超硬材料网

　　申请号:  201310707031.6

　　申请人:  北京科技大学

　　摘要： 本发明的一种岩石深孔高速水钻头及其制备工艺，该钻头包括合金钻头体和骨架钢管，所述钻头体通过内T型螺纹与空心钎杆联接与所述骨架钢管固接；其中，所述钻头体上设有用于承担喷水冷却和排岩石粉任务的内喷水孔，承担排液、排粉、冷却作用的外侧排液槽，承担提供动力和供水任务的中心排水槽。采用了以人造金刚石和WC颗粒为“微小刃口”的自刃口合金为钻头主体材料，用粉末冶金的热压烧结工艺，制成了结构简单，刚性很好，强度极高的整体钻头。使本发明的岩石深孔钻头获得了远比冲击式凿岩钻头更快的钻进速度和使用寿命。大大降低了噪音污染、粉尘污染，明显地改变了劳动环境和劳动条件，是一种适于广泛推广的新型产品。

　　主权利要求：1.一种岩石深孔高速水钻头，其特征在于，该钻头包括合金钻头体和骨架钢管，所述钻头体与所述骨架钢管是通过热压铸焊接形成一个整体；其中，所述钻头体上设有4个用于承担喷水冷却和排岩石粉任务的内喷水孔4个、用于承担排液、排粉、冷却作用的外侧排液槽和2个用于承担端面供水任务的中心排水槽，所述外侧排液槽均与所述内喷水孔联通。

　　2.如权利要求1所述的岩石深孔高速水钻头，其特征在于，所述内喷水孔的直径为6-8mm;所述外侧排液槽和端面的中心排水槽的宽度为4-6mm,深度为3-5mm。

　　3.如权利要求1所述的岩石深孔高速水钻头，其特征在于，所述钻头体的合金成分各组分的质量百分数为：粒度为40-80目的粗颗粒碳化钨粉的质量分数10-20%； 粒度为20-80目的人造金刚石颗粒质量分数10-15%，粒度为120-150目的人造金刚石颗粒质量分数10-15%； 粒度为-200目铜粉的质量分数10-53%； 粒度为-200目的铬铁粉质量分数3-5%；其中，铬铁粉中Cr质量分数为8-12%； -200目663黄铜粉的质量分数10-67%。

　　4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的岩石深孔高速水钻头的工艺，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤1：设计和确认合金钻头体的钻头外圆直径φ1、中心排水孔直径φ2，自刃合金高度a，端面中心排水槽的宽度、深度，外侧排液槽的宽度、深度和骨架钢管尺寸； 步骤2：按照步骤1的设计的合金钻头和骨架钢管尺寸，设计和加工好石墨模具和骨架钢管备用，其中，所述石墨磨具包括上压头、外侧水槽隔片、端面水槽隔片、中心石墨垫 、石墨外套 、下石墨支柱和下石墨支撑环； 步骤3.混合粉制备: 3-1)混合粉成分配制： a：粒度为40-80目的粗颗粒碳化钨粉的质量分数10-20%； b：粒度为20-80目的人造金刚石颗粒质量分数10-15%，粒度为120-150目的人造金刚石颗粒质量分数10-15%； c：粒度为-200目铜粉的质量分数10-53%； d：粒度为-200目的铬铁粉质量分数3-5%；其中，铬铁粉中Cr质量分数为8-12%； e：-200目663黄铜粉的质量分数10-67%； 3-2)按步骤3-1的质量分数称取各个原料依次加入到 “V”形混料器中，再加入浓度为0.5%的PVA水溶液和三氯甲烷溶液，混合45分钟后出料装入密封容器备用；所述原料与PVA水溶液的质量比为1:0.004，所述原料与三氯甲烷溶液的质量比为1:0.0024； 3-3)装模：先将中心石墨垫（2-7）装入骨架钢管（2-6）内，再将下石墨支柱（2-9）装入骨架钢管（2-6）内，再套装下石墨支撑环（2-10），再将四支中心水道芯杆（2-4）插入中心石墨垫（2-7）的四个圆孔内，再将石墨外套（2-8）套在骨架钢管（2-6）的外部，然后将外侧水槽隔片（2-2）插到石墨外套（2-8）的侧壁槽内，即可进行装粉工作； 步骤4.装粉: 将制成的混合粉先称出每个钻头所需的单重粉量，然后分几次少量的装入石墨模内，每加一次粉后，需用小木棒将粉层捣实，直至装满后，再将上压头（2-1）对准侧壁槽孔隔片，压入上压头（2-1）即完成装粉工作； 步骤5.热压： 将装粉后的石墨压模放入气体保护热压炉中，进行热压烧结，其工艺参数如下： 烧结气氛：N2：流量1-3L/min； 温度：850-890℃±5℃； 时间：30-50min； 产品正压面积所受压强为：1.5-2MPa； 步骤6.降温出炉： 当炉温降至50℃以下时即可将石墨模取出，再将钻头成品从石墨模中脱出，即可获得钻头成品。