山特维克公司与凿岩钎具产品(一)
瑞典山特维克（Sandvik）公司是一个生产制造高科技工程设备产品的企业集团。该公司有三类主要产品在世界市场上居领先地位，即：山特维克特殊钢公司生产的不锈钢产品和特殊合金钢产品；山特维克•克洛曼特（Sandvik Coromant）公司的碳化钨硬质合金及金属切削工具和刀具；山特维克矿山与建筑工程机械公司生产的矿山工程机械，凿岩机械、挖掘及破碎机械、筛分输运机械，以及凿岩钎（钻）具产品。山特维克公司共有员工３.５万人，在世界各地１３０个国家设有生产制造工厂和贸易机构，生产的产品通过这些部门在世界市场销售，２００２年销售额５０亿美元左右。为了解山特维克公司，先将各主要部门概况介绍如下。
１ 山特维克公司主要生产部门概况
１．１ 特殊钢公司
山特维克特殊钢公司年产钢量约４０万ｔ，其中不锈钢产品约２０余万ｔ，特殊钢和工具钢产品近２０万ｔ。该公司有一台５０ｔ和一台７０ｔ电炉，生产工艺为电炉＋ＡＯＤ＋ＬＦ＋ＣＣ，产品９０％以上采用连铸，其连铸机示意图及主要参数见图１和表１。
少量锻件产品出于对规格和质量上考虑采用模铸。该公司大部分产品都是连铸造后直接加热送到轧机加热炉进行加热轧制开坯。不锈钢产品主要由３台卧式厚壁挤压管机组加工成无缝钢管或冷轧成薄板，特殊合金钢、工具钢由轧钢厂轧制成棒材和由中空钢专用轧机轧制成中空钢材，模铸锭则由快锻锤加工成各种部件。对于山特维克特殊钢公司的中空钢专用轧机，中空钢材及技术性能等，笔者已专题撰写过文章进行介绍，在此就不再叙述。
１．２ 山特维克•克洛曼特公司
山特维克•克洛曼特公司的主要产品是碳化钨硬质合金、各种优质金属切削工具（图２）以及各种模具。该公司在我国河北省廊坊市设有生产工厂。
１．３ 山特维克矿山与建筑工程机械公司
山特维克矿山与违筑工程机械公司是山特维克集团公司中的一个大公司。它是世界上采矿与建筑行业中凿岩机械和凿岩用硬质合金钎具的主要供应商，同时也为岩石钻探工程、矿石装载与传送、矿山破碎及散装物料输送等行业提供大量的产品与设备，其中仅凿岩钻机和凿岩钎（钻）具、铲运车辆年销售额就超过８亿美元。
山特维克矿山与建筑工程机械公司包含四个独立的部门，分别为：
（１）山特维克•汤姆洛克（Sandvik Tamrock）部
该部为山特维克矿山与建筑工程机械公司最大的部门。主要生产全液压凿岩钻车、井下铲运车、液压锤、凿岩硬质合金钎具、反井钻机刀具及配件。在我国凿岩工程中使用的Tamrock露天和地下凿岩液压钻车、Sandvik凿岩钎具和Rammer液压锤均由该部门生产。该部门主要生产工厂分别设在芬兰、法国、劢拿大、瑞典、巴西、南非、津巴布韦和印度等国家，共有员工：４０００人左右，年销售额８０多亿瑞典克朗（约７.８亿美元）；
（２��ＶＡ艾姆科（VA•Eimco）部
该部主要生产煤矿和其它软岩矿石凿岩设备，产品包括掘锚机、连续采煤机、悬臂掘进机、隧道全断面掘进机，以及各种硬质合金截齿。该部主要生产工厂设在美国、南非和澳大利亚，共有员工１３００人左右，年销售额近２０亿瑞典克朗（约１.７亿美元）；
（３）米申（Driltech•Mission)部
该部主要生产牙轮钻机、潜孔钻机、牙轮钻头、潜孔冲击器及潜孔钻头。该部在美国和奥地利生产牙轮钻机及钻头，产品采用商标为Driltech和BPI，在瑞典、美国、墨西哥和印度生产潜孔钻机和潜孔钻头，产品采用商标为Sandvik和Mission。共有员工５００人左右，年销售额近８亿瑞典克朗（约６５００万美元）；
（４）山特维克材料输送设备部（Sandvik Materials Handling）
该部主要生产粉碎机、筛分机、集料机、装卸设备及地下带式输送机。员工１０００人左右，年销售额近９.５亿端典克朗（约７５００万美元）。
２ 山特维克公司轻型凿岩机用钎具产品
