冲击回转钻进条件下硬质合金钻头柱齿磨损机理
硬质合金刀具切削金属材料的刀具磨损机理研究
硬质合金刀具切削金属材料的刀具磨损机理研究硬质合金刀具作为一种重要的切削工具，被广泛应用于金属加工领域。
然而，随着切削时间的延长，刀具表面会逐渐出现磨损，导致刀具性能下降。
因此，研究硬质合金刀具切削金属材料的刀具磨损机理对于提高切削效率和延长刀具使用寿命至关重要。
硬质合金刀具磨损机理的研究主要包括磨削磨损、切削磨损和化学磨损三个方面。
首先，磨削磨损是硬质合金刀具在切削过程中与工件表面接触而引起的磨损形式。
当硬质合金刀具与工件表面接触时，由于刀具与工件表面间的形状不匹配，产生了相对运动。
这种运动会导致刀具表面微小颗粒的脱落，从而使刀具表面出现磨削磨损。
磨削磨损的严重程度取决于切削速度、切削深度和工件材料的硬度等因素。
研究表明，磨削磨损是硬质合金刀具切削金属材料时常见的磨损形式之一。
其次，切削磨损是指硬质合金刀具在切削过程中由于高温和高压力等因素引起的磨损形式。
当硬质合金刀具与工件接触时，由于刀具与工件表面间产生的冲击力和摩擦力，刀具表面会出现塑性变形和微裂纹。
随着切削过程的进行，这种塑性变形和微裂纹会逐渐扩展，从而导致切削磨损的发生。
切削磨损的程度取决于切削工艺参数、切削速度和切削深度等因素。
因此，通过合理选择切削工艺参数和改善刀具的抗裂性能等措施，可以有效延长硬质合金刀具的使用寿命。
最后，化学磨损是指硬质合金刀具在切削过程中，由于与工件表面发生化学反应而引起的磨损形式。
刀具表面存在的化学元素，如铁、铝、钛等，会与工件表面的元素发生反应，形成粘附层。
这种粘附层会在切削过程中不断积累，并与刀具表面形成摩擦。
随着切削过程的进行，粘附层会逐渐加重，并可能导致刀具表面的剥离和断裂，从而产生化学磨损。
综上所述，硬质合金刀具在切削金属材料时会发生磨削磨损、切削磨损和化学磨损等多种磨损形式。
刀具磨损的机理与切削工艺参数、工件材料的硬度以及刀具自身的材料和制造工艺等因素密切相关。
因此，我们在实际应用中，应根据具体情况选择合适的刀具材料和加工工艺，以减少刀具的磨损，提高切削效率和刀具的使用寿命。
PDC钻头损坏机理及合理使用(李长录)
PDC钻头的损坏机理及合理使用李长录（中国石油集团公司海洋工程有限公司钻井事业部，天津，大港，300280）摘要：PDC钻头在软到中等硬度地层中具有很好的破岩性能，机械钻速高，使用寿命长，钻井工作效率得到了大幅提升，综合经济效益显著，因而在钻井工程中得到了广泛应用。
但是由于PDC 钻头对于使用地层和工作条件敏感性强，在砾岩层及软硬交错等非均质地层中未能取得良好的使用效果，因此有必要针对砾岩层的地层性质，研究其主要失效形式和损坏机理以便于合理使用PDC 钻头，进而提高其使用寿命。
关键词砾岩层PDC钻头损坏机理合理使用引言PDC钻头具有钻速快、效率高等明显的优势。
但目前的PDC钻头只能有效地钻进软到中硬的比较均质的地层，而在砾岩层和软硬交错的等非均质地层中，或钻速低，或寿命短。
因此了解PDC钻头的损坏机理及合理使用对于节省钻井成本具有非常重要的意义。
