[發明專利]高壓高溫設備和高壓高溫加工方法

無效

• 申請號: 00102702.6
• 申請日: 2000-02-17
• 公開（公告）號: CN1263793A
• 公開（公告）日: 2000-08-23
• 發明（設計）人: 克拉斯·曼納費爾特;斯特凡·埃德呂德
• 申請（專利權）人: 桑德維克公司
• 主分類號: B01J3/06
• 分類號: B01J3/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 劉興鵬

本發明涉及一種高壓高溫(HPHT)設備和一種高壓高溫加工方法，該設備基本包括一個環形沖模和一對錐形沖頭。通過提供帶有冷卻道的環形沖模，可以顯著和驚人地提高性能。

沖頭和沖模設備受到人造金剛石和CBN(立方晶格氮化硼cubic?boron?nitride)制造工業的歡迎，或用于制造PCD(多晶金剛石坯塊polycrystalline?diamond?compacts)和PCBN(多晶立方晶格氮化硼坯塊polycrystalline?cubic?boron?nitride?compacts)，因為它們的結構通常簡單并且可獲得用于加工部件的相對大的容積。它包括一個環形的沖模和一對相互對置對準的錐形的沖頭。沖模的內徑和外徑一般為大約5cm和15cm。沖模和沖頭通常由硬質合金制成。可以這樣選擇沖頭和沖模的成分，以便沖模的硬度超過1100HV(威氏硬度)以及沖頭的硬度超過1500HV(威氏硬度)。使沖頭和沖模收縮進入具有大約35cm外部半徑的鋼圈中。這樣的設備一般在使金剛石或CBN保持穩定的壓力和溫度下工作，即具有60千巴數量等級的壓力同時有比1000℃高大約幾百度的溫度。這樣的加工方法被成為(HPHT)加工方法。通過將電流傳輸通過沖頭和金剛石或CBN的充電來進行加熱。盡管在金剛石和CBN充電中產生的熱量是與沖模隔熱的和絕緣的，但是不能避免硬質合金的溫度確定的增加。靠近充電的硬質合金的部分幾乎達到大約200℃。這樣可能影響在高壓高溫(HPHT)加工中使用的硬質合金工具的強度，即沖頭和沖模的強度。為了保持沖模的控制溫度，沖模基本上用水在端部表面的冷卻。

因為要承受惡劣的條件，這些沖頭和沖模在必須被更換之前只能使用有限次數。通常更換的原因是沖模的外面部分中的裂縫或破碎。沖頭相對便宜并易于更換。可是因為沖模的較大體積，其遠比沖頭要貴。它也很難更換。

因此，本發明的目的是提供一個提高性能的環形沖模，以及一種高壓高溫加工方法。

為了達到上述目的，本發明提出了一種用于高壓高溫加工方法的環形沖模，其改進在于，其設置有從頂部表面到底部表面延伸的冷卻腔道或槽。

所述環形沖模可由硬質合金制成。

所述腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或彎曲的。

本發明還提出了一種用于一個包括環形沖模和兩個沖頭的設備的高壓高溫加工方法，其特征是，所述環形沖模被其中所設置的冷卻腔道冷卻。

有利的是，所述環形沖模被溫度低于10℃的冷卻介質冷卻。

由于本發明的環形沖模具有從沖模的頂部表面延伸到底部表面的冷卻腔道，則可以出乎意料地幾乎成十倍地提高性能。

圖1顯示了一個沖頭和沖模設備，其中：

A-沖頭

B-環形沖模

圖2顯示了根據本發明的環形沖模，其中已將冷卻腔道設置在硬質合金的沖模之中。冷卻腔道的方位是沿著沖模的軸線方向。

圖3顯示了可選擇的方案，將冷卻腔道設置在沖模的外部圓柱表面上。

現在已經驚人地發現，如果沖模具有從沖模的頂部表面延伸到底部表面的冷卻腔道，則可以出乎意料地幾乎成十倍地提高性能。這些冷卻腔道似乎不會影響沖模的強度，但是卻能夠將溫度降低到一些關鍵點以下。這些冷卻腔道位于與沖模的中央相隔一定距離的位置。因為可能會影響到強度，它們不應太靠近。

根據本發明，沖模應當具有5-25個冷卻腔道，它們等距地位于具有一定范圍的直徑的圓周上，該范圍是從外徑(OD)到兩倍的內徑(ID)。當然，位于沖模外徑上的腔道是在外圓柱表面的槽。這些腔道的大小應當這樣確定，即它們所占據的面積要達到通常尺寸沖模的端面面積的2000mm²。冷卻腔道可以是直的，也可以是螺旋形的或彎曲的。

可以通過現有技術中的幾種方法得到冷卻腔道。在預燒結狀態下通過鉆孔或銑來得到。它們也可以通過放置一些在燒結期間熔化的材料或金屬來制成。它們也可以通過制造兩個圓環的沖模來制成，其中內部的圓環在它的外表面上具有槽。

本發明還涉及在高壓高溫條件下使用硬質合金的環形沖模人工制造金剛石或CBN的方法。該方法的特點是使用一個被所設置的冷卻腔道冷卻的環形沖模。冷卻介質的溫度優選低于10℃。

實施例

對6個數量的沖模進行了實驗。沖模由硬質合金制成，其尺寸為：外徑OD＝127mm，內徑ID＝40mm。硬質合金的成分為11％的鈷Co和89％的碳化鎢WC，具有1330HV(威氏硬度)。在預燒結的狀態下，在105mm直徑的圓周上均勻地鉆15個直徑6mm的孔。

沖模在1800噸金剛石的壓力下進行實驗，發現它們平均持續運行了22460次。而與此類似的現有技術，即不帶冷卻腔道，卻只能持續運行3200次。