在凿岩工程中，按照所钻凿的炮孔直径和炮孔深度，可分为小孔径炮孔（孔径≤５１ｍｍ）、中孔径炮孔（孔径５１～７６ｍｍ）和大孔径炮孔（孔径＞７６ｍｍ），以及浅孔凿岩（孔深≤６ｍ）、中深孔凿岩（孔深６～１５ｍ）和深孔凿岩（孔深＞１５ｍ）。每种凿岩方式都要配用不同的凿岩机械和凿岩钎具。手持式、气腿式轻型凿岩机械主要用于小孔径炮孔的浅孔凿岩，配套的钎具产品主要是整体钎杆和锥体连接钎杆和钎头。
２．１ 整体钎杆
整体钎杆是由钎头部、杆体部和尾柄部组成的凿岩工具，常用于小孔径浅孔凿岩作业。山特维克公司在２０世纪４０年代初就生产头部嵌镶硬质合金片的整体钎杆。从１９４７开始，该公司生产的整体钎杆在澳大利亚、欧洲、南非和南美等国家和地区得到大量使用。直到２０世纪６０年代中期，整体钎杆在山特维克公司钎具产品中一直是主要产品之一。
整体钎杆通常采用１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ六角中空钢制造，一端锻出钎尾，另一端锻出钎头，钎头顶部镶嵌硬质合金片，钎头的形状有一字形、十字形、Ｙ字形（三刃形）和球齿形等。山特维克公司早期整体钎杆及头部形状示意见图３。
在使用整体钎杆凿岩作业时，要根据所钻凿炮孔的深度采用不同的钎头直径、不同长度的钎杆组成的钎具组进行凿岩。由山特维克公司起草制定的凿岩钎具国际标准（ＩＳＯ７２１）中就规定了钎具组的优先系列，同时标准中对各种类型整体钎的选用也作了相应的规定。
由于一字形钎头整体钎的制造和修磨都比较简单。在致密型岩石中的凿岩效果也比较好。所以山特维克公司的产品中一字形钎头整体钎占了绝大多数，基本上是１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ杆体，钎头直径２２～４８ｍｍ，钎杆有效长度在８００～６４００ｍｍ之间。根据十字形钎头整体钎杆在节理发育岩石中凿岩平稳、卡钎故障少的特点，山特维克公司也生产一定数量的十字形钎头整体钎杆，而三刃形钎头、球齿形钎头整体钎因生产工艺原因生产量相对较少。
虽然整体钎杆具有钻凿速度快、钎头直径下限不受限制、使用性能稳定、综合技术经济效益较好等一系列特点，但这种钎杆成功使用的关键是杆体和钎头寿命的相互匹配，即当钎头直径磨损到报废直径时，杆体也基本上达到了使用寿命极限。山特维克公司在２０世纪８０年代中期对整体钎杆的研究基本上达到顶峰，在生产中对整体钎杆的制造采用了较完善的工艺，其产品也达到在坚硬花岗岩石中平均凿岩进尺１５９ｍ的较高使用寿命。山特维克公司一字形钎头整体钎杆的合金片采用１０ｍｍｘ１７ｍｍ、１０ｍｍｘ１９ｍｍ两种尺寸，产品经抛丸强化和内外杆体表面磷化防腐处理（如图４）。现在，山特维克公司基本上不再对整体钎杆作更深入的研究。
２．２ 锥体连接钎杆
锥体连接钎杆是分体式钎杆的一种形式。在２０世纪４０年代至５０年代末期近２０年时间内，世界上生产锥体连接钎杆产品的厂家很多，主要分布在南非、奥地利、芬兰、德国、法国、日本和瑞典等国家。到２０世纪８０年代中期，随着凿岩机械的变化，这些企业基本上都不再大批量生产锥体连接钎具，用于小孔径浅孔凿岩的钎具改用整体钎杆。据了解，目前仍生产锥体连接钎杆的钎具企业有瑞典的Secoroc公司，南非的Boart longyear公司，以及德国Krupp widia公司印度工厂。这些厂商生产的锥体连接钎杆全部配用球齿形锥体连接钎头和十字形锥体连接钎头。山特维克公司在瑞典工厂生产锥体连接钎杆的产量非常少，在收购英国Padley & Venables凿岩钎具公司后，改由该公司生产锥体连接钎杆，生产量也不多，生产用的中空钢材由山特维克公司供给。
