Y120钎头的研制

摘要：介绍了Ｙ１２０钎头的研制开发过程中的材料选用、制造工艺及产品试验，
并对试验结果及现象作了分析。

关键词：石料开采；小直径钎头；感应加热焊接；抛丸处理；钎头断裂；钎头修磨中图分类号：ＴＤ４２１．２＋５
文献标识码：Ｂ
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钎具
２０世纪９０年代初期，我国建材业快速发
展，建筑、装潢用石料（如花岗岩、大理石）的用量成倍增长。

由于采石技术落后，荒料修形方法单一，石料开采效率低、损耗高，为此许多石料开采企业希望用机械的方式代替手锤加钢钎的手工作业对石材荒料修边和整形，以提高效率；用小孔径预裂孔代替大孔径预裂孔，以减少石料的浪费，提高石料的利用率。

为了解市场情况我们调研了石材的主要生产地———山东、福建、广东等地。

调研结果是：当时还没有国内企业研制、开发轻型凿岩机械及凿岩钎具产品，轻型的凿岩机械及凿岩钎具有很大的市场需求量，使用轻型凿岩机械及钎具，可以改善采石场的作业条件、降低劳动强度、提高工作效率。

Ｙ１２０钎头的开发，从市场调研、资料收集、研制、试验到产品定型，经历了近３年
的时间。

这３年中，从材料的选用、机加工工艺、热处理、焊接等方面进行了多次实验改进及矿山试验，钎头的平均凿岩进尺由最初的几米提高到２０多米，进而达到６０多米，随着钎头质量的提高，产品销量逐年增加，截至２０００年累计出口２４万只，创汇７０
多万美元。

１
材料的选用
Ｙ１２０钎头体积小，钎头体所承受的单位
冲击能高于其它型号的一字型钎头，因此要
求材料具有较高的强韧性、良好的热处理工艺性、焊接工艺性。

依据以上原则，我们初步选取了三种材料制成钎头，从焊接、热处理工艺及力学性能等方面进行对比及性能检测。

钎头体材料筛选结果：ＦＦ７１０的综合指标优于其它二种材料，特别是焊后钎头体硬度对冷却速度的敏感性相对较弱，易于钎头体硬度的控制。

２
产品试制
在前期的试制过程中，钎头的使用寿命
低，钎头的主要损坏形式是：早期断裤、中期断裤、掉头（见图１、图２）。

针对存在的问题，查找原因，主要做了以下改进：
（一）机加工：①采用仿形车削工艺，提高加工精度；②改进合金槽的铣削工艺；③改进锥孔的加工工艺，通过上述的改进，减少了钎头的应力集中现象，有效地提高了钎头使
Ｙ１２０钎头的研制
吕志峰
（天水风动机械有限公司，甘肃天水
７４１０２０）
用寿命。

（二）焊接和热处理钎头的焊接和热处理是钎头生产过程中的关键工序，工艺方案制定和控制的好坏直接影响到钎头的使用，在焊接和热处理方面，采取了以下方法：
①感应加热焊接在前期的钎头试验
中，采用先热处理后焊接的工艺方法，该方法焊接的钎头存在着热处理软化区和合金槽氧化等缺陷，导致钎头掉片和断裤等非正常失效。

热处理、焊接一次性完成，可以有效地解决上述问题。

由于钎头体厚薄不一，感应加热时，整体温度均匀较难控制，根据感应加热的“邻近效应”的特性，设计感应加热器，使钎头整体均匀、稳定地升温。

②设计冷却温度控制装置
钎头在使
用中各部位的受力状况不同，要求其机械性能也各不相同，如钎头的头部应具有较高的耐磨性；钎头中间部分主要承受冲击、扭转、弯曲的交变载荷，要求有良好的强韧性配合；锥孔连接部分，为防止涨裤、断裤，应具有较高的强度。

为实现钎头体各部位不同机械性能的要求，设计了冷却装置，将硬度控制在ＨＲＣ３２～４７之间，并保证各区段的硬度有差异。

３
矿山试验
投入试验的钎头，分为二类：一类采用
超音频焊接，包括抛丸和不抛丸两种，另一类为高频焊接，抛丸强化处理，其目的是：在进行钎头寿命试验的同时验证加热频率及抛丸强化对钎头使用寿命的影响。

