山特维克公司与凿岩钎具产品(二)
４ 山特维克公司螺纹钎具方面的研究发展
山特维克公司钎具生产系统建有完整的科学研究发展体系，对螺纹连接凿岩钎具不断进行从岩石力学、冶金技术、震动动力学、能量传递以及几何结构方面的研究。因此，它的产品质量不断提高，品种不断更新。现将该公司近期的几类产品简介如下。
４．１ Sandvik Alpha330掘进钎具
随着液压技术的发展，现在用于地下掘进钻车上的液压凿岩机输出功率都在２０ｋｗ以上，快速凿岩已成为掘进钻车的发展方向。Alpha330就是山特维克公司为适应大功率液压凿岩机而推出的掘进凿岩钎具产品（见图１３）。
为方便钎具的装卸，在螺纹连接钎具中的螺纹配合公差范围都相对较大，同时在凿岩过程中螺纹也容易产生磨损。这些现象都会使钎具的连接螺纹松动，导致螺纹部分产生较大的弯曲应力。Alpha330钎具王要用于４５～４８ｍｍ炮孔的掘进凿岩。从其结构看，该钎具是利用减少螺纹长度、增加螺纹根部端杆体体积、同时加大钎头内孔与杆体的定位长度，达到增加钎杆抗弯刚度的目的（见图１４）。
山特维克公司认为，Alpha330钎具的特点是有短而坚实的螺纹和独特的钎杆／钎头连接部，这种设计方式具有很好的抗弯曲应力效果，同时也改善了钎头的导向性和能量传递性能。用先进的ＦＥＭ分析仪对钎杆／钎头连接部的弯曲应力模拟分析见图１５；Alpha330钎杆和普通掘进钎杆受弯曲应力影响对比示意见图１６。
山特维克公司Alpha330钎杆在澳大利亚、加拿大、芬兰以及瑞典的矿山和试验场地作过试验，得出的结论是：钎杆的使用寿命增加了３０％～８０％；减少了停机时间；钎具系统有较高的能量传递效果；开孔时精确度高，成孔精度好；钎头装卸容易，平均使用寿命有所增加。
４．２ 露天凿岩钻车用ＭＦ接杆钎杆
露天凿岩钻车用钎具是山特维克公司凿岩钎具产品中产量最大的品种。因此，该公司对ＭＦ接杆钎杆的生产、研制和发展非常重视。
山特维克公司认为，露天凿岩钻车的高效率凿岩，只能通过最大限度利用凿岩机的能量破碎岩石来实现，而冲击应力波在钎杆系统中的传递状态，是影响凿岩效率的关键因素。现在，大功率凿岩机活塞每一次打击钎尾，都将产生２０ｔ左右的冲击能量，这些能量转化为冲击应力波，以每秒５０００ｍ的速度传递，因此，凿岩钎杆平稳高效地传递冲击能量是非常重要的。图１７显示的为Ｔ３８－Ｒｏｄｓ－Ｔ３８普通接钎杆和Ｔ３８－ＭＦＲｏｄｓ－Ｔ３８ＭＦ接杆，配用７６ｍｍ球齿钎头凿岩过程中，冲击应力波在钎具系统中的传递状态。从图１７中可以看出，ＭＦ钎杆的应力波传递是很平稳的，这也就意味着ＭＦ钎杆在能量传递过程中的能耗大大低于普通钎杆。
山特维克公司认为，ＭＦ接杆钎杆代表着今后一段时期内露天凿岩钻车用接杆钎杆的发展方向，对ＭＦ接杆钎杆的研制和试验工作投入很大，十多年来不断有新型的产品推向市场。近几年来，该公司又推出两种新的ＭＦ接杆钎杆，一种是用于Sandvik—Tamrock公司Ranger Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７系列液压凿岩钻车用Tough系列ＭＦ接杆钎杆（其产品图及在凿岩试验室进行钎杆性能极限状态试验情况见图１８）；另一种是用于超大功率液压凿岩机的GT60大直径杆体ＭＦ接杆钎杆，见图１９。
在凿岩工程中，许多孔径≥１２７ｍｍ、孔深≥１５ｍ的炮孔是采用ＤＴＨ高风压潜孔钻孔完成的，GT60钎具就是为钻凿孔径９０～１５２ｍｍ的深孔而推出的液压凿岩机钎具产品。据山特维克公司称，在钻凿大孔径深孔时，GT60钎具钻孔平；直度与ＤＴＨ高风压潜孔钻具一样平直，而凿岩速度却是高风压潜孔钻具的两倍。
