專利名稱：一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭及其連接套的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭及其連接套，主要用于煤礦井下對巷道頂板或兩幫實施濕式(水力)鉆孔作業(yè)，屬于巷道支護與加固技術領域。
背景技術：
錨桿(錨索)支護是近年來發(fā)展較快的一種井巷加固支護方法，其優(yōu)點是主動支護、施工簡單方便、巷道支護成本低等。隨著加固支護技術的發(fā)展及推廣，支護過程中鉆孔進尺工作量也越來越多，據(jù)不完全統(tǒng)計，2009年我國煤巷支護各類錨孔累計進尺總量上億米，其中用于煤礦巷道支護的PDC錨桿鉆頭的消耗就達400萬只左右，這就要求錨桿鉆頭具有生產加工工藝簡單、成品制作效率高；實際使用壽命長、鉆進效率高，方便裝卸等特點， 能夠快速高效成孔。目前，我國煤礦井下所用的金剛石復合片錨桿鉆頭的結構型式和連接方式主要執(zhí)行MT/T984-2006《煤礦用金剛石復合片錨桿鉆頭》標準，鉆頭體切削齒普遍采用兩翼結構， 循環(huán)介質通道(水眼)一般位于鉆頭體中部，接頭連接形式采用螺紋結構。這種結構形式的鉆頭存在以下五個問題(1)裝卸不方便，錨孔施工過程中錨桿鉆頭的消耗量很大，需要頻繁裝卸鉆頭，現(xiàn)有螺紋連接結構，雖能保證足夠的連接強度，但使鉆頭裝卸很不方便，且經常由于鉆進過程中卡鉆或給進壓力過大致使螺紋連接鎖死，導致鉆頭卸扣困難，強行扣又容易造成鉆頭切削刃的損傷，使鉆頭提前報廢；(2)較軟巖層鉆進時排粉不暢。鉆頭采用中心單通道水力循環(huán)系統(tǒng)，由于受鉆頭整體結構的限制，通道數(shù)量和截面積受到一定的限制， 在軟巖鉆進過程中，產生的大量巖屑不能及時排除，經常發(fā)生鉆頭堵塞的現(xiàn)象，由于循環(huán)通道堵塞，鉆頭切削齒不能得到及時的冷卻，容易造成掉片或燒鉆事故；(3)鉆頭與釬桿的連接都需要一個變徑接頭，由于鉆頭、變徑接手、釬桿均采用螺紋連接形式，在鉆進過程中容易鎖死，經常更換鉆頭需要和連接頭一起更換，增加了鉆孔施工的成本；(4)鉆進過程中遇破碎巖層經常會發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，卡鉆后有時需要反轉活動鉆具，但絲扣形式的連接如果反轉容易造成脫扣，而將發(fā)生掉鉆事故；(5)制作加工工藝復雜，鉆頭的制作方法依然沿用著早期的加工工藝，一只成品錨桿鉆頭需要經過打眼、攻絲、銑加工、焊接、修磨等多個環(huán)節(jié)， 加工制造工藝較為復雜，加工制造效率偏低，制造成本高。近年來關于金剛石復合片鉆頭的研究也有了一些新的進展，中國專利 ZL: 200820069609,兩翼錨桿鉆頭，通過在鉆頭體兩翼間設置直角退屑，增大了鉆頭循環(huán)介質通道的過流面積，改善了鉆頭體的循環(huán)排粉和冷卻系統(tǒng)；ZL:201020167062，一種復合片錨桿鉆頭，對鉆頭體的保徑部分做了改進，鉆頭體翼端圓柱面上鑲嵌焊接有硬質合金保徑條，提高了鉆頭體的耐磨性和保徑效果，以上改進和完善雖取得了一定效果，但是并沒有解決鉆頭裝卸困難和加工工藝復雜的問題。