1.PDC钻头钻进砾石层损坏机理分析1.1PDC钻头钻进砾岩的失效形式分析对于PDC 钻头，主要有磨损和冲击损坏两种失效形式[1]（1）磨损复合片主要由两部分组成，上面是聚晶金刚石层，下部是起支撑作用的碳化钨基底，由于材料性质的不同导致它们之间存在着残余应力和内部缺陷，在切削齿与岩石产生的摩擦力的作用下，金刚石微粒会从基底脱落，从而导致切削齿发生磨损，又称为磨粒磨损或研磨性磨损。
磨损表现为复合片切削刃逐渐被磨钝，磨损面逐渐增大，钻头机械钻速逐渐降低。
与其他失效形式相比，磨损是一种相对稳定的失效形式，贯穿于整个钻头的工作过程。
磨损速度主要取决于切削齿的受力、切削刃与岩石接触面上的温度、切削速度、岩石研磨性以及切削齿的耐磨性。
（2）冲击损坏这种形式的钻头损坏是由作用在切削齿上的冲击载荷引起，表现为切削齿碎裂或金刚石层剥落等。
冲击损坏主要有两种形式：①崩刃崩刃表现为切削齿刃面上金刚石层碎裂，主要由切削齿上的切向载荷引起是最常见的冲击损坏形式。
钻头的大部分钻压和扭矩都施加于复合片切削刃上，受力面积很小，当钻头钻进比较硬或者非均质性较强的地层时，PDC 切削刃会受到较大的沿钻头切向的冲击载荷，由于复合片脆性大，从而导致切削刃发生破裂，其裂纹起源于金刚石层圆柱面上。
冲击回转钻进用钻头浅析
冲击回转钻进用钻头浅析摘要：冲击回转钻探方法，在地质勘探和工程勘察领域应用广泛。
要提高冲击回转钻探效率和质量，钻头的选择是十分关键。
作者长期从事地质钻探工作，经常采用冲击回转钻进技术，对冲击回转钻进钻头使用积累了一定的经验，现将自己的拙见进行简单介绍，希望能为钻探工作者带来帮助。
关键词：冲击回旋进；液动；气动；钻头冲击回转钻探是指用冲击和回转两种方式同时碎岩的钻探方法。
这种方法是在回转的钻杆下端和取心钻具之间装上一个潜孔冲击器，使冲击脉冲、轴向钻头压力和钻杆回转扭矩同时作用在钻头上，实现钻进取心。
这种钻探技术可以大幅度提高硬岩层钻速和进尺长度，能有效减少钻孔弯曲程度，同时降低钻探成本。
这种钻探通常由两种冲击器实现。
一种利用钻孔冲洗液能量驱动的冲击器，称为冲击回转钻探；另一种采用压缩空气驱动的气动冲击器，称为气动冲击回转钻探。
1.冲击回转钻进破岩机理。
冲击使接触应力瞬间提升，应力集中，岩石产生裂纹。
冲击速度越快，岩石脆性增大，裂隙发育增多，几十焦耳的冲击功就可以破碎坚硬的岩石。
在冲击回旋钻头上同时作用轴向静载、冲击力和回转力矩。
钻头刃具具有冲击碎岩和回转碎岩两个作用。
根据冲击和回转碎岩作用的主次，又将冲击回转钻进分为冲击-回转和回转-冲击两种碎岩形式。
1.1冲击-回转碎岩形式。
冲击-回转碎岩主要以冲击荷载碎岩为主，轴向静压力主要用来克服钻具的反弹力，改善冲击能的传递。
回转力矩主要是使切削具沿孔底剪切两次冲击残留的岩石脊峰。
如果能够拟定最佳回转速度的话，应该能够将中间凸起的扇形岩脊剪碎。
冲击器具有低频率，大冲击功，如：风动潜孔锤就属于这种。
利用这种冲击剪崩和回转剪切作用，造成脆性岩石大颗粒岩石的剥离。
随岩石脆性与硬度增大，碎岩效果愈加明显。
1.2回转-冲击碎岩形式。
回转-冲击碎岩是把高频低冲击功，加在一般回转钻进硬质合金钻头或金刚石钻头上。
主要用于小口径钻进，比如液动冲击器就属于此类。
回转-冲击钻进碎岩机理是：岩石受到高频冲击力后，一方面在刃具接触处产生应力集中，增大了破碎体积；另一方面在岩石内部分子被迫振荡而产生疲劳破坏并降低了强度，再加上轴向静压和回转切削，增加了破岩效果。