GT60 ＭＦ接杆钎杆的杆体直径为６０ｍｍ，其杆体截面与传统的５１ｍｍ ＭＦ接杆钎杆比较，GT60钎杆的杆体截面增加了４０％，抗弯刚度提高了６５％，同时，冲击应力波在杆体中传递形状更加平稳。在实际凿岩使用中，配用GT60专用钎头（见图２０）的GT60钎具的钎杆，凿岩机钎尾寿命，均比普通的５１ｍｍ钎杆大１倍以上。GT60与Ｔ５１钎杆凿岩效果比较见图２１。
４．３ 球齿硬质合金凿岩钎头
凿岩球齿钎头是钎具组中最后的部件，也是直接对岩石做功的工具产品。不同的岩石需要选择不同类型的球齿钎头，各种形状的钎头对同一种岩石的凿岩阻力是不同的。山特维克公司是世界上最大的球齿硬质合金凿岩钎头生产厂家，该公司在１０多年前就将“岩石凿碎阻力（ＲＰＲ）”理念引入到球齿钎头的设计中。即用物理方法，以ｋＮ／ｍｍ为单位测量各类岩石的凿碎阻力，再标定不同形状的钎头对于某种特定岩石的凿岩阻力的ＲＰＲ值，将其输入计算机凿岩效率模拟ＣＡＳＥ程序系统，把凿岩效率定义为岩石凿碎阻力ＲＰＲ的函数，再配合各种凿岩钎具组其它性能参数，就形成了最佳凿岩效果模拟系统。多年来，山特维克公司依据这种设计理念研制了许多不同类型的球齿硬质合金凿岩钎头，同时也将这套系统用于凿岩钎具的销售领域。只要将凿岩工地使用凿岩钻机的凿岩机型号、岩石类型、钻孔直径和使用钎具组的代码输入计算机，ＣＡＳＥ模拟系统便会给出最佳的凿岩钎具系列组合和凿岩球齿钎头的类型。
山特维克公司认为，球齿钎头的ＲＰＲ值主要取决于钎头端面的设计形式、硬质合金齿的形状和耐磨性能。现在该公司的球齿钎头都选用ＭＰ系列和ＤＰ系列硬质合金齿，在齿形、钎头端面以及钎头裙部设计方面也有许多进展，其中较有代表性的为ＣＡＰＰ黑标（Black Label）球齿钎头系列产品（图２２）。
黑标球齿钎头系列产品主要用于露天凿岩钎具；采用改进形状的球齿和弹齿合金，钎头直径５１～１５２ｍｍ。该钎头采用的球齿硬质合金齿冠形状，既不是球齿，也不是弹齿，而是介于二者之间的一种有更好圆弧形状的球齿（见图２３），山特维克公司称之为ＣＡＰＰ钎头用超级球齿（Super spherical）合金，适用于中硬岩石至极坚硬岩石（２５０ＭＰａ），以及非磨蚀性和强磨蚀性等多种类型岩石的凿岩作业。
黑标钎头采用的弹齿为ＤＰ５５系列合金，齿冠为改进型弹齿（见图２４），山特维克公司称之为坚固弹齿（Robust ballistic）。这种齿形的合金适用于软岩至中硬岩石（≤２００ＭＰａ），以及非磨蚀性至轻微磨蚀性岩石，在凿岩过程中有较高的凿进速率。几种典型的黑标系列球齿钎头如图２５所示。
５ 山特维克公司高风压潜孔钻具
高风压潜孔凿岩钻具，是在露天凿岩、水电坝体工程、地下厂房开挖、水井钻探以及井下矿山施工中，钻凿大孔径炮孔及锚固孔时经常采用的一种凿岩钻具。近２０年来，潜孔钻具不断向着高风压、大风量、高工作频率的方向发展，潜孔冲击器和潜孔钻头的工艺技术也有重大改进。山特维克公司的高风压潜孔钻具主要由位于瑞典的Sandvik工厂和位于美国得克萨斯州的Mission工厂两个部门生产，产品有高风压潜孔凿岩钻具和高风压潜孔偏芯跟管钻具两大类。
５．１ 高风压潜孔钻具
山特维克公司生产的高风压冲击器有Hammerdril XL系列、Mission系列以及Silverdril系列几种型号，其中Mission系列是市场上常见的一种高风压潜孔冲击器，其结构示意见图２６，特性参数见表５。
Mission系列冲击器配用潜孔钻头直径为９０－３０５ｍｍ，钻头端面形式有凸面、平端和凹面三种形式（见图２７），其中凸面型配用ＤＰ６５球齿合金和ＤＰ５５弹齿合金，平端型配用ＤＰ６５球齿合金，凹面型配用ＤＰ６５球齿合金和ＤＰ５５弹齿合金。
