孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒及其製作工藝的製作方法
2023-07-03 03:43:41 1
專利名稱：孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒及其製作工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及採煤、採礦、鑽井設備用的截齒，尤其涉及一種孕鑲金剛石復 合片強耐磨截齒及其製作工藝。
背景技術：
常規的截齒指在齒頭部位焊上硬質合金齒尖，截齒鋼體齒身由特殊鋼(如
30CrMnTi、 30CrMnSi等)製成。由於截齒鋼體齒身的材料硬度大大低於硬質 合金齒頭，易於磨損，所以常出現硬質合金齒頭突出、脫落、脫焊並在切削過 程中與鋼體齒身折斷等現象，造成截齒使用壽命較低。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒，能 提高截齒的工作效率和使用壽命。
為達到上述目的，本發明採用以下技術方案
本發明的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒，包括鋼體齒身和齒頭，還包括復 合片齒尖，所述的複合片齒尖通過釺焊焊接在齒頭中部；所述的鋼體齒身和所 述的齒頭直接通過粉末冶金的方法，利用熱壓工藝燒結成為一體；所述齒頭的 原料包括胎體粉末和超硬磨料；所述胎體粉末含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳 粉、錫粉、鉻粉和碳化鎢粉末，所述胎體粉末顆粒直徑不大於0. 074mm，其中， 鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉和鉻粉五種金屬粉的總重量佔胎體粉末總重量的10% 60%，銅粉和錫粉的總重量佔胎體粉末總重量的10% 40%，碳化鎢粉末重量佔胎體粉末總重量的20% 80%;所述超硬磨料採用金剛石，金剛石顆粒度為
0. 42rnm 0. 074mm，金剛石的體積佔所述齒頭體積的比例為5% 50%。
進一步，採用鈷、鎳、鐵、錳和鉻的預合金粉末代替全部或者部分所述鈷
粉、鎳粉、鐵粉、錳粉和鉻粉五種金屬粉；採用銅和錫的預合金粉末代替全部
或者部分銅粉和錫粉；採用碳化二鎢粉末代替全部或者部分碳化鉤粉末。
本發明的另一目的是提供所述孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒的製作工藝，
包括以下步驟
a、 胎體粉末混料
b、 工作層料配混
c、 熱壓燒結成型
d、 噴砂
e、 釺焊
a、 b、 c、 d、 e步驟依次進行。 進一步，在a步驟中，按配方取胎體粉末原料，然後採用球磨混料機混 料，對混好後的胎體粉料乾燥密封保存；在b步驟中，按配方取超硬磨料和a 步驟混好胎體粉末，按胎體粉末質量總量的1% 2%稱取潤溼劑，潤溼劑採用 甘油、石蠟、機油和酒精中的一種或者兩種以上混合物，將超硬磨料、胎體粉 末和潤溼劑混合均勻；在c步驟中，先將模具和鋼體齒身裝配，然後將經過b 步驟的超硬磨料和胎體粉末的混合料裝入模具並送入壓力機預壓，接著通電熱 壓，最後進行保溫保壓，其中通電熱壓時壓力要達到2 5MPa，燒結溫度要達 到900 1100°C，保溫保壓階段保持壓力2 5Mpa和燒結溫度900 1100'C的 時間為5 10分鐘；熱壓成型後齒頭中部形成空缺；在d步驟中，在噴砂機上 對熱壓成型的齒頭的外側面進行噴砂；在e步驟中，將複合片齒尖裝配進齒頭 中部空缺位置，裝配間隙為0.01 0. lmm，用液態釺料潤溼複合片裝配間隙。 進一步，在a步驟中，先將符合配方的胎體粉末原料用手工在器皿中攪拌，然後在用球磨混料機混料；用球磨混料機混料時，依據胎體粉末原料和混料球 的總體積為球罐容積的50% 70%選擇球磨機，按照胎體粉末原料質量和混料 球質量比為l: 1 1.5的比例稱取球，混料球採用硬質合金球，並選取大小不
同的球徑混合搭配使用，混料機轉速選擇為每分鐘30 100轉，混料時間1
4小時；最後停機，將混合後的胎體粉末和球過篩分開。
