CN101579892B - 用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头及其制作方法，涉及钻头制作的技术领域；所要解决的是用于修复砼制枕木的金刚石钻头制作中提高生产效率、降低生产成本的技术问题；该金刚石钻头包括钻头基体和连接钻头基体头端的钻头唇部，钻头唇部顶端设有多个钻头水口，将钻头唇部顶端分为多个钻牙，其特征在于，钻头唇部工作层含重量的18-30％的金刚石；钻头唇部工作层的金属结合剂由骨架成分和粘结成分两部分组成；骨架成分：粘结成分重量比例为(35∶65)到(45∶55)；骨架成分包括WC等；粘结成分包括：Ni、Co、Mn、663青铜等。本发明的金刚石钻头的制作技术具有能提高生产效率，降低生产成本的特点。

Description

用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头及其制作方法

技术领域

本发明涉及钻头制作技术，特别是涉及一种用于修复铁道和矿山坑道的砼制枕木的高效金刚石钻头的技术。

背景技术

据初步统计，全中国有几万个大大小小的矿山，每个矿山平均按10公里矿山坑道计，全国将有几十万公里的矿山坑道。这些矿山坑道长期浸泡在地下水中，极易遭到损坏必须经常进行修复。

另外，中国全国铁路总长度到2008年底将达到7.5万公里，计划到2010年，铁路再增加2万公里，总长达到9.5万公里。仅次于美国，俄罗斯，居世界第三。但是2006年，我国铁路以占世界铁路6％的营业里程完成了世界铁路1/4的运输量，创造了四个世界第一：旅客周转量世界第一，货物发送量世界第一，换算周转量世界第一，铁路运输密度世界第一。

随着国民经济的高速，持续发展，铁路运输在国内仍然担负着其它运输不可替代的作用。也随着国民经济的高速，持续发展铁路的里程还会继续增加。

创造铁路运输业上很多第一，固然是好事。同时给铁路的维修也带来很多不利因素。众所周知，铁路的枕木，原来都是用木制的，后来改为砼制，是一大进步，这样大大节约了木材。而砼制枕木不象木制枕木可以用铁钉就可以加固了，而是用螺丝钉来加固的。在长期的震动摩擦中，螺丝钉将会松动，平时维修则要经常紧固。更长时间则螺丝钉损坏，在现有技术中，只可将整根砼制枕木作废，既浪费了材料，还造成环境污染。

跟据资料，每两米铁轨就有五根枕木，每根枕木有四个螺丝钉，所以每米平均有螺丝钉十个。全国目前在铁路上的螺丝钉将高达75万个。这个维修量之大就可想而知了。

众所周知，目前也有钻探等用途的金刚石钻头，但是无法拿来修复砼制枕木；其原因是：1)一般制作的是针对花岗岩等坚硬岩石的胎体硬度成分较高的金刚石钻头；2)在国外常用生产效率低的真空法烧结金刚石钻头；3)一般制作的是针对岩样分析使用的地质钻头，口径大小不适合修复砼制枕木用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高生产效率，降低生产成本的用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头，包括钻头钢(基)体和连接钻头钢(基)体头端的钻头唇部，钻头唇部顶端设有多个钻头水口，将钻头唇部顶端分为多个钻牙，其特征在于，钻头唇部(顶端)工作层含重量的18-30％的金刚石；钻头唇部工作层的金属结合剂由骨架成分和粘结成分两部分组成。骨架成分：粘结成分重量比例为(35∶65)到(45∶55)；骨架成分包括WC等；粘结成分包括：Ni、Mn、663青铜等。

进一步的，所述钻头水口沿钻头内壁设钻头内水槽，钻头水口沿钻头外壁设钻头外水槽。

进一步的，所述粘结成分还包括：Pb、Zn、Sn。

进一步的，所述钻头唇部顶端工作层与钻头钢(基)体之间为钻头唇部的非工作层，非工作层的成分可以同工作层一样，也可以另行配制。

进一步的，所述金属结合剂粒度为：200-300^#。

进一步的，所述钻头钢(基)体为：45^#钢，经过机械加工而成。

进一步的，所述钻头钢(基)体为长基体，轴向长度为120-150mm，基体壁厚为3-8mm。

进一步的，所述钻头钢(基)体为短基体，轴向长度为25-40mm，基体壁厚为3-8mm。

进一步的，所述钻头的金刚石粒度号为：40/50，或40/50与50/60混合粒度。

本发明所述的用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头的制作方法，其特征在于，1)备料，

检测石墨模具和钻头基体，使其达到配合精度为±0.1，钻头基体用汽油清洗后备用；

金刚石用弱盐酸煮沸，晾干备用；

按所述重量比例配好金属(混合)粉；

2)准备工作与组装，

金刚石再用少量甘油和均，然后与球磨后的金属(混合)粉按金刚石浓度为重量百分数20-30％的比例均匀混合，此为工作层的(混合物)粉料；

清洗石墨模具内层，放入含金刚石的工作层的(混合物)粉料，然后放入非工作层的粉料，放上套模，放上金属基体，并略加压制即可；

3)烧结，

将组装好的烧结工件置于电阻烧结炉内，同时加压、加温，加压与加温要相互匹配；压力控制在1.5-2.5T/CM²之间，温度控制在850-950℃之间；并保温至少15分钟，然后卸压；

