汽車玻璃鉆孔質(zhì)量技術(shù)改善

【摘要】隨著汽車玻璃鉆孔加工的發(fā)展，使用者對(duì)金剛石鉆頭性能的要求不斷提高，特別是國(guó)產(chǎn)化的需求，加速了產(chǎn)品技術(shù)改善，本文介紹了通過(guò)改變工作層配方合理選用金剛石磨料、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法，開發(fā)制作的產(chǎn)品性能達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】汽車玻璃；金剛石鉆頭；金剛石；鍍鈦；整體結(jié)構(gòu)

1.引言

1751年有人在金屬管端部鑲嵌天然金剛石制造成第一個(gè)金剛石鉆具，可以說(shuō)，人類使用金剛石工具是從鉆具開始的，1953年美國(guó)G.E公司成功合成人造金剛石以來(lái)，金剛石工具得到飛速發(fā)展，當(dāng)代汽車玻璃生產(chǎn)中鉆孔的加工已廣泛采用金剛石鉆具，金剛石鉆頭品質(zhì)的優(yōu)劣決定了鉆孔質(zhì)量能否符合托架、后視鏡等配件的安裝，以及在鋼化處理過(guò)程中急劇冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力在孔邊部是否會(huì)產(chǎn)生裂片的風(fēng)險(xiǎn)。金剛石鉆頭工具鉆削質(zhì)量取決于產(chǎn)品基本尺寸、粗糙度、精度、以及金剛石工作層配方，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JC/T816-1996及CNC鉆孔機(jī)對(duì)鉆頭外觀質(zhì)量、粗糙度、各項(xiàng)尺寸公差等項(xiàng)目給出了明確要求，為適應(yīng)不斷提高的鉆孔質(zhì)量要求，在產(chǎn)品配方、制造工藝、結(jié)構(gòu)形式上采取了一系列的技術(shù)改善方法，大大提高了鉆削質(zhì)量，在特殊高端品種上超過(guò)國(guó)外品牌，得到客戶的認(rèn)可。

2.技術(shù)改善

2.1金剛石工具的性能取決于多種因素，所使用金剛石的特性，即金剛石的粒度、品質(zhì)是最關(guān)鍵的因素之一，金剛石工具的壽命、工作層消耗與鉆削效率最終取決于所有金剛石在工具表面的綜合作用，首先是粒度的選取，通過(guò)進(jìn)行不同粒度的試驗(yàn)，玻璃加工表面粗糙度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖所示：

可見粒度越細(xì)表面質(zhì)量越好，在不影響鉆削效率的前提下可優(yōu)先選用細(xì)粒度；其次是在結(jié)合劑把持能力范圍內(nèi)選取品質(zhì)優(yōu)異的金剛石，金剛石的品質(zhì)主要由以下三個(gè)方面來(lái)決定：一是晶形：金剛石晶體形態(tài)是多種多樣的，可分為單晶體、連生體和聚晶體，單晶可進(jìn)一步分為六面體（立方體）、八面體、菱形十二面體，晶體形態(tài)越規(guī)則，品質(zhì)越高；二是純度：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T10986-2010規(guī)定了金剛石內(nèi)應(yīng)無(wú)雜質(zhì)，雜質(zhì)為：非金剛石物質(zhì)、包裹體等；三是強(qiáng)度：評(píng)價(jià)金剛石力學(xué)性能的指標(biāo)，在我國(guó)以抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，金剛石晶體形狀越規(guī)則，強(qiáng)度越高，單晶體強(qiáng)度由高到低的順序是：八面體、十二面體、六面體，選取品質(zhì)高的金剛石工具可在壽命、鉆削效率等方表現(xiàn)出優(yōu)異性能。

2.2金剛石表面金屬化處理[1]：金剛石表面金屬化是指在金剛石表面均勻地包裹一層金屬、金屬化合物或合金薄膜，我們采用“真空微蒸發(fā)鍍覆”技術(shù)[2]在金剛石表面鍍鈦、鉻、鎢及其合金，金剛石表面金屬化處理后，工具性能有顯著的提升，其作用有四點(diǎn)：一是使金剛石表面改性，使金剛石表面由非金屬性質(zhì)改變?yōu)榫哂薪饘傩再|(zhì)，在燒結(jié)過(guò)程中可以提高金屬與金剛石的粘結(jié)狀態(tài)；二是使金剛石表面有了保護(hù)層，這一保護(hù)層耐腐蝕、耐高溫、耐氧化，在燒結(jié)過(guò)程中可有效隔離金屬和有害雜質(zhì)對(duì)磨料的腐蝕；三是使金剛石表面的缺陷得到填充和修補(bǔ)，彌合了金剛石表面微裂紋，提高了金剛石強(qiáng)度；四是由于金屬表面層提升了金剛石與金屬之間的粘結(jié)狀態(tài)，降低了金剛石的脫落，所以相同配方可適當(dāng)降低10%-20%濃度，大幅降低了工具成本，同時(shí)由于粘結(jié)狀態(tài)好把持能力提升，使金剛石出刃增加，從而提高了工具的鋒利性并延長(zhǎng)了壽命。