進一步，在歩驟b中，採用混料機將超硬磨料、胎體粉末和潤溼劑混合均
勻，具體包括以下步驟
第一步將稱量好的胎體粉末倒入混料機料筒，攤平，在料中間壓出一凹
坑；
第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把潤溼劑倒在超硬磨料中，使超硬 磨料全部溼潤；
第三步手工反覆攪拌超硬材料和胎體粉末，倒出過篩後，再倒回混料 機料筒中；
第四步往混料機料筒內放入長度為200mm左右的鋼鏈3 4根，蓋好混 料機料筒蓋，開機混料，混料時間為30 60分鐘，混料機的轉速每分鐘40 100轉；
第五步停機檢測，目測粉料有無色斑、結團，混料是否均勻。 本發明的有益效果是
採用上述技術方案的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒，由於齒頭中部焊接了 複合片齒尖，提高了截齒的耐磨性、工作效率和使用壽命，齒頭與鋼體齒身通 過粉末冶金的方法，利用熱壓工藝燒結為一體，代替了常規的將硬質合金直接 焊接在鋼體齒身的製造方法，發明避免了齒頭與鋼體齒身折斷與脫落現象的發 生。本發明提供一種能實現大幅度提高截齒的工作效率和延長使用壽命的孕鑲 金剛石複合片強耐磨截齒，其製作工藝簡單快捷。
本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯 而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可 以通過說明書、權利要求書或者附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
附圖為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
如附圖所示，本發明的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒包括鋼體齒身3、齒 頭2和複合片齒尖1。鋼體齒身3和齒頭2直接通過粉末冶金的方法，採用熱 壓工藝燒結成為一體；複合片齒尖1通過釺焊焊接在齒頭2中部；齒頭2除了 含普通的胎體金屬和非金屬粉末之外，還添加了超硬磨料金剛石成分，也就是 說所述齒頭2的原料包括胎體粉末和超硬磨料，所述超硬磨料採用金剛石；所
述胎體粉末含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉和碳化鎢粉末，所
述胎體粉末顆粒直徑不大於0. 074mm，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉和鉻粉 五種金屬粉的總重量佔胎體粉末總重量的10% 60%，銅粉和錫粉的總重量佔 胎體粉末總重量的10% 40%，碳化鉤粉末重量佔胎體粉末總重量的20% 80%;，金剛石顆粒度為0. 42mm 0. 074mm，金剛石的體積佔齒頭2體積的比例 控制在5% 50%之間。
很明顯，還可以採用鈷、鎳、鐵、錳和鉻的預合金粉末代替全部或者部分 所述鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉和鉻粉五種金屬粉；採用銅和錫的預合金粉末代 替全部或者部分銅粉和錫粉；採用碳化二鴇粉末代替全部或者部分碳化鴇粉末。
具體實施時孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒的製作步驟如下
① 、確定胎體成分和超硬磨料配方
胎體含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉、碳化鎢、和碳化二 鎢，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉、鉻粉或他們的預合金粉末質量佔10% 60%，銅粉、錫粉或他們的預合金粉末質量佔10% 40%，碳化鎢、碳化二鎢粉 末質量佔20% 80%，所用胎體粉末顆粒直徑為0.074mm以下；超硬磨料為金 剛石，金剛石的體積佔齒頭2體積的比例控制在5% 50%之間，顆粒度為 0. 42mm 0, 074謹。
