汽车玻璃钻孔质量技术改善.pdf

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科技专论334汽车玻璃钻孔质量技术改善【摘要】随着汽车玻璃钻孔加工的发展，使用者对金刚石钻头性能的要求不断提高，特别是国产化的需求，加速了产品技术改善，本文介绍了通过改变工作层配方合理选用金刚石磨料、优化产品结构设计等方法，开发制作的产品性能达到了国外同类产品先进水平，具有较好的经济性和实用价值。

【关键词】汽车玻璃；金刚石钻头；金刚石；镀钛；整体结构1.引言1751年有人在金属管端部镶嵌天然金刚石制造成第一个金刚石钻具，可以说，人类使用金刚石工具是从钻具开始的，1953年美国G.E公司成功合成人造金刚石以来，金刚石工具得到飞速发展，当代汽车玻璃生产中钻孔的加工已广泛采用金刚石钻具，金刚石钻头品质的优劣决定了钻孔质量能否符合托架、后视镜等配件的安装，以及在钢化处理过程中急剧冷却产生的应力在孔边部是否会产生裂片的风险。

金刚石钻头工具钻削质量取决于产品基本尺寸、粗糙度、精度、以及金刚石工作层配方，国家标准JC/T816-1996及CNC钻孔机对钻头外观质量、粗糙度、各项尺寸公差等项目给出了明确要求，为适应不断提高的钻孔质量要求，在产品配方、制造工艺、结构形式上采取了一系列的技术改善方法，大大提高了钻削质量，在特殊高端品种上超过国外品牌，得到客户的认可。

2.技术改善2.1金刚石工具的性能取决于多种因素，所使用金刚石的特性，即金刚石的粒度、品质是最关键的因素之一，金刚石工具的寿命、工作层消耗与钻削效率最终取决于所有金刚石在工具表面的综合作用，首先是粒度的选取，通过进行不同粒度的试验，玻璃加工表面粗糙度统计数据如图所示：

可见粒度越细表面质量越好，在不影响钻削效率的前提下可优先选用细粒度；其次是在结合剂把持能力范围内选取品质优异的金刚石，金刚石的品质主要由以下三个方面来决定：

一是晶形：

金刚石晶体形态是多种多样的，可分为单晶体、连生体和聚晶体，单晶可进一步分为六面体（立方体）、八面体、菱形十二面体，晶体形态越规则，品质越高；二是纯度：

国家标准JB/T10986-2010规定了金刚石内应无杂质，杂质为：

非金刚石物质、包裹体等；三是强度：

评价金刚石力学性能的指标，在我国以抗压强度为准，金刚石晶体形状越规则，强度越高，单晶体强度由高到低的顺序是：

八面体、十二面体、六面体，选取品质高的金刚石工具可在寿命、钻削效率等方表现出优异性能。

2.2金刚石表面金属化处理1：

金刚石表面金属化是指在金刚石表面均匀地包裹一层金属、金属化合物或合金薄膜，我们采用“真空微蒸发镀覆”技术2在金刚石表面镀钛、铬、钨及其合金，金刚石表面金属化处理后，工具性能有显著的提升，其作用有四点：

一是使金刚石表面改性，使金刚石表面由非金属性质改变为具有金属性质，在烧结过程中可以提高金属与金刚石的粘结状态；二是使金刚石表面有了保护层，这一保护层耐腐蚀、耐高温、耐氧化，在烧结过程中可有效隔离金属和有害杂质对磨料的腐蚀；三是使金刚石表面的缺陷得到填充和修补，弥合了金刚石表面微裂纹，提高了金刚石强度；四是由于金属表面层提升了金刚石与金属之间的粘结状态，降低了金刚石的脱落，所以相同配方可适当降低10%-20%浓度，大幅降低了工具成本，同时由于粘结状态好把持能力提升，使金刚石出刃增加，从而提高了工具的锋利性并延长了寿命。

