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      一種防沖擊鑿巖工具及其制作工藝的制作方法

      文檔序號:12426426閱讀:158來源:國知局
      一種防沖擊鑿巖工具及其制作工藝的制作方法與工藝

      本發(fā)明屬于機械制造技術領域,尤其涉及一種防沖擊鑿巖工具及其制作工藝。



      背景技術:

      目前,多數(shù)的鑿巖工具由合金齒與鑿巖工具基體通過焊接或過贏配合的方式裝配在一起。工作過程中鑿巖工具與巖石之間發(fā)生頻繁而強烈的沖擊,合金齒與鑿巖工具基體承受著交變載荷的作用,經(jīng)常造成合金齒斷裂或基體齒孔的崩裂。通過大量的工程實踐證明,合金齒與鑿巖工具基體過贏配合的方式裝配在一起,合金齒與鑿巖工具基體之間存在較多應力集中的現(xiàn)象。減少合金齒與鑿巖工具基體的應力接觸可以有效減少合金齒斷裂或基體齒孔崩裂的概率。由于合金齒的材質(zhì),在硬巖和砂巖巖層中作業(yè),也存在耐磨性差或者容易斷裂的問題。



      技術實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處,提供一種韌性強、硬度高、耐磨性高、抗壓性能好、合金齒不易斷裂的防沖擊鑿巖工具及其制作工藝。

      為解決上述技術問題,本發(fā)明采用如下技術方案:一種防沖擊鑿巖工具,包括一體制成的桿部和頭部,頭部的工作端面上均勻開設有若干個圓柱槽,每個圓柱槽的底部均呈內(nèi)小外大的圓錐形結構,圓柱槽底部設置有防沖擊墊片,圓柱槽內(nèi)過盈裝配有合金齒,合金齒的內(nèi)端面與防沖擊墊片接觸,合金齒凸出于頭部的工作端面的齒尖呈半球形結構;

      桿部和頭部的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:C為0.30~0.38%、Si為0.6 ~0.8%、Mn為0.20 ~0.65%、Cr為2.7 ~3.5%、Mo為2.6~3.4%、V為1.05~1.40%、Nb為0.05~0.15%、雜質(zhì)P≤0.02%、雜質(zhì)S≤0.02%,F(xiàn)e余量;

      合金齒采用硬質(zhì)合金材料制成,各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:主要成分是碳化鎢WC為85 ~94%、Co為15%-6%;

      齒尖外表面設置有聚晶金剛石耐磨層,聚晶金剛石耐磨層的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:金剛石為80%-82%,Si為6%-7%,Co為12%-13%;

      防沖擊墊片的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:銅為57.0~62%、鋁為6.0~8.0%,鐵為1.0~4.0%、鉛為0.8~1.5%、鎳為1~2%、鋅為24~35%、鎂為0.01~1%以及不可避免的雜質(zhì)<0.5%;防沖擊墊片為圓形,防沖擊墊片的直徑比圓柱槽小1-2毫米,防沖擊墊片厚度為1.5-3.2毫米。

      桿部和頭部的整體硬度為HRC48~53,沖擊韌性為27~37J/cm2;防沖擊墊片合金具有500MPa以上的抗拉強度,硬度為HB300~400。

      一種防沖擊鑿巖工具的制作工藝,包括以下步驟:(1)加工制作一體成型的桿部和頭部,桿部和頭部的各原料依次經(jīng)過電爐冶煉、電渣重熔、預鍛、模鍛、緩冷、退火、粗加工工序后獲得盤形結構的鑿巖工具基體粗坯;鑿巖工具基體粗坯再經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火、低溫去應力處理、精加工后獲得整體硬度HRC48~53、沖擊韌性27~37J/cm2的鑿巖工具基體成品;使用鉆機在頭部的工作端表面均勻鉆若干個圓柱槽;

      (2)對防沖擊墊片、合金齒和設置在齒尖外表面的聚晶金剛石耐磨層進行制作;

