一种新型纺锤形夯锤的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体，夯锤本体的一端固定连接有过渡部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起，过渡部、夯锤本体和挤压部组合后呈纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另一端固定连接有锤头。通过优化夯锤结构和组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小夯锤侧面与土体的摩擦力，以使其侧面不易形成刮痕，而具有的纺锤形外形能减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹凸界面，挤土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。
【专利说明】
一种新型纺锤形夯锤
技术领域
[0001 ]本发明涉及强夯机设备领域，特别涉及一种新型纺锤形夯锤。
【背景技术】
[0002] 目前的成孔技术中，多为取土成孔，或钻土成孔，对原土体有较大的破坏作用，不 利于进一步发挥土体的承载力，而已有的沉管挤土成孔法，应用范围小，受限较多。
[0003] 应用异形夯锤进行挤土成孔施工，是如今技术人员开发出来的新的施工方法，通 过使用异形夯锤，在成孔过程中能对土地进行强制挤土，使成孔周围的土体得到了良好的 挤密加固效果，提高了土体的承载力。然而现有使用的强夯机的夯锤中，绝大多数是用的柱 形平底夯锤，关于异形夯锤的资料鲜有报道，同时，不管是异型夯锤还是柱型平底夯锤，他 们在对土体挤压过程中，往往会存在一定程度上的"吸锤"现象，同时，当夯锤与质地较硬物 体撞击时，硬质物体直接作用在夯锤上，这可能会导致夯锤表面形成凹凸不平截面，进而破 坏了夯锤的强度，使夯锤表面出现裂纹，甚至裂缝，而在举锤和放锤时，夯锤侧面与土体的 摩擦更会加重夯锤表面形成沟壑、刮痕，裂纹和刮痕的存在，致使土体中具有腐蚀性的物质 藏匿其中并强烈腐蚀界面，这样的后果是，夯锤表面腐蚀较严重，进而使夯锤过早的失效， 这无疑增加了设备投入成本。因此，不仅需要对夯锤的结构上加以改进，还需要对夯锤本身 材料上加以优化，以克服现有技术的不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种新型纺锤形夯锤，通过优 化夯锤结构和组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小夯锤侧面与土体的摩擦力，以使其侧面不 易形成刮痕，而具有的纺锤形外形能减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹 凸界面，挤土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长 夯锤的使用周期。
[0005] 本发明采用的技术方案如下:一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体，夯锤本体的一 端固定连接有过渡部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外 突出的齿轮型凸起，使纺锤形夯锤在夯击时，不易发生吸锤现象，使纺锤形夯锤更容易被拔 出；过渡部的纵向截面呈梯形，挤压部的纵向截面呈锥形，过渡部、夯锤本体和挤压部组合 后呈纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连 接的安装部，以便于纺锤形夯锤固定安装在锤节上，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另 一端固定连接有锤头，锤头与挤压部可拆卸式安装，当锤头磨损失效后，可直接更换锤头， 提高工作效率，降低损耗，同时便于锤头的单独制造，节约制造成本。
[0006] 进一步，锤头的表面设有一层铸渗层，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和 耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。
[0007] 进一步，为了使出深层能发挥更好地作用，铸渗层的厚度为6mm，采用特制TiC铸渗 剂铸渗而成，所述特制TiC铸渗剂为TiC合金粉末，所述TiC合金粉末内各成分质量含量为： TiC 为 53-57%，Mn为4-6%，Ni 为 l-2%，Nb 为0.4-0.5%，〇为3-5%，賈：为5-7%，余量为铁。
[0008] 上述特制Tic铸渗剂中，TiC具有很高的硬度，密度小，摩擦系数小，热硬度高，是一 种良好的生产硬质合金的重要原料，当以Tie为基体作为锤头外表面的铸渗层时，一方面可 大幅提高锤头表面的耐磨性能，使锤头拥有很高的硬度，有利于夯锤在强夯施工时对硬质 土地的挤压，另一方面，由于TiC本身具有良好的化学惰性，不溶于酸碱，在常温下不与强腐 蚀物质发生反应，能大大增强锤头的耐腐蚀性能，使锤头能适应各种不同成分的土体，能大 幅延长锤头的使用周期;特加元素 Nb能提高TiC铸渗层的抗压强度，缘由在于TiC合金粉末 在烧结过程中会产生瞬时液相，Nb能夺取粉末颗粒表面的氧并净化TiC粉颗粒界面，提高粉 末颗粒的烧结活性，进而提高了铸渗层的抗压强度，使锤头在挤土成孔时，锤头不易发生变 形;WC的加入除作为另一种铸渗剂外，TiC与WC在高温下能形成固溶体，而该固溶体一般用 作重要的切削材料，将此固溶体应用于铸渗层时，能进一步提高铸渗层的强度、硬度和耐磨 性能，使锤头在与坚硬物质撞击时(如碎石），不易被刮出痕迹而破坏铸渗层。
[0009] 进一步，锤头通过铸渗工艺制造而成，所述铸渗工艺包括以下步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为200 _250μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助 熔剂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%， 助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4_，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，空冷后进行清砂处理，得到铸 件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，光饰处理完成 后，最终得到成品TiC缠头。