打井公司打井时常见的PDC钻头损坏原因
打井公司打井时常见的PDC钻头损坏原因1、地层中存在砾石2、地层硬夹层较多PDC钻头在钻进过程(guò chéng)中，从软地层钻至硬夹层，钻头冠部轮廊结构形状造成钻头相同部位的切削齿接触，地层的硬度（Hardness)不一样，使得钻头不同部位的切削割齿切削地层时受力不均，造成蹩钻、跳钻。
作用在钻头上的载荷大部分集中在切削硬夹层的切削齿上，而蹩钻、跳钻产生的瞬时截荷导致(cause)这部分切削齿因受力较大而破裂，特别在切削硬地层中的硬质点时，瞬时载荷足以造成切削齿的破裂。
PDC钻头水力参数(parameter)不适合使用PDC钻头时，若比水功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）选择(xuanze)过大，钻头体就受到严重冲蚀，若喷嘴布置位置（position )不合适，喷射的流体冲击井底后会反射直接冲蚀切削齿。
可以把地源热井理解为原来锅炉房的替代物，肯定算是构筑物，一般来讲，地源热泵井深埋在地下，不占用地上空间，地上部分可以当做绿化、健身场所、社区公园、停车场等，它不应该算建筑面积，但其成本支出肯定会体现到建筑面积销售单价上。
若比水功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）选择(xuanze)过小，对复合片清洗冷却(cooling)都不利，特别是在软地层中易造成钻头泥包。
在硬地层中易造成复合片的热加速磨损（零部件失效的一种基本类型）。
PDC钻头的选型。
根据“背、向斜”的原理；断层是难以取水的，断层面脆弱并有裂痕，水会下渗，自然而然，不论怎么打井，它是不会上涌的；“背斜”呈“凸”型，中间的岩石较硬而且高出平均厚度，这样的地点挖井，也是徒劳无益。
“背斜”山体的植被较稀，而苔藓类植被一般较为丰富。
“向斜”呈“凹”型，显然地，水渗入岩石底部，而从这上方打井，效果较好，不但工作量较少，而且水源不断。
主要功用为：①获取地下实物资料，即从钻井中采取岩心、矿心、岩屑、液态样、气态样等。
②作为地球物理测井通道，获取岩矿层各种地球物理场的资料。
硬质合金钻头是如何刃磨的
硬质合金钻头是如何刃磨的我最近在用最新式的整体硬质合金钻头，可钻头总有磨损的时候，在车间用普通砂轮根本磨不了，用金刚石砂轮也磨不动，需要反送回厂家刃磨，很费时间，谁知道厂家是用什么材料的砂轮刃磨的？硬质合金刀片硬度高、脆性大、导热性差、热收缩率大，通常应采用金刚石砂轮进行刃磨。
但因金刚石砂轮价格昂贵，磨损后不易修复，因此很多工厂仍采用普通砂轮进行刃磨。
在刃磨过程中，由于硬质合金硬度较高，普通砂轮的磨粒极易钝化，剧烈的摩擦使刀片表面产生局部高温，形成附加热应力，极易引起热变形和热裂纹，直接影响刀具使用寿命和加工质量。
因此，应采取必要措施防止刃磨裂纹的产生。
通过加工实践，总结出以下可有效防止或减少刃磨裂纹的工艺措施。
1 负刃刃磨法负刃刃磨法是指在刃磨刀具前，先在前刀面或后刀面上磨出一条负刃带。
硬质合金属于硬脆材料，刃磨时因砂轮振动使刀具受到冲击载荷，容易发生振裂；同时，磨削区的瞬间升温与冷却使热应力可能超过硬质合金的强度极限而产生热裂纹。
