CN103850652A - 一种凿岩钻头合金齿镶嵌工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凿岩钻头合金齿镶嵌工艺。包括如下步骤：1、选用优质高锰钢圆钢加工出衬套；2、将加工好的衬套进行真空水淬、回火、保温,然后空冷处理；3、精加工衬套的内孔；4、将加工好内孔的衬套进行热处理，并在适宜条件下将合金齿压入衬套内；5、将镶齿衬套进行高速喷丸处理；6、精磨镶齿衬套外圆表面；7、将镶齿衬套与齿孔过盈配合。本发明在合金齿外加衬套，通过增加长度加大有效结合面来提高抱紧力，可在不增加合金成本的前提下适当减小过盈量，从而既能使固齿牢靠，又能保护钻头本体和合金齿不受损害；同时由于衬套的保护作用，加之衬套镶齿过程中应力基本消除，因而合金断齿和钢体崩块的现象显著降低，延长了钻头的使用寿命。
Description
技术领域
本发明是一种涉及矿用凿岩钻头，特别是涉及一种中大直径的柱齿类凿岩钻头合金齿镶嵌工艺。
背景技术
目前对于中大直径柱齿类钻头的合金齿一般采用冷压镶齿工艺，在室温下将合金齿在一定压力下过盈压入齿孔内，该工艺虽然操作简单，但存在严重的缺陷，主要是因为钻头的工作条件及环境极其恶劣，合金齿在工作状态下的受力情况复杂，既要承受大的高频冲击作用力，又要承受钻头进给过程中强大的径向挤压作用力，同时还要克服岩石切削过程中产生的摩擦力等等，为保证合金有足够的抱紧力且在工作中不掉齿，考虑硬质合金使用成本高，不可能采用无限制的增加合金齿高度来增加合金齿与齿孔摩擦面来提高抱紧力，因而在保证有效抱紧力的前提下，常常牺牲合金高度而采用较大的过盈量。但采用大过盈量镶嵌柱齿往往受材质和加工精度以及测量误差等因素的影响，稍有不慎，过盈产生的应力可能就会超过材料的许用应力，极易在齿孔内表面或合金齿柱面产生微裂纹，造成钻头使用过程中钢体崩块或断齿等严重后果。在钻头本体内直接镶嵌齿，为了防止钻头本体在镶嵌齿过程中出现开裂，钻头头部钢体硬度一般在HRC45左右，硬度不高，因而钻头本体抗磨蚀性差，合金齿周边钢体很容易被磨蚀掉而失去对合金齿的保护作用而导致合金齿掉、断齿，从而致使钻头提前报废，严重缩短了钻头的使用寿命。
发明内容
为了克服冷压过盈镶嵌齿工艺中，较大的过盈量易导致钢体崩块或断齿以及因钻头头部抗腐蚀性和耐磨性差而引起合金齿掉、断齿等技术问题，本发明提供一种在合金齿外加衬套、热镶与冷压过盈相结合的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
一种凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，包括如下步骤：
（1）选用奥氏体高锰钢加工成衬套，所述衬套内孔深度比合金齿圆柱部分短0.25-0.35mm，所述衬套的总长度比合金齿圆柱部分高度多4.5-5.5mm；具体根据钻头实际结构进行调整，目的通过增加长度增大有效结合面以提高抱紧力，这样可以在不增加合金成本前提下能适当减小过盈量，从而保证既固齿牢靠，又能有效保护钻头本体和合金齿不受损害，为了防止气体滞留孔底，要求孔底钻直径3毫米左右通孔。
（2）对加工好的衬套进行真空淬火，温度1050-1110℃（即1080℃±30℃），时间为4h，淬火介质为水，工件冷却出水后30分钟内立即进行260℃回火，保温4-5h,空冷处理。
（3）精加工衬套的内孔，表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.01mm。
（4）将加工好内孔的衬套置于电阻炉内，整体加热升温到280-350℃并保温0.5-1小时，待衬套受热膨胀均匀后再从炉内取出，将已精磨好合金齿压入衬套内，过盈量为0.025-0.035mm，压妥后立即放入150-180℃电炉中保温失效5-12小时，随炉冷却至室温后取出。
(5)镶齿衬套表面进行高速喷丸处理，强化衬套表面和消除镶嵌齿产品内应力。
（6）精磨镶齿衬套外圆柱面，使表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.01mm，并修磨好衬套导向角和进行钝化处理；
（7）将上述修磨好的镶齿衬套与钻头本体相应的齿孔进行过盈配合，过盈量为0.07-0.08mm，采用0.3-0.5MPa的压力将镶齿衬套压入钻头本体相应齿孔内，即完成所有镶齿工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，在合金齿外加衬套，能够通过增加长度增大有效结合面以提高抱紧力，这样可以在不增加合金成本的前提下适当减小过盈量，从而既能保证固齿牢靠，又能有效保护钻头本体和合金齿不受伤害,降低合金断（碎）齿的几率。
（2）本发明的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，由于衬套的保护作用，加之衬套镶齿过程中应力基本消除，因而合金断齿和钢体崩块的现象显著降低，并且由于衬套材料具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，能够更有效地延长钻头的使用寿命。
