一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿的制作方法

本发明属于隧道掘进开挖、煤矿开采等领域，具体涉及一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿。

背景技术：

随着基础设施建设的迅速发展和能源需求的逐渐增加,对掘进碎岩的工程设备和材料提出的要求也日益增加，尤其是作为截割岩层关键工具的截齿，其强度和耐磨性都亟待提高。

目前国内外普遍采用硬质合金截齿作为掘进碎岩的材料，随着坚硬磨蚀性矿岩层增多，硬质合金截齿的缺点也日益凸显，一方面其耐磨性差，在掘进硬岩时磨损严重，另一方面其抗冲击性能差，易崩齿，易折断。这些问题大大缩短了硬质合金截齿的寿命，导致施工过程中截齿频繁更换。

金刚石凭借其极高的硬度和耐磨性在工程碎岩领域有着广泛应用，但是其韧性低，耐高温性不足，难以适应截割等恶劣的工况。因此有必要进行深入研究，提出一种新的截齿结构，能够充分发挥金刚石材料的性能优势，使截割技术能够更好的运用在硬岩掘进领域当中。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述目前现有背景技术中，国内外普遍采用硬质合金截齿作为掘进碎岩的材料，一方面耐磨性差，在掘进硬岩时磨损严重，另一方面抗冲击性能差，易崩齿，易折断，大大缩短了硬质合金截齿的寿命，导致施工过程中截齿频繁更换，难以满足硬岩掘进的需要等问题，提供一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿。

一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿，包括截齿头和截齿柄，截齿头镶嵌在截齿柄上，所述截齿头由金刚石微粉强化层、夹芯和基座组成，金刚石微粉强化层采用金刚石孕镶体材料，夹芯和基座采用硬质合金材料，金刚石微粉强化层包裹夹芯，整体再与基座相连，通过粉末烧结实现三部分结合为一整体，形成完整截齿头，所述截齿柄是由保径条和刚体组成，刚体采用钢材料，保径条采用金刚石孕镶烧结体或聚晶金刚石材料，保径条对称均匀分布在刚体的上部；

所述金刚石微粉强化层所采用的金刚石孕镶体材料由金刚石浓度按比例梯度变化实现；

所述夹芯所采用的硬质合金材料由钴的浓度按比例梯度变化实现。

所述截齿头和截齿柄通过高频焊接方法连接形成完整截齿，焊接层为银钎焊层或铜钎焊层；

本发明的工作原理和过程：

工作时，由金刚石微粉强化层和岩石直接接触，通过金刚石微粉切削岩石，研磨胎体使金刚石微粉不断出露达到自锐的效果，截齿头的内部采用钴的浓度按比例梯度增高变化的硬质合金夹芯，随着钴的浓度增大其抗弯强度高，从而增强了整个截齿头的韧性，防止发生折断事故，截齿柄镶焊有金刚石孕镶体或聚晶金刚石材料的保径条，防止工作时截齿柄与岩石接触过早磨损导致截齿头失效。

本发明的有益效果：

本发明以金刚石微粉强化截齿材料，在截齿与岩石接触的工作部分采用金刚石微粉强化层，充分发挥金刚石的高硬度和高耐磨性，有利于硬岩的掘进，减少齿体的磨损，在截齿内部采用钴的浓度按比例梯度增高变化的硬质合金夹芯，其硬度小，抗弯能力强，解决了金刚石截齿韧性差，易折断的问题。从而能够有效地在硬岩层中掘进，同时减少截齿的磨损速度，延长截齿的寿命，并且截齿柄镶焊有金刚石孕镶体或聚晶金刚石材料的保径条，防止工作时截齿柄与岩石接触过早磨损导致截齿失效，提高实际生产中的工作效率，降低成本。