      (3)防沖擊墊片放置到圓柱槽底部;

      (4)將合金齒鑲嵌到圓柱槽內(nèi),使合金齒的內(nèi)端面與防沖擊墊片接觸。

      步驟(2)中合金齒和設置在齒尖外表面的聚晶金剛石耐磨層的具體制作步驟為:

      a、金剛石微粉的配料、混合:選取30%-35%重量的50-60um粒度的普通金剛石微粉、30%-35%重量的30-40um粒度的普通金剛石微粉、5%-20%重量的10-20um粒度的普通金剛石微粉以及12%-13%重量的5-20.0umCo粉,剩余為Si粉,利用球磨機將以上粉料球磨10小時,混合均勻后放置在120℃的真空干燥箱下保存?zhèn)溆茫?/p>

      b、在葉臘石塊內(nèi)將金剛石微粉與合金齒組裝:取1.0g-2.0g混合好的金剛石微粉與合金齒用5噸的壓力機壓實組裝;將組裝壓實后的基體置于葉臘石合成塊中,放入導電鋼圈組成的合成模內(nèi),其中聚晶金剛石耐磨層的厚度為1.0--2.0mm;

      c、高溫高壓下合成:將組成的合成模放入六面頂金剛石壓機內(nèi),在壓力5.5-6.1 GPa,溫度1300℃-1500℃,燒結合成5分鐘,制成聚晶金剛石復合片;

      d、噴砂處理:去除聚晶金剛石復合片表面的燒結物;

      e、聚晶金剛石復合片去應力:聚晶金剛石復合片在真空爐或氣氛保護爐加熱到200-250℃,保溫5-10分鐘后,隨爐溫自然冷卻;

      f、聚晶金剛石復合片的后加工:采用磨床進行機械加工后得到聚晶金剛石復合片,使聚晶金剛石復合片的合金齒的直徑稍大于圓柱槽的內(nèi)徑,合金齒直徑公差為±0.01mm,高度公差為±0.05mm。

      步驟(1)中鑿巖工具基體粗坯經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火的規(guī)范為:淬火溫度1050℃-1070℃,淬火油溫度30℃-50℃,回火溫度600℃-620℃、560℃-570℃各一次。

      步驟(1)中進行低溫去應力處理的溫度為250-370℃,保溫時間1.5-2小時,采用真空爐或氣氛保護爐。

      鑿巖工具基體粗坯在真空爐或氣氛保護爐加熱到150-190℃,保溫35-50分鐘,隨爐溫自然冷卻。

      步驟(2)中防沖擊墊片具體制作步驟為:防沖擊墊片的各原料在1200℃~1350℃的溫度條件下進行熔煉;然后通過半連續(xù)或連續(xù)鑄造成圓鑄錠,鑄造溫度為1200℃~1300℃;所述圓鑄錠經(jīng)過擠壓、鍛造或者機加工成成品;擠壓溫度為700℃~850℃,鍛造溫度為700℃~850℃。

      步驟(4)中將聚晶金剛石復合片鑲嵌到圓柱槽內(nèi)采用過盈配合的鑲嵌方式,過盈量控制在0.05mm。

      采用上述技術方案,防沖擊墊片的主要元素為銅、鋅等,具有良好的塑性。原來由于合金齒與圓柱槽底部之間為剛性接觸,當合金齒受到猛烈沖擊時,由于接觸面積較小,經(jīng)常造成合金齒斷裂或基體齒孔的崩裂。本發(fā)明通過可塑性強的防沖擊墊片,合金齒與圓柱槽底部之間為非剛性接觸,有效減少合金齒與鑿巖工具的頭部的應力集中現(xiàn)象。

