CN102094582A - 全液压钻机双金属配油套及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿坑道钻探机械领域，是应用于全液压动力头钻机上为钻机液压卡盘实现配油的双金属浮动式配油套及其加工方法。目前配油套基体与内套之间采用机械压入的镶嵌式联接方式经常出现液压油从联接缝隙处泄漏，使钻机液压传动效率降低。本发明目的是研制一种全液压钻机双金属配油套及其加工方法。通过开发PQT铜合金材料，采用离心铸造、真空烧结工艺技术与碳素钢进行复合。其优点是配油套具有高耐磨性和抗咬合性，同时PQT铜合金材料中游离分布于合金层中的铅起到边界润滑剂的作用，在润滑条件下摩擦系数大幅降低，解决了配油套磨损快、泄漏量大、易抱死拔套等难题。
Description
一、技术领域
本发明涉及钻探机械领域，是应用于全液压钻机上的一种新型双金属配油套，即全液压钻机双金属配油套及其加工方法。
二、背景技术
目前，全液压动力头钻机液压卡盘工作中，需要通过配油套将高压油从不旋转的动力头箱体送入旋转的主轴，再经主轴上的轴向油孔到达卡盘。配油套与主轴之间既要允许有高速相对运动，又要实现保压配油。煤矿坑道全液压钻机的配油套在使用过程中出现磨损较快，造成液压系统泄漏较大，致使钻机效率降低。配油套基体与内套之间采用机械压入的镶嵌式联接方式经常出现液压油从联接缝隙处泄漏，使钻机液压传动效率降低。同时，基体与内套之间的由于联接方式所限，易产生松动拔套现象。
三、发明内容
为了克服上述背景技术中存在的配油套耐磨性能较低、易产生泄漏、拔套等不足，本发明提供了一种全液压钻机双金属配油套及其加工方法。提高配油套的耐磨性及其使用寿命，解决配油套的泄漏、套磨损快、易抱死、拔套等问题。
解决其技术问题所采用的技术方案是：（为了更好的理解技术内容，同时参看附图，零部件标号放在括号内表示）
全液压钻机双金属配油套，其特征是：由基体（11）和铜合金内套（12）紧密结合为一体组成，基体（11）和铜合金内套（12）之间为冶金扩散层（16），配油套上有配油孔（14），环内分布有多组(以径向中心为对称中心，中心两侧各一道为一组，多组指按实际需要制作的多组均压槽，例如可为3组、4组、5组等)环状均压槽（15）。
制作上述的全液压钻机双金属配油套的加工方法，其特征是：
（1）制作铜合金内套毛坯（6）和基体（11）毛坯：在立式离心铸造机上运用金属模铸造组织致密、综合性能优良的铜合金内套毛坯（6）；基体（1）毛坯是采用碳素钢材料加工而成；
（2）用加压真空烧结工艺制作碳素钢基体（11）与铜合金内套（12）双金属复合体：铜合金内套毛坯（6）粗与碳素钢基体（11）毛坯按设计图纸初加工后形成铜合金层内套（12）和碳素钢基体（11），在消除应力和去除氧化层的前提下，将铜合金层内套（12）压入碳素钢基体（11）环内，放置于真空烧结炉（9）中支撑环铁（6）之上，真空烧结炉（9）开始运行，炉内气体被逐渐抽空形成真空状态（真空度为2-3*10-3Pa）；在炉体升温至790℃时保温10min，确保炉内温度与炉内物体温度趋于一致后，液压油缸（8）开始加压给涨芯（10），涨芯（10）与铜合金层内套（12）设计有微小的配合锥度（锥度为1:16）形成细微的相对运动；40min后真空烧结炉（9）炉内温度升至890℃，此时液压油缸（8）施于涨芯（10）上的压力达10MPa，保温60 min后关闭真空烧结炉（9），逐渐降低加压油缸（8）的压力至常压状态，20～40min后即可达到出炉温度，工件出炉；双金属配油套的碳素钢基体（11）与铜合金内套（12）采用加压真空烧结工艺有机焊合，形成双金属复合体工件；
（3）精加工制成全液压钻机双金属配油套：将上面出炉的工件利用专用工装、金刚石车刀在数控机床上按图纸进行精加工，形成配油套成品，其铜合金层厚度不大于4mm，经过检验合格后放入库房。
