目前，国内PDC钻头生产普遍采用粉末冶金制作钻头体，再将PDC切削齿镶焊在钻头体上。用这种方法制作的钻头体，冠部是由预先制作好的组合模具来成型的。因此，钻头体的冠部形状和尺寸完全取决于组合模具。而传统的组合模具的底模是采用石墨棒料经机械加工、划线，再经手工雕刻修磨PDC支撑体凹坑和水口塞等复杂部位等工序来完成的。这种方法虽然能加工各种形状、规格及大小的底模，但工人劳动强度大，生产效率低，精度难以满足设计要求，且一致性差，严重制约了烧结式PDC钻头的生产和发展。

煤炭科学研究总院西安分院经过近1a的努力，成功地研究了一套冷压成型工艺，解决了烧结式PDC钻头批量生产时底模成型存在的问题，取得了较好的效果。

成型工艺这种新成型工艺是将选定的材料，用钢模压制成与PDC钻头唇面完全相同的阴模作为烧结钻头体用的底模。其特点是：工艺过程简单，易于操作;对设备没有特殊要求，无需加热设备;钢模不需耐热，可以反复使用;压制的废品能及时回收。该工艺的关键是底模材料的选择，配比的确定以及压制工艺流程。

材料的选择

PDC钻头底模材料要求在高温下对钻头胎体性能不产生任何影响;具有一定的强度，在承受一定的压力时不产生变形或破坏;易于退模、清理。

石墨作为一种中间物，在高温下具有优良的综合性能：与大部分熔融金属不反应;在高温状态下不变形，且随本身温度的升高其导热、强度还有明显提高;耐热冲击性好，模具的几何尺寸稳定，易获得较高精度形面制品;在烧结过程中产生CO气体能形成保护氛围，使得钻头胎体在高温下处于还原环境中。鉴于石墨的这些优良性能，选择石墨粉作为制作底模的主要原材料，在此基础上再增加一些辅助材料和粘结剂。

材料选方成型

底模必须在常温和高温(1200)下都具有一定的强度，以保证钻头体的精度;其次是具有足够的表面光洁度，没有裂纹，掉边角等缺陷。根据这些要求，设计了7种底模成型配方，经12MPa的压力压制、500550烘干、筛选试验，最终确定了底模材料配方。

1号和2号配方作为基础配方，以确定石墨粉的粒度对底模强度的影响。试验结果表明，2号配方压坯成形较好，棱角分明，具有一定的强度，可以进行机械加工;1号配方压坯疏松，不易成型，几乎没有强度。因此，选用2号配方作进一步对比筛选试验的基础配方。

为了配料方便，用固体粘结剂设计了3号和4号配方。试验结果表明，这两种配方压坯效果都不理想，坯体表面粗糙，边角缺损现象严重，且强度不够，机械加工性能差。

在上述试验的基础上，为了进一步优选粘结剂的最佳配比，设计了5号、6号、7号3种配方。试验结果显示，5号配方压制的坯体表面粗糙，有肉眼可见的空洞，棱角处有缺陷，感官疏松，强度稍低;6号配方，表面光滑、致密，棱角分明，无分层裂纹等缺陷，强度高，机械加工性能好;7号配方因粘模而导致退模困难，表面不平整，侧面有裂纹甚至分层，因而未做进一步烘干试验。

从上述试验可以看出，随粘结剂所占比例的增大，成型模具表面光洁度提高，但过多的粘结剂易发生粘模，反而增加了废品率。最终选定压制底模的材料配方为6号配方。

成型压力

在压制过程中，为避免弹性后效应适当的保压;为使压坯密度均匀，性能稳定，停压后将模具转动180，再重复压制。过高的压制压力，往往使压坯发生分层和裂纹等现象。反之，过小的压力使得压制材料只发生弹性形变，各组分之间的粘结力低，压坯反弹膨胀量大，影响压坯的强度。为确定理想的压制压力，在其他工艺不变的条件下，采用6号配方，设计3个压力范围，分别压制了3组压坯，试验情况。

可知，压力在912MPa范围内压制出的压坯能够满足要求。

结论

选用6号材料配方，成型压力为912MPa的压制工艺制作底模，保证了底模尺寸相同的每一个复合片支撑体的几何形状完全相同，一致性好，表面平整光滑，外观整齐，精度完全能够满足设计要求，工效可提高5倍以上，大大降低了工人劳动强度，为复合片钻头的生产研制了一种可行的新工艺。