CN108941701A - 一种耐热耐磨一体式强化钻头及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐热耐磨一体式强化钻头及其制作方法，模具钵(6)内设置制作好的砂芯(7)，砂芯(7)上放置硬质合金刀头(8)，钻头基体(5)置放在砂芯(7)上面固定后，向钻头基体(5)和砂芯(7)之间的空隙中填充合金粉末，模具钵(6)上面配装上模套(9)，向上模套(9)内填充合金颗粒，整体置入烧结炉中，通电升温至摄氏1100‑1200度，保温6‑8个小时，停电降温打开上模套(9)。此时硬质合金刀头(8)与熔化后的合金颗粒及合金粉末已烧结熔渗制成钻头冠部(1)，与钻头基体(5)烧结粘合固定为一体，钻头基体(5)的圆筒形部分构成钻头柄部(4)。本发明一体式强化钻头抗冲击性好，强度高，寿命长，成本低，耐热耐磨，安全性好，适于地质钻探、煤矿开采、高炉出铁水口打眼钻孔，生产效率高，经济效益好。
Description
技术领域
本发明涉及工业钻孔用钻头，尤其涉及炼钢转炉出钢水口打眼用钻头。
背景技术
目前国内用于地质矿山钻探、煤矿开采、冶炼高炉出铁水口打眼的钻头，一般是将圆钢材料车削加工成钻柄后，在前端冠部采用合金刀片焊接制作成钻头。这种结构的钻头虽然能够完成一般条件下的钻孔任务，但在遇到坚硬岩石层或温度达数百度的高温工况下钻孔，钻头上焊接的合金刀片容易脱落掉头，传统的焊接钻头刀头与钻头冠部焊接、钻头冠部与钻头柄部焊接的结构，会在高温条件下产生变形，耐磨性和抗冲击性差，用于冶炼行业钻进3-4个高炉出铁水口打眼之后，就要频繁更换钻头，影响生产效率，增加操作强度，费时费力，存在不安全因素，运营成本高，使用寿命短，生产效率低。影响效益提高。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种结构合理、耐热耐磨、使用安全的钻孔打眼用钻头，满足地质矿山钻探、煤矿开采、冶炼高炉出铁水口打眼钻孔的需要，保证安全，延长使用寿命，提高生产效率和经济效益。
本发明的任务是这样完成的：设计一种耐热耐磨一体式强化钻头，钻头基体在模具钵中与合金颗粒和合金粉末烧结成为一体，烧结熔渗硬质合金刀头构成钻头冠部，钻头基体的圆筒部份作为钻头柄部，钻头冠部顶端的外圈带有若干个外圈刀头，钻头冠部顶端的内圈带有2-3个内圈刀头，钻头冠部顶端平面上开有若干个轴向的通孔，各个外圈刀头相互之间的斜凹面上均开有通孔，各个通孔与钻头柄部的中心孔内腔连通，钻头冠部上的外圈刀头间隔形成的各个斜凹面，作为钻头的排屑通道。外圈刀头间隔均匀分布在钻头冠部顶端外圈，外圈刀头的前端刃部垂直于钻头冠部的顶端平面，各个外圈刀头前端刃部相互之间的径向夹角相等；内圈刀头比外圈刀头短小，内圈刀头的前端刃部与钻头冠部的顶端平面垂直，与外圈刀头的前端刃部方向相同。钻头柄部为圆筒形，中心孔内腔开有内螺纹，可与配套的钻杆连接，中心孔内腔与钻头冠部上的各个通孔连通，用于通风和通气。
研究一种耐热耐磨一体式强化钻头的制作方法，采用钻头基体在模具钵中制作，模具钵中固定设置制作好的砂芯，砂芯为钻头冠部形状，砂芯上放置硬质合金刀头，钻头基体带有横槽和纵向沟槽的一端插装置放在模具钵中的砂芯上面，钻头基体在模具钵中的砂芯中固定好位置之后，向钻头基体和砂芯之间的空隙中填充配制好的合金粉末，然后在模具钵上面配装圆筒形的上模套，钻头基体套装在上模套内，向上模套内填装合金颗粒，填满钻头基体与上模套之间的空隙之后，将填充装满的模具钵和上模套整体置入烧结炉中，通电升温加热至摄氏1100-1200度，保温6-8个小时，然后烧结炉停电降温，降温后取出模具钵和上模套，打开上模套，取出钻头基体，此时硬质合金刀头与熔化后的合金颗粒及合金粉末已按照砂芯的形状烧结熔渗制成钻头冠部，与钻头基体烧结固定为一体，钻头基体的圆筒形部分构成钻头柄部。