，而且不會防礙噴嘴芯的燒結(jié)。
本發(fā)明的進(jìn)一步方法是將金屬或非金屬外套面接觸緊配合地套在加工好內(nèi)孔的聚晶金剛石噴嘴體外。
上述金屬外套可以是不銹鋼、普通碳素鋼或合金鋼、銅及其合金、鋁及其合金、硬質(zhì)合金等，非金屬外套可以是尼龍、塑料、硬橡膠等材料，外套壁厚通常在1毫米以上，與聚晶金剛石噴嘴嘴芯的連接方法可以是過盈緊配合法連接、釬焊方法連接或粉末冶金熱壓鑲嵌法連接。
本發(fā)明的再進(jìn)一步方案是將若干片加工好相同孔徑內(nèi)孔的聚晶金剛石噴嘴芯片軸向面接觸疊加連接在一起，面接觸緊配合地嵌入金屬外套內(nèi)。
上述軸向面接觸疊加連接在一起的聚晶金剛石片可用粘合劑粘合連接。
本發(fā)明采用的設(shè)置預(yù)埋區(qū)的方法使聚晶金剛石噴嘴的加工變得簡單易行，并降低了加工成本。
本發(fā)明方法的進(jìn)一步方案在聚晶金剛石噴嘴外套有金屬或非金屬外套，一方面是只需用簡單的機(jī)加工方法即可使噴嘴達(dá)到精確的外形尺寸要求，另一方面可對聚晶金剛石噴嘴起到很好的保護(hù)作用。
本發(fā)明方法的再進(jìn)一步方案采用的疊層組合噴嘴的方法，使特長聚晶金剛石噴嘴的加工成為可能。


圖1、本發(fā)明產(chǎn)品實施例1拆分狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖、圖2、本發(fā)明產(chǎn)品實施例2拆分狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意3、本發(fā)明產(chǎn)品實施例3結(jié)構(gòu)示意圖1-聚晶金剛石噴嘴 2-金屬外套 3-帶錐面的金屬封口環(huán)具體實施方案實施例一1、將金屬鎳粉與金剛石粉混合，鎳含量為55％wt(通常鎳含量大于40％wt時，易于進(jìn)行電火花加工)，將混合粉末壓成直徑為6毫米、長度為30毫米的圓棒作預(yù)埋棒；2、把預(yù)埋棒固定在高壓合成前的組裝塊中心軸線上，預(yù)埋棒外圍填充滿含20％金屬鎳粉的金剛石混合粉末，經(jīng)過6萬大氣壓、1500℃的超高壓高溫?zé)Y(jié)，得到帶預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石坯體，此時預(yù)埋區(qū)的直徑小于6毫米；3、用研磨機(jī)將聚晶金剛石坯體兩個端面磨平整，用無心磨床磨加工外圓，外圓直徑為14mm，長25mm；4、在電火花穿孔機(jī)上用6mm的紫銅電極將中心金屬含量高的區(qū)域打穿，加工得到6mm內(nèi)徑的聚晶金剛石噴嘴嘴芯；5、如圖1，將穿過孔的聚晶金剛石嘴芯1緊配合壓入不銹鋼外套2，然后將帶斜錐面的不銹鋼環(huán)3緊配合壓入不銹鋼外套。用車床對不銹鋼外套加工至指定尺寸，外徑20毫米、總長35毫米。
通常若壓制預(yù)埋件的尺寸與噴嘴內(nèi)徑相同，經(jīng)高溫高壓燒結(jié)后，預(yù)埋件的直徑會略有縮小，所以可為穿孔保留一定的加工余量，略微去除一點聚晶金剛石孔壁，即可達(dá)到噴嘴孔徑要求，并保證孔壁部分均為高硬度、高耐磨性能的聚晶金剛石材質(zhì)。
將本例聚晶金剛石噴嘴與同規(guī)格的硬質(zhì)合金噴嘴、碳化硼噴嘴進(jìn)行對比試驗，用粒度24目綠碳化硅砂對硬度高的金屬表面進(jìn)行噴砂處理，硬質(zhì)合金噴嘴可使用8-10個工作班次；碳化硼噴嘴可使用70-80個工作班次；本例聚晶金剛石噴嘴可以使用到350-500個工作班次。
