潛孔鉆沖擊器活塞加工的新工藝

一、目前潛孔器活塞的現(xiàn)狀

從活塞所承受載荷的角度來(lái)看，活塞需具有較高的尺寸精度和表面光潔度，使其具有良好的密封作用及適應(yīng)高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性；同時(shí)需要具有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和進(jìn)行良好的熱處理，使其能高效的傳遞沖擊能量和具有較高的耐機(jī)械磨蝕能力及抗沖擊能力。

1 活塞受力理論分析

貫通式潛孔錘的活塞撞擊鉆頭時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)速度(大小和方向)發(fā)生急劇變化，在急劇變化著的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的動(dòng)載荷作用下，活塞的應(yīng)變不是整體均勻的應(yīng)變，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也不是整體一致的速度，應(yīng)變和速度都是以應(yīng)力波的形式傳播的。在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，潛孔錘利用活塞的撞擊，將應(yīng)力波通過(guò)鉆頭傳遞到孔底巖石，實(shí)現(xiàn)碎巖鉆進(jìn)。潛孔錘的活塞采用了變截面結(jié)構(gòu)，應(yīng)力波在其中傳播時(shí)，在截面變化處必然會(huì)發(fā)生透反射，而不僅僅在錘的兩端。等截面沖錘受到的應(yīng)力是壓應(yīng)力，而變截面沖錘受到的就不單是壓應(yīng)力，而且還受到拉應(yīng)力，圖1為活塞撞擊鉆頭的示意圖。

圖1.活塞沖擊鉆頭示意圖

2 沖擊活塞的制造與熱處理工藝

沖擊活塞性能的好壞與其制造工藝密切相關(guān)。不同的材料, 其制造工藝是不同的。

( 1) 高碳釩鋼 (例如 T10V ) 制造活塞工藝路線為原材料檢驗(yàn) (化學(xué)成分、顯微組織、非金屬夾雜物和淬透性 ) →下料→鍛造→熱處理→檢驗(yàn)→磨削。

( 2) 20CrMo鋼 制造活塞工藝路線為鍛造→正火→檢驗(yàn) →機(jī)加工→熱處理 →噴砂→檢驗(yàn)→磨加工。

( 3) 35C Mr oV 鋼 制造活塞工藝路線為鍛造 →熱處理y檢驗(yàn)( 硬度 )→ 機(jī)加工 →滲碳→檢驗(yàn)( 滲碳層 )→高溫回火→淬火→清洗→低溫回火 →噴砂→檢驗(yàn) →磨加工。

3 活塞失效現(xiàn)象

活塞是潛孔錘內(nèi)受力最復(fù)雜、最易損壞的部件?；钊诟邏簹怏w的驅(qū)動(dòng)下，以較高的速度沖擊鉆頭，再通過(guò)鉆頭將沖擊能傳遞給孔底巖石。沖擊過(guò)程中，活塞所受的作用力大小和方向都作周期性變化，約在100斗s內(nèi)其作用力驟增到數(shù)十噸，甚至更大，再經(jīng)過(guò)幾百微秒，又重新降到零。長(zhǎng)期承受反復(fù)的瞬間沖擊力，會(huì)在活塞的某些斷面產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成活塞破壞，這種破壞在沖擊機(jī)械的施工作業(yè)中是普遍存在的，最終使活塞失效，如：活塞斷裂、活塞頭凹陷、活塞頭金屬剝落等。

在起先的試驗(yàn)過(guò)程中，貫通式潛孔錘活塞的工作壽命都很低，不止一次發(fā)生斷裂，幾乎每次斷裂都是在活塞的小徑部位，有的還有縱向裂紋直達(dá)小徑的端面，圖2為斷裂活塞的實(shí)物圖?；钊墓ぷ鲏勖鼘⒅苯佑绊懙綕摽族N本身的性能及貫通式潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的推廣與應(yīng)用，研究其斷裂的原因要從活塞特殊的受力狀態(tài)來(lái)分析。

一、目前潛孔器活塞的現(xiàn)狀

從活塞所承受載荷的角度來(lái)看，活塞需具有較高的尺寸精度和表面光潔度，使其具有良好的密封作用及適應(yīng)高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性；同時(shí)需要具有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和進(jìn)行良好的熱處理，使其能高效的傳遞沖擊能量和具有較高的耐機(jī)械磨蝕能力及抗沖擊能力。