實用新型內容本實用新型所解決的技術問題是提供一種能夠解決現(xiàn)有錨桿鉆頭生產制作效率低，制作工藝復雜；錨孔施工過程中裝卸不便，改善鉆頭體排粉冷卻效果問題的鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭。為解決現(xiàn)有的技術問題，本實用新型采取的技術方案—種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，包括鉆頭體，鉆頭體由切削齒、切削翼構成，切削齒設置在切削翼的焊接面上，鉆頭體的下端連接有連接桿，連接桿外壁的下端設置有連接銷孔，切削翼的兩翼端面呈180°反向對稱設置，切削翼的切削端頂部呈圓弧狀并且平滑延伸至翼部保徑端，在兩個切削翼之間設置有兩個循環(huán)介質通道，循環(huán)介質通道設置在鉆頭體的外部并且其通道延伸至連接桿外壁的底部；所述的焊接面與鉆頭體垂面成銳角角度。上述的循環(huán)介質通道采用直角槽式結構，循環(huán)介質通道的直角槽面分別與切削翼的前后面在同一平面，槽體設置在連接桿的平面方向內，槽深為3 15mm，直角處采用 0. 5 2mm的圓弧。上述的焊接面與鉆頭體垂面之間的夾角為5° 15°。上述的切削翼的翼部保徑端的直徑在25mm 40mm之間。上述的連接桿采用正四方或六方結構，其中連接桿的兩個面中線位于兩個切削翼中部，另外兩個面的中心位于切削翼之間，任意一邊的長度10 15mm之間，直角處采用 0.5 2mm的圓弧倒角。上述的連接桿設置在循環(huán)介質通道的兩個平面的中心線上，連接桿上的連接銷孔直徑在5 IOmm之間。上述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭的連接套，連接套的內腔上部設置有插孔，插孔的內壁上設置有水槽，連接套的內腔下部設置有水眼并且延伸至連接套的底端，插孔和水眼之間設置有退屑槽，連接套的上部設置有銷孔，鉆頭體下端的連接桿設置在連接套的插孔內并且通過設置在銷孔內的固定銷與連接桿的連接銷孔固定連接，連接套下端的連接頭與釬桿連接。上述的連接套的插孔采用內四方或內六方結構。上述的固定銷采用彈簧固定銷，包括帶有內腔并且兩端設置有開口的銷體、銷頭、 彈簧，銷體兩端內分別設置銷頭，兩個銷頭之間設置彈簧。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果1、改變了鉆頭體的加工工藝，以精密鑄造工藝替代機加工藝，簡化了鉆頭前期制作流程，提高了生產效率；2、改變了鉆頭的接頭連接形式，改傳統(tǒng)螺旋絲扣連接式為四方或六方插接式，使鉆頭裝卸更方便，同時避免了在裝卸過程中對鉆頭切削齒造成損傷；3、改變了循環(huán)介質通道的結構形式，改傳統(tǒng)中心孔通道為體外槽式通道，使鉆頭體水力結構及參數(shù)更合理，鉆頭排粉、冷卻效果更好，適用性更強；4、改變了鉆進扭矩的傳遞方式，改傳統(tǒng)的螺旋絲扣傳扭為四方或六方插接式傳扭，，是鉆桿接頭可實現(xiàn)正、反轉操作，改進了以往卡鉆后只能正轉、不能反轉的問題，提高了錨桿鉆頭的孔內事故處理能力；5、填補了國內錨桿鉆頭鑄造體加工和插接式連接的空白，豐富了錨桿鉆頭產品系列。
圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是圖1的側視圖；圖3是連接桿為正四方結構的結構示意圖；圖4是連接桿為六方結構的結構示意圖；圖5是本實用新型的連接套的結構示意圖；圖6是本實用新型的固定銷的結構示意圖；圖7是本實用新型的裝配圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。參見圖1-7，本實用新型包括鉆頭體4，鉆頭體4由切削齒1、切削翼2構成，切削齒 1設置在切削翼2的焊接面7上，其特征在于鉆頭體4的下端連接有連接桿5，連接桿5外壁的下端設置有連接銷孔6，切削翼2的兩翼端面呈180°反向對稱設置，切削翼2的切削端頂部呈圓弧狀并且平滑延伸至翼部保徑端，在兩個切削翼2之間設置有兩個循環(huán)介質通道3，循環(huán)介質通道3設置在鉆頭體4的外部并且其通道延伸至連接桿5外壁的底部；所述的焊接面7與鉆頭體垂面8成銳角角度。切削齒1選用優(yōu)質金剛石復合片，采用火焰或感應釬焊工藝實現(xiàn)與鉆頭體的焊接。