衝擊式鑿巖釺具的製作方法

2023-05-25 16:44:31 2

本發明涉及一種鑿巖釺具，尤其涉及一種衝擊式鑿巖釺具。

背景技術：

目前，衝擊式鑿巖釺具通常由釺杆通過螺紋與釺頭的褲體連接而成。在鑿巖過程中，釺杆、褲體受力情況比較複雜、惡劣，容易造成釺具失效，影響釺具壽命。通過觀察發現，釺具失效主要有兩種形式：1）褲體螺紋盲孔的內螺紋收尾處發生斷裂；2）釺杆外螺紋段收尾處發生斷裂。經過分析，造成褲體或釺杆斷裂的主要原因如下：

1）由於在內螺紋收尾處開設有退刀槽，對應於該退刀槽位置處的褲體壁較薄、強度較弱，而且應力通常集中於退刀槽與螺紋盲孔的交匯處，因此褲體斷裂易發生在螺紋盲孔與退刀槽的交匯處。

2）由於應力大多集中在釺杆外螺紋收尾處，當受到彎矩作用時釺杆容易在外螺紋收尾處發生斷裂。

為此，「US6767156B1」公開了一種衝擊式螺紋連接鑿巖釺具。該專利的釺杆具有兩個錐形引導面（一個位於釺杆的外螺紋段前端、另一個位於軸肩與外螺紋段的交匯處），褲體的螺紋盲孔中有與上述兩個錐形引導面對應的兩個內錐面，且軸肩直角端面與褲體端面保持接觸，因此在軸向存在嚴重的過定位（兩個錐形引導面和一個軸肩直角端面）、在直徑方向也存在過定位（兩個錐形引導面）。上述結構雖然能夠承受較大的彎矩，但承受軸向衝擊力的能力較弱。在實際使用中，即使兩個內錐面與軸肩之間的配合關係處理得很好（過定位的幹涉程度較小），但當結構受載變形後（尤其是在內螺紋端面附近）極有可能出現由釺杆軸肩直角端面（或對應的內螺紋端面）以及釺杆外螺紋段前端的錐面承受彎矩，從而導致承載力臂驟然縮小、彎矩局部應力增大。同時，當軸肩面（或內螺紋端面）受力不均勻時，其傳遞的衝擊力（為組合部件傳遞的主要載荷）會進一步加大局部應力集中的程度，導致零件短時間內失效。

另外，「CN10289110B」公開了一種「用於衝擊式巖鑽的鑽頭」，該專利是用一段內螺紋替代螺紋盲孔中的退刀槽，雖然能夠克服褲體壁在退刀槽處較薄的缺陷，但內螺紋加工比較困難。不僅如此，由於取消了退刀槽，內螺紋一直延伸至螺紋盲孔的孔底；因此在內螺紋收尾處與螺紋盲孔的孔底之間會形成應力集中，從而導致內螺紋與孔底交匯處容易產生裂紋。還有，由於該專利的釺杆沒有設置軸肩，因此褲體端面和螺紋咬合線類似於簡支梁結構，在彎矩作用下必然導致外螺紋在螺紋咬合線處斷裂，這也是當前傳統外螺紋最主要的失效形式。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明旨在提供一種衝擊式鑿巖釺具，它不僅可避免褲體的螺紋盲孔孔底處產生裂紋、而且還能防止釺杆外螺紋收尾處發生斷裂，從而有效提高釺具壽命。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：它包括帶有圓柱形螺紋盲孔的褲體、通過設在前段部位的外螺紋與所述螺紋盲孔配合連接的釺杆；釺杆為帶有中段的階梯軸結構；外螺紋段的前端有直徑小於螺紋盲孔的圓柱狀過渡段，該過渡段的長度小於或等於螺紋盲孔的螺紋收尾處與孔底的距離；外螺紋段與中段之間通過錐面軸肩連接過渡，螺紋盲孔的孔口處有與該軸肩相適配的內錐面；當外螺紋段與螺紋盲孔配合擰緊時過渡段的前端面與螺紋盲孔的孔底接觸。

軸肩與釺杆軸線之間的夾角γ為1～10°，優選為4°。

螺紋盲孔的螺紋牙型由直線形的內螺紋牙頂、曲線形的內螺紋牙底、以及一端與該內螺紋牙底相切另一端與內螺紋牙頂連接的兩段直線形內螺紋牙側構成；外螺紋段的螺紋牙型由直線形的外螺紋牙底、曲線形的外螺紋牙頂、以及一端與該外螺紋頂相切另一端與外螺紋牙底連接的兩段直線形外螺紋牙側構成；其中，內螺紋牙底以及外螺紋牙頂優選圓弧、橢圓、拋物線或雙曲線上的一段曲線，最好選擇橢圓短軸所對應的那段曲線。

