李东平，左艳彬*，朱 静

(1.广西超硬材料重点实验室，中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，桂林 541004; 2.桂林百锐光电技术有限公司，桂林 541004)

高密度黄金网孔快速加工设备与方法

李东平1，左艳彬1*，朱 静2

(1.广西超硬材料重点实验室，中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，桂林 541004; 2.桂林百锐光电技术有限公司，桂林 541004)

研制开发了一种用于黄金薄板钻孔的自压紧钻孔装置及加工工艺，阐述了研制的关键技术及加工工艺要点。研究表明，自压紧钻孔装置对加工设备没有特殊要求，而且较好地满足了使用要求，在配备简易的雕刻机后采用数控技术提高了钻孔效率和钻孔质量，减少了黄金损耗，降低了劳动强度，设备简单易用，成本低。

黄金;高密度网孔;加工

1 引 言

贵金属吊篮在热液成矿模拟［1-3］、水热溶剂热晶体生长［4-6］中可以用于盛装实验样品和结晶用培养料，其利于溶液的全方位、高可靠性的相互作用。水热法生长人工晶体工艺中，使用的贵金属吊篮需要在厚度为0.5～1mm的贵金属薄板上加工出大量按设计要求不同排布的Φ(1～3)mm的孔。这些小孔不仅孔径小，其间距也小，两孔的中心间距最小1.5mm。例如一个用于晶体生长内径为Φ70mm高压釜所使用的黄金吊篮要加工的孔数量就多达15565个。如采用传统的画线——打样冲眼——钻床钻孔的机械加工方法，存在的问题是黄金的损耗大，而且加工时间长，劳动强度大，而且还存在孔的加工质量差，变形大等缺点，这样就无法满足晶体的生长要求。要加工如此大量密集的小孔，加工方法有:采用数控钻床钻孔、冲孔模具冲孔、腐蚀法(包括化学腐蚀、电腐蚀)、电火花加工、激光打孔，等等［7-8］。但由于吊篮系采用黄金制成，要严格控制黄金的损耗。采用其他方法加工，黄金损耗太大，加工成本高，不可取，只能采用数控钻床钻孔或冲孔模具冲孔来加工。而从晶体的生长、试验实际情况来看，吊篮的孔径、孔距排列方式都要随试验的要求进行改变。由于采用冲孔模具冲孔模具费用高(需要制作不同的冲孔模具及配备冲床)，投资量大，也不能适应要求。采用数控钻床加工吊篮孔可方便更改网孔的排列方式及间距，所以目前比较可取的加工方式就是采取数控钻床钻孔的方法。

我们的实验基于钻孔排列方式的要求，从经济的角度出发采用小型的数控雕刻机替代价格昂贵的数控钻床，并根据黄金加工的特点设计了相关辅助装置，来达到快速、高效、低成本加工的目的。

表1 常见黄金钻孔方式的对比Table 1 Comparison of common gold mesh drilling methods

2 新型打孔工艺的关键改进

吊篮孔的加工实际就是薄软金属板的钻孔加工，但它又不同于普通的金属材料钻孔加工，有其特殊性。采用钻床钻薄黄金板小孔的问题分析:

(1)黄金钻屑的收集。

(2)薄黄金板刚性较低，容易变形，而且塑性大。钻孔中，材料一方面受扭，一方面受轴向力往下压，常产生局部扭曲变形。

(3)由于零件与钻头的弹性和切削力的变化，容易引起切削振动，以致产生孔不圆和毛刺的缺陷。

(4)用普通麻花钻钻薄板，当钻心尖刚钻透时，钻头突然失去定心能力，工件产生抖动，同时因轴向力急剧下降，工件材料迅速回弹，进给量瞬时加大很多，切削负荷突然加大，可能扭坏钻头，很容易出事故，而且要在孔口产生飞边，也就是“扎刀”现象。

为解决以上的问题，就要在钻黄金薄板时在黄金板的上下两面加垫盖板及垫板。盖板的主要作用有三个:一是防止钻孔时出现毛刺;二是起导位作用，三是利于散热。数控钻床所选用的盖扳材料必须要很平整，以防止钻头因盖板不平整而造成滑位，引起钻孔误差。垫板材料的作用是当钻头钻出金板后有承接钻头的作用，有防止“毛口”、冷却钻头等作用，它还有防止钻头钻坏机床台面、损坏钻头的作用。