② 、胎體粉末混料 根據配方計算出胎體粉料中每種成分的用量，用藥物天平或臺稱準確稱
量，放入各自的盛器皿中，覆核確認無誤後，倒在一起進行混合，再將稱量好 的混料裝入混料設備中進行機械混合，混料設備為球磨混料機，混好後的胎體 粉料立即裝入乾燥器皿內密封保存。 其球磨混料工藝為
第一步將準確稱量的胎體粉末先用手工在盛器皿中攪拌； 第二步根據混料總量，依據料和球的總體積為球罐容積的50% 70%選 擇合適的球磨機；
第三步根據料重，稱取硬質合金球，按球料質量比d 1.5): l稱取， 為使料混得均勻，球徑採用大中小搭配；
第四步按工藝要求，選擇好混料機的轉速，確定好時間，開機混料，一 般轉速選擇為30 100rpm，混料時間1 4h;
第五步停機，將料和球用粗篩分開，將料準確稱量，估算損耗並覆核
是否與第一步的量吻合；
③ 、工作層料的配混工藝
本發明中截齒齒頭的工作層是胎體粉末中含有超硬磨料金剛石。按配方要求稱取超硬磨料金剛石和胎體粉末，按胎體粉末質量總量的1% 2%稱取潤溼 劑，潤溼劑用甘油、石蠟、機油、酒精或它們的混合物，其作用是使普超硬磨 料和胎體粉末之間混合均勻，不因兩者之間的密度不同產生偏析和浮選； 混制步驟為
第一步將稱量好的胎體粉末倒入料筒，扒平後用鋼勺在料中間壓出一
凹坑；
第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把潤溼劑倒在超硬磨料金剛石中， 使超硬磨料全金剛石部溼潤；
第三步用鋼勺將料反覆攪拌，倒出過篩後再倒回料筒中，過篩有利於 混料更均勻；
第四步放入長度為200mm左右鋼鏈3 4根，蓋好料筒蓋，開機混料， 一般混料時間為30 60min，混料機的轉速40 100rpm;
第五步停機檢測，目測粉料有無色斑、結團、磨料是否均勻等；
④ 、熱壓燒結成型
熱壓燒結的工藝步驟為石墨模具檢査一在模壁上塗脫模劑一裝料一墊上 絕熱隔板一送入壓力機預壓一通電加熱加壓一保溫保壓一卸壓一冷卻一脫模； 採用的保壓壓力為2 5MPa;燒結溫度為900 1100°C，保溫保壓時間為5 10min;
⑤ 、噴砂
齒頭燒結完成後，對其進行噴砂，噴砂工序在噴砂機上進行。
第一步噴砂前必須檢査設備運行情況工作時，必須戴好防塵口罩和防護 眼鏡；
第二步加工小的工件時， 一手拿工件一手控制噴槍；加工重的工件時， 將其放在旋轉工作檯上，在其上方來控制噴槍。 ◎、釺焊
釺焊前對工件必須進行細緻加工和嚴格清洗，除去油汙和過厚的氧化膜，保證接口裝配間隙。間隙一般要求在0.05 0. 1毫米之間。用比母材熔點低 的金屬材料作為釺料，用液態釺料潤溼母材和填充工件接口間隙並使其與母材 相互擴散。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領 域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫 離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1、一種孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒，包括鋼體齒身和齒頭，其特徵在於還包括複合片齒尖，所述的複合片齒尖通過釺焊焊接在齒頭中部；所述的鋼體齒身和所述的齒頭直接通過粉末冶金的方法，利用熱壓工藝燒結成為一體；所述齒頭的原料包括胎體粉末和超硬磨料；所述胎體粉末含鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉和碳化鎢粉末，所述胎體粉末顆粒直徑不大於0.074mm，其中，鈷粉、鎳粉、鐵粉、錳粉和鉻粉五種金屬粉的總重量佔胎體粉末總重量的10％～60％，銅粉和錫粉的總重量佔胎體粉末總重量的10％～40％，碳化鎢粉末重量佔胎體粉末總重量的20％～80％；所述超硬磨料採用金剛石，金剛石顆粒度為0.42mm～0.074mm，金剛石的體積佔所述齒頭體積的比例為5％～50％。