[0010] 在上述制备工艺中，铸渗剂的选择都是根据锤头的金属基体来确定的，由于穷锤 锤头属于耐磨锤头，一般采用性价比相对较高的铸钢ZG45来作为锤头的基体，为了提高TiC 合金铸渗剂与ZG45的润湿性和溶解度，一是使TiC合金铸渗剂的合金粉末平均粒径为200 -250μπι，二是在铸渗剂内添加有助熔剂;铸渗剂的粒度太粗，不利于合金粉末在段时间内达 到熔融状态，太细则使得合金粉末的比表面积大，粘结剂用量多，烧结时产生的气体和残渣 多，易造成铸造缺陷，经过多次试验，发明人发现，TiC合金铸渗剂在与ZG45进行冶金结合 时，TiC合金铸渗剂的粒度在200-250μπι的时候，铸渗层的铸造质量最佳；由于铸渗剂与液体 金属的浸润性直接影响到铸渗层的形成强度，助熔剂的加入能大幅改善合金粉末的润湿 性，同时还能防止合金粉末氧化，保证能形成结合度和溶解度良好的铸渗层。铸渗剂中的粘 结剂必须要防止渣化，以杜绝铸渗层中渣孔的形成，因此选用水玻璃作为粘结剂，然后通过 酒精将铸渗剂和粘结剂一起制成膏状或者糊状，并涂敷在型腔的表面，此时，涂层厚度的大 小也会直接影响铸渗层的形成，若涂层厚度偏薄，则不足以形成一定厚度的合金化渗层，若 涂层过厚，则不能完全被金属液熔化，易形成裂纹，在本发明中，涂层厚度为6mm时较佳。在 步骤三中，对涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250°C中烘烤的目的在于，便于提高金属 液充型能力，同时去除铸型中的水分，减少由水蒸气引起的气孔等缺陷;之后向铸型中充入 氩气是为了防止合金元素被氧化而形成有害物质，消除空气中的氧的影响。在步骤六中，通 过对制得的锤头进行光饰处理，使锤头的表面形成镜面，降低了摩擦系数，进一步提高了锤 头的表面硬度，使铸渗层不易起刮痕，防止腐蚀介质通过刮痕腐蚀锤头内部，同时，光饰处 理后的锤头表面外观美观，提高了锤头的附加值，利于产品的销售。
[0011]进一步，本发明的助熔剂优选为硼砂。
[0012] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:通过优化夯锤结构和 组成，使夯锤在举锤和放锤时，减小了夯锤侧面与土体的摩擦力，夯锤侧面不易形成刮痕， 而具有的纺锤形外形能够减少夯锤与硬质物体的挤压力，夯锤表面不易形成凹凸界面，挤 土密实效果好。另外，增设的铸渗层可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，夯锤的使用周期 得到大幅提升。
[0013]
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的新型纺锤形夯锤的主视结构示意图； 图2是本发明的新型纺锤形夯锤的俯视图； 图3是本发明的新型纺锤形夯锤的锤头纵向剖视图。
[0015] 图中标记：1为穷锤本体，2为过渡部，3为挤压部，4为安装部，5为锤头，6为凸起，7 为铸渗层，8为圆弧底面。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0018] 如图1和图2所示，一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体1，夯锤本体1的一端固定连 接有过渡部2，夯锤本体1的另一端固定连接有挤压部3，过渡部2的纵向截面呈梯形，挤压部 3的纵向截面呈锥形，过渡部2、夯锤本体1和挤压部3组合后呈纺锤形。过渡部2的梯形截面 结构，有助于夯锤更容易起锤，挤压部3的纵向截面为锥形，有助于夯锤更易挤压其两侧的 土体，在一定程度上能减小夯击力，使夯击过程更顺利的进行。过渡部2的一端与夯锤本体1 无缝连接，即可采用卡接或插销连接，过渡部2的另一端设有与锤节配合固定连接的安装部 4,以便于纺锤形夯锤固定安装在锤节10上。挤压部3的一端与夯锤本体1无缝连接，即可采 用卡接或插销连接，另一端固定连接有锤头5,锤头5与挤压部3可拆卸式安装，当锤头5磨损 失效后，可直接更换锤头5,提高了工作效率，降低了损耗，同时便于锤头的单独制造，节约 制造成本。
[0019] 在图1中，夯锤本体1的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起6,齿轮型凸起6的设置 可以使纺锤形夯锤在夯击时，不易发生吸锤现象，使纺锤形夯锤更容易被拔出。在图3中，锤 头5的表面设有一层铸渗层7,锤头5的底部经倒圆角后形成圆弧底面8,以避免尖角，增设的 铸渗层7可大幅提高夯锤的耐磨性和耐腐蚀性，延长夯锤的使用周期。
[0020] 为了使出深层能发挥更好地作用，铸渗层的厚度为6mm，采用特制TiC铸渗剂铸渗 而成，铸渗工艺包括以下步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为230μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼 砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为:TiC为 57%，Mn为5.3%，Ni为1.6%，Nb为0.48%，Cr为4.1%，WC为6.5%，余量为铁，水玻璃加入量为TiC 合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4_，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580°C，浇注时，采 用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸 件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品 TiC锤头。
