φ382型潜孔钻头钻铰工艺装备的设计

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摘要：本文通过市场调研，了解国内φ382潜孔钻头的铆镶加工工艺、工装设计状况及钻头铆镶加工存在的不足，通过分析钻头冠部尺寸技术参数，研发出国内φ382潜孔钻头主体铆镶加工中较先进的钻铰工装，提高φ382潜孔钻头铆镶加工的质量和效率，可为国内潜孔钻具生产厂家开发钻铰工装产品，提供有价值的参考建议。

关键词：钻头 钻铰 工艺装备 设计

1 φ382型潜孔钻头钻铰工装设计开发的背景

潜孔锤钻进是利用压缩空气作为循环介质，并作为驱动孔底冲击器的能源而进行的冲击回转钻进。[1]

大口径潜孔钻头（12英寸口径以上）是世界上最先进的高风压潜孔钻机的主要配件，其应用领域非常广泛，可在水利、地铁、大直径的桩基孔施工领域发挥其优势。[2]

大口径高气压潜孔钻头产品越来越多样化和系列化，应用领域越来越广泛。最近几年来，其在大口径工程钻浆施工及潜孔定向钻进以及进行非开挖地下管线铺设中取得了较大的发展。美国、瑞典在潜孔钻头的铆镶工艺加工上已经设计了针对不同规格钻头较先进的铆镶工装，将钻头体同一平面的合金孔，同时钻铰加工。磨床加工后的合金按一定的过盈量一次性进行铆镶加工，提高了产品质量和生产效率。

八十年代初，我国从美国和瑞典等国家引进了高气压的潜孔钻机和钻具。潜孔钻具主要包括冲击器、钻头和钻杆等。[3]九十年代后期，国内引进了与大口径高气压钻头配套使用的钻机和冲击器，φ382高气压潜孔钻头作业方式，在国内的建筑桩基孔、深坑施工中广泛使用，但产品的铆镶工艺还存在一定的问题，如单孔铆镶硬质合金柱，生产效率较低，还易出现断齿、掉齿等现象。

笔者将总结归纳出φ382潜孔钻头钻铰工装结构设计的原则和规律，总结φ382高气压大口径潜孔钻头钻铰工艺装备的设计思路，研究其结构原理及主要参数的特性分析，提高该钻头产品的使用寿命和市场竞争力；完成φ382高气压大口径潜孔钻头钻铰产品图的设计，自主开发潜孔钻头钻铰工装产品，对促进我国潜孔钻具的研发，将起到积极的推动作用。

2 φ382型潜孔钻头钻铰工装设计开发的主要内容

2.1 进行产品调研和查阅文献 通过查阅文献和对省内外的地铁和深水井钻进施工单位所使用的φ382高气压潜孔钻头产品进行调研，了解该产品在国内外的作业方式、使用性能及产品使用中存在的问题，进一步地总结和分析国产φ382大口径高气压潜孔钻头生产厂家传统铆镶工艺存在的问题。φ382高气压潜孔钻头外形如图1所示，其耗气量20-30（kg/cm2），气压1.21-1.761（Mpa），具有外形结构简单等特点。

2.2 φ382高气压潜孔钻头冠部技术参数分析 φ382高气压潜孔钻头由图1所示，主要由钻头体和合金齿构成，由67个合金齿铆镶分布在钻头冠部的五个不同的平面，钻头外部两个平面镶有24个φ18的合金齿，孔深为■，出刃高度为8；钻头中心处3个平面，由43个φ16合金齿构成，孔深为■，出刃高度为8。67个孔的加工工序均需要铰孔。67个合金齿经磨床加工后，按0.062-0.12的铆镶过盈量压镶到67个钻头的合金孔中，不允许不同平面的出刃高度不一致。为保证各合金齿在孔中有合理的抱紧力，需设计不同平面同时钻铰加工的工艺装备，从而避免合金齿掉齿和断齿现象发生。

2.3 φ382高气压潜孔钻头钻铰工装的结构方案设计 根据φ382高气压潜孔钻头产品图的要求，完成其钻铰模具装置装配图和零件图的设计与绘制，该装置要求满足五个钻头冠部不同平面同时钻铰加工钻头产品67个孔的加工任务，保证其尺寸和位置精度要求。

该钻铰工艺装备结构设计方案图见图2所示，钻铰模具由上下两个模板构成，上下模板用定位块和六角螺栓紧固住，合金孔的尺寸由各钻套保证。

2.4 本工艺装备与国内外同类先进技术、产品的比较特点

本工艺装备的设计开发，可提高国内潜孔钻具生产企业在大口径钻头铆镶合金柱加工中的效率和质量，具有一定的创新性和推广价值。其特点为钻铰效率高，实现一次性钻铰，可保证合金孔位置精度的要求。

3 本工艺装备研究的技术水平及应用范围

本工艺装备研究要解决的关键问题是进行φ382高气压潜孔钻头钻铰工艺装备结构设计。项目的实施将提高我国潜孔钻头钻铰工艺装备自主开发、科技创新水平，提高高气压大口径潜孔钻头产品参与国际市场竞争的能力。

本研究成果适用于φ382高气压潜孔钻头关键工序――组合铆镶合金齿使用，φ382高气压潜孔钻头广泛应用于建筑基桩孔、水电溢洪道开挖等工程的施工作业。其应用领域非常广泛，市场前景大。

4 结束语

笔者通过了解φ382高气压潜孔钻头产品结构，进行钻头冠部尺寸技术参数分析，自主创新设计其钻铰工艺装备结构。完成φ382高气压潜孔钻头钻铰工装装配图和零件图的绘制，保证产品形位精度要求。据测算，该工装的投入使用使其钻铰孔加工效率提高2-3倍，降低了φ382高气压潜孔钻头产品生产成本，提高了产品市场竞争力。

参考文献：

[1]安民.潜孔锤钻进技术在施工中的应用[J].山西水利，2002（5）.

[2]潘光永.大口径潜孔钻头的试制[J].科技信息，2009（15）.

[3]潘光永.八英寸无阀冲击器结构原理及主要参数的特性分析[J].凿岩机械气动工具，2011（2）.

基金项目：

本文受2013年浙江省大学生科技创新活动新苗人才计划项目（编号2013R466001）资助。

作者简介：

冯科（1992-），男，浙江台州人，大专，主要研究方向：模具设计与制造。