采用负刃刃磨法可提高刀片强度，增强刀片抗振性和承受冲击载荷的能力，并增大受热面积，防止磨削热大量导向刀片，从而减少或防止裂纹产生。
2 用二硫化钼浸润砂轮在常温状态下，将粉状二硫化钼与无水乙醇制成混合溶液，然后在密闭容器内（防止乙醇挥发）将新的普通砂轮浸泡在混合溶液中，14小时后取出，自然干燥18～20小时，使砂轮完全晾干。
经上述处理的砂轮内部空隙中充满二硫化钼，对磨粒可起到润滑作用，使砂轮排屑良好，不易堵塞。
试验证明，用二硫化钼浸润过的砂轮磨削硬质合金刀片时，磨削锋利，磨粒不易钝化，工件变形小，排屑顺畅，磨屑形状基本呈带状，可带走大部分磨削热，从而改善磨削效果，提高刀片成品率。
3 合理选用磨削用量若刃磨过程中摩擦力过大，可导致磨削温度急剧上升，刀片易发生爆裂，因此合理选用磨削用量十分重要。
常用的合理磨削用量为：圆周速度v=10～15m/min，进给量f纵=0.5～1.0m/min，f横=0.01～0.02mm/行程。
钻头磨损的技巧
钻头磨损的技巧钻头是工业生产、建筑装修、家庭维修等领域中使用频率较高的工具。
但是，随着钻头的使用时间增长，钻头会出现磨损的情况，如果磨损过度，不仅会影响钻头的使用效果，还会对钻孔的精度和钻孔的质量产生负面的影响。
因此，如何有效地保护钻头，延长其使用寿命，对于广大使用钻头的人来说是十分关键的。
下面本文将从以下几个方面探讨一些钻头磨损的技巧。
一、合理的钻头材质钻头材质对于钻头的磨损起着非常重要的作用。
通常常见的钻头材质有高速钢、硬合金等。
随着科技的不断发展，新型合金材料的出现变得越来越普遍，其中以钨钢合金、钨钢钴合金为代表的合金材质，比传统的高速钢材质更加耐磨、硬度更高。
二、正确的钻头使用方法钻头的使用方法是直接影响钻头寿命的因素之一。
在使用钻头时，应按照其适用范围和用途，选择正确的转速、切入角度等工艺参数。
尤其是对于硬合金钻头等特殊钻头，一定要在正确的条件下使用，以避免过度磨损和塑化等情况。
三、适当的润滑方式钻孔时适当喷洒一定的润滑剂或冷却液，有助于减少钻头与工件之间的摩擦，从而更好的保护钻头，延长其使用寿命。
常用的润滑剂有深孔油、液压油、水、切油液等。
四、研磨钻头当发现钻头磨损时，及时研磨可以延长其使用寿命。
研磨钻头时需要注意的是研磨方法不可过于强烈，以免钻头的温度过高，导致钻头硬度变化过大。
还要根据钻头材质进行不同的处理。
例如，对于高速钢钻头，可以先用低研磨压力进行预加工，再进行精加工，研磨后要对钻头进行质量检查，保证钻头的精度。
五、以旧换新当钻头使用寿命到达极限时，及时更换是最好的选择。
尽管此时采取其他的方法也可以延长其使用寿命，但其效果限制比较显著，而且用旧钻头再次使用存在很多安全隐患，比如，其强度必然降低，易发生折断。
综上所述，钻头是使用频繁的工具，其在使用过程中可能会存在磨损的情况。
但是，我们可以通过正确的使用方法、适当的润滑方式、及时的维护等手段，有效的延长钻头的使用寿命，巧妙的避免因钻头磨损造成的经济和生产效益损失。
第五章 冲击回转钻进
第二节 液动冲击器结构及作用原理
• 一、“正作用”类型液动冲击器 • (一)“正作用”类型液动冲击器原理 • “正作用”冲击器是以高压液流推动活塞 冲锤下行而进行冲击，而并借助弹簧力量 使其恢复到原来位置。如图 5-2所示。