      鉛能改善防沖擊墊片的切削性能;這可以使防沖擊墊片具有良好的可切削性能,易于按要求加工成墊片尺寸。鋁能提高防沖擊墊片的的強度、硬度和耐蝕性。鎂能夠細化晶粒、凈化熔體、除氣的作用,還可使鑄造組織中變?yōu)閳F球狀,分布趨于均勻,因此可以添加鎂用于改善合金組織等性能,且含量為.01~1%。

      本發(fā)明中下調(diào)含碳量至0.30~0.38%,增加Mo的含量,雖然桿部與頭部的整體硬度下降為HRC48~53,但桿部與頭部的沖擊韌性有較大程度提高為27~37J/cm2,保證了桿部與頭部具有極高的韌性,避免刀圈斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)。雖然合金齒的整體硬度下降為HRC48~53,耐磨性降低,但采用聚晶金剛石耐磨層大大增強了合金齒的耐磨性。本發(fā)明使合金齒的高沖擊韌性和聚晶金剛石耐磨層高的抗壓強度、硬度和耐磨性結合起來,故能輕易破碎巖石的同時具有極高的壽命,也大大提高了施工掘進效率。

      綜上所述,在圓柱槽底部設置防沖擊墊片,鑲嵌在圓柱槽內(nèi)的合金齒與防沖擊墊片接觸,通過該防沖擊墊片的彈性及倒角,有效減少合金齒與鑿巖工具基體的應力接觸,提高鑿巖工具壽命,降低鑿巖成本。合金齒和聚晶金剛石耐磨層經(jīng)過一系列加工工藝制作而成,聚晶金剛石耐磨層大大增強了鑿巖工具的耐磨性。合金齒采用獨特的加工工藝使合金齒具有極高的韌性,聚晶金剛石耐磨層具有很高的抗壓強度、硬度和耐磨性高,故能輕易破碎巖石的同時具有極高的壽命,也大大提高了施工掘進效率。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明的結構示意圖;

      圖2是圖1中合金齒安裝在圓柱槽內(nèi)的放大圖;

      圖3是圖2中防沖擊墊片的俯視圖。

      具體實施方式

      如圖1、圖2和圖3所示,本發(fā)明的一種防沖擊鑿巖工具,包括一體制成的桿部1和頭部2,頭部2的工作端面上均勻開設有若干個圓柱槽,每個圓柱槽的底部均呈內(nèi)小外大的圓錐形結構,圓柱槽底部設置有防沖擊墊片3,圓柱槽內(nèi)過盈裝配有合金齒4,合金齒4的內(nèi)端面與防沖擊墊片3接觸,合金齒4凸出于頭部2的工作端面的齒尖呈半球形結構;

      桿部1和頭部2的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:C為0.30~0.38%、Si為0.6 ~0.8%、Mn為0.20 ~0.65%、Cr為2.7 ~3.5%、Mo為2.6~3.4%、V為1.05~1.40%、Nb為0.05~0.15%、雜質(zhì)P≤0.02%、雜質(zhì)S≤0.02%,F(xiàn)e余量;

      合金齒4采用硬質(zhì)合金材料制成,各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:主要成分是碳化鎢WC為85 ~94%、Co為15%-6%;

      齒尖外表面設置有聚晶金剛石耐磨層5,聚晶金剛石耐磨層5的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:金剛石為80%-82%,Si為6%-7%,Co為12%-13%;

      防沖擊墊片3的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為:銅為57.0~62%、鋁為6.0~8.0%,鐵為1.0~4.0%、鉛為0.8~1.5%、鎳為1~2%、鋅為24~35%、鎂為0.01~1%以及不可避免的雜質(zhì)<0.5%;防沖擊墊片3為圓形,防沖擊墊片3的直徑比圓柱槽小1-2毫米,防沖擊墊片3厚度為1.5-3.2毫米。