鉆頭體4采用精密鑄造工藝和鉆銑工藝加工而成。具體加工工藝首先，優(yōu)選合金鋼或碳鋼材料，采用鑄造工藝加工鉆頭體毛胚，然后按照要求銑出焊接面；根據(jù)鉆頭體基體強度要求，可進行熱處理提高表面強度。上述的循環(huán)介質通道3采用直角槽式結構，循環(huán)介質通道3的直角槽面分別與切削翼2的前后面在同一平面，槽體設置在連接桿5的平面方向內，槽深為3 15mm，直角處采用0. 5 2mm的圓弧。上述的焊接面7與鉆頭體垂面8之間的夾角為5° 15°。上述的切削翼2的翼部保徑端的直徑在25mm 40mm之間。上述的連接桿5采用正四方或六方結構，其中連接桿5的兩個面中線位于兩個切削翼中部，另外兩個面的中心位于切削翼2之間，任意一邊的長度10 15mm之間，直角處采用0. 5 2mm的圓弧倒角。上述的連接桿5設置在循環(huán)介質通道3的兩個平面的中心線上，連接桿5上的連接銷孔6直徑在5 IOmm之間。上述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭的連接套，連接套19的內腔上部設置有插孔9，插孔9的內壁上設置有水槽10，連接套19的內腔下部設置有水眼15并且延伸至連接套19的底端，插孔9和水眼15之間設置有退屑槽12，連接套19的上部設置有銷孔11，鉆頭體4下端的連接桿5設置在連接套19的插孔9內并且通過設置在銷孔11內的固定銷15與連接桿5的連接銷孔6固定連接，連接套19下端的連接頭14與釬桿連接。上述的連接套19的插孔9采用內四方或內六方結構。[0040] 連接套19是為方便鉆頭裝卸，避免裝卸過程造成鉆頭體或釬桿損傷而專門設計的過度接頭，不但起到連接錨桿鉆頭和釬桿的作用，同時起到傳遞鉆進扭矩的作用。目前常用的錨桿鉆頭的連接套均采用兩端螺旋絲扣連接形式，而本實用新型的連接套鉆頭連接端接頭形式采用插接式(內四方或六方形式)，釬桿連接端接頭形式根據(jù)釬桿的接頭形式確定，可以是螺旋絲扣式，也可是插接式。 連接套一般采用優(yōu)特碳鋼(如45#鋼)經沖壓成型工藝加工而成。由于內四方(六方)插孔比較深，為保證內孔成型質量和避免沖壓過程中刀具的損傷，采用熱沖壓成型工藝。即，在沖壓前，先采用高頻加熱裝置將工件加熱至600°C左右，然后放入沖壓模具中進行沖壓。上述的固定銷15采用彈簧固定銷，包括帶有內腔并且兩端設置有開口的銷體18、 銷頭16、彈簧17，銷體兩端內分別設置銷頭16，兩個銷頭16之間設置彈簧17。彈簧固定銷是為了固定鉆頭體和連接套，防止在起下鉆過程中鉆頭體從連接套上脫落而設計的一種定位銷。為了彈簧固定銷裝卸方便，該固定銷采用了彈簧銷定位的原理， 采取兩端設置伸縮頭的方式。該彈簧固定銷可與鉆頭體和連接套裝配在一起，在與鉆頭體和連接套連接時，先將彈簧固定削插入鉆頭體四方(六方)連接桿的固定銷孔11里，然后把鉆頭體的四方(六方)連接桿壓入連接套的內四方(六方)孔里，彈簧銷在到達連接套的固定銷孔位置后會自動彈出，從而起到固定鉆頭體和連接套的作用；卸鉆頭時，先用專用卡鉗將固定銷兩端的彈簧壓縮，然后將鉆頭體從連接套拔出即可，為防止連接銷生銹失效，固定銷一般采用不銹鋼材料制作。
權利要求1.一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于包括鉆頭體G)，鉆頭體(4) 由切削齒(1)、切削翼⑵構成，切削齒⑴設置在切削翼⑵的焊接面(7)上，鉆頭體⑷ 的下端連接有連接桿(5)，連接桿(5)外壁的下端設置有連接銷孔(6)，切削翼⑵的兩翼端面呈180°反向對稱設置，切削翼O)的切削端頂部呈圓弧狀并且平滑延伸至翼部保徑端，在兩個切削翼( 之間設置有兩個循環(huán)介質通道(3)，循環(huán)介質通道C3)設置在鉆頭體 (4)的外部并且其通道延伸至連接桿( 外壁的底部；所述的焊接面(7)與鉆頭體垂面(8) 成銳角角度。