CN115537509A - 一种复合结构截齿及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合结构截齿及其制造方法，属于桩基施工设备领域，包括截齿母体、镶嵌槽口、铸造层、熔覆层；所述截齿母体上预留有镶嵌槽口，截齿母体外侧通过浇筑形成铸造层，铸造层将镶嵌槽口完全填充，铸造层与截齿母体形成一体；通过熔覆将熔覆层与铸造层连接成为一体；所述截齿母体为圆柱状和子弹头状结构的组合结构，截齿母体为碳钢材质；镶嵌槽口为圆环形槽口和坑状槽口两种，截齿母体端部设置有坑状沟槽，侧边设置有圆环形沟槽。制造步骤：制造截齿母体，浇筑铸造层，制备熔覆层。本发明有效防止母材的磨损，同时截齿母体采用碳素钢具有较好的韧性，高硬度铸造层具有较好的强度，熔覆冶金材料，进一步提高截齿尖端的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及桩基施工设备领域，特别涉及到一种复合结构截齿及其制造方法。
背景技术
锥形截齿期初主要用于工程机械的矿石开采及采煤作业。后来随着岩土技术的发展，搅拌桩的钻头也采用一些不同形状的截齿以达到提高破土效率的目的。锥形截齿结构是在截齿体顶部镶嵌圆柱形或蘑菇头状硬质合金，该硬质合金部分被称为截齿头，截齿头使用一段时间后，由于合金的磨损，不能再有效地对截齿主体起到保护作用，造成截齿体被过度的磨损，在截齿头上的合金没有完全发挥作用的情况下，就会致使截齿头过早就落，造成截齿及截齿头的整体报废。此时仍有相当部分的截齿头未被使用，造成不必要的浪费。
申请号为201010172855.4的中国发明专利“一种截齿和截齿头及其制造方法”，介绍了：第一步，将硬质合金粉末烧结后用模具压铸成截齿头的形状；第二步，将金刚石粉末加热到3500℃～4000℃的高温，且在8～10 个大气压下，通过模压将2mm～4mm厚的金刚石粉末复合在所述截齿头的球面顶端表面；第三步，将加工好的所述截齿主体进行淬火处理；第四步，将所述截齿头的连接段插入所述截齿上的轴向盲孔内；第五步，用焊机将截齿头与截齿主体焊接在一起。本专利将截齿头与截齿主体焊接在一起，焊接在长时间磨损的情况下，并不能很好地发挥连接作用，仍然会导致截齿头和截齿主体分离，进而不能继续使用；另外截齿头是完全采用硬质合金粉末烧结制成，仅仅在外表面膜压了一层金刚石保护层，但是硬质合金较脆，当受到较硬岩石的时候容易发生脆性断裂，没有很好地韧性来缓解冲击力，也会导致截齿整体报废。
申请号为200720079426.6的中国实用新型专利“可重复使用截齿体的镐形截齿”，介绍了：截齿头(1)呈子弹头形，其底部中心设置有与截齿体(3)突出部分相匹配的空腔，截齿头(1)的腔套包在截齿体(3)前端的突出部分上，在截齿头 (1)腔壁和截齿体(3)突出部中部设置有对应的销孔，截齿头(1)和截齿体 (3)通过弹簧销(2)有间隙地配装为一体。本专利采用销轴将高速钢截齿头截齿母体连接，一是销轴的连接不能保证连接的长期有效性，二是截齿母体仍然没有进行保护，因为母体的磨损也会导致截齿整体不能继续使用。
综上所述，虽然一些学者对截齿的结构及处理方法均做了一些研究，但是仍任没有很好的解决综合问题。因此急需一种截齿既能满足韧性和刚性的要求，又能避免截齿母体磨损导致整体失效，基于此，本发明提出了一种复合结构截齿及其制造方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种复合结构截齿及其制造方法，克服了现有技术的不足。通过在截齿母体的外边面浇筑上一层高硬度铸造层，有效保护母材的磨损，同时截齿母体采用碳素钢具有较好的韧性，高硬度铸造层具有较好的强度，两者协同发挥作用，效果达到最优，同时在铸造层的外层熔覆冶金材料，进一步提高截齿尖端的耐磨性。
一种复合结构截齿，其特征在于，包括截齿母体、镶嵌槽口、铸造层、熔覆层；所述截齿母体上预留有镶嵌槽口，截齿母体外侧通过浇筑形成铸造层，铸造层将镶嵌槽口完全填充，铸造层与截齿母体形成一体；通过熔覆将熔覆层与铸造层连接成为一体；所述截齿母体为圆柱状和子弹头状结构的组合结构，截齿母体为碳钢材质；镶嵌槽口为圆环形槽口和坑状槽口两种，截齿母体端部设置有坑状沟槽，侧边设置有圆环形沟槽。
优选地，镶嵌槽口的宽度为1cm~2cm，深度为0.5cm~1.5cm，相邻圆环形槽口的间距为2cm~4cm。
