CN107812949A

CN107812949A - 一种焊接式钻头的环形胎体及其制作方法

Info

Publication number: CN107812949A
Application number: CN201711037811.9A
Authority: CN
Inventors: 潘晓毅; 谢德龙; 肖乐银; 林峰; 胡乔帆; 王进保
Original assignee: China Nonferrous Metal Guilin Geology and Mining Co Ltd
Current assignee: China Nonferrous Metal Guilin Geology and Mining Co Ltd
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-03-20

Abstract

本发明公开了一种焊接式钻头的环形胎体及其制作方法。所述的环形胎体包括与钻头的基体相连接的工作齿和水口块，所述工作齿于基体上圆周均布，所述水口块设于相邻两个工作齿之间，所述工作齿由上至下包括工作层、过渡层和焊接层，具体的制备方法包括：1)分别设计、配制工作料、过渡料、焊接料和水口料；2)获得工作齿冷压坯；3)将工作齿冷压坯均匀放置于环形成型模具中，在相邻两个工作齿之间填充水口料，然后进行热压烧结，即得；其中，在填充水口料时，按设计要求用量的110‑160wt％的投料量进行过饱和填充。由该方法制得的环形胎体抗弯折能力高、圆周跳动尺寸范围较高、取芯成型质量高，而且成品率高。

Description

一种焊接式钻头的环形胎体及其制作方法

技术领域

本发明涉及钻头的环形胎体的制作方法，具体涉及一种焊接式钻头的环形胎体及其制作方法。

背景技术

金刚石钻头在我国已有近60年的发展历程，目前已广泛运用于勘探、石材加工、玻璃加工等行业，品类繁多、尺寸形貌各异。金刚石钻头由胎体与带螺纹的钻头基体连接构成，目前，制作金刚石钻头的方法主要有：中频热压烧结法、电阻热压烧结法、电镀法、焊接法等。

随着焊接技术的不断革新与进步，因其自动化程度高、连接强度好、产品尺寸范围跨度大等优势，独立制作金刚石胎体再经焊接制作金刚石钻头的焊接法愈加的受到青睐。但现有单独形成胎体上的工作齿后再经焊接得到的胎体存在抗弯折能力较低、圆周跳动尺寸范围较高、取芯成型质量较差等不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接式钻头的环形胎体及其制作方法。由该方法制得的环形胎体抗弯折能力高、圆周跳动尺寸范围较高、取芯成型质量高，而且成品率高。

本发明所述的焊接式钻头的环形胎体的制作方法，该环形胎体呈环形结构，包括与钻头的基体相连接的工作齿和水口块，所述工作齿于基体上圆周均布，所述水口块设于相邻两个工作齿之间，所述工作齿由上至下包括工作层、过渡层和焊接层，具体的制备方法包括以下步骤：

1)根据具体钻进对象确定工作齿的工作层、过渡层和焊接层的配方以及水口块的配方，将各配方分别混料，分别得到工作料、过渡料、焊接料和水口料；

2)获得工作齿冷压坯；

3)将工作齿冷压坯均匀放置于环形成型模具中，在相邻两个工作齿之间填充水口料，然后将填充有水口料的环形成型模具置于烧结炉中进行热压烧结，即得到所述的焊接式钻头的环形胎体；其中，在填充水口料时，按设计要求用量的110-160wt％的投料量进行过饱和填充。

上述制作方法的步骤2)中，可以通过以下两种方法之一获得工作齿冷压坯：

①按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充于冷压模具中，然后置于冷压成型机中冷压成型，得到工作齿冷压坯；

②将焊接料、过渡料和工作料分别通过冷压成型获得工作层冷压坯、过渡层冷压坯和焊接层冷压坯，然后按焊接层冷压坯、过渡层冷压坯和工作层冷压坯的先后顺序由下至上依次叠放，得到工作齿冷压坯。

上述制作方法的步骤3)中，所述水口料的填充方式可以是直接填充水口料；也可以是将水口料制成颗粒，然后填充这些颗粒；还可以是将水口料冷压成水口块冷压坯，然后再填充水口块冷压坯。

申请人的试验表明，在填充水口料时，采用过饱和填充水口料的方式可以有效提高成品率，当采用前述限定用量的过饱和填充水口料时，成品率较按设计要求用量进行填充提高20％以上；进一步优选按设计要求用量的120-150％的投料量进行过饱和填充。