實施例二1、將金屬鐵粉末與碳化硅粉末混合，金屬鐵含量為35％wt(通常情況下，金屬鐵含量大于30％wt時易于進(jìn)行電火花加工)，再將混合粉末壓制成直徑10毫米、高6毫米的圓棒用作預(yù)埋棒；2、把預(yù)埋棒固定在高壓合成前的組裝塊中心，外圍填充滿金剛石粉末，在金剛石粉和預(yù)埋棒上面放上金屬鈷片，經(jīng)過6萬大氣壓、1450℃的超高壓高溫?zé)Y(jié)，得到帶預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石噴嘴坯體，此時預(yù)埋區(qū)的直徑小于10毫米；3、用研磨機(jī)將5片上述聚晶金剛石噴嘴坯體兩端面磨平整，用無心磨床磨其外圓，每片嘴芯的外徑為14毫米、高5毫米；4、在電火花穿孔機(jī)上用10毫米的紫銅電極將中心金屬含量高的區(qū)域打穿，得到10毫米內(nèi)孔的聚晶金剛石嘴芯；5、參見圖2，將五片穿過孔的聚晶金剛石噴嘴1芯片用AB膠粘合連接，粘結(jié)時用直徑10毫米的石墨棒將五片芯片穿在一起，以保證五片芯片的的中心孔對齊，將粘牢的組合噴嘴芯緊配合壓入黃銅外套2，再將帶斜錐面的黃銅環(huán)3緊配合壓入黃銅外套，用車床對外套加工至指定尺寸。
實施例三1、將金屬鎳粉、銅粉與金剛石粉末混合，為易于電火花加工，其中金屬粉總含量應(yīng)大于40％wt，本例為45％wt，用模具將混合粉末分別壓成直徑12毫米、長30毫米的圓棒和一端直徑20毫米、另一端直徑7.2毫米、高12毫米的錐面體各一件用作預(yù)埋件；2、將預(yù)埋件放在高壓合成前的組裝塊中心，外圍被含12％wt的硅、3％wt的鈦的金剛石混合粉末包圍，經(jīng)過6萬大氣壓、高于1500℃的超高壓高溫?zé)Y(jié)，得到帶預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石噴嘴坯體；3、用研磨機(jī)將得到的聚晶金剛石噴嘴坯體兩端面磨平整，用無心磨床磨其外圓，噴嘴嘴芯的外徑為20毫米、長35毫米；4、在電火花穿孔機(jī)上用6毫米的紫銅電極將中心金屬含量高的區(qū)域打穿，得到6毫米內(nèi)孔的聚晶金剛石；再用帶指定角度的電極對已穿孔的聚晶金剛石坯體旋轉(zhuǎn)打出錐面，得到整體聚晶金剛石噴嘴。
實施例四1、將金屬鎳粉與碳化硅微粉混合，鎳含量為55％wt(通常鎳含量大于40％wt時，易于進(jìn)行激光加工)，將混合粉末壓成直徑為10毫米、高度為6毫米的圓片作預(yù)埋片；2、把預(yù)埋片固定在高壓合成前的組裝塊中心軸線上，預(yù)埋片外圍填充滿含15％金屬鎳粉的金剛石混合粉末，經(jīng)過6萬大氣壓、1500℃的超高壓高溫?zé)Y(jié)，得到帶預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石坯體，此時預(yù)埋區(qū)的直徑略小于10毫米；3、用研磨機(jī)將10片上述聚晶金剛石噴嘴坯體兩端面磨平整，用無心磨床磨其外圓，每片嘴芯的外徑為25毫米、高5毫米；4、放在激光切割機(jī)上將中心金屬含量高的區(qū)域切除，加工得到10mm內(nèi)徑的聚晶金剛石噴嘴嘴芯；5、將穿過孔的聚晶金剛石嘴芯緊配合壓入不銹鋼外套，然后將帶斜錐面的不銹鋼環(huán)緊配合壓入不銹鋼外套。用車床對不銹鋼外套加工至指定尺寸，外徑35毫米、總長60毫米。
本方案主要適合大孔徑噴嘴的制作。
實施例五1、按實施例四中“1”、“2”步驟相同的方法得到片狀噴嘴芯。用研磨機(jī)將5片上述聚晶金剛石噴嘴坯體兩端面磨平整，用無心磨床磨其外圓，每片嘴芯的外徑為14毫米、高5毫米；2、在超聲波機(jī)上選擇管狀切割頭輔以金剛石磨料將中心金屬含量高的區(qū)域機(jī)械切除，加工得到6mm內(nèi)徑的聚晶金剛石噴嘴嘴芯；3、將穿過孔的聚晶金剛石嘴芯緊配合壓入尼龍外套，然后將帶斜錐面的尼龍環(huán)緊配合壓入尼龍外套。用車床對尼龍外套加工至指定尺寸，外徑20毫米、總長35毫米。
