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潜孔钻冲击器活塞加工的新工艺

发表时间:2020-03-24 17:15


一、目前潜孔器活塞的现状

从活塞所承受载荷的角度来看,活塞需具有较高的尺寸精度和表面光洁度,使其具有良好的密封作用及适应高频往复运动的特性;同时需要具有合理的结构设计和进行良好的热处理,使其能高效的传递冲击能量和具有较高的耐机械磨蚀能力及抗冲击能力。

1 活塞受力理论分析

贯通式潜孔锤的活塞撞击钻头时,在极短的时间内,其运动速度(大小和方向)发生急剧变化,在急剧变化着的大小和方向都随时间作周期性变化的动载荷作用下,活塞的应变不是整体均匀的应变,质点的运动也不是整体一致的速度,应变和速度都是以应力波的形式传播的。在冲击回转钻进过程中,潜孔锤利用活塞的撞击,将应力波通过钻头传递到孔底岩石,实现碎岩钻进。潜孔锤的活塞采用了变截面结构,应力波在其中传播时,在截面变化处必然会发生透反射,而不仅仅在锤的两端。等截面冲锤受到的应力是压应力,而变截面冲锤受到的就不单是压应力,而且还受到拉应力,图1为活塞撞击钻头的示意图。


           

潜孔钻冲击器活塞加工的新工艺1.png

图1.活塞冲击钻头示意图

2 冲击活塞的制造与热处理工艺

冲击活塞性能的好坏与其制造工艺密切相关。不同的材料, 其制造工艺是不同的。

( 1) 高碳钒钢 (例如 T10V ) 制造活塞工艺路线为原材料检验 (化学成分、显微组织、非金属夹杂物和淬透性 ) →下料→锻造→热处理→检验→磨削。

( 2) 20CrMo钢 制造活塞工艺路线为锻造→正火→检验 →机加工→热处理 →喷砂→检验→磨加工。

( 3) 35C Mr oV 钢 制造活塞工艺路线为锻造 →热处理y检验( 硬度 )→ 机加工 →渗碳→检验( 渗碳层 )→高温回火→淬火→清洗→低温回火 →喷砂→检验 →磨加工。

3 活塞失效现象

活塞是潜孔锤内受力最复杂、最易损坏的部件。活塞在高压气体的驱动下,以较高的速度冲击钻头,再通过钻头将冲击能传递给孔底岩石。冲击过程中,活塞所受的作用力大小和方向都作周期性变化,约在100斗s内其作用力骤增到数十吨,甚至更大,再经过几百微秒,又重新降到零。长期承受反复的瞬间冲击力,会在活塞的某些断面产生应力集中,造成活塞破坏,这种破坏在冲击机械的施工作业中是普遍存在的,最终使活塞失效,如:活塞断裂、活塞头凹陷、活塞头金属剥落等。

在起先的试验过程中,贯通式潜孔锤活塞的工作寿命都很低,不止一次发生断裂,几乎每次断裂都是在活塞的小径部位,有的还有纵向裂纹直达小径的端面,图2为断裂活塞的实物图。活塞的工作寿命将直接影响到潜孔锤本身的性能及贯通式潜孔锤钻进技术的推广与应用,研究其断裂的原因要从活塞特殊的受力状态来分析。

一、目前潜孔器活塞的现状

从活塞所承受载荷的角度来看,活塞需具有较高的尺寸精度和表面光洁度,使其具有良好的密封作用及适应高频往复运动的特性;同时需要具有合理的结构设计和进行良好的热处理,使其能高效的传递冲击能量和具有较高的耐机械磨蚀能力及抗冲击能力。

1 活塞受力理论分析

贯通式潜孔锤的活塞撞击钻头时,在极短的时间内,其运动速度(大小和方向)发生急剧变化,在急剧变化着的大小和方向都随时间作周期性变化的动载荷作用下,活塞的应变不是整体均匀的应变,质点的运动也不是整体一致的速度,应变和速度都是以应力波的形式传播的。在冲击回转钻进过程中,潜孔锤利用活塞的撞击,将应力波通过钻头传递到孔底岩石,实现碎岩钻进。潜孔锤的活塞采用了变截面结构,应力波在其中传播时,在截面变化处必然会发生透反射,而不仅仅在锤的两端。等截面冲锤受到的应力是压应力,而变截面冲锤受到的就不单

