一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿的制作方法

本发明涉及旋挖钻机钻头的截齿，具体为一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿。

背景技术：

旋挖钻进施工是在我国迅速发展起来的先进的柱工施工方法，旋挖钻机施工具有高效、低噪、环保、成孔质量高、机械化程度高等诸多特点。旋挖施工过程中根据不同的地质条件选择不同的旋挖钻头及施工方法。旋挖钻头上安装各种不同的钻齿。钻齿是旋挖钻机在工作过程中直接与施工地层首先接触的部件。施工地层千差万别，施工具体的技术要求各有不同，需要通过选择不同旋挖钻机钻齿来满足不同施工要求。所以，需要科学地选择旋挖钻机钻齿及合理的使用钻齿。

目前在施工过程中经常使用以下四类钻齿：截齿、斗齿、牙轮齿和宝峨齿。其中截齿，又称入岩钻齿，耐磨合金点能给岩石提供更大的加压力，适宜岩石的切削与破碎。岩石强度在8~12.5mpa、12.5~50mpa、50~100mpa时，使用截齿，在100~250mpa以上时，使用牙轮齿。

现有技术中的截齿是由齿体和硬质合金头两部分采用钎焊而制成，硬质合金头镶嵌在齿体前端凹孔内，齿体一般采用中碳高强度合金钢经调质处理加工而成。硬质合金头是由较高硬度的耐高温碳化钨和具有较高强度和韧性的铁族金属钴，按照截齿切割岩层的性质进行配比，经压制、烧结而成。钎焊采用铜基或银基焊料。

截齿需要具备很高的硬度和耐磨性，在现有技术中，大多都是采用对齿体的形状、在齿体周围增加涂镀及焊接或通过在齿体上打孔，再镶嵌硬质合金等工艺措施来提高齿体的耐磨强度。在齿体上打孔时，要求钻孔的数量较多，加工难度大；硬质合金钎焊后，焊料容易磨损；镶嵌的硬质合金在工作时受力可能不均；最终都可能使硬质合金头出现暴露脱落、断裂等问题，导致截齿报废，使用寿命低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述背景技术困难，提供一种使用寿命长，耐磨性好的硬质合金条旋挖钻头截齿。

为达到上述目的，采用的技术方案为：一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿，包括齿体、齿柄和合金头，所述齿体侧面镶嵌有多条硬质合金条；所述硬质合金条中间设置凸棱，所述凸棱四周设置侧棱面；所述硬质合金条底边宽度大于顶边宽度；所述多条硬质合金条的顶边边长的和，与所述硬质合金条的顶边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.32~0.45；所述多条硬质合金条的底边边长的和，与所述硬质合金条的底边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.34~0.48。

进一步的，所述凸棱为直线，所述凸棱左右两侧棱面为梯形，所述凸棱上下两侧棱面为三角形。

进一步的，所述硬质合金条在所述齿体侧面竖直设置。

进一步的，所述硬质合金条为8~10条。

进一步的，所述多条硬质合金条的顶边边长的和，与所述硬质合金条的顶边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.36；所述多条硬质合金条的底边边长的和，与所述硬质合金条的底边所在部位齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.38。

进一步的，所述多条硬质合金条在所述齿体侧面倾斜设置；所述硬质合金条的所述凸棱为曲线，所述凸棱的左右两所述侧棱面为曲平面，所述凸棱的上下两所述侧棱面为三角形。

进一步的，所述凸棱的上下两所述侧棱面为半圆形。

进一步的，所述硬质合金条与所述齿体侧面竖直线之间的倾斜角度为26~35°。

进一步的，所述硬质合金条与所述齿体侧面竖直线之间的倾斜角度为32°。

采用上述方案的有益效果为：这种旋挖钻头截齿齿体侧面镶嵌有多条硬质合金条；所述硬质合金条中间设置凸棱，所述凸棱四周设置侧棱面；所述硬质合金条底边宽度大于顶边宽度。经试验和实际使用，这种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿的硬质合金条分布更加合理，受力均匀，可显著提升使用寿命和耐磨性。

附图说明

图1为本发明一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿的结构正面示意图。

图2为本发明一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿的结构顶面示意图。

图3为本发明镶嵌硬质合金条旋挖钻头截齿实施例二的方案一正面示意图。

图4为本发明镶嵌硬质合金条旋挖钻头截齿实施例二的方案一顶面示意图。

图5为本发明镶嵌硬质合金条旋挖钻头截齿实施例二的方案二正面示意图。

图6为本发明镶嵌硬质合金条旋挖钻头截齿实施例二的方案二顶面示意图。

图中，1-齿体，2-齿柄，3-合金头，4-卡环，5-硬质合金条，501-凸棱，502-侧棱面。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。若涉及附图，附图中的相同数字表示相同或同种要素。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1至图2所示，一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿，包括齿体1、齿柄2和合金头3，所述齿体1侧面镶嵌有多条硬质合金条5；所述硬质合金条5中间设置凸棱501，所述凸棱501四周设置侧棱面502；所述硬质合金条5底边宽度大于顶边宽度；所述多条硬质合金条5的顶边边长的和，与所述硬质合金条5的顶边所在部位的齿体1的横截面圆的圆周长的比值为0.32~0.45；所述多条硬质合金条5的底边边长的和，与所述硬质合金条5的底边所在部位的齿体1的横截面圆的圆周长的比值为0.34~0.48。

