申請?zhí)?  201310707031.6

　　申請人:  北京科技大學

　　摘要： 本發(fā)明的一種巖石深孔高速水鉆頭及其制備工藝，該鉆頭包括合金鉆頭體和骨架鋼管，所述鉆頭體通過內(nèi)T型螺紋與空心釬桿聯(lián)接與所述骨架鋼管固接；其中，所述鉆頭體上設(shè)有用于承擔噴水冷卻和排巖石粉任務(wù)的內(nèi)噴水孔，承擔排液、排粉、冷卻作用的外側(cè)排液槽，承擔提供動力和供水任務(wù)的中心排水槽。采用了以人造金剛石和WC顆粒為“微小刃口”的自刃口合金為鉆頭主體材料，用粉末冶金的熱壓燒結(jié)工藝，制成了結(jié)構(gòu)簡單，剛性很好，強度極高的整體鉆頭。使本發(fā)明的巖石深孔鉆頭獲得了遠比沖擊式鑿巖鉆頭更快的鉆進速度和使用壽命。大大降低了噪音污染、粉塵污染，明顯地改變了勞動環(huán)境和勞動條件，是一種適于廣泛推廣的新型產(chǎn)品。

　　主權(quán)利要求：1.一種巖石深孔高速水鉆頭，其特征在于，該鉆頭包括合金鉆頭體和骨架鋼管，所述鉆頭體與所述骨架鋼管是通過熱壓鑄焊接形成一個整體；其中，所述鉆頭體上設(shè)有4個用于承擔噴水冷卻和排巖石粉任務(wù)的內(nèi)噴水孔4個、用于承擔排液、排粉、冷卻作用的外側(cè)排液槽和2個用于承擔端面供水任務(wù)的中心排水槽，所述外側(cè)排液槽均與所述內(nèi)噴水孔聯(lián)通。

　　2.如權(quán)利要求1所述的巖石深孔高速水鉆頭，其特征在于，所述內(nèi)噴水孔的直徑為6-8mm;所述外側(cè)排液槽和端面的中心排水槽的寬度為4-6mm,深度為3-5mm。

　　3.如權(quán)利要求1所述的巖石深孔高速水鉆頭，其特征在于，所述鉆頭體的合金成分各組分的質(zhì)量百分數(shù)為：粒度為40-80目的粗顆粒碳化鎢粉的質(zhì)量分數(shù)10-20%； 粒度為20-80目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分數(shù)10-15%，粒度為120-150目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分數(shù)10-15%； 粒度為-200目銅粉的質(zhì)量分數(shù)10-53%； 粒度為-200目的鉻鐵粉質(zhì)量分數(shù)3-5%；其中，鉻鐵粉中Cr質(zhì)量分數(shù)為8-12%； -200目663黃銅粉的質(zhì)量分數(shù)10-67%。

　　4.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項所述的巖石深孔高速水鉆頭的工藝，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟1：設(shè)計和確認合金鉆頭體的鉆頭外圓直徑φ1、中心排水孔直徑φ2，自刃合金高度a，端面中心排水槽的寬度、深度，外側(cè)排液槽的寬度、深度和骨架鋼管尺寸； 步驟2：按照步驟1的設(shè)計的合金鉆頭和骨架鋼管尺寸，設(shè)計和加工好石墨模具和骨架鋼管備用，其中，所述石墨磨具包括上壓頭、外側(cè)水槽隔片、端面水槽隔片、中心石墨墊 、石墨外套 、下石墨支柱和下石墨支撐環(huán)； 步驟3.混合粉制備: 3-1)混合粉成分配制： a：粒度為40-80目的粗顆粒碳化鎢粉的質(zhì)量分數(shù)10-20%； b：粒度為20-80目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分數(shù)10-15%，粒度為120-150目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分數(shù)10-15%； c：粒度為-200目銅粉的質(zhì)量分數(shù)10-53%； d：粒度為-200目的鉻鐵粉質(zhì)量分數(shù)3-5%；其中，鉻鐵粉中Cr質(zhì)量分數(shù)為8-12%； e：-200目663黃銅粉的質(zhì)量分數(shù)10-67%； 3-2)按步驟3-1的質(zhì)量分數(shù)稱取各個原料依次加入到 “V”形混料器中，再加入濃度為0.5%的PVA水溶液和三氯甲烷溶液，混合45分鐘后出料裝入密封容器備用；所述原料與PVA水溶液的質(zhì)量比為1:0.004，所述原料與三氯甲烷溶液的質(zhì)量比為1:0.0024； 3-3)裝模：先將中心石墨墊（2-7）裝入骨架鋼管（2-6）內(nèi)，再將下石墨支柱（2-9）裝入骨架鋼管（2-6）內(nèi)，再套裝下石墨支撐環(huán)（2-10），再將四支中心水道芯桿（2-4）插入中心石墨墊（2-7）的四個圓孔內(nèi)，再將石墨外套（2-8）套在骨架鋼管（2-6）的外部，然后將外側(cè)水槽隔片（2-2）插到石墨外套（2-8）的側(cè)壁槽內(nèi)，即可進行裝粉工作； 步驟4.裝粉: 將制成的混合粉先稱出每個鉆頭所需的單重粉量，然后分幾次少量的裝入石墨模內(nèi)，每加一次粉后，需用小木棒將粉層搗實，直至裝滿后，再將上壓頭（2-1）對準側(cè)壁槽孔隔片，壓入上壓頭（2-1）即完成裝粉工作； 步驟5.熱壓： 將裝粉后的石墨壓模放入氣體保護熱壓爐中，進行熱壓燒結(jié)，其工藝參數(shù)如下： 燒結(jié)氣氛：N2：流量1-3L/min； 溫度：850-890℃±5℃； 時間：30-50min； 產(chǎn)品正壓面積所受壓強為：1.5-2MPa； 步驟6.降溫出爐： 當爐溫降至50℃以下時即可將石墨模取出，再將鉆頭成品從石墨模中脫出，即可獲得鉆頭成品。