潜孔钻头的设计分析范文

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《矿业装备杂志》2014年第八期

1.钻头本体材料的选择

恶劣的工作环境对钻头本体的硬度、强度、韧性、抗冲击性、耐磨性、抗疲劳性等都提出了较高要求，综合考虑各部分的性能要求，可以认为钻头本体整体材料选择需要满足以下几个方面的要求：（1）表面硬度较高以增强耐磨性，心部韧性较好以增强抗冲击能力，为避免出现脆性断裂和疲劳断裂，材料需要有良好的断裂韧性、疲劳强度和断裂强度；（2）具有高淬透性。以满足本体各部分对性能的不同要求，有利于提高表面屈服强度，改善齿孔对合金齿的固紧力，而且还可提高心部的屈服强度和韧性；（3）在遇到井下岩层气液时能抗一定腐蚀；（4）一定高温下，材料硬度稳定不易软化；（5）工艺性能好，如良好的锻造性、热处理后残余应力较小等；（6）冶金质量高，组织均匀性好，杂质少，尤其是磷的含量要低，碳化物均匀。因此，在满足以上要求，加工性能好，材料成本低，材料选用42CrMo较为合适。钻头冲击端面失效形式以冲击疲劳为主。可考虑通过以下方法提高其使用寿命：（1）降低表面粗糙度，提高接触精度，以降低冲击时局部应力集中和减小应力峰；（2）合理匹配活塞与冲击端面的硬度关系。应优先考虑活塞的使用寿命改善，改变更换钻头同时也需要更换活塞的现状；（3）表面处理，如喷丸或滚压，可以有效地提高疲劳强度和疲劳寿命。

2.花键的设计

（1）严格按照设计要求进行加工，保证花键适当的配合间隙和均匀性；（2）表面渗碳淬火，以提高表层硬度，达到抗塑性变形和冲击疲劳能力；（3）降低表面粗糙度，提高接触精度；（4）增大花键断面面积可以提高钻头强度。

3.钻头合金柱的选择

为了提高钻头的使用寿命，应该根据以下三个要求来具体选择硬质合金牌号：（1）根据钻孔技术参数。对高频小冲击功钻进多采用硬质钼含量高的合金，而对低频大冲击功钻进则要求韧性要好，多采用粘结钼含量较高的合金；（2）根据不同岩层的岩性。对一般岩层选择含钴量较低的硬质合金以增强耐磨性和冲击效果，对坚硬岩层选择含钴量较高的硬质合金以提高冲击韧性，避免脆断等现象；（3）根据不同位置的合金柱工作特征选择。由于边缘合金柱和中间合金柱受力不同，边缘合金柱含钴量较低，以增强耐磨性;中间边缘合金柱含钴量较高，以提高抗冲击能力。不同牌号的合金柱搭配使用，可以在满足使用要求的同时降低硬质合金的相对消耗量，从而降低了成本。与普通硬质合金性能相比，超细晶粒的硬质合金和纳米复合材料不仅硬度高、耐磨性好，而且还具有更高的强度和韧性。

作者：吴云发单位：本溪北方机械重汽有限责任公司