所述的全液压钻机双金属配油套，其特征是：双金属配油套的新型铜合金内套（12）成分（质量分数，%）为C ：9.24%、Ni： 2.44～2.68%、Zn： 3.3～3.6%、Sn ：5.1～6.5%、Pb： 6～7%、余量为Cu。
所述的全液压钻机双金属配油套，其特征是：可实现配油套在工作中浮动于动力头主轴状态的对称双配油孔（14）和排列的环状均压槽（15）形成工作状态下的贯通浮动式油膜。
研制新型PQT铜合金内套替代传统锡青铜内套，采用离心浇注、加压真空烧结工艺技术，使PQT铜合金内套与优质碳素钢基体有机焊合，形成双金属复合体，然后按设计图纸加工成配油套。其中PQT含义：P指铅，Q指青铜，T指铜。
本发明的有益效果是：
1、新型PQT铜合金内套，具有高耐磨性和抗咬合性，游离分布于铜合金层中的铅可起到边界润滑剂的作用，在润滑的条件下摩擦系数大幅降低，性能明显优于传统锡青铜。
2、PQT铜合金内套采用离心铸造工艺制作，由于在浇铸时离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，得到的离心铸件的组织致密，减少了缩松孔、气孔、夹杂等缺陷；同时由于采取了金属铸型，排除了砂型本身所带来的浮砂问题，提高了铸造质量。新型配油套内套和外套采用真空加压高温烧结而成，
3、配油套内套与外套两种不同材质之间焊接结合，形成了明显的双金属扩散层，结合为一个整体，牢不可分。
4、彻底消除了传统机械镶嵌式结构所产生的两种不同金属间结合间隙，解决了配油套磨损快、泄漏大、易抱死拔套等问题。
四、附图说明
图1为新型配油套离心铸造铜合金内套示意图。图2为新型配油套在真空、加压条件下烧结示意图。图3为新型配油套的结构示意图。图4是图3中A1部的放大图，也是配油套润滑油道（均压槽）及其形成的双金属结合层局部放大图。
上述图中标号说明：1.浇包， 2.铸型，3.液体铜合金，4.皮带轮和皮带， 5.旋转轴，6.剖视铜合金毛坯，7.电动机；8.液压油缸，9.真空烧结炉，10.加压芯，11.基体,12.铜合金内套，13. 支撑环铁；14.配油孔，15.均压槽，16.扩散层。
五、具体实施方式
图1中，是离心铸造铜合金内套示意图，在立式离心铸造机上运用金属模铸造铜合金内套。电动机7经过皮带轮和皮带4带动旋转轴5转动，旋转轴5上固定的铸型2也随之转动，浇包1将液体铜合金3以一定的速度和温度浇灌在铸型2内，由于离心力的作用，液体铜合金3得到充分的流动，在铸型2型腔内填充能力加强，形成了组织非常致密的铜合金内套毛坯6。同时离心力的存在改善了铜合金内套毛坯6的补缩条件，气体及杂质也易于从液体中排出，得到的是铸件组织致密、缺陷较少的铜合金内套毛坯6。
图2中，是配油套在真空、加压条件下烧结示意图。配油套是由基体11和铜合金内套12紧密相固定组成。铜合金内套毛坯6粗加工后与粗加工的45 # 钢基体11相配合，即45 # 钢基体11与铜合金层内套12按设计图纸初加工后形成的，在消除应力和去除氧化层的前提下，将铜合金层内套12压入45# 钢基体11，放置于真空烧结炉9中支撑环铁13之上。真空烧结炉9开始运行，炉内气体被逐渐抽空形成真空状态（真空度为2-3*10-3Pa）。在炉体升温至790℃时保温10min，确保炉内温度与炉内物体温度趋于一致。加压油缸8开始加压给涨芯10，涨芯10与铜合金层内套12设计有微小的配合锥度（锥度为1:10，形成锥度是为了给加压提供条件）形成细微的相对运动。40min后真空烧结炉9炉内温度升至890℃，此时加压油缸8施于涨芯10上的压力达10MPa，保温60 min后关闭真空烧结炉9，逐渐降低加压油缸8的压力至常压状态，约30min后即可达到出炉温度，工件出炉。