目前市场上锥体连接钎杆的主要品种有１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ六角杆体、钎杆长度８００～６０００ｍｍ，连接锥度有４°４６＇、６°、７°和１２°等几种类型。
与整体钎杆相比，锥体连接钎杆的锥体与钎头锥孔连接处存在较大的能量损耗。国外凿岩钎具生产商曾用５０００次／ｍｉｎ的冲击频率对整体钎杆和锥体连接钎杆在冲击应力波传递过程中的损耗作过测试，冲击应力波在杆体中一次往返的能量损耗，锥体连接钎杆要比整体钎杆高５％，同时，试验还表明锥体连接处是钎具组中的薄弱环节，如果加工不当或配合欠佳就会在使用中增加破损的危险性。因此，山特维克公司钎具产品中从未把锥体连接钎杆作为主要产品，在该公司众多的凿岩钎具产品样本中，很少见到锥体连接钎杆的图片。
尽管轻型凿岩机用钎具不是山特维克公司主要的凿岩钎具产品，但该公司对产品的制造也十分重视，特别是在水针孔密封、领盘修磨和整体防腐处理方面都有自己的特点（见图５）。
３ 山特维克公司的螺纹连接钎具
随着工业技术的进步，高效率机械化凿岩作业成为凿岩爆破工程中的必然发展趋势，图６及表２表明从２０世纪４０年代至７０年代凿岩机械的变化过程和生产效率对照。在工业发达国家，凿岩钻车已经成为主要的凿岩机械，与钻车配套使用的螺纹连接钎具也成为主要钎具产品。
螺纹连接钎具是通过螺纹将钎尾、钎杆、套管、钎头连接成一个凿岩钎具系统，与凿岩钻车上的导轨式气动凿岩机或液压凿岩机配套进行中深孔凿岩作业。螺纹钎杆的杆体尺寸主要有２５ｍｍ、２８ｍｍ、３２ｍｍ、３８ｍｍ、４５ｍｍ六角形杆体，以及３２ｍｍ、３８ｍｍ、４５ｍｍ、５１ｍｍ和６０ｍｍ圆形杆体等几种类型。螺纹连接钎杆对所用螺纹的基本要求是连接紧密、能量传递效果好、耐磨性强、拆卸方便等。目前螺纹连接钎杆的螺纹形式主要有波形螺纹（Ｒ螺纹）、梯形螺纹（Ｔ螺纹）、双头螺纹（Ｃ螺纹）、复合螺纹（ＧＤ螺纹或ＨＬ螺纹）四种（见图７），其中较常见的为波形螺纹和梯形螺纹。
波形螺纹主要用于杆体直径３２ｍｍ以下钎杆的连接，这种螺纹不适用大功率液压凿岩机用钎杆，因为过大的冲击功、回转扭矩和推进力会使波形螺纹过度拧紧而出现拆卸困难现象。
梯形螺纹是山特维克公司以专利形式发明的一种螺纹。其特点是，拆卸及耐磨性能都比较好，使用寿命也比较长。与波形螺纹相比，梯形螺纹有较大的螺旋角，其螺距随直径增大而增长，以达到平衡螺纹松紧度的目的。这种螺纹在３８ｍｍ、４５ｍｍ杆体直径的螺纹连接钎具中广泛使用。要使梯形螺纹有高的使用寿命，就必须按高精度公差制造，并要求有很高的表面粗糙度。
Ｃ螺纹主要用于杆体直径５１ｍｍ或５７ｍｍ的钎杆，为双头螺纹，其螺纹剖面角与梯形螺纹相似。
复合螺纹亦称反锯齿螺纹，是美国Gadner—Denver公司发明的，可用于２５～５７ｍｍ杆体直径钎杆的连接，其特点是容易拆卸，但冲击能量传递效果不十分理想。除美国、日本几家钎具制造公司曾经采用过外，复合螺纹在螺纹连接钎具中应用不是很广泛。
螺纹连接钎具是山特维克公司主要产品之一，生产工厂基本上都集中在瑞典的山特维肯（Sandviken）市。该公司的螺纹连接钎杆品种繁多，规格尺寸各异。就产品用途而言，可分为地下采矿钻车接杆钎杆、地下凿岩钻车掘进钎杆和露天凿岩钻车接杆钎杆三大类。
３．１ 地下采矿钻车接杆钎杆
在地下金属矿山开采过程中，一般包括开拓平巷、回采凿岩、上向梯段回采、运输提升和回填几个阶段。在回采过程中的凿岩爆破崩落法采矿中，大型地下金属矿山大都采用地下采矿凿岩钻车进行作业，螺纹连接接杆采矿钎具是用于该类型采矿钻车的主要凿岩钎具产品。
山特维克公司生产的地下采矿钻车用接杆钎具主要有３２ｍｍ波形螺纹钎具组、３８ｍｍ梯形螺纹钎具组、４５ｍｍ梯形螺纹钎具组和５１ｍｍ梯形螺纹钎具组几种类型，其钎具组合形式见图８。
