高密度黃金網孔快速加工設備與方法

李東平，左艷彬*，朱 靜

(1.廣西超硬材料重點實驗室，中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，桂林 541004; 2.桂林百銳光電技術有限公司，桂林 541004)

高密度黃金網孔快速加工設備與方法

李東平1，左艷彬1*，朱 靜2

(1.廣西超硬材料重點實驗室，中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，桂林 541004; 2.桂林百銳光電技術有限公司，桂林 541004)

研制開發了一種用于黃金薄板鉆孔的自壓緊鉆孔裝置及加工工藝，闡述了研制的關鍵技術及加工工藝要點。研究表明，自壓緊鉆孔裝置對加工設備沒有特殊要求，而且較好地滿足了使用要求，在配備簡易的雕刻機后采用數控技術提高了鉆孔效率和鉆孔質量，減少了黃金損耗，降低了勞動強度，設備簡單易用，成本低。

黃金;高密度網孔;加工

1 引 言

貴金屬吊籃在熱液成礦模擬［1-3］、水熱溶劑熱晶體生長［4-6］中可以用于盛裝實驗樣品和結晶用培養料，其利于溶液的全方位、高可靠性的相互作用。水熱法生長人工晶體工藝中，使用的貴金屬吊籃需要在厚度為0.5～1mm的貴金屬薄板上加工出大量按設計要求不同排布的Φ(1～3)mm的孔。這些小孔不僅孔徑小，其間距也小，兩孔的中心間距最小1.5mm。例如一個用于晶體生長內徑為Φ70mm高壓釜所使用的黃金吊籃要加工的孔數量就多達15565個。如采用傳統的畫線——打樣沖眼——鉆床鉆孔的機械加工方法，存在的問題是黃金的損耗大，而且加工時間長，勞動強度大，而且還存在孔的加工質量差，變形大等缺點，這樣就無法滿足晶體的生長要求。要加工如此大量密集的小孔，加工方法有:采用數控鉆床鉆孔、沖孔模具沖孔、腐蝕法(包括化學腐蝕、電腐蝕)、電火花加工、激光打孔，等等［7-8］。但由于吊籃系采用黃金制成，要嚴格控制黃金的損耗。采用其他方法加工，黃金損耗太大，加工成本高，不可取，只能采用數控鉆床鉆孔或沖孔模具沖孔來加工。而從晶體的生長、試驗實際情況來看，吊籃的孔徑、孔距排列方式都要隨試驗的要求進行改變。由于采用沖孔模具沖孔模具費用高(需要制作不同的沖孔模具及配備沖床)，投資量大，也不能適應要求。采用數控鉆床加工吊籃孔可方便更改網孔的排列方式及間距，所以目前比較可取的加工方式就是采取數控鉆床鉆孔的方法。

我們的實驗基于鉆孔排列方式的要求，從經濟的角度出發采用小型的數控雕刻機替代價格昂貴的數控鉆床，并根據黃金加工的特點設計了相關輔助裝置，來達到快速、高效、低成本加工的目的。

表1 常見黃金鉆孔方式的對比Table 1 Comparison of common gold mesh drilling methods

2 新型打孔工藝的關鍵改進

吊籃孔的加工實際就是薄軟金屬板的鉆孔加工，但它又不同于普通的金屬材料鉆孔加工，有其特殊性。采用鉆床鉆薄黃金板小孔的問題分析:

(1)黃金鉆屑的收集。

(2)薄黃金板剛性較低，容易變形，而且塑性大。鉆孔中，材料一方面受扭，一方面受軸向力往下壓，常產生局部扭曲變形。

(3)由于零件與鉆頭的彈性和切削力的變化，容易引起切削振動，以致產生孔不圓和毛刺的缺陷。

(4)用普通麻花鉆鉆薄板，當鉆心尖剛鉆透時，鉆頭突然失去定心能力，工件產生抖動，同時因軸向力急劇下降，工件材料迅速回彈，進給量瞬時加大很多，切削負荷突然加大，可能扭壞鉆頭，很容易出事故，而且要在孔口產生飛邊，也就是“扎刀”現象。

為解決以上的問題，就要在鉆黃金薄板時在黃金板的上下兩面加墊蓋板及墊板。蓋板的主要作用有三個:一是防止鉆孔時出現毛刺;二是起導位作用，三是利于散熱。數控鉆床所選用的蓋扳材料必須要很平整，以防止鉆頭因蓋板不平整而造成滑位，引起鉆孔誤差。墊板材料的作用是當鉆頭鉆出金板后有承接鉆頭的作用，有防止“毛口”、冷卻鉆頭等作用，它還有防止鉆頭鉆壞機床臺面、損壞鉆頭的作用。

圖1 未加蓋板和墊板加工的黃金孔圖Fig.1 Gold holes without coverplate and shimplate

圖2 加蓋蓋板和墊板后的黃金孔圖Fig.2 Gold holes without coverplate and shimplate

2.1 蓋板材料和墊板材料

實際加工中 ，往往忽略蓋、墊板，但它們又具有如下作用;①防止進口和出口處的毛刺。②利用金屬切屑清洗和冷卻鉆頭。蓋板板料不能太硬，太硬對鉆頭磨損厲害。但又不能太軟，太軟的蓋板材料剛性不好，起不到蓋板作用。由于在鉆孔時其孔位局部會產生高溫，因此所選擇的蓋板材料要耐高溫，以防止鉆孔時軟化、沾污鉆頭。蓋板材料的選擇還要考慮經濟便宜，使用便捷。墊板材料通常應用的材料有酚醛紙板，此外，環氧玻璃布板也適用于做墊板(但價格貴)，國外較普遍使用木屑紙漿層壓板，價格便宜。實驗根據實際情況，墊板用兩塊蓋板替代。