      桿部1和頭部2的整體硬度為HRC48~53,沖擊韌性為27~37J/cm2;防沖擊墊片3合金具有500MPa以上的抗拉強度,硬度為HB300~400。

      一種防沖擊鑿巖工具的制作工藝,包括以下步驟:(1)加工制作一體成型的桿部1和頭部2,桿部1和頭部2的各原料依次經(jīng)過電爐冶煉、電渣重熔、預鍛、模鍛、緩冷、退火、粗加工工序后獲得盤形結構的鑿巖工具基體粗坯;鑿巖工具基體粗坯再經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火、低溫去應力處理、精加工后獲得整體硬度HRC48~53、沖擊韌性27~37J/cm2的鑿巖工具基體成品;使用鉆機在頭部2的工作端表面均勻鉆若干個圓柱槽;

      (2)對防沖擊墊片3、合金齒4和設置在齒尖外表面的聚晶金剛石耐磨層5進行制作;

      (3)防沖擊墊片3放置到圓柱槽底部;

      (4)將合金齒4鑲嵌到圓柱槽內(nèi),使合金齒4的內(nèi)端面與防沖擊墊片3接觸。

      步驟(2)中合金齒4和設置在齒尖外表面的聚晶金剛石耐磨層5的具體制作步驟為:

      a、金剛石微粉的配料、混合:選取30%-35%重量的50-60um粒度的普通金剛石微粉、30%-35%重量的30-40um粒度的普通金剛石微粉、5%-20%重量的10-20um粒度的普通金剛石微粉以及12%-13%重量的5-20.0umCo粉,剩余為Si粉,利用球磨機將以上粉料球磨10小時,混合均勻后放置在120℃的真空干燥箱下保存?zhèn)溆茫?/p>

      b、在葉臘石塊內(nèi)將金剛石微粉與合金齒4組裝:取1.0g-2.0g混合好的金剛石微粉與合金齒4用5噸的壓力機壓實組裝;將組裝壓實后的基體置于葉臘石合成塊中,放入導電鋼圈組成的合成模內(nèi),其中聚晶金剛石耐磨層5的厚度為1.0--2.0mm;

      c、高溫高壓下合成:將組成的合成模放入六面頂金剛石壓機內(nèi),在壓力5.5-6.1 GPa,溫度1300℃-1500℃,燒結合成5分鐘,制成聚晶金剛石復合片;

      d、噴砂處理:去除聚晶金剛石復合片表面的燒結物;

      e、聚晶金剛石復合片去應力:聚晶金剛石復合片在真空爐或氣氛保護爐加熱到200-250℃,保溫5-10分鐘后,隨爐溫自然冷卻;

      f、聚晶金剛石復合片的后加工:采用磨床進行機械加工后得到聚晶金剛石復合片,使聚晶金剛石復合片的合金齒4的直徑稍大于圓柱槽的內(nèi)徑,合金齒4直徑公差為±0.01mm,高度公差為±0.05mm。

      步驟(1)中鑿巖工具基體粗坯經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火的規(guī)范為:淬火溫度1050℃-1070℃,淬火油溫度30℃-50℃,回火溫度600℃-620℃、560℃-570℃各一次。

      步驟(1)中進行低溫去應力處理的溫度為250-370℃,保溫時間1.5-2小時,采用真空爐或氣氛保護爐。

      鑿巖工具基體粗坯在真空爐或氣氛保護爐加熱到150-190℃,保溫35-50分鐘,隨爐溫自然冷卻。

      步驟(2)中防沖擊墊片3具體制作步驟為:防沖擊墊片3的各原料在1200℃~1350℃的溫度條件下進行熔煉;然后通過半連續(xù)或連續(xù)鑄造成圓鑄錠,鑄造溫度為1200℃~1300℃;所述圓鑄錠經(jīng)過擠壓、鍛造或者機加工成成品;擠壓溫度為700℃~850℃,鍛造溫度為700℃~850℃。

      步驟(4)中將聚晶金剛石復合片鑲嵌到圓柱槽內(nèi)采用過盈配合的鑲嵌方式,過盈量控制在0.05mm。

      以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方案,盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換,其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。

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