CN105951706B - 一种新型纺锤形夯锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体，夯锤本体的一端固定连接有过渡部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起，过渡部、夯锤本体和挤压部组合后呈纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另一端固定连接有锤头。通过优化夯锤结构和组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小夯锤侧面与土体的摩擦力，以使其侧面不易形成刮痕，而具有的纺锤形外形能减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹凸界面，挤土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。

Description

一种新型纺锤形夯锤

技术领域

本发明涉及强夯机设备领域，特别涉及一种新型纺锤形夯锤。

背景技术

目前的成孔技术中，多为取土成孔，或钻土成孔，对原土体有较大的破坏作用，不利于进一步发挥土体的承载力，而已有的沉管挤土成孔法，应用范围小，受限较多。

应用异形夯锤进行挤土成孔施工，是如今技术人员开发出来的新的施工方法，通过使用异形夯锤，在成孔过程中能对土地进行强制挤土，使成孔周围的土体得到了良好的挤密加固效果，提高了土体的承载力。然而现有使用的强夯机的夯锤中，绝大多数是用的柱形平底夯锤，关于异形夯锤的资料鲜有报道，同时，不管是异型夯锤还是柱型平底夯锤，他们在对土体挤压过程中，往往会存在一定程度上的“吸锤”现象，同时，当夯锤与质地较硬物体撞击时，硬质物体直接作用在夯锤上，这可能会导致夯锤表面形成凹凸不平截面，进而破坏了夯锤的强度，使夯锤表面出现裂纹，甚至裂缝，而在举锤和放锤时，夯锤侧面与土体的摩擦更会加重夯锤表面形成沟壑、刮痕，裂纹和刮痕的存在，致使土体中具有腐蚀性的物质藏匿其中并强烈腐蚀界面，这样的后果是，夯锤表面腐蚀较严重，进而使夯锤过早的失效，这无疑增加了设备投入成本。因此，不仅需要对夯锤的结构上加以改进，还需要对夯锤本身材料上加以优化，以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种新型纺锤形夯锤，通过优化夯锤结构和组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小夯锤侧面与土体的摩擦力，以使其侧面不易形成刮痕，而具有的纺锤形外形能减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹凸界面，挤土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。

本发明采用的技术方案如下：一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体，夯锤本体的一端固定连接有过渡部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起，使纺锤形夯锤在夯击时，不易发生吸锤现象，使纺锤形夯锤更容易被拔出；过渡部的纵向截面呈梯形，挤压部的纵向截面呈锥形，过渡部、夯锤本体和挤压部组合后呈纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部，以便于纺锤形夯锤固定安装在锤节上，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另一端固定连接有锤头，锤头与挤压部可拆卸式安装，当锤头磨损失效后，可直接更换锤头，提高工作效率，降低损耗，同时便于锤头的单独制造，节约制造成本。

进一步，锤头的表面设有一层铸渗层，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。

进一步，为了使出深层能发挥更好地作用，铸渗层的厚度为6mm，采用特制TiC铸渗剂铸渗而成，所述特制TiC铸渗剂为TiC合金粉末，所述TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为53-57%，Mn为4-6%，Ni为1-2%，Nb为0.4-0.5%，Cr为3-5%，WC为5-7%，余量为铁。

上述特制TiC铸渗剂中，TiC具有很高的硬度，密度小，摩擦系数小，热硬度高，是一种良好的生产硬质合金的重要原料，当以TiC为基体作为锤头外表面的铸渗层时，一方面可大幅提高锤头表面的耐磨性能，使锤头拥有很高的硬度，有利于夯锤在强夯施工时对硬质土地的挤压，另一方面，由于TiC本身具有良好的化学惰性，不溶于酸碱，在常温下不与强腐蚀物质发生反应，能大大增强锤头的耐腐蚀性能，使锤头能适应各种不同成分的土体，能大幅延长锤头的使用周期；特加元素Nb能提高TiC铸渗层的抗压强度，缘由在于TiC合金粉末在烧结过程中会产生瞬时液相，Nb能夺取粉末颗粒表面的氧并净化TiC粉颗粒界面，提高粉末颗粒的烧结活性，进而提高了铸渗层的抗压强度，使锤头在挤土成孔时，锤头不易发生变形；WC的加入除作为另一种铸渗剂外，TiC与WC在高温下能形成固溶体，而该固溶体一般用作重要的切削材料，将此固溶体应用于铸渗层时，能进一步提高铸渗层的强度、硬度和耐磨性能，使锤头在与坚硬物质撞击时（如碎石），不易被刮出痕迹而破坏铸渗层。