1 活塞受力理論分析

貫通式潛孔錘的活塞撞擊鉆頭時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)速度(大小和方向)發(fā)生急劇變化，在急劇變化著的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的動(dòng)載荷作用下，活塞的應(yīng)變不是整體均勻的應(yīng)變，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也不是整體一致的速度，應(yīng)變和速度都是以應(yīng)力波的形式傳播的。在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，潛孔錘利用活塞的撞擊，將應(yīng)力波通過(guò)鉆頭傳遞到孔底巖石，實(shí)現(xiàn)碎巖鉆進(jìn)。潛孔錘的活塞采用了變截面結(jié)構(gòu)，應(yīng)力波在其中傳播時(shí)，在截面變化處必然會(huì)發(fā)生透反射，而不僅僅在錘的兩端。等截面沖錘受到的應(yīng)力是壓應(yīng)力，而變截面沖錘受到的就不單

是壓應(yīng)力，而且還受到拉應(yīng)力，圖1為活塞撞擊鉆頭的示意圖。

圖1.活塞沖擊鉆頭示意圖

2 沖擊活塞的制造與熱處理工藝

沖擊活塞性能的好壞與其制造工藝密切相關(guān)。不同的材料, 其制造工藝是不同的。

( 1) 高碳釩鋼 (例如 T10V ) 制造活塞工藝路線為原材料檢驗(yàn) (化學(xué)成分、顯微組織、非金屬夾雜物和淬透性 ) →下料→鍛造→熱處理→檢驗(yàn)→磨削。

( 2) 20CrMo鋼 制造活塞工藝路線為鍛造→正火→檢驗(yàn) →機(jī)加工→熱處理 →噴砂→檢驗(yàn)→磨加工。

( 3) 35C Mr oV 鋼 制造活塞工藝路線為鍛造 →熱處理y檢驗(yàn)( 硬度 )→ 機(jī)加工 →滲碳→檢驗(yàn)( 滲碳層 )→高溫回火→淬火→清洗→低溫回火 →噴砂→檢驗(yàn) →磨加工。

3 活塞失效現(xiàn)象

活塞是潛孔錘內(nèi)受力最復(fù)雜、最易損壞的部件?；钊诟邏簹怏w的驅(qū)動(dòng)下，以較高的速度沖擊鉆頭，再通過(guò)鉆頭將沖擊能傳遞給孔底巖石。沖擊過(guò)程中，活塞所受的作用力大小和方向都作周期性變化，約在100斗s內(nèi)其作用力驟增到數(shù)十噸，甚至更大，再經(jīng)過(guò)幾百微秒，又重新降到零。長(zhǎng)期承受反復(fù)的瞬間沖擊力，會(huì)在活塞的某些斷面產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成活塞破壞，這種破壞在沖擊機(jī)械的施工作業(yè)中是普遍存在的，最終使活塞失效，如：活塞斷裂、活塞頭凹陷、活塞頭金屬剝落等。

在起先的試驗(yàn)過(guò)程中，貫通式潛孔錘活塞的工作壽命都很低，不止一次發(fā)生斷裂，幾乎每次斷裂都是在活塞的小徑部位，有的還有縱向裂紋直達(dá)小徑的端面，圖2為斷裂活塞的實(shí)物圖?；钊墓ぷ鲏勖鼘⒅苯佑绊懙綕摽族N本身的性能及貫通式潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的推廣與應(yīng)用，研究其斷裂的原因要從活塞特殊的受力狀態(tài)來(lái)分析。

圖2.斷裂的活塞

二、潛孔器活塞加工的新工藝

                          ----“勢(shì)必銳”

1、產(chǎn)品原理

“勢(shì)必銳” 金屬表面晶體重塑TM技術(shù)是從鏡面加工、晶體重塑、的工藝角度研究、消除金屬表面晶體缺陷的專利技術(shù)，是金屬表面加工技術(shù)的一項(xiàng)革命性創(chuàng)新。勢(shì)必銳金屬晶體重塑TM技術(shù)可以大幅度降低表面粗糙度值、大幅度的提高金屬表面的疲勞強(qiáng)度、顯微硬度、耐磨性、耐腐蝕性等多方面性能。勢(shì)必銳金屬晶體重塑技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，大幅度的提高了工業(yè)零部件的使用壽命；該工藝操作簡(jiǎn)潔、方便，對(duì)機(jī)加設(shè)備就像一把刀具，對(duì)HRC65度以下零件，可輕松達(dá)到金屬表面光潔度提高3個(gè)等級(jí)以上，一次裝夾光潔度最高可達(dá)Ra0.02μm超鏡面效果（輕松實(shí)現(xiàn)以車代磨）。

2、勢(shì)必銳加工金屬表面產(chǎn)生的六大效果：

1) 金屬表面即可輕松實(shí)現(xiàn)鏡面效果，Ra≤0.2μm.

2) 金屬表面晶體重塑，晶粒細(xì)化。

3) 表面顯微硬度提高10%-30%。

4) 消除晶體缺陷，在金屬表面形成壓應(yīng)力。

5) 大幅度提高金屬表面的耐磨性與耐腐蝕性。

6) 大幅提高零件的抗疲勞壽命。