申請(qǐng)?zhí)?  201310707031.6

　　申請(qǐng)人:  北京科技大學(xué)

　　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(dān)噴水冷卻和排巖石粉任務(wù)的內(nèi)噴水孔，承擔(dān)排液、排粉、冷卻作用的外側(cè)排液槽，承擔(dān)提供動(dòng)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(jiǎn)單，剛性很好，強(qiáng)度極高的整體鉆頭。使本發(fā)明的巖石深孔鉆頭獲得了遠(yuǎn)比沖擊式鑿巖鉆頭更快的鉆進(jìn)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(dòng)環(huán)境和勞動(dòng)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(gè)整體；其中，所述鉆頭體上設(shè)有4個(gè)用于承擔(dān)噴水冷卻和排巖石粉任務(wù)的內(nèi)噴水孔4個(gè)、用于承擔(dān)排液、排粉、冷卻作用的外側(cè)排液槽和2個(gè)用于承擔(dān)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?jǐn)?shù)為：粒度為40-80目的粗顆粒碳化鎢粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-20%； 粒度為20-80目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-15%，粒度為120-150目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-15%； 粒度為-200目銅粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-53%； 粒度為-200目的鉻鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-5%；其中，鉻鐵粉中Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%； -200目663黃銅粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-67%。

　　4.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)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(jì)和確認(rèn)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(jì)的合金鉆頭和骨架鋼管尺寸，設(shè)計(jì)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?jǐn)?shù)10-20%； b：粒度為20-80目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-15%，粒度為120-150目的人造金剛石顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-15%； c：粒度為-200目銅粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-53%； d：粒度為-200目的鉻鐵粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-5%；其中，鉻鐵粉中Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%； e：-200目663黃銅粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10-67%； 3-2)按步驟3-1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取各個(gè)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(gè)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(jìn)行裝粉工作； 步驟4.裝粉: 將制成的混合粉先稱出每個(gè)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(shí)，直至裝滿后，再將上壓頭（2-1）對(duì)準(zhǔn)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(hù)熱壓爐中，進(jìn)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(shí)間：30-50min； 產(chǎn)品正壓面積所受壓強(qiáng)為：1.5-2MPa； 步驟6.降溫出爐： 當(dāng)爐溫降至50℃以下時(shí)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。