2.2 鉆孔時的自壓緊裝置

基于快速加工的需求，我們采用不同的設備、裝置和鉆頭，對金板吊籃的鉆孔方法進行了一系列的試驗研究，積累了快速鉆孔的經驗。我們發現影響鉆孔效率和質量的關鍵在于鉆頭與工件間的快速移動定位和鉆孔時的壓緊程度。因此我們研制了黃金鉆孔的自壓緊裝置，自壓緊鉆孔裝置的研制關鍵點包括:①采用彈簧自壓緊裝置在鉆孔時對鉆孔處進行壓緊。由于黃金吊籃采用0.5mm～1.0mm厚金片，對其進行鉆孔時通常會導致孔不圓、兩面毛刺大，孔表面粗糙的缺陷。因此，鉆孔過程中必須在鉆孔處施加一定的壓力。用傳統的壓塊壓緊方法雖然能夠取得較好的效果，但操作繁瑣，實用性不強。因此，我們設計了一個彈簧自壓緊裝置，套在鉆頭的外面，使其不隨鉆頭旋轉而轉動。在鉆孔過程中，彈簧借助鉆頭的向下壓力始終對鉆孔處施加較大的壓力，而抬起鉆頭時該壓力逐漸降低并消失，從而解決了金板的壓緊問題。另外，該裝置無需固定，可以方便地安裝和移動，因而不會增加額外的加工時間;②自壓緊裝置的上墊板、下墊套采用專用紙板材料，以減輕裝置的質量。據此，研制出在小型鉆床上也可以使用的自壓緊鉆孔裝置(見圖3);③黃金鉆屑的收集。采用吸塵器原理將黃金鉆屑及壓、墊板鉆屑收集在吸塵器的收集袋內。自壓緊鉆孔裝置的結構見圖3，其具有以下優點:

①適用設備廣泛，該裝置在任何型號的鉆床或銑床上均可使用;

②結構簡單，小巧輕便，便于調整，可以滿足現場操作的需要;

③操作方便，配備一臺簡單的三軸控制的鉆孔機床即可實現全自動的鉆孔加工，加工速度快;

④與黃金鉆屑的收集組合在一起，結構緊湊。

圖3 自壓緊鉆孔裝置(右)及其示意圖(左)Fig.3 Self-compacting drilling device(right)and its schematic(left)

3 采用新舊工藝鉆孔的對比

根據上述設計，采用一臺雕刻機為主體，對其加工頭進行了改進，附設了自壓緊鉆孔、黃金鉆屑的收集等裝置，通過多次實際加工工藝摸索，最終確定了較為穩定的工藝:金板上下兩面加襯蓋板、墊板，使其能夠與自壓緊鉆孔裝置壓緊;同時，將墊板—黃金板—蓋板組合疊放好并固定在鉆床工作臺上;鉆頭安裝在自壓緊鉆孔裝置時應調整彈簧的壓緊力合適，以保證鉆孔時持續對工件施加一定壓力;鉆孔后的黃金切屑、蓋板、墊板切屑的收集采用吸塵器收集，在清理收集器時把黃金切屑和蓋板、墊板切屑分離后回收。根據多次加工實踐，統計了加工時間和黃金損耗比兩個關鍵指標，與傳統工藝進行比較后發現，在保證鉆孔質量的前提下，加工時間僅為傳統的1/4左右，黃金損耗約為傳統方法的80%。具體數據見表2。

表2 常用黃金吊籃新舊工藝加工時間與損耗表Table 2 Comparison of processing time and loss of commonly used gold basket

5 結論與展望

通過對黃金薄板鉆孔方法的研究試驗，研制出適用于吊籃加工的自壓緊鉆孔裝置。實踐證明，利用自壓緊鉆孔裝置在簡易數控機床上對黃金薄板進行鉆孔時，孔的加工質量好，加工速度快，損耗低。使用靈活方便。這種工藝可以較為方便地移植到鉑金、白銀等稀貴金屬大面積板材上加工網狀孔，除了用作晶體生長吊籃外，還可廣泛用于批量化的銀、鉑、金等貴金屬首飾和工藝品的網狀大量孔制作及其他相關工業領域。

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Equipments and Methods of Rapid Processing of High-Density Gold Mesh

LI Dong-ping1，ZUO Yanbin1，ZHU Jing2
(1.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materials，China Nonferrous Metal(Guilin)Geology and Mining Co.，Ltd，Guilin，China 541004;
2.Guilin Bairay Photoelectric Technology Co.，Ltd，Guilin，China 541004)

A self-compacting drilling device and its processing technology for gold sheet drilling has been developed.The key technology and key points of processing technology have been explained in this article.The research shows that the compacting drilling device raises no special requirement for the processing equipment and better meet the operating requirement.The drilling efficiency and drilling quality has been improved when equipped by simple engraving machine and digit control technique.Therefore，the gold loss and work intensity has been reduced.In general，the equipment is simple and easy to operate with low cost.

gold;high-density mesh;processing

TS933;O74

A

1673－1433(2016)06－0020－04

2016－10－10

廣西科技開發項目(桂科合15104001－12;桂科合1599005－2－9;桂科攻1598008－9);廣西自然科學基金(2015GXNSFAA139264; 2015GXNSFBA139230)

李東平(1964－)，男，工程師。E-mail:glldp@126.com。

左艷彬(1976－)，女，碩士，教授級高級工程師，研究方向:無機非金屬材料。E-mail:zyb1976@126.com。

李東平，左艷彬，朱靜.高密度黃金網孔快速加工設備與方法［J］.超硬材料工程，2016，28(6):20-23.