本发明所述制作方法中涉及的冷压工艺与现有技术相同，具体的，冷压时的压力为8-15MPa，保压时间为3-10s。

本发明所述制作方法中涉及的热压工艺与现有技术相同，具体的，热压时的温度为780-900℃，压力为25-40MPa，保压时间为5-10min。

进一步地，本发明所述制作方法中，在填充完水口料之后、进行烧结之前，还包括在水口料投料部位预置水槽造型条的步骤，从而使得在完成烧结后节省在胎体上加工水槽的步骤。

进一步地，本发明所述制作方法中，在完成工作齿冷压坯均匀放置于环形成型模具中之后、在相邻两个工作齿之间填充水口料之前，还包括在水口料投料部位预置底喷造型条的步骤，从而斂是在完成烧结后节省胎体上加工底喷孔的步骤。

本发明还包括由上述方法制作得到的焊接式钻头的环形胎体。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、采用将构成环形胎体的各工作齿及水口块单次独立烧结成型的工艺，同一环形胎体上的工作齿质量差异小，可在工作过程中同步磨损消耗，所制造钻头工作稳定性高，同批次工作寿命相近；与单独制作工作齿再得到胎体的方法相比，所得环形胎体的力学分散性好，抗弯折能力高，可制作更高工作层的环形胎体来提升所制造钻头的工作寿命；

2、采用将构成环形胎体的各工作齿及水口块单次独立烧结成型的工艺，外径成型精度由模具决定，内径精度与质量由模芯决定，与单独制作工作齿再得到胎体的方法相比，所得环形胎体可避免设备因素造成的圆周跳动，同批次外径范围变动小，整体钻进成孔质量好；并可避免设备因素造成的内径偏差，取芯成型质量高；

3、进一步的，通过采用采用过饱和填充水口料的方式可以有效提高成品率，当采用前述限定用量的过饱和填充水口料时，成品率较按设计要求用量的100wt％投料量进行填充时提高20％以上。

附图说明

图1为本发明所述焊接式钻头的环形胎体的结构示意图。

图中标号为：

1工作层；2过渡层；3焊接层；4水口块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。

图1为本发明要制备的焊接式钻头的环形胎体的结构示意图，该环形胎体呈环形结构，包括与钻头的基体相连接的工作齿和水口块4，所述工作齿于基体上圆周均布，水口块4设于相邻两个工作齿之间，水口块4的数量可以在4-6个之间，在图1中具体为5个；所述工作齿在其高度方向上由上至下依次包括工作层1、过渡层2和焊接层3，其中的工作层1即为环形胎体用于钻进的工作部分，焊接层3即为与基体焊接的部分，过渡层2则处于工作层1与焊接层3之间。所述环形胎体的内径通常为8-93mm，齿厚通常为2-20mm，环形胎体整体高度通常为13-34mm，工作齿的工作层1的高度通常为10-28mm，过渡层2的高度通常为1.5-3mm，焊接层3的高度通常为1.5-3mm，水口块4的高度通常为4-6mm。

实施例1：应用于钻进VI级花岗岩层的Φ60/Φ36地质取芯焊接式钻头的环形胎体的制作，其中烧结成品计算高度为：工作层高18mm、过渡层高3mm、结合层高3mm。

根据钻进VI级花岗岩设计环形胎体各个部位的配方，具体如下：

①工作层配方按重量百分比由以下成分组成：15wt％WC+30wt％Fe+30wt％663Cu+10wt％Co+7wt％Ni+3wt％CuSn15+5wt％Mn，超硬磨粒为30％砂轮浓度制的金刚石。

②过渡层配方按重量百分比由以下成分组成：60wt％Fe+20wt％663Cu+10wt％Co+6wt％Ni+4wt％Mn，不含超硬磨粒。

③焊接层配方：采用法国飞羽公司的NEXT300预合金粉料，不含超硬磨粒。

④水口块配方：与过渡层配方相同。

具体的制备方法为：

1)将工作层配方、过渡层配方、焊接层配方和水口块配方分别进行混料，分别得到工作料、过渡料、焊接料和水口料；

2)将按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充于Φ59.5/Φ36.5冷压模具中，然后置于冷压成型机中冷压成型(压力8-15MPa，保压3-5s)，得到工作齿冷压坯；