取出带有钻头冠部的钻头基体后,将已碎裂的砂芯粉末清除干净,再对钻头柄部进行必要的机械加工，对中心孔内腔攻丝开设内螺纹。合金粉末与合金颗粒的应用比例为100:70-80；合金粉末包括碳化钨粉75-83%、镍粉14-16%、钴粉4-8%，按照比例混合配制均匀，碳化钨粉中，100目细度的占40-45%、150目细度的占20-25%、200目细度的占15-20%、400目细度的占10-15%。在烧结炉内的高温下，镍粉和钴粉熔化后作为粘合剂，将碳化钨粉粘合固定到钻头基体上。合金颗粒的金属元素成分中,含有银49-51%、铜13-16%、锌12-15%、镉10-15%、镍3-6%、锰2-5%，在烧结炉内的高温下，合金颗粒在模具钵内熔化，与硬质合金刀头烧结熔渗，按照砂芯的形状烧结制成钻头冠部，烧结粘合固定在钻头基体上成为一体。
实际使用时，本发明一体式强化钻头与配套的钻杆连接，钻机驱动钻杆带动钻头旋转，用于矿山钻探、煤矿开采、高炉出铁水口打眼。由于本发明的一体式强化钻头冠部与刀头是一体的，刀头不脱落，钻头稳定性好，钻孔直线度高，钻进方向不偏斜，钻杆不打颤，高温条件下不变形，节省人力物力，降低成本，延长使用寿命，提高生产效率。
按照上述方案进行实施，证明本发明的一体化强化钻头抗冲击性好，不掉齿、不变形，强度高，韧性好，耐热耐磨，安全性好，使用寿命长，运行成本低，生产效率高，能够满足矿山钻探、煤矿开采、高炉出铁水口打眼的需要，经济社会效益显著，较好地达到了预定目的。
附图说明
图1是本发明的一体式强化钻头结构示意图；
图2是图1的A向俯视图；
图3是图2的B向N-N剖面结构示意图；
图4是钻头基体5的结构示意图；
图5是模具钵6的外形示意图；
图6是图5中的模具钵6的C向俯视示意图；
图7是模具钵6内插装放置钻头基体5的示意图；
图8是图7的模具钵6配装上模套9的示意图。
图中，1—钻头冠部，2—外圈刀头，3—内圈刀头，4—钻头柄部，5—
钻头基体，6—模具钵，7—砂芯，8—硬质合金刀头，9—上模套；A—视向符号，B—视向符号，C—视向符号，D—中心孔，G—纵向沟槽，H—横槽，K—通孔，N—剖面符号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
参阅图1、图2、图3，本发明的钻头基体5在模具钵6中与合金颗粒和合金粉末烧结成为一体，烧结熔渗硬质合金刀头8构成钻头冠部1，固定粘合在钻头基体5带有横槽H和纵向沟槽G的一端，钻头基体5D的圆筒形部分作为钻头柄部4，钻头冠部1顶端的外圈带有若干个外圈刀头2，钻头冠部1顶端的内圈带有2-3个内圈刀头3，钻头冠部1顶端平面上开有若干个轴向的通孔K，各个外圈刀头2相互之间的斜凹面上均开有通孔K，各个通孔K与钻头柄部3的中心孔D内腔连通，钻头冠部1上的各个外圈刀头2间隔形成的各个斜凹面，作为钻头的排屑通道。外圈刀头2间隔均匀分布在钻头冠部1顶端外圈，外圈刀头2的前端刃部垂直于钻头冠部1的顶端平面，各个外圈刀头2前端刃部相互之间的径向夹角相等；内圈刀头3比外圈刀头2短小，内圈刀头3的前端刃部与钻头冠部1的顶端平面垂直，与外圈刀头2的前端刃部方向相同。钻头柄部4为圆筒形，中心孔D内腔开有内螺纹，可与配套的钻杆连接，中心孔D内腔与钻头冠部1上的各个通孔K连通，用于通风和通气。
参阅图4，钻头基体5的一端带有横槽H和纵向沟槽G，向下插装置放在模具钵6中的砂芯7上面，主要用于增加摩擦力和附着力。硬质合金刀头8与合金颗粒及合金粉末在模具钵6内，按照砂芯7的形状烧结制成固体的钻头冠部1，与钻头基体5烧结熔渗为一体，钻头基体5的圆筒形部分构成钻头柄部4。