进一步，锤头通过铸渗工艺制造而成，所述铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为200 -250μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，空冷后进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，光饰处理完成后，最终得到成品TiC锤头。

在上述制备工艺中，铸渗剂的选择都是根据锤头的金属基体来确定的，由于夯锤锤头属于耐磨锤头，一般采用性价比相对较高的铸钢ZG45来作为锤头的基体，为了提高TiC合金铸渗剂与ZG45的润湿性和溶解度，一是使TiC合金铸渗剂的合金粉末平均粒径为200 -250μm，二是在铸渗剂内添加有助熔剂；铸渗剂的粒度太粗，不利于合金粉末在段时间内达到熔融状态，太细则使得合金粉末的比表面积大，粘结剂用量多，烧结时产生的气体和残渣多，易造成铸造缺陷，经过多次试验，发明人发现，TiC合金铸渗剂在与ZG45进行冶金结合时，TiC合金铸渗剂的粒度在200-250μm的时候，铸渗层的铸造质量最佳；由于铸渗剂与液体金属的浸润性直接影响到铸渗层的形成强度，助熔剂的加入能大幅改善合金粉末的润湿性，同时还能防止合金粉末氧化，保证能形成结合度和溶解度良好的铸渗层。铸渗剂中的粘结剂必须要防止渣化，以杜绝铸渗层中渣孔的形成，因此选用水玻璃作为粘结剂，然后通过酒精将铸渗剂和粘结剂一起制成膏状或者糊状，并涂敷在型腔的表面，此时，涂层厚度的大小也会直接影响铸渗层的形成，若涂层厚度偏薄，则不足以形成一定厚度的合金化渗层，若涂层过厚，则不能完全被金属液熔化，易形成裂纹，在本发明中，涂层厚度为6mm时较佳。在步骤三中，对涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤的目的在于，便于提高金属液充型能力，同时去除铸型中的水分，减少由水蒸气引起的气孔等缺陷；之后向铸型中充入氩气是为了防止合金元素被氧化而形成有害物质，消除空气中的氧的影响。在步骤六中，通过对制得的锤头进行光饰处理，使锤头的表面形成镜面，降低了摩擦系数，进一步提高了锤头的表面硬度，使铸渗层不易起刮痕，防止腐蚀介质通过刮痕腐蚀锤头内部，同时，光饰处理后的锤头表面外观美观，提高了锤头的附加值，利于产品的销售。

进一步，本发明的助熔剂优选为硼砂。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过优化夯锤结构和组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小了夯锤侧面与土体的摩擦力，夯锤侧面不易形成刮痕，而具有的纺锤形外形能够减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹凸界面，挤土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，夯锤的使用周期得到大幅提升。