图1 未加盖板和垫板加工的黄金孔图Fig.1 Gold holes without coverplate and shimplate

图2 加盖盖板和垫板后的黄金孔图Fig.2 Gold holes without coverplate and shimplate

2.1 盖板材料和垫板材料

实际加工中 ，往往忽略盖、垫板，但它们又具有如下作用;①防止进口和出口处的毛刺。②利用金属切屑清洗和冷却钻头。盖板板料不能太硬，太硬对钻头磨损厉害。但又不能太软，太软的盖板材料刚性不好，起不到盖板作用。由于在钻孔时其孔位局部会产生高温，因此所选择的盖板材料要耐高温，以防止钻孔时软化、沾污钻头。盖板材料的选择还要考虑经济便宜，使用便捷。垫板材料通常应用的材料有酚醛纸板，此外，环氧玻璃布板也适用于做垫板(但价格贵)，国外较普遍使用木屑纸浆层压板，价格便宜。实验根据实际情况，垫板用两块盖板替代。

2.2 钻孔时的自压紧装置

基于快速加工的需求，我们采用不同的设备、装置和钻头，对金板吊篮的钻孔方法进行了一系列的试验研究，积累了快速钻孔的经验。我们发现影响钻孔效率和质量的关键在于钻头与工件间的快速移动定位和钻孔时的压紧程度。因此我们研制了黄金钻孔的自压紧装置，自压紧钻孔装置的研制关键点包括:①采用弹簧自压紧装置在钻孔时对钻孔处进行压紧。由于黄金吊篮采用0.5mm～1.0mm厚金片，对其进行钻孔时通常会导致孔不圆、两面毛刺大，孔表面粗糙的缺陷。因此，钻孔过程中必须在钻孔处施加一定的压力。用传统的压块压紧方法虽然能够取得较好的效果，但操作繁琐，实用性不强。因此，我们设计了一个弹簧自压紧装置，套在钻头的外面，使其不随钻头旋转而转动。在钻孔过程中，弹簧借助钻头的向下压力始终对钻孔处施加较大的压力，而抬起钻头时该压力逐渐降低并消失，从而解决了金板的压紧问题。另外，该装置无需固定，可以方便地安装和移动，因而不会增加额外的加工时间;②自压紧装置的上垫板、下垫套采用专用纸板材料，以减轻装置的质量。据此，研制出在小型钻床上也可以使用的自压紧钻孔装置(见图3);③黄金钻屑的收集。采用吸尘器原理将黄金钻屑及压、垫板钻屑收集在吸尘器的收集袋内。自压紧钻孔装置的结构见图3，其具有以下优点:

①适用设备广泛，该装置在任何型号的钻床或铣床上均可使用;

②结构简单，小巧轻便，便于调整，可以满足现场操作的需要;

③操作方便，配备一台简单的三轴控制的钻孔机床即可实现全自动的钻孔加工，加工速度快;

④与黄金钻屑的收集组合在一起，结构紧凑。

图3 自压紧钻孔装置(右)及其示意图(左)Fig.3 Self-compacting drilling device(right)and its schematic(left)

3 采用新旧工艺钻孔的对比

根据上述设计，采用一台雕刻机为主体，对其加工头进行了改进，附设了自压紧钻孔、黄金钻屑的收集等装置，通过多次实际加工工艺摸索，最终确定了较为稳定的工艺:金板上下两面加衬盖板、垫板，使其能够与自压紧钻孔装置压紧;同时，将垫板—黄金板—盖板组合叠放好并固定在钻床工作台上;钻头安装在自压紧钻孔装置时应调整弹簧的压紧力合适，以保证钻孔时持续对工件施加一定压力;钻孔后的黄金切屑、盖板、垫板切屑的收集采用吸尘器收集，在清理收集器时把黄金切屑和盖板、垫板切屑分离后回收。根据多次加工实践，统计了加工时间和黄金损耗比两个关键指标，与传统工艺进行比较后发现，在保证钻孔质量的前提下，加工时间仅为传统的1/4左右，黄金损耗约为传统方法的80%。具体数据见表2。

表2 常用黄金吊篮新旧工艺加工时间与损耗表Table 2 Comparison of processing time and loss of commonly used gold basket

5 结论与展望

通过对黄金薄板钻孔方法的研究试验，研制出适用于吊篮加工的自压紧钻孔装置。实践证明，利用自压紧钻孔装置在简易数控机床上对黄金薄板进行钻孔时，孔的加工质量好，加工速度快，损耗低。使用灵活方便。这种工艺可以较为方便地移植到铂金、白银等稀贵金属大面积板材上加工网状孔，除了用作晶体生长吊篮外，还可广泛用于批量化的银、铂、金等贵金属首饰和工艺品的网状大量孔制作及其他相关工业领域。

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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

广西科技开发项目(桂科合15104001－12;桂科合1599005－2－9;桂科攻1598008－9);广西自然科学基金(2015GXNSFAA139264; 2015GXNSFBA139230)

李东平(1964－)，男，工程师。E-mail:glldp@126.com。

左艳彬(1976－)，女，硕士，教授级高级工程师，研究方向:无机非金属材料。E-mail:zyb1976@126.com。

李东平，左艳彬，朱静.高密度黄金网孔快速加工设备与方法［J］.超硬材料工程，2016，28(6):20-23.