2.3改善該產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝過(guò)程提升品質(zhì)：金剛石鉆頭燒結(jié)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)超硬磨料與金屬結(jié)合劑致密結(jié)合，現(xiàn)采用的關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)明專利技術(shù)“金屬或陶瓷結(jié)合劑超硬磨具的制造方法”專利號(hào)：ZL200480013278.7，該技術(shù)創(chuàng)造性地用高溫傳壓介質(zhì)技術(shù)取代普通采用的等溫鍛造技術(shù)，產(chǎn)品工作層采用液態(tài)介質(zhì)壓技術(shù)獨(dú)立成型，不受模具限制，保證了超硬磨料燒結(jié)密度的均勻一致，實(shí)現(xiàn)了結(jié)合劑對(duì)超硬磨料的高強(qiáng)把持，從而達(dá)到了產(chǎn)品高速鉆削的要求。產(chǎn)品工作層與基體采用自主研發(fā)的焊接工藝進(jìn)行組合，其結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)行業(yè)內(nèi)燒結(jié)組合的通用方法，同時(shí)結(jié)合面強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)燒結(jié)母體的組織強(qiáng)度，保證了強(qiáng)力鉆削時(shí)的安全性。產(chǎn)品本體加工采用雙頂尖磨削、車削加工方法，實(shí)現(xiàn)了工作層與定位基體的同心，滿足了CNC加工中心高精度鉆削的要求。

2.4改變金剛石鉆頭結(jié)構(gòu)：現(xiàn)常用鉆頭為適應(yīng)不同厚度的玻璃孔加工，金剛石工作層的結(jié)構(gòu)是組合式的，即直鉆部位和倒角部位分別制作金剛石層，兩部件通過(guò)緊定螺釘固定連接組合在一起形成鉆頭整體完成孔加工，由于兩部件間是間隙配合在鉆削高端玻璃孔時(shí)總會(huì)在倒角與直孔結(jié)合部位出現(xiàn)臺(tái)階造或倒角不均勻造成爆孔等缺陷，組合式結(jié)構(gòu)越來(lái)越不適應(yīng)不斷提高的質(zhì)量需求，為解決這一行業(yè)難題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，改變?cè)M合式為整體結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)金剛石料環(huán)時(shí)預(yù)留倒角部位厚度，加工時(shí)直接按組合式料層形狀一次加工到位，這樣既解決了鉆孔缺陷的問題，還減少了制作過(guò)程中的零部件加工工序節(jié)約了成本，并使生產(chǎn)效率大大提高。改變金剛石鉆頭基體連接定位結(jié)構(gòu)：分體鉆頭有一種結(jié)構(gòu)形式是螺紋連接定位的，螺紋為英制管螺紋；G1/2\"----4分，外徑20.96mm，1英寸/14牙連接定位，該種連接方式的鉆頭在制作過(guò)程中每一個(gè)都要用數(shù)控車床先加工出符合要求的螺紋基體，制作的每一個(gè)工序都要用到保護(hù)胎具保證螺紋部位和定位面不得受到損傷，否則定位失準(zhǔn)后就無(wú)法保證鉆頭的精度要求，為解決這一加工技術(shù)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了螺紋鉆卡，變螺紋鉆頭結(jié)構(gòu)為分體連接：與設(shè)備連接的螺紋部分設(shè)計(jì)生產(chǎn)成標(biāo)準(zhǔn)件，鉆頭柄與螺紋鉆卡為間隙配合螺釘緊固結(jié)構(gòu)形式，這樣既解決了車削、生產(chǎn)工序過(guò)程中的難度，又降低了生產(chǎn)成本。

2.5成品后精整處理：如果金剛石料層位置是電火花加工表面，由于火花脈沖放電對(duì)金屬結(jié)合劑的電腐蝕影響，金剛石磨料層金屬表面會(huì)發(fā)生變質(zhì)，該變質(zhì)層的顯微硬度一般較高，耐磨性也會(huì)相應(yīng)較內(nèi)部組織好，由于在鉆削過(guò)程中工具主要受到摩擦力的影響，較高硬度的磨料層表面會(huì)造成玻璃爆邊和裂片，又因變質(zhì)層與基體組織結(jié)合不牢固容易剝落，加工初始就會(huì)帶來(lái)工具尺寸較大變化，嚴(yán)重影響加工效果，所以對(duì)于精度要求高的汽車玻璃鉆孔，必須消除變質(zhì)層的影響，一般情況下用磨床研磨電火花表面，去除的尺寸范圍在0.1mm-0.15mm之間，這樣既保證了工具高精要求也在工作之初避免了質(zhì)量缺陷，該方法被行業(yè)普遍采用。

結(jié)論

通過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)研究和客戶的現(xiàn)場(chǎng)使用，本文提出的改變工作層中金剛石粒度，金剛石鍍鈦處理及改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改善方法，特別是磨料層精整處理工藝方法的采用，較好地解決了工具初始鉆孔品質(zhì)問題，鉆孔毛刺、爆邊、裂片的缺陷大大減少，工具實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速3000-8000 rpm，打孔速度最高可達(dá)1.2mm/s，倒角速度最高可達(dá)1.0mm/s，壽命指標(biāo)平均可達(dá)到5000孔/對(duì)，連線速度顯著提高，在汽車玻璃CNC鉆孔線上實(shí)現(xiàn)了替代進(jìn)口。

參考文獻(xiàn)

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