目前国外大型金属地下矿山开采爆破的发展趋势是大孔径、中深孔快速凿进。在地下矿山用量较多的Solo200C型和Solo200F型全液压采矿钻车所用的Tamrock HL1000S型液压凿岩机冲击功２５ｋＷ，回转扭矩１３８０Ｎ•ｍ；HL1500LH型液压凿岩机冲击功达３０ｋＷ，回转扭矩２３３０Ｎ•ｍ，钻凿炮孔直径７６〜１２７ｍｍ。为了适应大功率凿岩机，同时保证中深孔钻凿孔的平直度和快速换钎杆的需要，山特维克公司的采矿钎具产品种类以４５ｍｍ、５１ｍｍ钎具组为主，钎杆全部为ＭＦ接杆钎杆和ＭＦ导向钎杆，长度１５２５ｍｍ和１８３０ｍｍ，凿岩钎头全部为７６ｍｍ、８９ｍｍ、１０２ｍｍ球齿钎头，以及１２７ｍｍ重型球齿钎头和重型易返导向球齿钎头。
３．２ 地下掘进钻车用钎杆
地下掘进钻车广泛用于地下金属矿山的平巷掘进爆破孔凿岩以及大型隧道工程、地下厂房工程等施工项目中。掘进钻车具有钻孔速度快、经济性和安全性好的特点，能进行掘进爆破孔、掏槽孔、锚杆支护孔、管棚施工、超前钻探等多项作业，因此在凿岩工程中是一种使用量较多的凿岩机械。掘进钻车用钎具也是山特维克公司螺纹连接钎具产品中的主要品种之一（见图９）。
凿岩钻车掘进钎杆通常选用六角形杆体，因为与同等截面的圆形钎杆相比，六角形杆体具有更大的强度与刚性。同时为了保证冲击能量的有效传递，凿岩机活塞和钎尾的截面积要尽可能接近。同样，掘进钎杆连接端的螺纹尺寸也要和凿岩机钎尾螺纹一致，这样才能保证凿岩机活塞—钎尾—钎杆截面尺寸的最佳配合。
另外，在现代掘进凿岩以及钻凿锚杆孔凿岩作业中，为达到理想的凿岩速率和经济性，多采用小直径钻头凿岩。因此，为满足掘进钎杆连接端与凿岩机钎尾螺纹的配合，又要满足工作端与小直径钎头的配合，掘进钎杆中有很大一部分产品是将钎杆尾端镦粗加工螺纹，而将钎头端杆体加工成有圆滑过渡细长段后，再加工直径小于杆体的螺纹，例如Ｒ３８－Ｈｅｘ３５－Ｒ３２ｘ５５２５ｍｍ掘进钎杆。一般来说，采用这种方式设计的钎杆能承受较大的凿岩机冲击功和转钎扭矩，同时也能在掘进工程中钻凿较小直径的炮孔。山特维克公司主要掘进钎杆示意图及尺寸见表３。
３．３ 露天凿岩钻车用钎杆
在露天凿岩工程中，中大孔径深孔全液压凿岩钻车是使用量最多的凿岩机械之一。从世界三家主要的凿岩机械制造商（瑞典Atlas Copco公司，Sandvik Tamrock公司，日本古河公司）销售的凿岩钻车种类看，露天凿岩钻车占了总量的２／３以上。因此，露天凿岩钻车用接杆钎具产品是山特维克公司最主要的钎具产品之一。
露天凿岩钻车多为单臂结构，在中深孔凿岩时需不断加长接杆钎杆，钻车的推进臂上都配有自动换钎机构，可存储６支接杆钎杆。现在露天凿岩钻车所使用的钎杆基本上是Ｄ３８、Ｄ４５、Ｄ５１、Ｄ６０圆形杆体的ＭＦ接杆钎杆。同时为保证深孔凿岩中的炮孔平直度，也可在接杆组中加入１支或２支导向接杆钎杆。山特维克公司露天钻车用接杆钎杆示意及尺寸见表４。
３．４ 球齿硬质合金凿岩钎头
凿岩用球齿硬质合金钎头是２０世纪７０年代后随着液压凿岩机的发展而出现的一种凿岩钎头。这种钎头在凿岩作业中表现出的工作效率高、钻凿速度快、特别适用于大功率液压凿岩机等特点，很快受到钎具生产企业的重视，所以发展十分迅速。山特维克公司对球齿钎头的研究与开发十分重视，在向国际市场推出第一批球齿钎头的产品广告中，就将球齿钎头称为“大功率液压凿岩机的理想配套钎具”。现在，球齿硬质合金凿岩钎头是山特维克公司主要的系列钎具产品之一。也是在国际市场上享有盛誉的凿岩钎具产品（见图１０）。
硬质合金方面的优势是山特维克公司球齿钎头在国际市场上取得成功的关键因素之一。克洛曼特公司生产的凿岩硬质合金具有耐磨性能好、抗压强度高、导热性能理想，以及可通过合金自身微量塑性变形吸取能量、达到提高韧性目的等特点，特别是在２０世纪９０年代投产的ＤＰ系列凿岩合金球齿钎头，对推动球齿钎头的发展起了巨大的作用。