附图说明

图1是本发明的新型纺锤形夯锤的主视结构示意图；

图2是本发明的新型纺锤形夯锤的俯视图；

图3是本发明的新型纺锤形夯锤的锤头纵向剖视图。

图中标记：1为夯锤本体，2为过渡部，3为挤压部，4为安装部，5为锤头，6为凸起，7为铸渗层，8为圆弧底面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体1，夯锤本体1的一端固定连接有过渡部2，夯锤本体1的另一端固定连接有挤压部3，过渡部2的纵向截面呈梯形，挤压部3的纵向截面呈锥形，过渡部2、夯锤本体1和挤压部3组合后呈纺锤形。过渡部2的梯形截面结构，有助于夯锤更容易起锤，挤压部3的纵向截面为锥形，有助于夯锤更易挤压其两侧的土体，在一定程度上能减小夯击力，使夯击过程更顺利的进行。过渡部2的一端与夯锤本体1无缝连接，即可采用卡接或插销连接，过渡部2的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部4，以便于纺锤形夯锤固定安装在锤节10上。挤压部3的一端与夯锤本体1无缝连接，即可采用卡接或插销连接，另一端固定连接有锤头5，锤头5与挤压部3可拆卸式安装，当锤头5磨损失效后，可直接更换锤头5，提高了工作效率，降低了损耗，同时便于锤头的单独制造，节约制造成本。

在图1中，夯锤本体1的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起6，齿轮型凸起6的设置可以使纺锤形夯锤在夯击时，不易发生吸锤现象，使纺锤形夯锤更容易被拔出。在图3中，锤头5的表面设有一层铸渗层7，锤头5的底部经倒圆角后形成圆弧底面8，以避免尖角，增设的铸渗层7可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。

为了使出深层能发挥更好地作用，铸渗层的厚度为6mm，采用特制TiC铸渗剂铸渗而成，铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为230μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为57%，Mn为5.3%，Ni为1.6%，Nb为0.48%，Cr为4.1%，WC为6.5%，余量为铁， 水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580℃，浇注时，采用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品TiC锤头。

实施例二

实施例二与实施例一相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为200μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为57%，Mn为6%，Ni为2%，Nb为0.5%，Cr为5%，WC为7%，余量为铁， 水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580℃，浇注时，采用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品TiC锤头。

实施例三

实施例三与实施例一和实施例二相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为235μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为55%，Mn为4.5%，Ni为1.4%，Nb为0.47%，Cr为3.6%，WC为5.8%，余量为铁， 水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580℃，浇注时，采用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品TiC锤头。

实施例四

实施例四与实施例一、实施例二和实施例三相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为250μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为53%，Mn为4%，Ni为1%，Nb为0.4%，Cr为3%，WC为5%，余量为铁， 水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580℃，浇注时，采用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品TiC锤头。

将上述各实施例制造得到的锤头分别取样，然后将一部分试样置于摩擦试验机和冲击韧性试验机中测定耐磨性和冲击韧性，再将另一部分试样置于沸腾的质量分数为10%盐酸中浸泡100h后，测试样的腐蚀速度，其结果如下表所示：

由上表可以看出，夯锤锤头具有很好的硬度和耐磨性，无明显刮痕，硬度达到67HRC，冲击韧性达到19.8KJ/m²，优于现有使用的夯锤，腐蚀速度达到1.1mm/a，具有优异的抗腐蚀性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种纺锤形夯锤，包括夯锤本体，其特征在于，夯锤本体的一端固定连接有过渡部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起，过渡部的纵向截面呈梯形，挤压部的纵向截面呈锥形，过渡部、夯锤本体和挤压部组合后呈纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另一端固定连接有锤头，锤头的表面设有一层铸渗层，铸渗层的厚度为6mm，采用特制TiC铸渗剂铸渗而成，所述特制TiC铸渗剂为TiC合金粉末，所述TiC合金粉末内各成分质量含量为：TiC为53-57%，Mn为4-6%，Ni为1-2%，Nb为0.4-0.5%，Cr为3-5%，WC为5-7%，余量为铁，锤头通过铸渗工艺制造而成，所述铸渗工艺包括以下步骤：

步骤一、分别称取平均粒径为200 -250μm的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%；

步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后，点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用；

步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250℃中烘烤3h，然后取出空冷；

步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，空冷后进行清砂处理，得到铸件；

步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820℃，升温速率控制在80℃/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头;

步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，光饰处理完成后，最终得到成品TiC锤头。

2.如权利要求1所述的一种纺锤形夯锤，其特征在于，助熔剂为硼砂。