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精密注塑模具制成的工藝研究與使用

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精密注塑模具制成的工藝研究與使用

發布日期:2016-07-27 作者: 點擊:

目前,國內PDC鉆頭生產普遍采用粉末冶金制作鉆頭體,再將PDC切削齒鑲焊在鉆頭體上。用這種方法制作的鉆頭體,冠部是由預先制作好的組合模具來成型的。因此,鉆頭體的冠部形狀和尺寸完全取決于組合模具。而傳統的組合模具的底模是采用石墨棒料經機械加工、劃線,再經手工雕刻修磨PDC支撐體凹坑和水口塞等復雜部位等工序來完成的。這種方法雖然能加工各種形狀、規格及大小的底模,但工人勞動強度大,生產效率低,精度難以滿足設計要求,且一致性差,嚴重制約了燒結式PDC鉆頭的生產和發展。


煤炭科學研究總院西安分院經過近1a的努力,成功地研究了一套冷壓成型工藝,解決了燒結式PDC鉆頭批量生產時底模成型存在的問題,取得了較好的效果。


成型工藝這種新成型工藝是將選定的材料,用鋼模壓制成與PDC鉆頭唇面完全相同的陰模作為燒結鉆頭體用的底模。其特點是:工藝過程簡單,易于操作;對設備沒有特殊要求,無需加熱設備;鋼模不需耐熱,可以反復使用;壓制的廢品能及時回收。該工藝的關鍵是底模材料的選擇,配比的確定以及壓制工藝流程。

精密注塑模具

材料的選擇


PDC鉆頭底模材料要求在高溫下對鉆頭胎體性能不產生任何影響;具有一定的強度,在承受一定的壓力時不產生變形或破壞;易于退模、清理。


石墨作為一種中間物,在高溫下具有優良的綜合性能:與大部分熔融金屬不反應;在高溫狀態下不變形,且隨本身溫度的升高其導熱、強度還有明顯提高;耐熱沖擊性好,模具的幾何尺寸穩定,易獲得較高精度形面制品;在燒結過程中產生CO氣體能形成保護氛圍,使得鉆頭胎體在高溫下處于還原環境中。鑒于石墨的這些優良性能,選擇石墨粉作為制作底模的主要原材料,在此基礎上再增加一些輔助材料和粘結劑。


材料選方成型


底模必須在常溫和高溫(1200)下都具有一定的強度,以保證鉆頭體的精度;其次是具有足夠的表面光潔度,沒有裂紋,掉邊角等缺陷。根據這些要求,設計了7種底模成型配方,經12MPa的壓力壓制、500550烘干、篩選試驗,最終確定了底模材料配方。


1號和2號配方作為基礎配方,以確定石墨粉的粒度對底模強度的影響。試驗結果表明,2號配方壓坯成形較好,棱角分明,具有一定的強度,可以進行機械加工;1號配方壓坯疏松,不易成型,幾乎沒有強度。因此,選用2號配方作進一步對比篩選試驗的基礎配方。


為了配料方便,用固體粘結劑設計了3號和4號配方。試驗結果表明,這兩種配方壓坯效果都不理想,坯體表面粗糙,邊角缺損現象嚴重,且強度不夠,機械加工性能差。


在上述試驗的基礎上,為了進一步優選粘結劑的最佳配比,設計了5號、6號、7號3種配方。試驗結果顯示,5號配方壓制的坯體表面粗糙,有肉眼可見的空洞,棱角處有缺陷,感官疏松,強度稍低;6號配方,表面光滑、致密,棱角分明,無分層裂紋等缺陷,強度高,機械加工性能好;7號配方因粘模而導致退模困難,表面不平整,側面有裂紋甚至分層,因而未做進一步烘干試驗。


從上述試驗可以看出,隨粘結劑所占比例的增大,成型模具表面光潔度提高,但過多的粘結劑易發生粘模,反而增加了廢品率。最終選定壓制底模的材料配方為6號配方。


成型壓力


在壓制過程中,為避免彈性后效應適當的保壓;為使壓坯密度均勻,性能穩定,停壓后將模具轉動180,再重復壓制。過高的壓制壓力,往往使壓坯發生分層和裂紋等現象。反之,過小的壓力使得壓制材料只發生彈性形變,各組分之間的粘結力低,壓坯反彈膨脹量大,影響壓坯的強度。為確定理想的壓制壓力,在其他工藝不變的條件下,采用6號配方,設計3個壓力范圍,分別壓制了3組壓坯,試驗情況。


可知,壓力在912MPa范圍內壓制出的壓坯能夠滿足要求。


結論


選用6號材料配方,成型壓力為912MPa的壓制工藝制作底模,保證了底模尺寸相同的每一個復合片支撐體的幾何形狀完全相同,一致性好,表面平整光滑,外觀整齊,精度完全能夠滿足設計要求,工效可提高5倍以上,大大降低了工人勞動強度,為復合片鉆頭的生產研制了一種可行的新工藝。


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