优选地，铸造层的厚度为0.5cm~2.5cm，铸造层在截齿最下端厚度最大，向两侧逐渐降低。
优选地，熔覆层为铸造层高度的1或3~1或2，厚度为1.0cm~2.5cm。
优选地，截齿母体的整体强度不高于熔覆层的整体强度。
优选地，铸造层为梯度材料，其强度自下而上逐级递减。
一种复合结构截齿的制造方法，对所述的一种复合结构截齿进行制造，制造的模具包括模具上层、模具下层、液体流入口、气体排出口，具体施工步骤如下：
（1）制造截齿母体
采用碳素钢材料，经过锻造工艺形成截齿母体；
（2）浇筑铸造层
对纯铁进行熔融处理，将铬、锰、钼材料进行研磨，每种材料制作成规格统一的大中小三种粒径的粉末，将铬、锰、钼三种材料混合到一起，与熔融状态的铁混合，形成铸造材料；
将制作完成的母体，放入浇筑模具内，截齿母体作为模具的一部分，模具为上下两层结构，模具的下层为一个子弹头坑洞，模具的上层为截齿母体固定槽和液体流入口、气体排出口，将截齿母体的圆柱状结构固定在模具上层，截齿母体的子弹头状结构插入模具下层的子弹头坑洞内，截齿母体的尺寸小于模具下层子弹头坑洞的尺寸；
将处理之后的铸造材料从液体流入口注入，当铸造材料从气体排出口逸出时停止注入，铸造材料完全注入后封堵液体流入口、气体排出口，将整个模具沿着截齿母体中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，保持旋转方向不变，旋转1~2小时，待旋转停止后从液体流入口或气体排出口测量浇筑材料的温度，当温度处于800~900摄氏度时，拆除模具上下层之间的连接；
连同模具上层一并放入水中淬火，水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，之后对铸造材料进行回火首先采用中温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，往复操作中温回火到淬火2~3次，再进行低温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间2~3min，往复操作低中温回火到淬火2~3次；
将模具上层拆除，并将液体流入口、气体排出口形成的条状结构清除；
（3）制备熔覆层
将冶金材料进行研磨成纳米级粉末，并将冶金材料充分搅拌，采用超声波对冶金材料进行分散处理，采用激光熔覆、火焰熔覆中一种工艺，将粉末冶金材料进行熔覆到铸造层之上；熔覆采用分层操作，每层熔覆的厚度为2~4mm，熔覆高度的范围为铸造层最下端尖端处开始到截齿母体中子弹头状结构最上端距离的1/3~1/2区域内。
优选地，将整个模具沿着截齿母体中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，旋转的速度为600~1200转/分钟。
优选地，冶金材料为碳化钛、碳化钨、镍、铬、陶瓷中根据需求配制而成的混合材料。
优选地，铬、锰、钼材料大粒径粉末直径范围为60-100微米，中粒径粉末直径范围为30-60微米，小粒径粉末直径范围为10-30微米。
本发明所带来的有益技术效果：
通过在截齿母体的外边面浇筑上一层高硬度铸造层，有效保护母材的磨损，同时截齿母体采用碳素钢具有较好的韧性，高硬度铸造层具有较好的强度，两者协同发挥作用，效果达到最优，同时在铸造层的外层熔覆冶金材料，进一步提高截齿尖端的耐磨性。
附图说明
图1为本发明一种复合结构截齿及其制造方法中截齿的结构示意图。
图2为本发明一种复合结构截齿及其制造方法中截齿母体的结构示意图。
图3为本发明一种复合结构截齿及其制造方法中模具的结构示意图。
其中，1-截齿母体、2-镶嵌槽口、3-铸造层、4-熔覆层、5-模具上层、6-模具下层、7-液体流入口、8-气体排出口。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1~3所示，一种复合结构截齿，包括截齿母体1、镶嵌槽口2、铸造层3、熔覆层4；所述截齿母体1上预留有镶嵌槽口2，截齿母体1外侧通过浇筑形成铸造层3，铸造层3将镶嵌槽口2完全填充，铸造层3与截齿母体1形成一体；通过熔覆将熔覆层4与铸造层3连接成为一体；所述截齿母体1为圆柱状和子弹头状结构的组合结构，截齿母体1为碳钢材质；镶嵌槽口2为圆环形槽口和坑状槽口两种，截齿母体1端部设置有坑状沟槽，侧边设置有圆环形沟槽。
