金刚石钻头在烧结中常见事故分析及防范措施

【摘　要】　总结了热压法生产钻头常见的事故，并提出了防范措施。

【关键词】　钻头 事故 措施

1　前言

热压法生产的人造金刚石钻头，经常发生的事故是：钻头脱环，模芯上漂，炸模，喷粉等，这些事故严重影响了钻头的质量，加大了生产制造成本，是在生产过程中非常值得重视的问题。下面是笔者在二十几年的工作中总结出来的事故原因，并就其原因加以进一步分析及提出相应的防范措施，以便提高钻头质量，降低生产制造成本，减少不必要的损失，争取获得更大的利润。

2　常见事故分析及防范措施

2.1　钻头脱环的事故分析及防范措施

钻头脱环就是钻头胎体与钢体分离，分离的界限是胎体与钢体的连接部位。

（1）钻头脱环的事故分析：第一、钻头钢体端面不清洁，是发生钻头脱环的一个原因。由于钢体端面有油污、铁锈等污物，这些物质对于胎体与钢体进行热分子交换时起到了阻碍作用，致使胎体与钢体粘接不牢。第二、组装钢体时，在胎体粉料表面上有一层石墨粉或灰尘，也是钻头脱环的一个原因。第三、钢体端面内径没有进行倒角，在组装钢体时，钢体内径边缘尖角将模芯刮下一些石墨粉，掉入胎体粉料表面上，而使胎体与钢体粘接不牢。第四、胎体粉料不清洁，混入杂物，不但是脱环的一个原因，也会造成胎体性能的改变。第五、胎体粉料氧化，除影响包镶金刚石的能力外，也影响了胎体与钢体的粘接牢固度。第六、在烧结硬胎体钻头时，过早卸压出炉也是原因之一。第七、硬胎体钻头出炉后冷却速度过快，胎体内部产生应力集中，胎体发生裂纹，也将影响胎体与钢体的粘接强度。第八、在烧结过程中，由于某种原因造成温度不够，压力不足，胎体致密化不好，也是胎体脱环的一个原因。

（2）防范钻头脱环的措施：第一、钢体端面要处理清洁。在配模时钢体端面用锉、砂纸、锯条等清除铁锈和油污，使其端面粗糙，然后在组装前用丙酮清洗钢体端面。第二、组装前底模表面、内孔用吸尘器彻底清除石墨粉等杂物。第三、钻头钢体内径端面处一定要有倒角，处理钢体时要清除钢体内径的毛刺和尖角，防止组装时划破模芯。第四、要保持胎体粉料的清洁，散落弄脏的粉料不能再用。保存胎体粉料时要密封，使用时装粉料的器皿要加盖，防止灰尘落入。第五、混料前对各种金属粉料要进行观察，发现变色，结块时不能再用。第六、烧结钻头时，要严格按工艺要求进行，测温度、压力的仪器仪表出现问题时，要及时进行检修。

2.2　模芯上漂事故分析及防范措施

模芯上漂，即在烧结过程中，模芯向上位移，致使钻头报废。

（1）模芯上漂事故分析：第一、钢体内径与模芯配合过松，是产生模芯上漂的主要原因。由于模芯与钢体内径配合间隙大，模芯上下活动自由，当胎体融化时，由于压力作用溶液浸入模芯底部，迫使模芯上升，造成模芯上漂。第二、模芯与石墨唇垫配合间隙过大，也是模芯上漂的一个原因。第三、加全压时间过晚，也会导致模芯上漂。

（2）模芯上漂防范措施：第一、模芯与钢体内径配合间隙应在0.05—0.1mm之间。即用手可以压入，又不能自行脱出，模芯能自行脱出的不能使用。第二、模芯与唇垫配合要合适，即在公差范围内紧密配合。第三、在烧结过程中加全压应在650℃之时，不能拖后。

2.3　炸模的事故分析及防范措施

炸模，即在热压烧结过程中，底模炸裂致使钻头报废。

（1）炸模的事故分析：第一、钢体外径与底模配合间隙过小，由于二者线膨胀系数不同，在升温中必然炸模。第二、烧结过程中，模具位置处在了感应圈的下部，升温时钢体受热快而温度高，底模受热慢而温度低，即使配合间隙合适也易炸模。第三、烧结过程中升温速度过快，由于磁性作用也会产生钢体与模具升温不同步，造成炸模。第四、石墨本身有裂纹，在配模时又没有发现，也是炸模的一个原因。第五、石墨本身的抗压强度低或作为底模的石墨料直径不够大而导致炸模。因为底模所受侧压力是正压力的1/4左右，底模壁厚太薄也易炸模。

（2）防范炸模的措施：第一、钢体外径与底模的配合间隙是个关键，在配模时，要严格检查底模内径与钢体外径的尺寸是否符合图纸尺寸要求。第二、在烧结过程中，组装模具一定要置于感应圈中心，要严格控制升温速度，特别是20～600℃区间，不同规格钻头，升温速度应控制在3～10℃/s之间。第三、配模时要详细检查底模是否有裂纹，发生裂纹即报废，在退模时不要强敲硬摔，防止底模破损。第四、石墨抗压强度低于45MPa的一定不能作热压烧结的底模模具使用。同时做大直径钻头时要用石墨直径大些的石墨底模，一般石墨底模直径D=（1.8～2）倍的钻头规格直径。

2.4　喷粉的事故分析及防范措施

钻头喷粉，是指钻头在烧结升温过程中，胎体粉料由模具中喷出，造成钻头工作层粉料混乱。发生这种情况时，应立即关机，拿下组装模具，冷却后，将胎体粉料过筛，取出金刚石和聚晶，重新进行组装。

（1）喷粉的事故分析：第一、喷粉的原因主要是粉料、模具潮湿而致。喷粉多半发生在夏季潮湿季节，尽管模具经烘箱烘烤，取出后仍然在吸潮。第二、另一个原因是升温太快，产生气体多，排气不畅造成喷粉。第三、在混合有金刚石的粉料时，在润湿金刚石过程中甘油放的量过多也是喷粉的原因之一。

（2）防范喷粉的措施：第一、防止金属粉料受潮。金属粉料要密封保存，储存器内要放干燥剂。第二、要严格控制烧结时升温速度，一般应在2～3℃/s之间。第三、如果粉料受潮，在烧结时先不加预压，升温速度控制在2℃/s以下，让模具中气体缓慢排出，当温度达到300℃时（即钢体表面颜色开始发蓝时）加预压，再提高升温速度。第四、配好的底模、模芯、唇模垫应放在烘箱内进行干燥，而后再进行组装。第五、雨季组装好的钻头到烧结时的时间间隔不应超过4小时，以防模具吸潮后又发生喷粉。

3　结语

由于笔者在实际生产过程中，对生产钻头的常见事故进行不断分析总结，并提出了相应的防范措施，目前已有效的提高了钻头的生产质量，并且降低了生产制造成本，给企业带来了一定的效益空间，也使我队金刚石钻头的产品的市场占有率不断的加大，使得钻头的销量与日俱增。

参考文献：

[1]屠厚泽等主编.《钻探工程学》.上册.中国地质大学出版社，1988年7月.

[2]孙毓超，宋月清等著.《金刚石工具制造理论与实践》.郑州大学出版社，2005年5月.