2.3改善该产品的主要生产工艺过程提升品质：

金刚石钻头烧结过程是实现超硬磨料与金属结合剂致密结合，现采用的关键技术是发明专利技术“金属或陶瓷结合剂超硬磨具的制造方法”专利号：

ZL200480013278.7，该技术创造性地用高温传压介质技术取代普通采用的等温锻造技术，产品工作层采用液态介质压技术独立成型，不受模具限制，保证了超硬磨料烧结密度的均匀一致，实现了结合剂对超硬磨料的高强把持，从而达到了产品高速钻削的要求。

产品工作层与基体采用自主研发的焊接工艺进行组合，其结合强度远远超过行业内烧结组合的通用方法，同时结合面强度也远远超过烧结母体的组织强度，保证了强力钻削时的安全性。

产品本体加工采用双顶尖磨削、车削加工方法，实现了工作层与定位基体的同心，满足了CNC加工中心高精度钻削的要求。

2.4改变金刚石钻头结构：

现常用钻头为适应不同厚度的玻璃孔加工，金刚石工作层的结构是组合式的，即直钻部位和倒角部位分别制作金刚石层，两部件通过紧定螺钉固定连接组合在一起形成钻头整体完成孔加工，由于两部件间是间隙配合在钻削高端玻璃孔时总会在倒角与直孔结合部位出现台阶造或倒角不均匀造成爆孔等缺陷，组合式结构越来越不适应不断提高的质量需求，为解决这一行业难题从产品结构设计入手，改变原组合式为整体结构，在烧结金刚石料环时预留倒角部位厚度，加工时直接按组合式料层形状一次加工到位，这样既解决了钻孔缺陷的问题，还减少了制作过程中的零部件加工工序节约了成本，并使生产效率大大提高。

改变金刚石钻头基体连接定位结构：

分体钻头有一种结构形式是螺纹连接定位的，螺纹为英制管螺纹;G1/2-4分,外径20.96mm,1英寸/14牙连接定位，该种连接方式的钻头在制作过程中每一个都要用数控车床先加工出符合要求的螺纹基体，制作的每一个工序都要用到保护胎具保证螺纹部位和定位面不得受到损伤，否则定位失准后就无法保证钻头的精度要求，为解决这一加工技术问题，我们设计了螺纹钻卡，变螺纹钻头结构为分体连接：

与设备连接的螺纹部分设计生产成标准件，钻头柄与螺纹钻卡为间隙配合螺钉紧固结构形式，这样既解决了车削、生产工序过程中的难度，又降低了生产成本。

2.5成品后精整处理：

如果金刚石料层位置是电火花加工表面，由于火花脉冲放电对金属结合剂的电腐蚀影响，金刚石磨料层金属表面会发生变质，该变质层的显微硬度一般较高，耐磨性也会相应较内部组织好，由于在钻削过程中工具主要受到摩擦力的影响，较高硬度的磨料层表面会造成玻璃爆边和裂片，又因变质层与基体组织结合不牢固容易剥落，加工初始就会带来工具尺寸较大变化，严重影响加工效果，所以对于精度要求高的汽车玻璃钻孔，必须消除变质层的影响，一般情况下用磨床研磨电火花表面，去除的尺寸范围在0.1mm-0.15mm之间，这样既保证了工具高精要求也在工作之初避免了质量缺陷，该方法被行业普遍采用。

结论通过我们的实验研究和客户的现场使用，本文提出的改变工作层中金刚石粒度，金刚石镀钛处理及改变产品结构设计的改善方法，特别是磨料层精整处理工艺方法的采用，较好地解决了工具初始钻孔品质问题，钻孔毛刺、爆边、裂片的缺陷大大减少，工具实现了转速3000-8000rpm，打孔速度最高可达1.2mm/s,倒角速度最高可达1.0mm/s，寿命指标平均可达到5000孔/对，连线速度显著提高，在汽车玻璃CNC钻孔线上实现了替代进口。

高娟秦皇岛市道天高科技有限公司河北秦皇岛066004参考文献1孙毓超.金刚石工具与金属学基础M.中国建材工业出版社,1999.102方啸虎.超硬材料基础与标准M.中国建材工业出版社,1998.43王明智,王艳辉.超硬材料表面镀覆技术及应用J.金刚石与磨料磨具工程,2000年118（4）:

7汽车玻璃钻孔质量技术改善汽车玻璃钻孔质量技术改善作者：

高娟作者单位：

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