优选地，镶嵌槽口2的宽度为1cm~2cm，深度为0.5cm~1.5cm，相邻圆环形槽口的间距为2cm~4cm。
优选地，铸造层3的厚度为0.5cm~2.5cm，铸造层3在截齿最下端厚度最大，向两侧逐渐降低。
优选地，熔覆层4为铸造层3高度的1或3~1或2，厚度为1.0cm~2.5cm。
优选地，截齿母体1的整体强度不高于熔覆层4的整体强度。
优选地，铸造层3为梯度材料，其强度自下而上逐级递减。
一种复合结构截齿的制造方法，对所述的一种复合结构截齿进行制造，制造的模具包括模具上层5、模具下层6、液体流入口7、气体排出口8，具体施工步骤如下：
（1）制造截齿母体1
采用碳素钢材料，经过锻造工艺形成截齿母体1；
（2）浇筑铸造层3
对纯铁进行熔融处理，将铬、锰、钼材料进行研磨，每种材料制作成规格统一的大中小三种粒径的粉末，将铬、锰、钼三种材料混合到一起，与熔融状态的铁混合，形成铸造材料；
将制作完成的母体，放入浇筑模具内，截齿母体1作为模具的一部分，模具为上下两层结构，模具的下层为一个子弹头坑洞，模具的上层为截齿母体1固定槽和液体流入口7、气体排出口8，将截齿母体1的圆柱状结构固定在模具上层5，截齿母体1的子弹头状结构插入模具下层6的子弹头坑洞内，截齿母体1的尺寸小于模具下层6子弹头坑洞的尺寸；
将处理之后的铸造材料从液体流入口7注入，当铸造材料从气体排出口8逸出时停止注入，铸造材料完全注入后封堵液体流入口7、气体排出口8，将整个模具沿着截齿母体1中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，保持旋转方向不变，旋转1~2小时，待旋转停止后从液体流入口7或气体排出口8测量浇筑材料的温度，当温度处于800~900摄氏度时，拆除模具上下层之间的连接；
连同模具上层5一并放入水中淬火，水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，之后对铸造材料进行回火首先采用中温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，往复操作中温回火到淬火2~3次，再进行低温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间2~3min，往复操作低中温回火到淬火2~3次；
将模具上层5拆除，并将液体流入口7、气体排出口8形成的条状结构清除；
（3）制备熔覆层4
将冶金材料进行研磨成纳米级粉末，并将冶金材料充分搅拌，采用超声波对冶金材料进行分散处理，采用激光熔覆、火焰熔覆中一种工艺，将粉末冶金材料进行熔覆到铸造层3之上；熔覆采用分层操作，每层熔覆的厚度为2~4mm，熔覆高度的范围为铸造层3最下端尖端处开始到截齿母体1中子弹头状结构最上端距离的1/3~1/2区域内。
优选地，将整个模具沿着截齿母体1中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，旋转的速度为600~1200转/分钟。
优选地，冶金材料为碳化钛、碳化钨、镍、铬、陶瓷中根据需求配制而成的混合材料。
优选地，铬、锰、钼材料大粒径粉末直径范围为60-100微米，中粒径粉末直径范围为30-60微米，小粒径粉末直径范围为10-30微米。
实施例2：
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1~3所示，一种复合结构截齿，包括截齿母体1、镶嵌槽口2、铸造层3、熔覆层4；所述截齿母体1上预留有镶嵌槽口2，截齿母体1外侧通过浇筑形成铸造层3，铸造层3将镶嵌槽口2完全填充，铸造层3与截齿母体1形成一体；通过熔覆将熔覆层4与铸造层3连接成为一体；所述截齿母体1为圆柱状和子弹头状结构的组合结构，截齿母体1为碳钢材质；镶嵌槽口2为圆环形槽口和坑状槽口两种，截齿母体1端部设置有坑状沟槽，侧边设置有圆环形沟槽。
优选地，镶嵌槽口2的宽度为1cm，深度为1cm，相邻圆环形槽口的间距为3cm。
优选地，铸造层3的厚度为0.5cm~2.5cm，铸造层3在截齿最下端厚度最大，向两侧逐渐降低。最厚处为2.5cm，两端最薄为0.5cm。
优选地，熔覆层4为铸造层3高度的1或3，厚度为2cm。
