金剛石鉆頭在燒結中常見事故分析及防范措施

1　前言 　　

　　熱壓法生產的人造金剛石鉆頭，經常發生的事故是：鉆頭脫環，模芯上漂，炸模，噴粉等，這些事故嚴重影響了鉆頭的質量，加大了生產制造成本，是在生產過程中非常值得重視的問題。下面是筆者在二十幾年的工作中總結出來的事故原因，并就其原因加以進一步分析及提出相應的防范措施，以便提高鉆頭質量，降低生產制造成本，減少不必要的損失，爭取獲得更大的利潤。
　　2　常見事故分析及防范措施
　　2.1　鉆頭脫環的事故分析及防范措施
　　鉆頭脫環就是鉆頭胎體與鋼體分離，分離的界限是胎體與鋼體的連接部位。
　　（1）鉆頭脫環的事故分析：第一、鉆頭鋼體端面不清潔，是發生鉆頭脫環的一個原因。由于鋼體端面有油污、鐵銹等污物，這些物質對于胎體與鋼體進行熱分子交換時起到了阻礙作用，致使胎體與鋼體粘接不牢。第二、組裝鋼體時，在胎體粉料表面上有一層石墨粉或灰塵，也是鉆頭脫環的一個原因。第三、鋼體端面內徑沒有進行倒角，在組裝鋼體時，鋼體內徑邊緣尖角將模芯刮下一些石墨粉，掉入胎體粉料表面上，而使胎體與鋼體粘接不牢。第四、胎體粉料不清潔，混入雜物，不但是脫環的一個原因，也會造成胎體性能的改變。第五、胎體粉料氧化，除影響包鑲金剛石的能力外，也影響了胎體與鋼體的粘接牢固度。第六、在燒結硬胎體鉆頭時，過早卸壓出爐也是原因之一。第七、硬胎體鉆頭出爐后冷卻速度過快，胎體內部產生應力集中，胎體發生裂紋，也將影響胎體與鋼體的粘接強度。第八、在燒結過程中，由于某種原因造成溫度不夠，壓力不足，胎體致密化不好，也是胎體脫環的一個原因。
　　（2）防范鉆頭脫環的措施：第一、鋼體端面要處理清潔。在配模時鋼體端面用銼、砂紙、鋸條等清除鐵銹和油污，使其端面粗糙，然后在組裝前用丙酮清洗鋼體端面。第二、組裝前底模表面、內孔用吸塵器徹底清除石墨粉等雜物。第三、鉆頭鋼體內徑端面處一定要有倒角，處理鋼體時要清除鋼體內徑的毛刺和尖角，防止組裝時劃破模芯。第四、要保持胎體粉料的清潔，散落弄臟的粉料不能再用。保存胎體粉料時要密封，使用時裝粉料的器皿要加蓋，防止灰塵落入。第五、混料前對各種金屬粉料要進行觀察，發現變色，結塊時不能再用。第六、燒結鉆頭時，要嚴格按工藝要求進行，測溫度、壓力的儀器儀表出現問題時，要及時進行檢修。
　　2.2　模芯上漂事故分析及防范措施
　　模芯上漂，即在燒結過程中，模芯向上位移，致使鉆頭報廢。
　　（1）模芯上漂事故分析：第一、鋼體內徑與模芯配合過松，是產生模芯上漂的主要原因。由于模芯與鋼體內徑配合間隙大，模芯上下活動自由，當胎體融化時，由于壓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、模芯與石墨唇墊配合間隙過大，也是模芯上漂的一個原因。第三、加全壓時間過晚，也會導致模芯上漂。
　　（2）模芯上漂防范措施：第一、模芯與鋼體內徑配合間隙應在0.05—0.1mm之間。即用手可以壓入，又不能自行脫出，模芯能自行脫出的不能使用。第二、模芯與唇墊配合要合適，即在公差范圍內緊密配合。第三、在燒結過程中加全壓應在650℃之時，不能拖后。
　　2.3　炸模的事故分析及防范措施
　　炸模，即在熱壓燒結過程中，底模炸裂致使鉆頭報廢。
　　（1）炸模的事故分析：第一、鋼體外徑與底模配合間隙過小，由于二者線膨脹系數不同，在升溫中必然炸模。第二、燒結過程中，模具位置處在了感應圈的下部，升溫時鋼體受熱快而溫度高，底模受熱慢而溫度低，即使配合間隙合適也易炸模。第三、燒結過程中升溫速度過快，由于磁性作用也會產生鋼體與模具升溫不同步，造成炸模。第四、石墨本身有裂紋，在配模時又沒有發現，也是炸模的一個原因。第五、石墨本身的抗壓強度低或作為底模的石墨料直徑不夠大而導致炸模。因為底模所受側壓力是正壓力的1/4左右，底模壁厚太薄也易炸模。
　　（2）防范炸模的措施：第一、鋼體外徑與底模的配合間隙是個關鍵，在配模時，要嚴格檢查底模內徑與鋼體外徑的尺寸是否符合圖紙尺寸要求。第二、在燒結過程中，組裝模具一定要置于感應圈中心，要嚴格控制升溫速度，特別是20～600℃區間，不同規格鉆頭，升溫速度應控制在3～10℃/s之間。第三、配模時要詳細檢查底模是否有裂紋，發生裂紋即報廢，在退模時不要強敲硬摔，防止底模破損。第四、石墨抗壓強度低于45MPa的一定不能作熱壓燒結的底模模具使用。同時做大直徑鉆頭時要用石墨直徑大些的石墨底模，一般石墨底模直徑D=（1.8～2）倍的鉆頭規格直徑。
　　2.4　噴粉的事故分析及防范措施
　　鉆頭噴粉，是指鉆頭在燒結升溫過程中，胎體粉料由模具中噴出，造成鉆頭工作層粉料混亂。發生這種情況時，應立即關機，拿下組裝模具，冷卻后，將胎體粉料過篩，取出金剛石和聚晶，重新進行組裝。
　　（1）噴粉的事故分析：第一、噴粉的原因主要是粉料、模具潮濕而致。噴粉多半發生在夏季潮濕季節，盡管模具經烘箱烘烤，取出后仍然在吸潮。第二、另一個原因是升溫太快，產生氣體多，排氣不暢造成噴粉。第三、在混合有金剛石的粉料時，在潤濕金剛石過程中甘油放的量過多也是噴粉的原因之一。
　　（2）防范噴粉的措施：第一、防止金屬粉料受潮。金屬粉料要密封保存，儲存器內要放干燥劑。第二、要嚴格控制燒結時升溫速度，一般應在2～3℃/s之間。第三、如果粉料受潮，在燒結時先不加預壓，升溫速度控制在2℃/s以下，讓模具中氣體緩慢排出，當溫度達到300℃時（即鋼體表面顏色開始發藍時）加預壓，再提高升溫速度。第四、配好的底模、模芯、唇模墊應放在烘箱內進行干燥，而后再進行組裝。第五、雨季組裝好的鉆頭到燒結時的時間間隔不應超過4小時，以防模具吸潮后又發生噴粉。