牙輪鉆桿分體加工方法

張佳佳

河北鋼鐵集團灤縣司家營鐵礦有限公司 河北灤州 063701

1 序言

KY-310A牙輪鉆機是現階段露天礦山主要的采礦穿孔設備，近年來隨著露天礦山不斷深入開采，穿孔數量增多，導致牙輪鉆桿的消耗量呈指數式增加，牙輪鉆桿外購成本猛增。為了進一步降低外購成本，實現礦山內部加工制作牙輪鉆桿的目的，因此利用現有機械加工設備對牙輪鉆桿的加工方法進行改進。

2 牙輪鉆桿結構和加工難點分析

2.1 鉆桿結構

圖1所示牙輪鉆桿由鉆桿上接頭、無縫鋼管、圓柱銷和鉆桿下接頭4部分組成，鉆桿中空作為排渣氣道。鉆桿全長9.38m、直徑273mm。鉆桿上接頭、無縫鋼管和鉆桿下接頭之間為過盈配合聯接，配合處均布4個φ36mm圓柱銷以增加扭矩。

圖1 牙輪鉆桿

2.2 加工設備

主要加工設備及用途：①GB4040型臥式帶鋸床，主要用于加工鉆桿上下接頭、無縫鋼管的長度。②TPX6111B型臥式銑鏜床，主要用于對無縫鋼管兩端鏜孔，加工鉆桿上下接頭的槽口。③Z3050×16/1型搖臂鉆床，主要用于粗加工鉆桿上下接頭的中心孔。④CW61100E臥式車床，主要用于加工鉆桿上下接頭。⑤自制小車，主要用于鉆桿上下接頭與無縫鋼管的裝配找正和焊接作業。

2.3 加工難點

經過對牙輪鉆桿的結構進行分析，按照外購的牙輪鉆桿的加工工藝進行制作，存在以下困難。

（1）現有設備加工能力不足 礦山現有最大車床為CW61100E型臥式車床1臺，其最大加工工件長度為5m。牙輪鉆桿屬于超細長、超大備件，全長9.38m，質量約1.5t，如果整體加工，現有設備加工能力不能滿足要求，因此只能采取分體加工的方法。

（2）鉆孔加工存在難度 按照鉆桿設計要求，鉆桿上接頭長度為630mm、下接頭長度為590mm；上下接頭中心孔作為排渣氣道，為80mm通孔。但是現有搖臂鉆床最大鉆孔長度為380mm，最大加工直徑為60mm，不能一次性將鉆桿上下接頭的φ80mm中心孔打通。

（3）分體加工難度較大 鉆桿上下接頭可以使用車床加工，但無縫鋼管長度為8.25m，且無縫鋼管兩端與鉆桿上下接頭相配合的孔難以加工，加工完成后，焊接時也會不可避免地產生變形，變形嚴重時鉆桿直線度超差，影響使用。

3 分體加工方法

3.1 加工無縫鋼管

無縫鋼管的具體加工步驟如下。

1）挑選一根直線度誤差小、壁厚為30mm的無縫鋼管[1]，使用GB4040型臥式帶鋸床截取無縫鋼管長度為8.25m。

2）在TPX6111B型臥式銑鏜床軸向方向5m處安裝V形支架，用于支撐無縫鋼管尾端。

3）鏜孔。首先轉動臥式銑鏜床工作臺，使工作臺T形槽與臥式銑鏜床主軸徑向平面垂直；然后將無縫鋼管一端安放在臥式銑鏜床工作臺T形槽中，另一端放在V形支架上。

4）在臥式銑鏜床主軸上安裝激光筆，使用激光筆調整無縫鋼管垂直于臥式銑鏜床主軸徑向平面，保證鏜孔后的同軸度。

5）調整結束，將無縫鋼管固定在臥式銑鏜床工作臺上，按照圖樣要求對無縫鋼管進行鏜孔并加工焊接坡口。

6）用上述方法加工另一端。

3.2 加工鉆桿上下接頭

鉆桿上下接頭的具體加工步驟如下。

1）挑選適用于鉆桿上接頭長度為630mm、下接頭長度為590mm的圓鋼。

2）安裝固定工件。在鉆床底座上安裝工作臺，將鉆桿接頭垂直安裝在鉆床平臺上，使用寬座直角尺和斜鐵將鉆桿接頭找正；使用專用夾具將鉆桿接頭垂直固定在工作臺上；使用Z3050×16/1型搖臂鉆床加工鉆桿上下接頭中心孔。

3）使用同樣的方法對另一端面進行鉆孔，直至中心孔鉆通為止。

4）按照圖樣要求，使用CW61100E型臥式車床加工鉆桿接頭；使用TPX6111B型臥式銑鏜床加工鉆桿接頭槽口。

3.3 整體裝配加工

整體裝配加工的具體步驟如下。

1）裝配、找正。在進行無縫鋼管軸端和鉆桿接頭裝配時，一方面將無縫鋼管放置在自制小車上，并將無縫鋼管兩端加熱至合適溫度，鉆桿接頭與無縫鋼管采用過盈熱裝配，用鉆桿接頭的軸肩和無縫鋼管兩端孔的端面保證同軸度[2]；另一方面使用千斤頂配合激光筆進行直線度找正，在無縫鋼管與鉆桿接頭的配合處圓周方向間隔90°測量4個點，直至達到同軸度設計要求，并用電焊進行初步固定。

2）焊接。裝配、找正完成后，使用二氧化碳氣體保護焊對鉆桿接頭和無縫鋼管處進行圓周滿焊。

3）鉆孔。將鉆桿半成品安裝在搖臂鉆床工作臺上，使用φ36mm鉆頭在圓周方向間隔90°鉆4個深度為50mm的盲孔。

4）安裝定位銷。將長度40mm的定位銷與銷孔過盈配合安裝，將銷孔剩余部分用電焊填平[3]。

4 結束語

經過反復研究，依據現有設備能力實現了牙輪鉆桿的內部加工制作，降低了外購成本。鉆桿加工完成后，經過實際使用證明效果良好，牙輪鉆桿使用壽命顯著提高，平均使用壽命提高了6600m，最高可達21000m，每年可節省費用67.9萬元。