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于所述的循環(huán)介質通道(3)采用直角槽式結構，循環(huán)介質通道(3)的直角槽面分別與切削翼(2) 的前后面在同一平面，槽體設置在連接桿( 的平面方向內，槽深為3 15mm，直角處采用 0. 5 2mm的圓弧。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于 所述的焊接面(7)與鉆頭體垂面(8)之間的夾角為5° 15°。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于所述的切削翼O)的翼部保徑端的直徑在25mm 40mm之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于所述的連接桿(5)采用正四方或六方結構，其中連接桿(5)的兩個面中線位于兩個切削翼中部，另外兩個面的中心位于切削翼(2)之間，任意一邊的長度10 15mm之間，直角處采用 0.5 2mm的圓弧倒角。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭，其特征在于所述的連接桿( 設置在循環(huán)介質通道(3)的兩個平面的中心線上，連接桿( 上的連接銷孔 (6)直徑在5 IOmm之間。
7.根據(jù)權利要求1至6中的任意一項所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭的連接套，其特征在于所述的連接套(19)的內腔上部設置有插孔(9)，插孔(9)的內壁上設置有水槽(10)，連接套(19)的內腔下部設置有水眼(13)并且延伸至連接套(19)的底端， 插孔(9)和水眼(13)之間設置有退屑槽(12)，連接套(19)的上部設置有銷孔(11)，鉆頭體(4)下端的連接桿( 設置在連接套(19)的插孔(9)內并且通過設置在銷孔(11)內的固定銷(15)與連接桿(5)的連接銷孔(6)固定連接，連接套(19)下端的連接頭(14)與釬桿連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭的連接套，其特征在于所述的連接套(19)的插孔(9)采用內四方或內六方結構。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭的連接套，其特征在于所述的固定銷(15)采用彈簧固定銷，包括帶有內腔并且兩端設置有開口的銷體(18)、 銷頭(16)、彈簧(17)，銷體兩端內分別設置銷頭(16)，兩個銷頭(16)之間設置彈簧(17)。
專利摘要本實用新型涉及一種鑄造插接式金剛石復合片錨桿鉆頭及其連接套?，F(xiàn)有的鉆頭雖然經過改進和完善取得了一定效果，但是并沒有解決鉆頭裝卸困難和加工工藝復雜的問題。本實用新型的鉆頭體的下端連接有連接桿，連接桿外壁的下端設置有連接銷孔，切削翼的兩翼端面呈180°反向對稱設置，切削翼的切削端頂部呈圓弧狀并且平滑延伸至翼部保徑端，在兩個切削翼之間設置有兩個循環(huán)介質通道，循環(huán)介質通道設置在鉆頭體的外部并且其通道延伸至連接桿外壁的底部；焊接面與鉆頭體垂面成銳角角度。本實用新型簡化了鉆頭前期制作流程，提高了生產效率，使鉆頭裝卸更方便，避免了在裝卸過程中對鉆頭切削齒造成損傷。
文檔編號E21B17/046GK202125249SQ20112021776
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權日2011年6月24日
發(fā)明者侯超, 劉剛, 孫榮軍, 張曉亮, 李耿, 李鎖智 申請人:中煤科工集團西安研究院