优选地，截齿母体1的整体强度不高于熔覆层4的整体强度。
优选地，铸造层3为梯度材料，其强度自下而上逐级递减。
一种复合结构截齿的制造方法，对所述的一种复合结构截齿进行制造，制造的模具包括模具上层5、模具下层6、液体流入口7、气体排出口8，具体施工步骤如下：
（1）制造截齿母体1
采用碳素钢材料，经过锻造工艺形成截齿母体1；
（2）浇筑铸造层3
对纯铁进行熔融处理，将铬、锰、钼材料进行研磨，每种材料制作成规格统一的大中小三种粒径的粉末，将铬、锰、钼三种材料混合到一起，与熔融状态的铁混合，形成铸造材料；
将制作完成的母体，放入浇筑模具内，截齿母体1作为模具的一部分，模具为上下两层结构，模具的下层为一个子弹头坑洞，模具的上层为截齿母体1固定槽和液体流入口7、气体排出口8，将截齿母体1的圆柱状结构固定在模具上层5，截齿母体1的子弹头状结构插入模具下层6的子弹头坑洞内，截齿母体1的尺寸小于模具下层6子弹头坑洞的尺寸；
将处理之后的铸造材料从液体流入口7注入，当铸造材料从气体排出口8逸出时停止注入，铸造材料完全注入后封堵液体流入口7、气体排出口8，将整个模具沿着截齿母体1中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，保持旋转方向不变，旋转2小时，待旋转停止后从液体流入口7或气体排出口8测量浇筑材料的温度，当温度处于800摄氏度时，拆除模具上下层之间的连接；旋转使得铬、锰、钼材料中大颗粒分布在铸造层3的最外侧，这样铸造层3由外到内强度逐渐降低，与内部截齿母体1的材料强度差更小，材料之间力的耦合性更强。
连同模具上层5一并放入水中淬火，水温控制在10度，淬火时间5min，之后对铸造材料进行回火首先采用中温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在10度，淬火时间5，往复操作中温回火到淬火3次，再进行低温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在10度，淬火时间2min，往复操作低中温回火到淬火3次；
将模具上层5拆除，并将液体流入口7、气体排出口8形成的条状结构清除；
（3）制备熔覆层4
将冶金材料进行研磨成纳米级粉末，并将冶金材料充分搅拌，采用超声波对冶金材料进行分散处理，采用激光熔覆、火焰熔覆中一种工艺，将粉末冶金材料进行熔覆到铸造层3之上；熔覆采用分层操作，每层熔覆的厚度为2mm，熔覆高度的范围为铸造层3最下端尖端处开始到截齿母体1中子弹头状结构最上端距离的1/3区域内。
优选地，将整个模具沿着截齿母体1中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，旋转的速度为1200转/分钟。
优选地，冶金材料为碳化钛、碳化钨、镍、铬、陶瓷中根据需求配制而成的混合材料。
优选地，铬、锰、钼材料大粒径粉末直径范围为60-100微米，中粒径粉末直径范围为30-60微米，小粒径粉末直径范围为10-30微米。
本发明是一种复合结构截齿的制造方法，通过在截齿母体的外边面浇筑上一层高硬度铸造层，有效保护母材的磨损，同时截齿母体采用碳素钢具有较好的韧性，高硬度铸造层具有较好的强度，两者协同发挥作用，效果达到最优，同时在铸造层的外层熔覆冶金材料，进一步提高截齿尖端的耐磨性。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合结构截齿，其特征在于，包括截齿母体、镶嵌槽口、铸造层、熔覆层；所述截齿母体上预留有镶嵌槽口，截齿母体外侧通过浇筑形成铸造层，所述铸造层将镶嵌槽口完全填充，铸造层与截齿母体形成一体，通过熔覆将熔覆层与铸造层连接成为一体；所述截齿母体为圆柱状和子弹头状结构的组合结构，截齿母体为碳钢材质；所述镶嵌槽口为圆环形槽口和坑状槽口两种，截齿母体端部设置有坑状沟槽，侧边设置有圆环形沟槽。
2.根据权利要求1所述的一种复合结构截齿，其特征在于，镶嵌槽口的宽度为1cm~2cm，深度为0.5cm~1.5cm，相邻圆环形槽口的间距为2cm~4cm。
3.根据权利要求1所述的一种复合结构截齿，其特征在于，铸造层的厚度为0.5cm~2.5cm，铸造层在截齿最下端厚度最大，向两侧逐渐降低。
4.根据权利要求1所述的一种复合结构截齿，其特征在于，熔覆层为铸造层高度的1或3~1或2，厚度为1.0cm~2.5cm。