是压应力,而且还受到拉应力,图1为活塞撞击钻头的示意图。


           

潜孔钻冲击器活塞加工的新工艺2.png


图1.活塞冲击钻头示意图

2 冲击活塞的制造与热处理工艺

冲击活塞性能的好坏与其制造工艺密切相关。不同的材料, 其制造工艺是不同的。

( 1) 高碳钒钢 (例如 T10V ) 制造活塞工艺路线为原材料检验 (化学成分、显微组织、非金属夹杂物和淬透性 ) →下料→锻造→热处理→检验→磨削。

( 2) 20CrMo钢 制造活塞工艺路线为锻造→正火→检验 →机加工→热处理 →喷砂→检验→磨加工。

( 3) 35C Mr oV 钢 制造活塞工艺路线为锻造 →热处理y检验( 硬度 )→ 机加工 →渗碳→检验( 渗碳层 )→高温回火→淬火→清洗→低温回火 →喷砂→检验 →磨加工。

3 活塞失效现象

活塞是潜孔锤内受力最复杂、最易损坏的部件。活塞在高压气体的驱动下,以较高的速度冲击钻头,再通过钻头将冲击能传递给孔底岩石。冲击过程中,活塞所受的作用力大小和方向都作周期性变化,约在100斗s内其作用力骤增到数十吨,甚至更大,再经过几百微秒,又重新降到零。长期承受反复的瞬间冲击力,会在活塞的某些断面产生应力集中,造成活塞破坏,这种破坏在冲击机械的施工作业中是普遍存在的,最终使活塞失效,如:活塞断裂、活塞头凹陷、活塞头金属剥落等。

在起先的试验过程中,贯通式潜孔锤活塞的工作寿命都很低,不止一次发生断裂,几乎每次断裂都是在活塞的小径部位,有的还有纵向裂纹直达小径的端面,图2为断裂活塞的实物图。活塞的工作寿命将直接影响到潜孔锤本身的性能及贯通式潜孔锤钻进技术的推广与应用,研究其断裂的原因要从活塞特殊的受力状态来分析。


   

潜孔钻冲击器活塞加工的新工艺3.png

图2.断裂的活塞


二、潜孔器活塞加工的新工艺

                          ----“势必锐”


1、产品介绍

山东聚亿能智能科技有限公司是一家立足于自主创新、并拥有独立自主知识产权的高精尖科技型企业,公司位于”国家级科技创业基地”潍坊滨海经济技术开发区,属于泰山产业领军人才企业。并与北华航天工业学院、潍坊经济技术开发区共同成立了“潍坊市精密制造与检测技术研究院”,致力于金属加工以及纳米材料领域的高端制造、精密检测的研发。

首创且唯一持有SPIRITTM(势必锐TM)金属表面晶体重塑TM技术,并成功研发了Energy Processing Unit(专有技术名词EPUTM)核心部件、金属表面晶体重塑TM设备及金属表面晶体重塑TM一体化专用机床。现已申报13项国家专利。

2、产品原理

“势必锐” 金属表面晶体重塑TM技术是从镜面加工、晶体重塑、的工艺角度研究、消除金属表面晶体缺陷的专利技术,是金属表面加工技术的一项革命性创新。势必锐金属晶体重塑TM技术可以大幅度降低表面粗糙度值、大幅度的提高金属表面的疲劳强度、显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多方面性能。势必锐金属晶体重塑技术现已广泛应用于机械工业的多个领域,大幅度的提高了工业零部件的使用寿命;该工艺操作简洁、方便,对机加设备就像一把刀具,对HRC65度以下零件,可轻松达到金属表面光洁度提高3个等级以上,一次装夹光洁度最高可达Ra0.02μm超镜面效果(轻松实现以车代磨)。

3、势必锐加工金属表面产生的六大效果:

1) 金属表面即可轻松实现镜面效果,Ra≤0.2μm.

2) 金属表面晶体重塑,晶粒细化。

3) 表面显微硬度提高10%-30%。

4) 消除晶体缺陷,在金属表面形成压应力。

5) 大幅度提高金属表面的耐磨性与耐腐蚀性。

6) 大幅提高零件的抗疲劳寿命。



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