2、 根據權利要求1所述的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒，其特徵在於 採用鈷、鎳、鐵、錳和鉻的預合金粉末代替全部或者部分所述鈷粉、鎳粉、鐵 粉、錳粉和鉻粉五種金屬粉；採用銅和錫的預合金粉末代替全部或者部分銅粉和錫粉;採用碳化二鎢粉末代替全部或者部分碳化鎢粉末。
3、 所述孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒的製作工藝，其特徵在於包括以下步驟a、 胎體粉末混料b、 工作層料配混c、 熱壓燒結成型d、 噴砂e、 釺焊a、 b、 c、 d、 e步驟依次進行。
4、 根據權利要求3所述的製作孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒工藝，其特 徵在於在a步驟中，按配方取胎體粉末原料，然後採用球磨混料機混料，對混好後的胎體粉料乾燥密封保存；在b步驟中，按配方取超硬磨料和a步驟混好胎體粉末，按胎體粉末質 量總量的1% 2%稱取潤溼劑，潤溼劑採用甘油、石蠟、機油和酒精中的一種 或者兩種以上混合物，將超硬磨料、胎體粉末和潤溼劑混合均勻；在c步驟中，先將模具和鋼體齒身裝配，然後將經過b步驟的超硬磨料和 胎體粉末的混合料裝入模具並送入壓力機預壓，接著通電熱壓，最後進行保溫 保壓，其中通電熱壓時壓力要達到2 5MPa，燒結溫度要達到900 110(TC， 保溫保壓階段保持壓力2 5Mpa和燒結溫度900 1100。C的時間為5 10分 鍾；熱壓成型後齒頭中部形成空缺；在d步驟中，在噴砂機上對熱壓成型的齒頭的外側面進行噴砂；在e步驟中，將複合片齒尖裝配進齒頭中部空缺位置，裝配間隙為0. 01 0. lmm，用液態釺料潤溼複合片裝配間隙。
5、 根據權利要求4所述的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒的製作工藝，其 特徵在於-在a步驟中，先將符合配方的胎體粉末原料用手工在器皿中攪拌，然後在 用球磨混料機混料；用球磨混料機混料時，依據胎體粉末原料和混料球的總體 積為球罐容積的50% 70%選擇球磨機，按照胎體粉末原料質量和混料球質量 比為l: 1 1. 5的比例稱取混料球，混料球採用硬質合金球，並選取大小不同 的球徑混合搭配使用，混料機轉速選擇為每分鐘30 100轉，混料時間1 4 小時；最後停機，將混合後的胎體粉末和球過篩分開。
6、 根據權利要求4或5所述的孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒的製作工藝， 其特徵在於在步驟b中，採用混料機將超硬磨料、胎體粉末和潤溼劑混合均勻，具體 包括以下步驟第一步將稱量好的胎體粉末倒入混料機料筒，攤平，在料中間壓出一凹坑；第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把潤溼劑倒在超硬磨料中，使超硬 磨料全部溼潤；第三步手工反覆攪拌超硬材料和胎體粉末，倒出過篩後，再倒回混料 機料筒中；第四步往混料機料筒內放入長度為200mm左右的鋼鏈3 4根，蓋好混 料機料筒蓋，開機混料，混料時間為30 60分鐘，混料機的轉速每分鐘40 100轉;第五步停機檢測，目測粉料有無色斑、結團，混料是否均勻。
全文摘要
本發明公開了一種孕鑲金剛石複合片強耐磨截齒及其製作工藝；所述截齒包括鋼體齒身、齒頭和複合片齒尖，所述的複合片齒尖通過釺焊焊接在齒頭中部；所述的鋼體齒身和所述的齒頭直接通過粉末冶金的方法，利用熱壓工藝燒結成為一體；所述齒頭的原料包括胎體粉末和金剛石；所述胎體粉末含有一定比例的鈷粉、鎳粉、鐵粉、銅粉、錳粉、錫粉、鉻粉和碳化鎢粉末，金剛石顆粒度為0.42mm～0.074mm，金剛石的體積佔所述齒頭體積的比例為5％～50％；所述工藝包括胎體粉末混料、工作層料配混、熱壓燒結成型、噴砂和釺焊步驟；本發明的截齒工作效率高和使用壽命長，是適用於採煤、採礦、鑽井等設備用的截齒。
文檔編號E21C35/00GK101446199SQ20081023159
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者張紹和, 方海江, 王佳亮, 謝曉紅 申請人:河南四方達超硬材料股份有限公司;中南大學