优选的，所述凸棱501为直线，所述凸棱501左右两侧棱面502为梯形，所述凸棱501上下两侧棱面502为三角形。

优选的，所述硬质合金条5在所述齿体1侧面竖直设置。

优选的，所述硬质合金条5为8~10条。

优选的，所述多条硬质合金条5的顶边边长的和，与所述硬质合金条5的顶边所在部位的齿体1的横截面圆的圆周长的比值为0.36；所述多条硬质合金条5的底边边长的和，与所述硬质合金条5的底边所在部位齿体1的横截面圆的圆周长的比值为0.38，制备的旋挖钻头截齿使用寿命和耐磨性最好。

对于旋挖钻机截齿，要对其尺寸、相应的集合参数、截齿的排列方式以及截割时对应的参数进行相应匹配的设计。通过对旋挖钻机截齿进行失效分析得知，旋挖钻机截齿的主要失效形式为磨损和截齿合金头脱落。本方案的硬质合金条，底部宽度增加，经过测试可以增加钻头截齿耐磨度20%以上。从而使硬质合金头和截齿齿体达到进一步同步磨损的效果。更进一步显著提高了截齿的寿命30~40%。

实施例二：

如图3至图6所示，一种镶嵌硬质合金条的旋挖钻头截齿，所述多条硬质合金条5在所述齿体1侧面倾斜设置；所述硬质合金条5的所述凸棱501为曲线，所述凸棱501的左右两所述侧棱面502为曲平面，所述凸棱501的上下两所述侧棱面502为三角形。

优选的，所述凸棱501的上下两所述侧棱面502为半圆形。

优选的，所述硬质合金条5与所述齿体1侧面竖直线之间的倾斜角度为26~35°。

优选的，所述硬质合金条5与所述齿体1侧面竖直线之间的倾斜角度为32°。

在旋挖钻机的挖掘截割过程中，截齿破碎岩层时的截入深度约为3~4cm深。由于齿体本身为一圆台面，使截齿不能顺利的旋转。因而造成截齿磨损极度不均匀，硬质合金头提前脱落并报废，造成截齿寿命降低。

截齿在破岩过程中岩层发生崩落时，两侧的崩落角并不总是相同。截齿两侧产生的截割阻力不相等。采用本实施例的镶嵌硬质合金条的截齿齿体的锥形侧面，在旋挖钻头钻筒转动时，截割阻力大的那一侧就会使所述截齿绕其齿座的轴线转动。即发生绕截齿齿座圆孔的轴线从动旋转。本实施例的截齿齿体锥形侧面设置曲线形硬质合金条，使其在运动中受力更加合理。因此，在截齿截割运动时，将进一步促使截齿产生绕其轴线旋转的旋转力，从而进一步提高截齿从动旋转的力矩。这样一来，由于截齿在截岩过程中，不断的从动旋转，变换截割面，从而使截齿磨损更加均匀。由此进一步提高了截齿的寿命，降低了截齿的消耗。同时，经试验发现，本实施例的硬质合金条的截齿齿体的硬质合金条间的曲线形边的受力形式，还能防止截齿的所述硬质合金条在截割过程中发生应力集中现象，从而延长截齿的使用寿命。经测试，采用本实施例的硬质合金条的截齿能够在实施例一所述截齿的基础上再提高使用寿命10~20%。

实施例三

在实施例一基础上，当所述多条硬质合金条的顶边边长的和，与所述硬质合金条的顶边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.3，同时，所述多条硬质合金条的底边边长的和，与所述硬质合金条的底边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值为0.32，制备的旋挖钻头截齿在相同条件试验时报废率会增加10%左右，硬质合金条容易出现断裂。进一步，当这两个比值都取小于0.3时，所述旋挖钻头截齿的报废率也呈增加趋势。

实施例四

在实施例一基础上，当所述多条硬质合金条的顶边边长的和，与所述硬质合金条的顶边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值取0.48；所述多条硬质合金条的底边边长的和，与所述硬质合金条的底边所在部位的齿体的横截面圆的圆周长的比值也取0.5时，制备的旋挖钻头截齿在相同条件试验时报废率会增加8%左右，硬质合金条容易出现脱落。进一步，当这两个比值都取大于0.5时，齿体开孔难，需要降低硬质合金条数量，硬质合金条出现脱落现象严重，旋挖钻头截齿报废率显著增加。

经研究发现，所述硬质合金条5的形状对齿体开孔、钎焊工艺都有影响。本实施例硬质合金条5的顶边边长的和，与齿体1锥面面部所述硬质合金条5的顶边所在部位的锥体横截面圆的圆周长的比值为0.32~0.45；所述硬质合金条5的底边边长的和，与齿体1锥面面部所述硬质合金条5的底边所在部位的锥体横截面圆的圆周长的比值为0.34~0.48。合理的硬质合金条5可以降低齿体开孔难度，提高硬质合金钎焊后的稳定性，并且使硬质合金受力均匀，不易发生脱落、断裂等问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。