• ―正作用”液动冲击器的工作过程如下： • 高压液流流向活塞冲锤5的顶部后，由于活 阀4封闭着活塞冲锤5的中间水路而截断了 液流通道。当不断流入的高压液流达到一 定能量时，便推动活塞冲锤5向下运动，使 其碰撞铁砧7产生一次冲击。
• 冲击回转钻进除可以提高钻速外，又因所需轴向 压力较小，转速较低，所以钻孔不易弯曲，孔内 事故少，材料消耗低，因此，是当前一种现实可 行的高效、优质、低消耗的钻进方法。特别是在 中等硬度以上的岩石中，其效率更为显著。 • 由于液动冲击器的类型不断增多，结构不断完善， 性能不断提高，磨料、钻头的品种不断发展，以 及相应的设备和辅助工具逐步配套，使冲击回转 钻的应用范围愈加广泛：
• 用此冲击器进行冲击回转钻进，除需配备耐高压 胶管和稳压器外，可基本上利用现有的常规钻探 设备和钻具级配，在易斜地层采用硬质合金冲击 回转钻进时，可将常规钻机附加减速装置，使转 速降低至20～40r/min时，能更好地发挥其防斜功 能和减轻管材磨损，有利于降低钻探成本和预防 孔内事故。在现有泥浆泵(如BW–250/50和BW– 250型)的能力下，钻进孔深可达450m，如采用压 力更高的泵，其钻孔深度还可增加。
• (六)用于反循环及各种工程勘察施工 • 目前，各种贯通式及非贯通式液、气动冲击器。已广泛用 于水力反循环连续取心钻进、气举反循环连续取心钻进中， 并在岩心勘探、工程勘察施中得到应用。 • 冲击回转钻进方法虽然应用日益广泛，但尚须进一步完善 和提高。 • 应当进一步研究冲击回转钻进的碎岩原理；研究、没计新 型的冲击器；研制用于坚硬岩层的大冲击功的冲击器，泥 浆钻进用的冲击器等；研究冲击器的设计和计算方法；设 计适应冲击回转钻进用的水泵及钻机；研究冲击回转钻进 用的钻头结构、硬合金的材质和形状及其镶焊方法；制订 合理的钻进工艺参数。
岩心钻探钻进方法4-冲击回转钻进
图7.8 W200型 无阀潜孔锤
1-上接头； 2密封圈； 3-弹 簧； 4-止逆塞； 5-垫圈； 6-密 封垫圈； 7-进气座； 8内缸； 9-外缸； 10-节流塞； 11-活塞； 12隔套； 13-导向套； 14-圆键； 15下接头； 16-钻 头
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7.3 冲击回转钻进用钻头
工程钻探
最优冲击夹角
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4.在不同岩石中的破碎机理
冲击回转钻进钻遇岩石性质不同时,静压力、回转扭矩和 冲击力三种外载荷在碎岩过程中发挥的作用不同.
◆在坚硬、脆性的岩石中钻进,岩石破碎主要是冲击 力的结果.
静压力因为不可能达到压入破碎岩石的应力要求,所以,它主 要的作用是克服冲击反弹,保证冲击能量的传递.
工程钻探
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1 冲击回转钻进工艺原理
1. 定义：
冲击回转钻进是钻头在静压作用下进行回转,同时施加 纵向冲击动载,从而形成以回转切削和纵向冲击相结合的碎岩 钻进方法.
一些冲击钻进〔如钢绳冲击钻进〕中虽然有孔内钻具或钻头的回转,但未主 动施加回转外载荷,只是变换冲击位置.所以将其划分为纯粹的冲击钻进.