烧结完的工件(整个组装件)一定不能放置在空气中急骤冷却，应放在专用恒温冷却设备中自然冷却；放置时间应保证12h以上；

4)精加工，

按设计图纸的尺寸加工；

5)检测；

确保产品合格。

进一步的，所述步骤1)中，按所述重量比例配好后的金属(混合)粉先在专用的球磨机上，球磨3h以上，使其尽量均匀。

进一步的，所述步骤2)中，在放入含金刚石的工作层的(混合物)粉料后，再放入不含金刚石的非工作层的(混合物)粉料，然后放上套模、金属基体。

进一步的，所述步骤3)中，专用恒温冷却设备为石棉槽或专用的冷却恒温箱。

进一步的，所述步骤3)中，压力一般采用1.5-2T/cm²，我们多数取上限，有时还高出0.5T/cm²。

进一步的，所述步骤3)中，在烧结过程中，当金属刚熔化时，则需较快的加压，一直到烧结温度达到设定的温度后还应在表值上再增加0.1-0.2Mpa的压力。

利用本发明提供的用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头及其制作方法，由于采用常压环境下的金刚石钻头烧结工艺，使本发明避免了真空烧结，这样大大提高了生产效率，降低了生产成本，而且烧成的金刚石钻头的使用寿命几乎与真空法烧成的相同；虽然真空烧结有利于保护金刚石，不容易被氧化，但生产效率明显低得多，

本发明的科学依据：采用石墨模具时，其石墨本身也是容易被氧化的，这时在高温条件下，其周围环境亦有所需的还原气氛，产生了相对较多的CO₂和CO，这些CO₂和CO本身就是非常好的还原条件。由于是针对修复砼制枕木，本发明的金刚石钻头采用与针对花岗岩等坚硬岩石的配方不同的比例，减少了金刚石含量，降低了金刚石钻头的成本；由于是针对被维修的砼制枕木上的螺丝钉的大小来决定的金刚石钻头的口径，本发明避免了钻头的口径太小起不到紧固作用，太大将浪费人力、物力的现象，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

由图1所示，本发明实施例所提供的一种用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头，包括圆筒形的钻头钢(基)体5和连接钻头钢(基)体头端的钻头唇部4，钻头唇部顶端设有多个钻头水口，将钻头唇部顶端分为多个钻牙，钻头水口1沿钻头内壁设钻头内水槽3，钻头水口1沿钻头外壁设钻头外水槽2，其特征在于，钻头唇部顶端工作层的金刚石重量浓度为：20-30％；钻头唇部工作层的金属结合剂由骨架成分和粘结成分两部分组成。骨架成分：粘结成分重量比例为(35∶65)到(45∶55)；骨架成分：主要是WC(有时加少量W₂C，粒度较粗)；粘结成分：主要是Ni、Mn、663青铜(有时用少量Co)，另外有：Pb、Zn、Sn等；金属结合剂粒度为：200-300^#；在钻头唇部顶端工作层与钻头钢(基)体5之间为钻头唇部的非工作层，非工作层的成分可以同工作层一样，也可以另行配制；本发明实施例的金刚石钻头采用的基体为：45#钢，经过机械加工而成；基体有长短两种：短基体一般25-40mm；长基体一般120-150mm；基体壁厚一般为3-8mm。

本发明钻头的金刚石选用上海GEMS公司出品的，牌号为：GBD120的优质合格产品；具体指标为：TI(％)：65.75；TTI(％)：44.25；15Kgf；椭圆度：1.1025；圆度1.0427；粗糙度：4.95；透明度：87；平均粒径：280un；每克拉颗粒数：3229；粒度号为：40/50，或40/50与50/60混合粒度。

本发明烧结时采用高密高强石墨块制成石墨模具。石墨模具采用机械加工方法，按图纸加工成所需尺寸。

本发明实施例的一种用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头的制作方法，具体工序：

1)备料，

本发明实施过程中，先将石墨模具和45^#钢加工好的基体进行检测，其机械加工必须达到配合精度为±0.1，45^#钢的基体用汽油清洗后备用；

金刚石用弱盐酸煮沸，晾干备用；

金属粉按比例配制，配好后的金属粉先在专用的球磨机上，球磨3-4h，使其尽量均匀；以备用；

2)组装前准备工作与组装，

金刚石再用少量甘油和均，然后与金属粉按金刚石浓度为20-30％的称号均匀混合，此为工作层的(混合物)粉料；

另外还有非工作层的金属(混合物)粉料，可用已经混好的工作层的金属(混合物)粉料，也可以另行配制，如若要新配置则可加入15-25％的纯铁粉，以降低成本；

石墨模具用酒精清洗其内层，先放入含金刚石的工作层的粉料，然后放入非工作层的粉料，放上套模，放上金属基体。至此，烧结的组装工作告一段落。

3)烧结，

将组装好的烧结工件置于电阻烧结炉上，加以一定1.5-2T/CM²的压力，压力可以由专门的公式予以计算，但一般取比常规的压力更大一些，这样可以更好的保证，烧结时粉末合金的致密度；