附图说明

图1是本发明截齿头的结构示意图；

图2是本发明截齿柄结构的示意图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明截齿头的结构剖视图；

图5是本发明截齿柄结构的剖视图；

图6是本发明的剖视图；

具体实施方式一：适合于抗压强度为70mpa-90mpa的岩石

请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6所示：

一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿，其特征在于：包括截齿头1和截齿柄2，截齿头1镶嵌在截齿柄2上，所述截齿头1由金刚石微粉强化层11、夹芯12和基座13组成，金刚石微粉强化层11采用金刚石孕镶体材料，夹芯12和基座13采用硬质合金材料，金刚石微粉强化层11包裹夹芯12，整体再与基座13相连，通过粉末烧结实现三部分结合为一整体，形成完整截齿头1，所述截齿柄2是由保径条21和刚体22组成，刚体采用钢材料，保径条21采用金刚石孕镶烧结体或聚晶金刚石材料，保径条21对称均匀分布在刚体22的上部；

截齿头1包括金刚石微粉强化层11、夹芯12和基座13，直径为25毫米，齿高41毫米，金刚石微粉强化层11高度22毫米，夹芯12高度29毫米，直径10毫米，截齿柄2包括保径条21和刚体22，保径条21长15毫米，宽4毫米，厚2毫米，刚体22高134毫米，最大直径65毫米，钎焊层厚度1毫米；

金刚石微粉强化层11采用硬质合金包裹200目的金刚石微粉，从齿尖111到与基座13接触的部分分为四层，从上到下金刚石微粉的质量百分比分别为10％，8％，6％和4％；

夹芯12采用硬质合金，按照径向从外到内分为三层，硬质合金中钴的质量百分比分别为10％，12％和14％；

基座13采用硬质合金；

保径条21采用聚晶金刚石，刚体22采用优质工具钢；

制备时利用粉末烧结的方法按上述比例制作截齿头1，将保径条21镶焊到刚体22上制作截齿柄2，然后将截齿头1与截齿柄2采用高频焊接的方法进行连接。

具体实施方式二：适合于抗压强度为90mpa-120mpa的岩石

请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6所示：

一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿，截齿头1包括金刚石微粉强化层11、夹芯12和基座13，直径为30毫米，齿高40毫米，金刚石微粉强化层11高度22毫米，夹芯12高度28毫米，直径15毫米，截齿柄2包括保径条21和刚体22，保径条21长8毫米，宽4毫米，厚2毫米，刚体22高134毫米，最大直径65毫米，钎焊层厚度1毫米；

金刚石微粉强化层11采用硬质合金包裹325目的金刚石微粉，从齿尖111到与基座13接触的部分分为四层，从上到下金刚石微粉的质量百分比分别为8％，6％，4％和2％；

夹芯12采用硬质合金，按照径向从外到内分为三层，硬质合金中钴的质量百分比分别为10％，13％和16％；

基座13采用硬质合金；

保径条21采用孕镶金刚石烧结体材料，刚体22采用优质工具钢；

制备时利用粉末烧结的方法按上述比例制作截齿头1，将保径条21镶焊到刚体22上制作截齿柄2，然后将截齿头1与截齿柄2采用高频焊接的方法进行连接。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种夹芯型梯度分布金刚石微粉强化截齿，包括截齿头和截齿柄，截齿头镶嵌在截齿柄上；工作时，由金刚石微粉强化层和岩石直接接触，通过金刚石微粉切削岩石，研磨胎体使金刚石微粉不断出露达到自锐的效果，截齿头的内部采用钴的浓度按比例梯度增高变化的硬质合金夹芯，随着钴的浓度增大其抗弯强度高，从而增强了整个截齿头的韧性，防止发生折断事故，截齿柄镶焊有金刚石孕镶体或聚晶金刚石材料的保径条，防止工作时截齿柄与岩石接触过早磨损导致截齿头失效。本发明能够有效地在硬岩层中掘进，同时减少截齿的磨损速度，延长截齿的寿命，提高实际生产中的工作效率，降低成本。

技术研发人员：马银龙;熊洪威
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2018.12.11
技术公布日：2019.02.12