特点：结构较复杂.采用差动运 动方式,必须有既滑动又隔压的 密封件,以使冲击器内部能形成 一个压力差,在铁砧部位设有" 节流环"、"下阀"等元件,在与 冲锤活塞中间部位和活阀上部 对工程应钻探的外壳处设有"呼吸道".从
图7.3 双作用液动冲击器 1-带孔的活阀座; 2-活阀; 3-外套; 4-支 撑座; 5-导向密封件; 6-塔形冲锤活塞;
7-导向密封件; 8-节流环; 9-砧子
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7.2.2.2 无阀式液动冲击器
6第六讲 冲击回转钻进技术
动强度大的原因
物体内部因外力所引起的应力状态，会随时间 以某一速度逐渐减弱(松驰)。所以当外力作用时， 如果由外力引起的应力增长速度超过了物体内部因 松驰而引起的应力减弱速度，则外力作用速度的影 响就会显示出来，此时岩石强度将与外力作用速度 有关。加载速度对岩石强度的影
19
22
23
24
射流元件
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伯努力方程 h1+P1/γ+V12/2g= h2+P2/γ+V22/2g
26
射 吸 冲 击 器
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无 阀 风 动 冲 击 器
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有 阀 风 动 冲 击 器
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35
T k 型 绳 索 取 心 冲 击 器
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水力反循环连续取心
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风 动 贯 通 冲 击 器
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取心钻头
扩孔钻头
40
二.风动潜孔锤钻头 1.硬合金柱齿 2.金刚石加强柱齿
一、液动冲击回转用钻头
1.硬质合金 特点：钻头体长
过流断面大 硬合金镶焊质量高
42
硬质合金钻头
43
金 刚 石 冲 击 回 转 钻 头
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稳 压 罐
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孔 底 气 囊 反 射 器
1
潜孔锤打击应力波形
m v F t
2
冲击回转钻进孔底碎岩过程
3
4
5
顶冲
潜孔
6
含有冲击碎岩的方式包括
1、液动冲击钻回转钻进 2、风动冲击回转钻进 3、钢绳冲击钻
三.动载荷作用下的岩石破碎机理
1.开始—边缘出现裂纹带(a) 2.脆性破碎第一形态(b) 3.脆性破碎第二形态(c) 4.脆性破碎第三形态(d)
回转钻进第一节硬质合金
工程钻探学课件
第一节 硬质合金钻进
二、硬质合金钻进的孔底碎岩过程
2、硬质合金切削具的磨损 1）切创具高度的磨损
y tg ( R r ) fPy ( R r )nt 2
2
y
2 fPy ( R r )nt ( R r )tg
h
工程钻探学课件
Py ( R r )tg
所使用的磨料，又分为硬质合金钻进、
钻粒钻进和金刚石钻进、牙轮钻进等。
工程钻探学课件
第三章 回转钻进钻头与工艺
工程钻探学课件
第三章 回转钻进钻头与工艺
第一节 硬质合金钻进 一、概述 硬合金钻进是地质勘探钻进中的一种常用的主要钻进方法。 硬质合金钻进：利用镶焊在钻头体上的硬质合金切削具作为碎
岩的工具的钻进方法。
Fy 0
所以
工程钻探学课件
（2）
sin 2 Py N 1 cos 2
（3）
第一节 硬质合金钻进