图3和图4中，在真空、高温条件下，经加压油缸加压，在45# 钢基体11与铜合金层内套12之间产生了冶金扩散，形成了明显的扩散层16（见图4）。45# 钢基体11与铜合金层内套12两部分通过扩散层16结合为一个整体，牢不可分。
加工后的铜合金内套毛坯6在真空、加压条件下烧结后制成双金属配油套坯体，双金属配油套的碳素钢基体与铜合金内套采用加压真空烧结工艺有机焊合后，再利用专用工装、金刚石车刀在数控机床上按图纸进行加工，车削形成均压槽15，制成配油套成品，其铜合金层厚度不大于4mm。
最后需要说明的是：
1、配油套由基体（11）和铜合金内套（12）通过加压真空烧结复合成一体，配油套设有配油孔（14）和多组环状均压槽（15）。
2、要求双金属配油套的新型铜合金内套成分（质量分数，%）为9.24C、2.44～2.68 Ni、3.3～3.6 Zn、5.1～6.5 Sn、6～7 Pb、余量为Cu，采用金属模高速离心浇注工艺形成坯体，加工制得铜合金体内套（12）。
3、双金属配油套采用对称双配油孔（14）以及多组环状均压槽（15）设计，实现配油套在工作中浮动于动力头主轴状态。
4、基体（11）采用碳素钢，包括45 # 钢、A3钢等碳素钢。
Claims (4)
1.全液压钻机双金属配油套，其特征是：由基体（11）和铜合金内套（12）紧密结合为一体组成，基体（11）和铜合金内套（12）之间为冶金扩散层（16），配油套上有配油孔（14），环内分布有环状均压槽（15）。
2.制作权利要求1所述的全液压钻机双金属配油套的加工方法，其特征是：
（1）制作铜合金内套毛坯（6）和基体（11）毛坯：在立式离心铸造机上运用金属模铸造组织致密、综合性能优良的铜合金内套毛坯（6）；基体（1）毛坯是采用碳素钢材料加工而成；
（2）用加压真空烧结工艺制作碳素钢基体（11）与铜合金内套（12）双金属复合体：铜合金内套毛坯（6）粗与碳素钢基体（11）毛坯按设计图纸初加工后形成铜合金层内套（12）和碳素钢基体（11），在消除应力和去除氧化层的前提下，将铜合金层内套（12）压入碳素钢基体（11）环内，放置于真空烧结炉（9）中支撑环铁（6）之上，真空烧结炉（9）开始运行，炉内气体被逐渐抽空形成真空状态（真空度为2-3*10-3Pa）；在炉体升温至790℃时保温10min，确保炉内温度与炉内物体温度趋于一致后，液压油缸（8）开始加压给涨芯（10），涨芯（10）与铜合金层内套（12）设计有微小的配合锥度（锥度为1:10）形成细微的相对运动；40min后真空烧结炉（9）炉内温度升至890℃，此时液压油缸（8）施于涨芯（10）上的压力达10MPa，保温60 min后关闭真空烧结炉（9），逐渐降低加压油缸（8）的压力至常压状态，20～40min后即可达到出炉温度，工件出炉；双金属配油套的碳素钢基体（11）与铜合金内套（12）采用加压真空烧结工艺有机焊合，形成双金属复合体工件；
（3）精加工制成全液压钻机双金属配油套：将上面出炉的工件利用专用工装、金刚石车刀在数控机床上按图纸进行精加工，形成配油套成品，其铜合金层厚度不大于4mm，经过检验合格后放入库房。
3.制作权利要求1所述的全液压钻机双金属配油套，其特征是：双金属配油套的新型铜合金内套（12）成分（质量分数，%）为C ：9.24%、Ni： 2.44～2.68%、Zn： 3.3～3.6%、Sn ：5.1～6.5%、Pb： 6～7%、余量为Cu。
4.制作权利要求1所述的全液压钻机双金属配油套，其特征是：可实现配油套在工作中浮动于动力头主轴状态的对称双配油孔（14）和排列的环状均压槽（15）形成工作状态下的贯通浮动式油膜。
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