3)将工作齿冷压坯均匀放置于环形成型模具中，在相邻两个工作齿之间填充水口料，然后将填充有水口料的环形成型模具整体装夹完成后装入真空烧结炉中进行热压烧结，完成烧结后退模并进行常规后续加工，即得到所述的Φ60/Φ36地质取芯焊接式钻头的环形胎体的环形胎体；其中，

在填充水口料时，按设计要求用量的120％的投料量进行过饱和填充；

热压烧结工艺为：真空度0.1MPa，烧结温度850℃，烧结压力30MPa，保温保压时间6min。

对按本实施例方法制得的环形胎体的成品率(在烧结与脱模过程中发生开裂、断裂、掉齿记为次品)进行统计，为92％。

对比例1：应用于钻进VI级花岗岩层的Φ60/Φ36地质取芯焊接式钻头的环形胎体的制作

重复实施例1，不同的是：

步骤3)中，在填充水口料时，按设计要求用量的100wt％投料量进行填充。

对按本对比例方法制得的环形胎体的成品率进行统计，为70％。

实施例2：应用于Φ75/Φ58工程打孔焊接式钻头的环形胎体的制作

重复实施例1，不同的是：

步骤1)中，各粉料的具体配方为：

①工作层配方：40wt％Fe+30wt％663Cu+10wt％Co+10wt％Ni+6wt％CuSn15+4wt％Mn，超硬磨粒为15％砂轮浓度制的金刚石。

②过渡层配方：60wt％Fe+20wt％663Cu+10wt％Co+6wt％Ni+4wt％Mn，不含超硬磨粒。

④水口块配方：与过渡层配方相同。

步骤2)中，冷压模采用Φ74.5/Φ58.5冷压模具。

步骤3)中，在填充水口料时，按设计要求用量的110％的投料量进行过饱和填充。

对按本实施例方法制得的环形胎体的成品率进行统计，为95％。

实施例3：应用于钻进VI级花岗岩层的Φ60/Φ36地质取芯焊接式钻头的环形胎体的制作

重复实施例1，不同的是：

步骤3)中，在填充水口料时，按设计要求用量的160％的投料量进行过饱和填充。

对按本实施例方法制得的环形胎体的成品率进行统计，为98％。

对按实施例1-3及对比例1所述方法制得的环形胎体，以及市售的与实施例1制得的胎体的尺寸、配方体系及应用领域相同的胎体的相对密度、洛氏硬度和抗弯强度进行测试，结果如下述表1所示：

表1：

	相对密度(％)	洛氏硬度(HRC)	抗弯强度(Mpa)
				实施例1	93.5	41.5	652.49
实施例2	97.6	28.5	879.27
				实施例3	97.3	43.0	714.33
对比例1	90.1	40.0	610.73
				市售某胎体产品	85.7	37.0	575.33

将按本发明所述方法制作的环形胎体形成焊接钻头后，将其与同配方体系独立单齿焊接钻头进行混凝土、大理石、花岗岩等对象进行打孔对比试验，试验结果表明：本明所述方法制作的环形胎体所形成的钻头钻进稳定、成孔质量高、成孔偏摆角度小，整体使用寿命可提升8％以上。

Claims

1.一种焊接式钻头的环形胎体的制作方法，其特征在于：所述环形胎体包括与钻头的基体相连接的工作齿和水口块，所述工作齿于基体上圆周均布，所述水口块设于相邻两个工作齿之间，所述工作齿由上至下包括工作层、过渡层和焊接层，具体的制备方法包括以下步骤：

2)获得工作齿冷压坯；

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤2)中，获得工作齿冷压坯的方法为：按焊接料、过渡料和工作料的先后顺序依次填充于冷压模具中，然后置于冷压成型机中冷压成型，得到工作齿冷压坯。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤2)中，获得工作齿冷压坯的方法为：将焊接料、过渡料和工作料分别通过冷压成型获得工作层冷压坯、过渡层冷压坯和焊接层冷压坯，然后按焊接层冷压坯、过渡层冷压坯和工作层冷压坯的先后顺序由下至上依次叠放，得到工作齿冷压坯。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制作方法，其特征在于：步骤3)中，所述水口料的填充方式为直接填充、将水口料经过制粒后再填充或者是将水口料冷压成水口块冷压坯后再填充。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的制作方法，其特征在于：步骤3)中，在填充水口料时，按设计要求的120-150％的投料量进行过饱和填充。

6.权利要求1-5中任一项所述方法制作得到的焊接式钻头的环形胎体。