二、硬质合金钻进的孔底碎岩过程
1、硬合金切削具的碎岩过程 1）塑性岩石的碎岩情况 ①切入岩石的过程
根据切削具切入岩石的条件知：
式中：b—切削具的宽度；
工程钻探学课件
n一OA面上的法线应力
2、硬质合金切削具的磨损 1）切创具高度的磨损 当切削具高度磨损后，切削具
的切入深度减小。
由图可知，其实际切入深度为：
h h0 y
工程钻探学课件
第一节 硬质合金钻进
二、硬质合金钻进的孔底碎岩过程
2、硬质合金切削具的磨损 1）切创具高度的磨损 当转速为n (r/min)，时间为t
(min）时，则
二、硬质合金钻进的孔底碎岩过程
1、硬合金切削具的碎岩过程 1）塑性岩石的碎岩情况 ①切入岩石的过程 即： Py
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头工作原理
地质钻钻头是用于地质勘探和矿产开采的工具，其工作原理是利用旋转和冲击力将岩石破碎并进行钻孔。
具体工作原理如下：
1. 旋转力：地质钻钻头通过连接在钻杆上，由钻机或钻探设备提供旋转力。
当旋转力施加到钻头上时，钻头开始旋转，以增加钻进速度和穿透力。
2. 切削岩石：钻头的前端通常设置有硬质合金切削齿或钻具。
当钻头旋转时，切削齿会切削、破碎和磨损岩石，使得岩石颗粒被钻孔中的冲洗液带出。
3. 冲击力：钻杆与钻头之间通常会通过冲击装置传递冲击力。
冲击力能够帮助增加钻头的穿透力，尤其在遇到较硬岩石或其他障碍物时。
冲击力的施加方式可以通过液压冲击装置、压缩空气或电动力装置来实现。
4. 冲洗液：为了减少摩擦、冷却钻头和清除岩屑，冲洗液（通常为水、泥浆或稀土）被注入钻杆中，通过钻头孔洞进入岩层。
冲洗液的流动和压力有助于将破碎的岩石颗粒带至地面并保持钻索通畅。
以上即是地质钻钻头的工作原理，通过旋转、冲击和冲洗液的配合，钻头能够有效地钻进不同类型的岩石，实现地层分析和矿产勘探。
牙轮钻头硬质合金齿的有限元分析
牙轮钻头硬质合金齿的有限元分析作者：江钻股份有限公司涂关富硬质合金齿是牙轮钻头破岩的主要元件，也是决定合牙轮钻头钻速的主要影响因素。
在牙轮钻头使用的过程中，硬质合金齿的损坏是钻头主要的失效原因。
为此，我们必须提高牙齿的破岩效率，延长硬质合金齿的寿命。
为了达到这个目的，我们可以从材料和结构两方面改进。
对于如何改善硬质合金齿的结构，提高破岩效率，必须考虑其受力情况。
这里，我们用abaqus 软件来对不同硬质合金齿在同样的受力情况下进行分析，得出牙齿内部的变形和受力，为改进牙齿齿型提供了理论依据。
1、前言在钻井过程中，牙轮钻头的寿命主要取决于硬质合金齿的寿命，如何提高硬质合金齿的寿命，也正是我们项目开展的目的，我们的研究主要是从齿的结构入手的。
如何改善硬质合金齿的形状，提高破岩效率，得从硬质合金齿的受力分析开始。
由于硬质合金齿齿形和受力的复杂性，用有限元法来分析硬质合金齿的内力情况是比较有效的。
本文用有限元分析软件abaqus 对三种不同硬质合金齿进行了有限元分析。
2、力学模型在牙齿工作过程中，牙齿与井底接触时的受力情况比较复杂，牙齿随牙轮旋转，逐渐吃入岩石，刮削岩石，牙齿和岩石面的接触位置沿牙齿周向不断改变，牙齿接触面也不断改变，接触载荷也不断随之变化，所以载荷分布于牙齿齿顶面和牙齿的刮切面。
为了便于分析，我们只取了最简单的正面受压的情况分析。
硬质合金齿空间的有限元模型硬质合金齿的几何模型及其中一个的有限元模型：其中图（1）为I齿，图（2）为II齿，图（3）是III齿。
图（4）是III齿的有限元模型,采用四面体单元划分的网格。
另外两种的有限元模型与图（4）类似。
位移边界条件硬质合金齿的底面固定约束，镶入牙轮体内的硬质合金齿周面周向约束，允许有轴向位移。
牙齿物理力学特性牙齿材料是WC硬质合金，弹性模量，泊松比，抗拉强度，抗压强度，抗压强度是抗拉强度的倍。
3、结果分析加载工况在各个硬质合金齿齿顶部分加10KN的载荷。
硬质合金钻头的磨损与寿命预测模型研究