在加压的同时，也要加温，加压与加温要相互匹配。加温时石墨模由黑变暗红，由暗红变红，这时经常要用光学測温仪測量温度，因金属粉料而易，一般温度控制在850-950℃之间。在此过程中，当金属刚熔化时，则需较快的加压，一直到烧结温度达到设定的温度后还应适当的加些压力，并保温15分钟，卸压，这时整个烧结工序结束。由此可知，烧结工序是非常重要的一个环节。

烧结完的工件(整个组装件)一定不能放置在空气中急骤冷却，应放在石棉槽中，或放在专用的冷却恒温箱中自然冷却。放置时间应保证12h以上。

4)精加工

按设计图纸的尺寸，认真加工；

5)检测；

这是把好出厂关的极为重要的工作，不合格品坚决不能出厂！

6)成品入库。

实施例一：

1)、压机：XDFD-50A全自动压力压机，工作压力：50T；

2)、控制系统：与压机相匹配的自动控制系统，压力精度0.1MPa，温度精度(以电流表示)5A；

3)、石墨模具；机加工成符合Φ25mm，外径Φ35mm钻头烧结用高精度模具；

4)、金刚石：GBD120型的优质金刚石。粒度为：40/50与50/60混合粒度，各50％；

5)、制作钻头直径；内径Φ25mm，外径Φ35mm；

6)、金属粉压制硬度：把前述骨架材料的金属粉和粘结材料的金属粉混合，使压制成硬度为：HRC25-30胎体；

7)、烧结温度：控制在860-900℃；

8)、在有压力条件下保温时间：15分；

9)、冷却：一般至第二天上早班时取出进行机械加工；

10)、检验，合格后入库。

最终结果：经现场使用，效果良好。

实施例二：

1)、压机：XDFD-50A全自动压力压机，工作压力：50T；

2)、控制系统：与压机相匹配的自动控制系统，压力精度0.1MPa，温度精度(以电流表示)5A；

3)、石墨模具；机加工成符合内径Φ30mm，外径Φ40mm钻头烧结用高精度模具；

4)、金刚石：GBD120型的优质金刚石。粒度为：40/50与50/60混合粒度，比例为60％∶40％；

5)、制作钻头直径；内径Φ30mm，外径Φ40mm。

6)、金属粉压制硬度：把前述骨架材料的金属粉和粘结材料的金属粉混合，使压制成硬度为：HRC30-35胎体；

7)、烧结温度：控制在900-920℃；

8)、在有压力条件下保温时间：15分；

9)、冷却：一般至第二天上早班时取出进行机械加工；

10)、检验，合格后入库。

最终结果：经现场使用，效果也相当好。

Claims (4)

1.一种用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头的制作方法，所述钻头包括钻头基体和连接钻头基体头端的钻头唇部，钻头唇部顶端设有二个以上钻头水口，将钻头唇部顶端分为二个以上钻牙，钻头唇部工作层含重量的20-30％的金刚石；钻头唇部工作层的金属结合剂由骨架成分和粘结成分两部分组成；骨架成分：粘结成分重量比例为(35∶65)到(45∶55)；骨架成分包括WC；粘结成分包括：Ni、Co、Mn、663青铜、Pb、Zn、Sn；

所述的用于修复砼制枕木的高效金刚石钻头的制作方法，其特征在于：

1)备料，

检测石墨模具和钻头基体，使其达到配合精度为±0.1，钻头基体用汽油清洗后备用；

金刚石用弱盐酸煮沸，晾干备用；

按所述重量比例配好金属混合粉；

2)准备工作与组装，

金刚石再用少量甘油和均，然后与球磨后的金属混合粉按金刚石浓度为重量百分数20-30％的比例均匀混合，此为工作层的混合物粉料；

清洗石墨模具内层，放入含金刚石的工作层的混合物粉料，放上套模，放上金属基体，并略加施压即可；

3)烧结，

将组装好的烧结工件置于电阻烧结炉内，同时加压、加温，加压与加温要相互匹配；压力控制在1.5-2.5T/CM²之间，温度控制在850-950℃之间；并保温至少15分钟，然后卸压；

烧结完的整个工件必须放在专用恒温冷却设备中逐步自然冷却；放置时间应保证12h以上；

4)精加工，

按设计图纸的尺寸加工；

5)检测；

确保产品合格。

2.根据权利要求1所述的金刚石钻头的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中，按所述重量比例配好后的金属混合粉先在专用的球磨机上，球磨4h以上，使其尽量均匀。

3.根据权利要求1所述的金刚石钻头的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中，在放入含金刚石的工作层的混合物粉料后，再放入不含金刚石的非工作层的混合物粉料，然后放上套模、金属基体。

4.根据权利要求1所述的金刚石钻头的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中，专用恒温冷却设备为石棉槽或专用的冷却恒温箱。