潛孔鉆頭的設(shè)計(jì)分析范文

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《礦業(yè)裝備雜志》2014年第八期

1.鉆頭本體材料的選擇

惡劣的工作環(huán)境對(duì)鉆頭本體的硬度、強(qiáng)度、韌性、抗沖擊性、耐磨性、抗疲勞性等都提出了較高要求，綜合考慮各部分的性能要求，可以認(rèn)為鉆頭本體整體材料選擇需要滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）表面硬度較高以增強(qiáng)耐磨性，心部韌性較好以增強(qiáng)抗沖擊能力，為避免出現(xiàn)脆性斷裂和疲勞斷裂，材料需要有良好的斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度；（2）具有高淬透性。以滿足本體各部分對(duì)性能的不同要求，有利于提高表面屈服強(qiáng)度，改善齒孔對(duì)合金齒的固緊力，而且還可提高心部的屈服強(qiáng)度和韌性；（3）在遇到井下巖層氣液時(shí)能抗一定腐蝕；（4）一定高溫下，材料硬度穩(wěn)定不易軟化；（5）工藝性能好，如良好的鍛造性、熱處理后殘余應(yīng)力較小等；（6）冶金質(zhì)量高，組織均勻性好，雜質(zhì)少，尤其是磷的含量要低，碳化物均勻。因此，在滿足以上要求，加工性能好，材料成本低，材料選用42CrMo較為合適。鉆頭沖擊端面失效形式以沖擊疲勞為主。可考慮通過以下方法提高其使用壽命：（1）降低表面粗糙度，提高接觸精度，以降低沖擊時(shí)局部應(yīng)力集中和減小應(yīng)力峰；（2）合理匹配活塞與沖擊端面的硬度關(guān)系。應(yīng)優(yōu)先考慮活塞的使用壽命改善，改變更換鉆頭同時(shí)也需要更換活塞的現(xiàn)狀；（3）表面處理，如噴丸或滾壓，可以有效地提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

2.花鍵的設(shè)計(jì)

（1）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工，保證花鍵適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和均勻性；（2）表面滲碳淬火，以提高表層硬度，達(dá)到抗塑性變形和沖擊疲勞能力；（3）降低表面粗糙度，提高接觸精度；（4）增大花鍵斷面面積可以提高鉆頭強(qiáng)度。

3.鉆頭合金柱的選擇

為了提高鉆頭的使用壽命，應(yīng)該根據(jù)以下三個(gè)要求來具體選擇硬質(zhì)合金牌號(hào)：（1）根據(jù)鉆孔技術(shù)參數(shù)。對(duì)高頻小沖擊功鉆進(jìn)多采用硬質(zhì)鉬含量高的合金，而對(duì)低頻大沖擊功鉆進(jìn)則要求韌性要好，多采用粘結(jié)鉬含量較高的合金；（2）根據(jù)不同巖層的巖性。對(duì)一般巖層選擇含鈷量較低的硬質(zhì)合金以增強(qiáng)耐磨性和沖擊效果，對(duì)堅(jiān)硬巖層選擇含鈷量較高的硬質(zhì)合金以提高沖擊韌性，避免脆斷等現(xiàn)象；（3）根據(jù)不同位置的合金柱工作特征選擇。由于邊緣合金柱和中間合金柱受力不同，邊緣合金柱含鈷量較低，以增強(qiáng)耐磨性;中間邊緣合金柱含鈷量較高，以提高抗沖擊能力。不同牌號(hào)的合金柱搭配使用，可以在滿足使用要求的同時(shí)降低硬質(zhì)合金的相對(duì)消耗量，從而降低了成本。與普通硬質(zhì)合金性能相比，超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金和納米復(fù)合材料不僅硬度高、耐磨性好，而且還具有更高的強(qiáng)度和韌性。

作者：吳云發(fā)單位：本溪北方機(jī)械重汽有限責(zé)任公司