参阅图5、图6、图7，本发明制作一体式强化钻头的方法，采用钻头基体5在模具钵6中制作，模具钵6中固定设置制作好的砂芯7，砂芯7制作成钻头冠部1的形状，砂芯7上放置硬质合金刀头8，钻头基体5的一端带有横槽H和纵向沟槽G，向下插装置放在模具钵6中的砂芯7上面，钻头基体5在模具钵6中的砂芯7中固定好位置之后，向钻头基体5和砂芯7之间的空隙中填充配制好的合金粉末。然后在模具钵6上面配装圆筒形的上模套9，钻头基体5套装在上模套9内，向上模套9内填装合金颗粒，填满钻头基体5与上模套9之间的空隙之后，将填充装满的模具钵6和上模套9整体置入烧结炉中，通电升温加热至摄氏1100-1200度，保温6-8个小时，然后烧结炉停电降温，降温后取出模具钵6和上模套9，打开上模套9，取出钻头基体5，此时硬质合金刀头8与熔化后的合金颗粒及合金粉末已按照砂芯7的形状烧结熔渗制成固体的钻头冠部1，与钻头基体5烧结粘合固定为一体，钻头基体5的圆筒形部分构成钻头柄部4。取出后将已碎裂的砂芯粉末清除干净，再对钻头柄部4进行必要的机械加工，对中心孔D内腔进行攻丝，开设内螺纹。
合金粉末与合金颗粒的应用比例为100:70-80；合金粉末包括碳化钨粉75-83%、镍粉14-16%、钴粉4-8%，按照比例混合配制均匀，碳化钨粉中，100目细度的占40-45%、150目细度的占20-25%、200目细度的占15-20%、400目细度的占10-15%；在烧结炉内的高温下，镍粉和钴粉熔化后，作为粘合剂将碳化钨粉粘合起来，合金颗粒在模具钵6内熔化，与钻头基体5烧结熔渗成为一体，按照砂芯7的形状烧结制成钻头冠部1，钻头基体5的圆筒形部分构成钻头柄部4。合金颗粒的金属元素成分中,含有银49-51%、铜13-16%、锌12-15%、镉10-15%、镍3-6%、锰2-5%，在烧结炉内的高温下，构成钻头冠部1。
参阅图8，在模具钵6上面配装圆筒形的上模套9，钻头基体5套装在上模套9内，向上模套9内填装合金颗粒，填满钻头基体5与上模套9之间的空隙之后，将填充装满的模具钵6和上模套9整体置入烧结炉中，通电升温加热至摄氏1100-1200度，保温6-8个小时，然后烧结炉停电降温，降温后取出模具钵6和上模套9，打开上模套9，取出钻头基体5，此时硬质合金刀头8与熔化后的合金颗粒及合金粉末已按照砂芯7的形状烧结熔渗制成钻头冠部1，与钻头基体5烧结粘合固定为一体，钻头基体5的圆筒形部分构成钻头柄部4。取出后将已碎裂的砂芯粉末清除干净再对钻头柄部4进行必要的机械加工，对中心孔内腔攻丝开设内螺纹。
实际使用时，本发明一体式强化钻头与配套的钻杆连接，钻机驱动钻杆带动钻头旋转，用于地质矿山钻探、煤矿开采和高炉出铁水口打眼。由于本发明的钻头冠部1与硬质合金刀头8是一体的，刀头不脱落，钻头冠部1体积质量重，稳定性好，钻孔直线度高，钻进方向不偏斜，钻杆不打颤，钻进速度快，高温条件下不变形，耐热耐磨性好，强度大，韧性好，使用寿命长，操作安全方便。节省人力物力，降低使用成本，提高生产效率。采用本发明钻头用于高炉出铁水口打眼，可保证钻进完成30-40个高炉出铁水口打眼钻孔，钻进质量好，使用寿命长，节省人力物力，提高生产效率，降低使用成本。初步测算，本发明一体式强化钻头比传统焊接钻头延长使用寿命10倍以上，本发明一体式强化钻头每只使用寿命可顶10只传统焊接钻头。若按本发明一体式强化钻头价格每只150元、传统焊接钻头每只100元计算，采用本发明一体式强化钻头用于高炉出铁水口打眼钻孔，比传统焊接钻头使用成本降低85%，每只本发明一体式强化钻头可节约生产成本850元，同时节省了大量的传统焊接钻头和更换钻头的时间，提高了生产效率和安全性，钢铁厂如果批量应用本发明一体式强化钻头，经济效益将十分显著。生产厂家达到年产10万只本发明一体式强化钻头，预计实现年利润500万元，生产厂的经济效益非常可观。
