电镀金刚石钻头目前多采用镍基合金胎体,在钻进硬而完整的岩石中能取得好的效果,但在钻进较破碎的和强研磨性岩石时,钻头的耐磨性不理想,主要表现为钻头的保径能力较差,导致钻头的使用寿命缩短,这是电镀金刚石钻头需要解决而长期尚未解决好的问题。本论文针对电镀金刚石钻头的这个薄弱环节进行了试验与研究,采用二次成型工艺和阴极移动方法,明显地提高了钻头的保径效果。采用二次成形方法的电镀钻头平均寿命提高22%;而采用阴极移动方法的电镀钻头的硬度平均提高8%,耐磨性提高26%。基本上实现了钻头的同步磨损,明显地提高了钻头的使用寿命。

二次成型工艺试验

二次成型工艺就是指电镀钻头的工作层成型与保径层成型分两次完成,改变了过去电镀钻头的保径层厚度满足要求后,戴上模具,继续电镀工作层,直到钻头的设计要求。二次成型工艺则是钻头入槽电镀后戴上模具直接电镀工作层,当工作层的高度达到设计要求后出槽,卸去模具,经二次镀前处理入槽电镀。二次入槽电镀只电镀内外径,钻头不戴模具,内外径处于开放状态,电镀中所析出的氢不容易在内外径表面滞留,有效地保证了钻头的内外径镀层内极少渗氢,因而钻头的保径效果得到提高。

模具与工艺设计

电镀钻头的模具设计不同于一次成型电镀钻头的模具设计。二次成型的模具的壁厚可以减薄,一般为4~5mm即可;其高度必须比钻头的工作层高度高出3mm;模具的光洁度尽可能高;内模的外径比刚体的内径应小0.10mm,而外模的内径应比刚体的外径大0.10mm。模具的这些设计参数将有利于钻头成型和电镀后容易脱模。

钻头的绝缘方法也有别于普通的绝缘方法,见图1所示。绝缘中除了采用常规的塑料胶带绝缘外,设计了内、外底模,增强了绝缘效果,减少二次入槽前的准备工作。

电镀钻头工艺参数中,首先要注重镀前的处理工艺,这是保证电镀金刚石钻头镀层与刚体结合牢固、不起皮、不掉块的重要工序。钻头经电化学除油、阳极活化后入槽电镀,电镀1h后戴上模具,对钻头的底唇面加金刚石复合镀。入槽后加模具前的电镀时间不要少于1h,这是为了保证镀层与刚体有很强的结合力,也为了后续的二次成型创造有利的条件。