表１列出了试验钎头的情况：
图１
钎头掉头
图２
钎头断裤
表１
代号工艺钎体材料硬质合金
Ｅ１－Ｗ５超音频焊接＋喷砂２２ＳｉＭｎＮｉ２ＣｒＭｏＹＫ２５
Ｅ１５－Ｅ１９超音频焊接Ｆ１－Ｆ５
高频焊接＋喷吵
（１）试验条件
地点：山东省荣成市石岛
岩石状况：花岗岩、普氏系数ｆ＝１２～
１４，岩石完整
凿岩设备：天风产Ｙ６型手持式凿岩机
气压：０．６～０．６５ＭＰａ（凿岩机与气管连接处测得）
（２）试验结果及分析
试验结果见表２及图３、图４、图５。

投入工业试验的１５只钎头共分三类：
注：编号Ｅ１８的钎头丢失
表２
Ｙ１２０钎头试验数据
编
号
累计凿岩进尺，ｍ
径向磨损，ｍｍ
修磨次数
失效形式Ｅ１７４．７４２．２６５正常磨损Ｅ２１９．７２０．１８２断裤Ｅ５８３．５５１．７８正常磨损Ｅ４８５．７１１．９７正常磨损Ｅ３６５．５１．５
７断裤Ｅ１５６４．４５
掉头Ｅ１６２０．９０．１８１断裤Ｅ１７１７．５０．１６０掉头Ｅ１９２０．７０．１７１断裤Ｆ１６７．５１．５７正常磨损Ｆ２５２．９１．６６正常磨损Ｆ３１３．８０．３０断裤Ｆ４４９１．３４断裤Ｆ５
２５．２
０．４
１
断裤
图３Ｅ１－Ｅ５图４Ｅ１５－Ｅ１９
图５
Ｆ１－Ｆ５
第一类：Ｅ１－Ｅ５总凿岩进尺３２９．２２米，平均凿岩进尺６５．８４米，以正常磨损失效为主，编号Ｅ２的钎头属早期失效，观察后发现该钎头的断裤处位于钎杆尖部，有接触性硬伤，且断裂源附近颜色变蓝，是与钎杆配合不良所致。

第二类：Ｅ１５－Ｅ１９凿岩进尺累计１２３．５米，平均为３０．８７米（Ｅ１８钎头在试验中丢失，未计其中），此类钎头以裤体断裂、掉头等非正常失效为主。

第三类：Ｆ１－Ｆ５总凿岩进尺为２０８．４米，平均４１．６８米，基本为正常磨损失效。

其中
Ｆ３属非正常失效，失效形式与Ｅ２相同。

４
结论
总结钎头的试验结果，分析失效情况，可
得出结论：Ｙ１２０钎头的研制、开发是成功的，钎头基本上达到了正常磨损失效，与其它同型号的钎头相比，具有凿速快、排渣效果好的特点。

在几年的加工制造、试验过程中，笔者积累了以下经验：
（１）一般认为，大钎头焊接不宜采用高频感应加热。

高频感应加热焊接存在集肤效应，频率越高，透烧深度就越浅，在焊接过程中，常会出现外侧焊料熔化流失，心部焊料不熔化的现象。

小直径钎头的情况如何呢？我们对比高频焊接与超音频焊接对钎头焊接质量及
使用寿命的影响，从焊缝剪切强度（均大于
２１０Ｎ／ｍｍ２，ＧＢＥ４８０－８６规定大于１６０Ｎ／ｍｍ２），理化性能检验及工业试验等几方面验
证，两者都可满足钎头焊接及其它性能的需要。

（２）抛丸处理能有效地提高钎头的使用寿命，原因是钎头体表层产生塑性变形而形成硬化层，提高了抗疲劳能力。

（３）就锥度连接钎头而言，钎杆与钎头锥孔的配合的好坏，也是影响钎头、钎杆使用寿命的主要因素之一，配合不好常常会造成钎头中、早期的断裂失效，因钎杆与钎头锥面接触不良，局部承受较大的冲击载荷，在高频应力作用下、钎头体过早地发生疲劳断裂。

（４）在使用过程中及时地合理修磨钎头，不仅可以提高钎头的凿岩速度，还可以延长钎头的使用寿命。

从表２、表３、图４中可看出，钎头的径向磨损系数随钎头的修磨次数而减少。

注：径向磨损系数＝径向磨损量／累计凿岩进尺
图４
表３
修磨次数与径向磨损系数的关系
编
号
Ｅ１
Ｅ３Ｅ４Ｅ５Ｆ１Ｆ２径向磨损系数
×１０－４
０．３００．２３０．２２０．２００．２２０．３０修磨次数
５
７
７
８
７
６
３
４
５
６
７８
９
０．３０．２０．１
修磨次数
径向磨损系数
×１０－４。