本发明一体化强化钻头抗冲击性好，不掉齿、不变形，耐磨耐热，强度高，韧性好，运行成本低，生产效率高，能够满足地质矿山钻探、煤矿开采等多种工业用途钻孔的需要，特别适于高炉出铁水口打眼钻孔，使用寿命长，安全性好，具有良好的经济社会效益和广泛的推广应用价值。
Claims (5)
1.一种耐热耐磨一体式强化钻头，其特征在于钻头基体(5)与合金颗粒和合金粉末烧结成为一体，烧结熔渗硬质合金刀头(8)构成钻头冠部(1)，钻头基体(5)圆筒部分作为钻头柄部(4)，钻头冠部(1)顶端的外圈带有若干个外圈刀头(2)，钻头冠部(1)顶端的内圈带有2-3个内圈刀头(3)，钻头冠部(1)顶端平面上开有1-4个轴向的通孔(K)，各个外圈刀头(2)相互之间的斜凹面上均开有通孔(K)，各个通孔(K)与钻头柄部(4)的中心孔(D)内腔连通，钻头冠部(1)上的各个外圈刀头(2)间隔形成的各个斜凹面作为钻头的排屑通道。
2.根据权利要求1所述的耐热耐磨一体式强化钻头，其特征在于所述的外圈刀头(2)间隔均匀分布在钻头冠部(1)顶端外圈，外圈刀头(2)的前端刃部垂直于钻头冠部(1)的顶端平面，各个外圈刀头(2)前端刃部相互之间的径向夹角相等；内圈刀头(3)比外圈刀头(2)短小，内圈刀头(3)的前端刃部与钻头冠部(1)的顶端平面垂直，与外圈刀头(2)的前端刃部方向相同。
3.根据权利要求1所述的耐热耐磨一体式强化钻头，其特征在于所述的钻头柄部(4)为圆筒形，中心孔(D)内腔开有内螺纹，可与配套的钻杆连接，中心孔(D)内腔与钻头冠部(1)上的各个通孔(K)连通，用于通风和通气。
4.一种耐热耐磨一体式强化钻头的制作方法，其特征在于采用钻头基体(5)在模具钵(6)中制作，模具钵(6)中固定设置制作好的砂芯(7)，砂芯(7)制作成钻头冠部(1)的形状，砂芯(7)上放置多个硬质合金刀头(8)，钻头基体(5)上带有横槽(H)和纵向沟槽(G)的一端插装置放在模具钵(6)中的砂芯(7)上面，钻头基体(5)在模具钵(6)中的砂芯(7)上固定好位置后，向钻头基体(5)和砂芯(7)之间的空隙中填充配制好的合金粉末，然后在模具钵(6)上面配装圆筒形的上模套(9)，将钻头基体(5)套装在上模套(9)内，向上模套(9)内填充合金颗粒，填满钻头基体(5)与上模套(9)之间的空隙之后，将填充装满的模具钵(6)和上模套(9)整体置入烧结炉中，通电升温加热至摄氏1100-1200度，保温6-8个小时，然后烧结炉停电降温，降温后取出模具钵(6)及上边的上模套(9)，打开上模套(9)，取出钻头基体(5)，此时硬质合金刀头(8)与熔化后的合金颗粒及合金粉末已按照砂芯(7)的形状烧结熔渗制成钻头冠部(1)，与钻头基体(5)烧结固定为一体，钻头基体(5)的圆筒形部分构成钻头柄部(4)。
5.根据权利要求4所述的耐热耐磨一体式强化钻头的制作方法，其特征在于所述的合金粉末与合金颗粒的应用比例为100:70-80；合金粉末包括碳化钨粉75-83%、镍粉14-16%、钴粉4-8%，按照比例混合配制均匀，碳化钨粉中，100目细度的占40-45%、150目细度的占20-25%、200目细度的占15-20%、400目细度的占10-15%；合金颗粒的金属元素成分中,含有银49-51%、铜13-16%、锌12-15%、镉10-15%、镍3-6%、锰2-5%。
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