（3）本发明能很好的解决了钻头头部钢体硬度、强度和耐磨性以及镶齿过盈量四者之间的矛盾，由于有了耐磨衬套的保护，钻头本体材料硬度可以适当降低，从而提高了钻头头部基体的强度和冲击韧性，降低了钻头崩块断裂的现象。
（4）本发明的衬套硬度好，其耐磨性介于硬质合金齿与钻头本体材料之间，使得合金齿、衬套和钻头本体三者的磨损存在有一定的梯度，这样相当于在工作过程中增加了钻头与孔壁的间隙，从而改善了排粉通道，使排粉顺畅，钻头能始终保持高速掘进状态。
（5）本发明很好的利用了高锰钢工况状态下的加工冷作硬化现象，衬套在使用过程硬度随着钻头的掘进深度和掘进时间的增加而增大，使抗磨蚀增强，从而延长钻头的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例
本实施例的合金齿镶嵌工艺包括如下步骤：
（1）选用的钻头接口为 DHD360 Φ165高风压潜孔钻头 ，材质为 XGQ25 ，合金齿的尺寸为Φ18×25mm ，并选用奥氏体高锰钢加工成衬套，衬套内孔深度为16.3±0.2mm，衬套的总长度为 32±1 mm 。
（2）对加工好的衬套进行真空淬火，温度1080℃，时间4h，淬火介质为水，工件冷却出水后30分钟内立即进行260℃回火，保温4h,空冷处理。
（3）精铰衬套内孔至尺寸Φ18.050±0.005 mm，表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.01mm。
（4）在无心磨床上精磨合金齿至尺寸Φ18.080±0.005 mm，将加工好内孔的衬套置于电阻炉内，整体加热升温到300℃并保温45分钟，待衬套受热膨胀均匀后再从炉内取出，将已精磨好合金齿压入衬套内，压妥后立即放入180℃电炉中保温失效8小时，随炉冷却至室温后取出。
(5)对镶齿衬套表面进行高速喷丸处理，强化衬套表面和消除镶嵌齿产品内应力。
（6）精磨镶齿衬套外圆柱面，使表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.005mm，并修磨好衬套导向角，并进行钝化处理。
（7）将上述修磨好的镶齿衬套与钻头本体相应的齿孔进行过盈配合，过盈量为0.07-0.08mm，采用0.4MPa的压力将镶齿衬套压入钻头本体相应齿孔内，即完成所有镶齿工作。
本实施例得到的产品经检测，性能指标如表1所示。
由表1可以看出，钻头使用后三者呈梯度磨损，达到设计预期，使用寿命提高25%以上，钻头非正常报废概率下降18%左右。
表1 本实施例所得产品的性能指标
Claims (6)
1.一种凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）选用奥氏体高锰钢加工成衬套，所述衬套内孔深度比合金齿圆柱部分短0.25-0.35mm，所述衬套的总长度比合金齿圆柱部分高度多4.5-5.5mm；
（2）将加工好的衬套进行真空淬火，工件冷却出水后30分钟内立即进行回火，保温4-5h,空冷处理；
（3）精加工衬套的内孔，表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.01mm；
（4）将加工好内孔的衬套置于电阻炉内，整体加热升温到280-350℃并保温0.5-1小时，待衬套受热膨胀均匀后再从炉内取出，将已精磨好的合金齿压入衬套内，压妥后立即放入150-180℃电炉中保温失效5-12小时，随炉冷却至室温后取出；
(5)对镶齿衬套表面进行高速喷丸处理，强化衬套表面和消除镶嵌齿产品内应力；
（6）精磨镶齿衬套外圆柱面，使表面粗糙度控制在Ra0.4以下，圆柱度误差≤φ0.01mm，并修磨好衬套导向角和进行钝化处理；
（7）将上述修磨好的镶齿衬套与钻头本体相应的齿孔进行过盈配合，采用3-5吨的压力将镶齿衬套压入钻头本体相应齿孔内，即完成所有镶齿工作。
2.根据权利要求1所述的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于：所述步骤（2）的淬火介质为水。
3.根据权利要求1所述的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于：所述步骤（2）的淬火温度为1050-1110℃，时间为4h。
4.根据权利要求1所述的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于：所述步骤（2）的回火温度为260℃ 。
5.根据权利要求1所述的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于：所述步骤（4）的合金齿压入衬套内的过盈量为0.025-0.035mm。
6.根据权利要求1所述的凿岩钻头合金齿镶嵌工艺，其特征在于：所述步骤（7）的过盈配合的过盈量为0.07-0.08mm。
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