潛孔球齒鉆頭硬質合金齒固齒試驗探析

姜秋月

黑龍江北方雙佳鉆采機具有限責任公司，黑龍江牡丹江 157013

1 試驗目的

1）硬質合金球齒和齒孔采用不同的加工方法，對固緊力的影響；

2）在不同加工工藝方法下，硬質合金齒和齒孔的合理過盈量；

3）主體熱處理硬度對固緊力的影響。

2 試驗內容

1）在硬質合金齒圓柱面不磨，齒孔一次鉆出情況下，不同過盈量的固緊力；

2）在硬質合金齒圓柱面磨光，齒孔鉆、鉸情況下，不同過盈量的固緊力；

3）鉆頭主體熱處理硬度不同情況下，不同過盈量的固緊力。

3 試驗條件和方法

1）硬質合金齒

采用Q1827 硬質合金齒，有圓柱面不磨和圓柱面磨光兩種，實際直徑為：

（1）圓柱面不磨的直徑變化在17.5mm～17.8mm。由于硬質合金齒壓制時兩端致密而中央松散，因此經燒結收縮，圓柱面呈凹腰鼓形，中央部分直徑比兩端直徑小0.05mm～0.15mm，有時還有0.05mm 橢圓度，試驗共用硬質合金球齒60 粒；

（2）圓柱面磨光的，為了減少不同直徑公差和橢圓度等引起的誤差，試驗選用直徑Φ17.37;Φ17.40；Φ17.45；Φ17.50 四種規格硬質合金齒各一粒，反復使用，使用前后測量直徑沒有變化。硬質合金齒圓柱下面倒角約15°，倒角高3mm，外徑用百分尺測量。

2）孔板

孔板規格Φ150*30，材料35CrMo，熱處理硬度28HRC—32HRC。齒孔的加工方法共三種，見表1。孔徑用內徑千分表測量。

3）壓齒方法

采用FMC－50 型材料試驗機，額定拉壓力50 噸。按予定的過盈量，選配不同的硬質合金齒和齒孔。合金齒先用銅棒手工敲入少許，再在壓力機上壓入，壓入齒孔深度為硬質合金齒圓柱面高度，合金齒壓入齒孔后隨后推出，然后再壓入再推出，反復4～10 次，并記錄每次的推出力和壓入力。

4 試驗結果與分析

4.1 合金齒圓柱面不磨，齒孔一次鉆成的固緊力試驗

1）過盈量愈大壓入力也愈大；

2）過盈量加大，開始推出力也跟著增加，到0.35mm 左右，推出力達到最大，過盈量再增加，推出力無明顯變化，最大推出力約5t；

3）壓入力和推出力相差很大，以過盈量為0.2mm～0.3mm范圍為例，兩者相差一倍以上。

4）在同樣過盈量條件下，壓入力和推出力變化較大；

5）壓過后的齒孔，孔徑擴大，光潔度提高，局部出現鏡面。

另外，在試驗中看到過盈量大于0.35mm 時，孔壁產生刮傷，造成3）、4）兩條的原因有：（1）孔壁表面粗糙度低，壓入時刀痕尖痕尖鋒被壓平推出時固緊力減少；（2）圓柱面沒有磨，呈凹腰鼓形，圓柱面和孔壁的接觸實際上只是兩端兩條圓周線接觸，因此固緊力大大減少。再者由于加工精度低，齒孔尺寸測量誤差較大。

4.2 合金齒圓柱面磨光，齒孔經鉆、鉸的固緊力試驗

孔板在堿水里煮過，進行試驗。

1）壓入力和推出力具有同前一樣的變化規律，最大推出力（平均）達到12.5t。

2）最大推出力的過盈量在0.16mm～0.20mm 之間，比以上幾種情況都要小，這說明合金齒圓柱面和齒孔壁表面粗糙度提高以后，過盈值可以減小。

4.3 反復壓入、推出時對固緊力的影響

鉆頭工作時，合金齒不斷沖擊巖石，由于鉆頭體是彈性體，齒孔底部會產生彈性壓縮，同時硬質合金齒產生相對位移（盡管是很微小），并使孔壁金屬組織疲勞硬化，彈性減少，固緊力下降，從而可能導致合金齒脫落。為了模擬上述情況采用了反復壓入和推出的辦法，以加速孔壁金屬疲勞硬化，來觀察固緊力的變化。

4.4 不同熱處理硬度與固緊力之間關系

采取齒磨、孔鉆鉸工藝，壓齒前合金齒和齒孔用汽油清洗，孔板硬度分別處理到20HRC、30HRC、40HRC，

1）在同樣過盈量條件下，隨著孔板硬度提高，推出力明顯提高。例如，40HRC 要比20HRC 的推出力幾乎提高二倍；

2）在硬度低時（20HRC）過盈量增加，雖然壓入力提高了，但推出力增加很小。硬度較高時，則隨著過盈量增加，推出力顯著提高。在壓齒時，特別在過盈量較大時，低硬度的齒孔壁有明顯切削現象，而硬度高的孔壁則無切削現象。

5 結論

1）在各種工藝條件下，第一次壓入力隨著過盈量的增加而提高；

2）在過盈量較小時，第一次壓入力和推出力比較接近，過盈量增加兩個力的差值愈來愈大；

3）在一定范圍內，推出力隨過盈量增加而增加，但當過盈量達到某一數值后，推出力無明顯增減。這時的過盈量我們定義它為臨界過盈量，超過這個臨界過盈量壓入時，孔壁出現刮傷，硬度低時特別明顯；

4）隨著合金齒和孔壁表面粗糙度提高，最大推出力顯著增加，而臨界過盈量趨向減少；

5）小于臨界過盈量時，推出力較低，大于臨界過盈量時，雖能保持較高的推出力，但合金齒易壓偏和刮傷孔壁。壓入力過大可能導致合金齒壓碎；

6）反復壓入試驗表明，過盈量太小時，推出力隨壓入次數增加而減少，過盈量大于某一值（0.1mm）推出力幾乎不隨壓入次數變化；

7）孔板硬度對推出力有很大影響，提高材料硬度推出力明顯增加，40HRC 要比20HRC 推出力提高二倍，因此適當增加鉆頭主體硬度對提高固齒質量是有利的；

8）合金齒壓偏，扶正后再壓入，推出力大為降低。

[1]郝樹林.對冷壓釬頭合金齒固緊過程的探討[J].鑿巖機械與風動具，1987.

[2]符夷雄.硬質合金鉆頭固齒工藝的研究[J].煤炭科學技術，1989.

[3]黃志強，劉清友，郭召海，李琴，劉德明，譚軍.盤式鉆頭齒圈強化工藝技術試驗研究[J].西南石油學院學報，2003.