5.根据权利要求1所述的一种复合结构截齿，其特征在于，截齿母体的整体强度不高于熔覆层的整体强度。
6.根据权利要求1所述的一种复合结构截齿，其特征在于，铸造层为梯度材料，其强度自下而上逐级递减。
7. 一种复合结构截齿的制造方法，其特征在于，对权利要求1所述的一种复合结构截齿进行制造，制造的模具包括模具上层、模具下层、液体流入口、气体排出口，具体制造步骤如下：
（1）制造截齿母体
采用碳素钢材料，经过锻造工艺形成截齿母体；
（2）浇筑铸造层
对纯铁进行熔融处理，将铬、锰、钼材料进行研磨，每种材料制作成规格统一的大中小三种粒径的粉末，将铬、锰、钼三种材料混合到一起，与熔融状态的铁混合，形成铸造材料；
将制作完成的母体，放入浇筑模具内，截齿母体作为模具的一部分，模具为上下两层结构，模具的下层为一个子弹头坑洞，模具的上层为截齿母体固定槽和液体流入口、气体排出口，将截齿母体的圆柱状结构固定在模具上层，截齿母体的子弹头状结构插入模具下层的子弹头坑洞内，截齿母体的尺寸小于模具下层子弹头坑洞的尺寸；
将处理之后的铸造材料从液体流入口注入，当铸造材料从气体排出口逸出时停止注入，铸造材料完全注入后封堵液体流入口、气体排出口，将整个模具沿着截齿母体中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，保持旋转方向不变，旋转1~2小时，待旋转停止后从液体流入口或气体排出口测量浇筑材料的温度，当温度处于800~900摄氏度时，拆除模具上下层之间的连接；
连同模具上层一并放入水中淬火，水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，之后对铸造材料进行回火首先采用中温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间5~10min，往复操作中温回火到淬火2~3次，再进行低温回火，回火后的材料进行淬火水温控制在5~10度，淬火时间2~3min，往复操作低中温回火到淬火2~3次；
将模具上层拆除，并将液体流入口、气体排出口形成的条状结构清除；
（3）制备熔覆层
将冶金材料进行研磨成纳米级粉末，并将冶金材料充分搅拌，采用超声波对冶金材料进行分散处理，采用激光熔覆、火焰熔覆中一种工艺，将粉末冶金材料进行熔覆到铸造层之上；熔覆采用分层操作，每层熔覆的厚度为2~4mm，熔覆高度的范围为铸造层最下端尖端处开始到截齿母体中子弹头状结构最上端距离的1/3~1/2区域内。
8.根据权利要求5所述的一种复合结构截齿的制造方法，其特征在于，将整个模具沿着截齿母体中轴线所在的轴进行顺时针或逆时针旋转，旋转的速度为600~1200转/分钟。
9.根据权利要求5所述的一种复合结构截齿的制造方法，其特征在于，冶金材料为碳化钛、碳化钨、镍、铬、陶瓷中根据需求配制而成的混合材料。
10.根据权利要求5所述的一种复合结构截齿的制造方法，其特征在于，铬、锰、钼材料大粒径粉末直径范围为60-100微米，中粒径粉末直径范围为30-60微米，小粒径粉末直径范围为10-30微米。
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Citations (2)
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| DE3618198A1 (de) * | 1986-05-30 | 1987-12-03 | Werner Schatz | Verfahren zur herstellung von schraemmeisseln |
| CN105201502A (zh) * | 2015-09-15 | 2015-12-30 | 安徽澳德矿山机械设备科技股份有限公司 | 高硬度金属陶瓷层耐磨截齿 |
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2022
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Patent Citations (2)
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