與現有技術比較，本發明由於採用了上述結構，因此具有諸多優點，具體分析如下：

1）在釺杆外螺紋段的前端設置過渡段，並且當外螺紋段與螺紋盲孔配合擰緊時釺杆過渡段的前端面與螺紋盲孔的孔底接觸，因此釺杆可通過該過渡段的前端面與螺紋盲孔的孔底接觸來傳遞打擊力，從而可避免傳統釺具的螺紋配合面容易遭到破壞的缺陷。

2）相對傳統釺杆而言，由於採用了階梯軸結構、且直徑較大的釺杆中段與直徑較小的外螺紋段之間採用了錐面結構的軸肩連接過渡，因此增強了釺杆的強度。

3）當外螺紋段與螺紋盲孔配合擰緊時，釺杆過渡段的前端面與螺紋盲孔的孔底接觸、但錐面軸肩並不與內錐面接觸；因此在軸向和徑向都不會發生過定位。只有當釺杆受到彎矩作用時，軸肩才與內錐面接觸，因此能夠避免釺杆外螺紋段收尾處因受到彎矩作用而斷裂。

4）由於採用了梯形螺紋與類似于波形螺紋（螺紋牙型呈波浪狀結構）相結合的複合牙型，因此螺紋的承載面同時兼具梯形螺紋抗軸向載荷能力強、牙根強度好，以及波形螺紋抗彎矩性能好等優點。另外，內螺紋牙底以及外螺紋牙頂均採用了與橢圓短軸相對應的曲線（曲率半徑較小），因此進一步增大了內外螺紋的強度。

5）由於取消了退刀槽，螺紋盲孔孔底處的褲體壁厚並未減小，因此褲體強度並未降低，不會發生斷裂。

6）採用內錐面與錐面軸肩配合還能克服衝擊過程中軸肩與褲體易發生粘連的缺陷。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是螺紋盲孔牙型的結構示意圖；

圖3是釺杆外螺紋段牙型的結構示意圖。

圖中：褲體1、孔底1-1、螺紋盲孔1-2、內錐面1-3、釺杆2、外螺紋段2-1、中段2-2、軸肩2-3、過渡段2-4、前端面2-5、內螺紋牙頂3、內螺紋牙側4、內螺紋牙底5、外螺紋壓底6、外螺紋牙側7、外螺紋牙頂8。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步說明：

實施例1

如圖1～3所示：釺頭的褲體1上設有圓柱形的螺紋盲孔1-2，釺杆2通過設在其前段部位的外螺紋段2-1與該螺紋盲孔連接。釺杆2為帶有中段2-2的階梯軸結構，釺杆2的外螺紋段2-1的前端有直徑小於螺紋盲孔1-2的圓柱狀過渡段2-4，該過渡段的長度小於或等於螺紋盲孔1-2的螺紋收尾處與孔底1-1的距離。為了避免應力集中，外螺紋段2-1與中段2-2之間通過錐面軸肩2-3連接過渡；軸肩2-3與釺杆2軸線之間的夾角γ為1～10°，優選為4°。為了提高釺杆2外螺紋收尾處的抗彎強度，螺紋盲孔1-2的孔口處有與軸肩2-3相適配的內錐面1-3。為了避免因過定位而造成幹涉，當外螺紋段2-1與螺紋盲孔1-2配合擰緊時只有過渡段2-4的前端面2-5與螺紋盲孔1-2的孔底1-1接觸，而軸肩2-3的外錐面並不與螺紋盲孔1-2孔口處的內錐面1-3接觸。

實施例2

在上述實施例的基礎上，本發明還可以採用以下結構：為了提高螺紋連接的強度，本發明釺具的連接螺紋採用由梯形螺紋與類似于波形螺紋（螺紋牙型呈波浪狀結構）相結合的複合螺紋。即：螺紋盲孔1-2的螺紋牙型由直線形的內螺紋牙頂3、曲線形的內螺紋牙底5、以及一端與該內螺紋牙底相切另一端與內螺紋牙頂3連接的兩段直線形內螺紋牙側4構成；相應地，外螺紋段2-1的螺紋牙型由直線形的外螺紋牙底6、曲線形的外螺紋牙頂8、以及一端與該外螺紋頂相切另一端與外螺紋牙底6連接的兩段直線形外螺紋牙側7構成。其中，內螺紋牙底5以及外螺紋牙頂8既可以是一段圓弧、也可以是橢圓、拋物線或雙曲線上的一段曲線。為了進一步提高螺紋的強度，內螺紋牙底5以及外螺紋牙頂8最好採用橢圓短軸所對應的那段曲線。