在高风压潜孔钻具凿岩中，钻具的工作效率、工作可靠性和操作简便是非常重要的。在这种理念的指导下，山特维克公司向市场推出了Hammerdril XL系列潜孔冲击器（见图２８），该系列冲击器的特点是通过加大活塞，直接优化冲击能量传递，使凿岩穿孔速度更快。与Silverdril系列冲击器相比，在工作压力为０.６～２.５ＭＰａ时，Hammerdril XL冲击器的凿岩速率提高了１５％～４０％。
Hammerdril XL系列冲击器可采用更换配气阀方式，在２０％的范围内调节冲击器的耗气量，能在不同供气量的空压机条件下进行最大工作压力的凿岩，同时具有上接头／配气阀一体的可更换阻气塞，当需要时可额外加大排粉能力。该冲击器结构示意及特性见图２９和表６。
５．２ 高风压潜孔偏芯跟管钻具
在大孔径锚固孔、勘探爆破、公路施工和大型露天矿山剥离层工程中，常常需要在岩土层、履盖层以及断裂带岩土层钻凿炮孔，目前，适用于这种地质条件钻探的凿岩钻具只有潜孔冲击器偏芯跟管钻具。
在凿岩过程中，偏芯潜孔钻头与冲击器连接，冲击器与内钻杆连接，回转头驱动内转杆回转，用正回转方式偏芯扩孔，钻头伸出，在孔内钻凿中心孔及扩孔周围的孔壁岩层，同时钻机施加轴向推力使套管跟进，在套管跟进到达要求孔深或坚固岩石层后，把内钻杆与偏心扩孔钻头反转，使扩孔钎头收进中心位置，从套管内抽出。如果对孔底硬岩层需要继续钻凿，则可更换其它合适直径的常规潜孔钻头继续钻凿（参见图３０），当钻孔完成后，利用拔管器将套管从孔内提出。
山特维克公司是最早发明偏芯跟管钻具工作法（称为TUBEX法）的企业。现在该公司主要生产两种系列的产品，即由Sandvik工厂生产的TUBEX系列高风压偏芯潜孔钻头和由Mission工厂生产的TUBEX XL系列高风压偏芯潜孔钻头（见图３１）。近年来，山特维克公司对高风压偏芯潜孔钻头的一些技术改进参见图３２，两种钻头配套的高风压冲击器型号见表７。
山特维克公司在凿岩钻具产品领域还有许多类型的产品，例如：各种型号的采煤机截齿，工程机械用截齿，各种岩石锚固钻具，各种型号液压破碎锤用镐钎，随道掘进机（ＴＢＭ）破岩滚盘用滚齿，各种直径反井钻机用滚齿，以及牙轮钻头等。这些产品组成了完整的凿岩钻具产品体系。由于有些产品在国内钎具生产行业内没有生产或仅处于起步阶段，加之文章篇幅有限，在此就不再叙述，今后视国内钎具企业生产情况再专题撰稿介绍。
６ 结语
（１）从山特维克公司的产品系列可以看出，该公司非常重视产品的深加工。从原料生产到最终工具类产品的制造，山特维克公司总是千方百计地延伸产品的生产种类，利用收购和控股其他小型钎具企业的方式不断扩大自己的生产规模。这种运作方式不仅提高了产品的附加值，也给企业发展带来益处。
（２）从山特维克公司的产品种类可以看出，凿岩钎（钻）具是涉及众多品种的大系列工具类产品，也是与凿岩机械、凿岩硬质合金有着紧密联系、相互配套发展的产品。
（３）山特维克公司的Alpha330系列掘进凿岩钎杆、Tough系列ＭＦ接杆钎杆、GT60 ＭＦ接杆钎杆，有可能代表着今后地下液压掘进凿岩钻车和露天液压凿岩钻车用钎杆的发展方向。
（４）球齿硬质合金耐磨损性能是保证钎头使用寿命的重要因素之一。在保证凿岩穿孔速率的前提下，适当增加球齿的齿冠体积，对提高钎头的使用寿命有益。山特维克Black Label球齿钎头用合金齿形有借鉴之处。目前，国内硬质合金球齿只有球齿、弹齿和抛物线齿等几种齿冠形状，进一步开发其它形状齿冠的硬质合金球齿，应引起硬质合金行业的重视。