[0021] 实施例二 实施例二与实施例一相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为200μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼 砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为:TiC为 57%，Mn为6%，Ni为2%，Nb为0.5%，Cr为5%，WC为7%，余量为铁，水玻璃加入量为TiC合金粉末 重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4_，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580°C，浇注时，采 用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸 件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品 TiC锤头。
[0022] 实施例三 实施例三与实施例一和实施例二相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为235μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼 砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为:TiC为 55%，Mn为4.5%，Ni为1.4%，Nb为0.47%，Cr为3.6%，WC为5.8%，余量为铁，水玻璃加入量为TiC 合金粉末重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4_，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580°C，浇注时，采 用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸 件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品 TiC锤头。
[0023] 实施例四 实施例四与实施例一、实施例二和实施例三相同，其不同之处在于，铸渗工艺包括以下 步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为250μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助熔剂硼 砂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，TiC合金粉末内各成分质量含量为:TiC为 53%，Mn为4%，Ni为l%，Nb为0.4%，Cr为3%，WC为5%，余量为铁，水玻璃加入量为TiC合金粉末 重量的5%，助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4_，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，浇注温度为1580°C，浇注时，采 用立浇的方式，以使铸件在凝固过程中有良好的凝固顺序，进而得到致密的内部组织，待铸 件空冷后，对铸件进行清砂处理，得到铸件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，最终得到成品 TiC锤头。
[0024] 将上述各实施例制造得到的锤头分别取样，然后将一部分试样置于摩擦试验机和 冲击韧性试验机中测定耐磨性和冲击韧性，再将另一部分试样置于沸腾的质量分数为10% 盐酸中浸泡l〇〇h后，测试样的腐蚀速度，其结果如下表所示：
由上表可以看出，夯锤锤头具有很好的硬度和耐磨性，无明显刮痕，硬度达到67HRC，冲 击韧性达到19.8KJ/m2,优于现有使用的夯锤，腐蚀速度达到l.lmm/a，具有优异的抗腐蚀 性。
[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种新型纺锤形夯锤，包括夯锤本体，其特征在于，夯锤本体的一端固定连接有过渡 部，夯锤本体的另一端固定连接有挤压部，夯锤本体的侧面上设有向外突出的齿轮型凸起， 过渡部的纵向截面呈梯形，挤压部的纵向截面呈锥形，过渡部、夯锤本体和挤压部组合后呈 纺锤形，过渡部的一端与夯锤本体无缝连接，过渡部的另一端设有与锤节配合固定连接的 安装部，挤压部的一端与夯锤本体无缝连接，另一端固定连接有锤头。2. 如权利要求1所述的一种新型纺锤形夯锤，其特征在于，锤头的表面设有一层铸渗 层。3. 如权利要求1所述的一种新型纺锤形夯锤，其特征在于，铸渗层的厚度为6mm，采用特 制TiC铸渗剂铸渗而成，所述特制TiC铸渗剂为TiC合金粉末，所述TiC合金粉末内各成分质 量含量为：TiC 为 53-57%，Mn 为4-6%，Ni 为 l-2%，Nb为0.4-0.5%，Cr 为 3-5%，WC 为 5-7%，余量为 铁。4. 如权利要求1所述的一种新型纺锤形夯锤，其特征在于，锤头通过铸渗工艺制造而 成，所述铸渗工艺包括以下步骤： 步骤一、分别称取平均粒径为200 _250μπι的TiC合金粉末放入球磨机中，与水玻璃、助 熔剂及酒精混合均匀形成膏状混合物备用，其中，水玻璃加入量为TiC合金粉末重量的5%， 助熔剂添加量为TiC合金粉末重量的5.7%; 步骤二、将配制的膏状混合物均匀地涂敷在铸型型腔内，涂覆厚度为4mm，涂覆完毕后， 点燃膏状混合物，使膏状混合物固化粘附在铸型型腔内，备用； 步骤三、将涂有混合物的铸型放入热处理炉中于250 °C中烘烤3h，然后取出空冷； 步骤四、用中频感应炉熔炼钢液，得到ZG45钢金属母液，将步骤三中的铸型放入铸箱 内，向铸型内充满氩气，然后将ZG45钢金属母液浇入铸型内，空冷后进行清砂处理，得到铸 件； 步骤五、铸件表面清理干净后，放入热处理炉中，加热铸件至820°C，升温速率控制在80 °C/h，保温2h，然后水冷淬火，得到TiC锤头； 步骤六、将步骤五中得到的TiC锤头置入滚筒光饰机中进行光饰处理，光饰处理完成 后，最终得到成品TiC锤头。5. 如权利要求1所述的一种新型纺锤形夯锤，其特征在于，助熔剂为硼砂。
【文档编号】E02D3/054GK105951706SQ201610330892
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】汪崇营
【申请人】四川九鼎智远知识产权运营有限公司