根據(jù)加工效率和加工精度的綜合要求，也可選擇機(jī)加工、電火花加工、激光加工中的兩或三種方法進(jìn)行組合加工。
本發(fā)明的聚晶金剛石可以是添加觸媒金屬作結(jié)合劑制得的生長燒結(jié)型聚晶金剛石(如實施例二)，也可以是添加強(qiáng)碳化物元素作結(jié)合劑制得的燒結(jié)型聚晶金剛石(如實施例三)。結(jié)合劑添加方法可以是粉末混入法，也可以是浸滲法，或者是金剛石粉表面鍍覆法。
本發(fā)明方法同樣適用于噴嘴之外聚晶金剛石產(chǎn)品的加工。
權(quán)利要求
1.聚晶金剛石噴嘴的加工方法，將添加了結(jié)合劑的金剛石粉置于組裝塊中用高溫高壓燒結(jié)成聚晶金剛石噴嘴坯體，其特征在于在燒結(jié)坯體前，先用易于加工、并對嘴芯燒結(jié)無妨礙的預(yù)埋材料按噴嘴內(nèi)孔形狀尺寸壓制成預(yù)埋件，將預(yù)埋件置于高壓合成前的立體組裝塊中心位置，將所述添加了結(jié)合劑的金剛石粉填充于組裝塊內(nèi)預(yù)埋件周圍的空間里，經(jīng)超高溫高壓燒結(jié)成帶中心孔預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石噴嘴坯體，然后用穿孔加工方法去除預(yù)埋件體部分，并使孔徑達(dá)到噴嘴孔徑要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚晶金剛石噴嘴的加工方法，其特征在于將金屬或非金屬外套面接觸緊配合地套在加工好內(nèi)孔的聚晶金剛石噴嘴芯外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚晶金剛石噴嘴的加工方法，其特征在于將若干片加工好相同孔徑內(nèi)孔的聚晶金剛石噴嘴芯片軸向面接觸疊加連接在一起，面接觸緊配合地嵌入所述的外套內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的聚晶金剛石噴嘴的加工方法，其特征在于所述易于加工的預(yù)埋材料為易于機(jī)加工和/或易于電火花加工和/或易于激光加工的材料。
5.聚晶金剛石噴嘴，其特征在于在聚晶金剛石噴嘴外，面接觸地緊配合套有金屬或非金屬外套。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚晶金剛石噴嘴，其特征在于所述的聚晶金剛石噴嘴是由若干片帶相同中心孔的聚晶金剛石片軸向面接觸疊加連接在一起組成。
全文摘要
聚晶金剛石噴嘴的加工方法及產(chǎn)品，其特征在于在燒結(jié)坯體前，先用易于加工、對嘴芯燒結(jié)無妨礙的預(yù)埋材料壓制成預(yù)埋件，將預(yù)埋件置于高壓合成前的立體組裝塊中心位置，再將添加了結(jié)合劑的金剛石粉填充于組裝塊內(nèi)預(yù)埋件周圍的空間里，經(jīng)超高溫高壓燒結(jié)成帶中心孔預(yù)埋區(qū)的聚晶金剛石噴嘴坯體，然后用穿孔加工方法去除預(yù)埋件體部分，并使孔徑達(dá)到噴嘴孔徑要求。本發(fā)明方法使聚晶金剛石噴嘴的加工變得簡單易行，并降低了加工成本。用本發(fā)明方法加工的帶外套的聚晶金剛石噴嘴具有易于精確加工外形尺寸、對噴嘴可有保護(hù)作用的優(yōu)點。
文檔編號B28B5/00GK1603077SQ200410091398
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者李尚劼 申請人:李尚劼