硬质合金钻头的磨损与寿命预测模型研究硬质合金钻头在矿山、建筑和石油钻探等领域广泛应用，然而，由于其长期使用会导致磨损和寿命减少，因此研究硬质合金钻头的磨损与寿命预测模型具有重要意义。
本文将探讨硬质合金钻头磨损机理、寿命预测方法以及相关研究进展。
一、硬质合金钻头磨损机理硬质合金钻头的磨损主要表现为刀片的磨损和刀齿的断裂。
这种磨损机理与工作环境的硬度、粘性、破碎性等因素密切相关。
刀片磨损会导致刀齿的破裂与倒角，进一步影响钻头的性能和寿命。
二、硬质合金钻头寿命预测方法为了提前预测硬质合金钻头的寿命，研究人员提出了多种预测方法，其中较为常见的有基于经验的方法和基于数学模型的方法。
1. 基于经验的方法基于经验的方法是根据过去的实验数据和经验总结出来的一种预测方法。
例如，研究人员通过对多次试验的总结，发现硬质合金钻头的寿命与转速、进给速度、切削深度等因素有一定的关系。
这种方法在实际应用中简单易行，但缺乏科学依据和准确性。
2. 基于数学模型的方法基于数学模型的方法是通过建立数学模型来预测硬质合金钻头的寿命。
这种方法较为科学，能够考虑更多的因素。
例如，研究人员通过测量钻头使用过程中的刀片磨损和切削力等参数，并结合材料力学和磨损学理论，建立了一套较为完善的预测模型。
这种方法能够提供更准确的预测结果，但需要更多的试验数据和理论依据。
三、相关研究进展针对硬质合金钻头磨损和寿命预测的研究，国内外学者进行了大量的实验和理论研究，并取得了一定的进展。
1. 实验研究研究人员通过设计合理的实验方案，并运用先进的实验设备和仪器，对钻头的磨损过程进行了详细观察和记录。
他们通过测量刀片的磨损量和切削力等参数，并结合统计学方法，分析了各个因素对硬质合金钻头寿命的影响。
这些实验结果为建立预测模型提供了实验依据和数据支持。
2. 理论研究在理论研究方面，研究人员结合材料力学、摩擦学、磨损学等理论，建立了复杂的数学模型，并通过数值计算和模拟仿真，对硬质合金钻头的磨损和寿命进行预测。
硬质合金加工技术及其相关磨损机理研究
硬质合金加工技术及其相关磨损机理研究引言硬质合金具有高硬度、高强度、耐磨性、耐腐蚀性等特点，因此被广泛应用于冶金、石油、机械等领域。
然而，由于其高硬度和脆性，加工和研究难度较大，其中磨损机理更是引起了广泛的关注。
本文将从硬质合金加工技术和相关磨损机理两个方面进行探讨。
一、硬质合金加工技术1. 制备工艺硬质合金的制备工艺一般包括粉末冶金法、熔融法和热压法三种。
粉末冶金法是通过将金属粉末和碳化物粉末混合后热压成型，再通过烧结得到硬质合金的制备工艺。
熔融法是指将金属和碳化物相混合后，在真空或者惰性气体下高温熔化，然后通过淬火或者压制得到硬质合金制品。
热压法是指将金属和碳化物混合物在高温和高压下直接压制成型，再通过热处理得到硬质合金。
2. 加工工艺硬质合金加工工艺一般包括切削加工、电火花加工和钻孔加工三种。
切削加工一般采用刀具材料为PCD或CBN的硬质合金刀具，通过车削、铣削、钻孔等方式进行。
电火花加工是指通过高频电压和热效应在硬质合金表面加工出所需要的形状和尺寸。
钻孔加工一般采用钨钢钻头或钻石钻头进行，在加工过程中需要适当的冷却液来保证钻头的寿命。
二、相关磨损机理1. 硬质合金磨损机理硬质合金磨损机理一般包括磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损三种：磨粒磨损是指磨料颗粒在磨削过程中产生的机械磨损。
在硬质合金的切削加工中，加工精度越高、表面越光滑，磨粒磨损越小。
黏着磨损是指在磨削过程中，加工棒表面与磨料颗粒之间的相互作用反应导致的磨损。
黏着磨损的产生和玻璃转移的机理相似。
疲劳磨损是指在切削过程中，破裂表面裂纹的扩展引起的磨损。
这种磨损机理主要反映了硬质合金的断裂韧性和疲劳寿命。
2. 硬质合金切削刃磨损机理硬质合金切削刃磨损机理一般包括磨损过程和磨损机理两个方面。
在切削过程中，刀具受到切削力和摩擦力的作用，产生磨损。
刀具磨损过程可以分为初期磨损、稳定磨损和加重磨损三个阶段。
初期磨损主要是由于刀具表面热量和热应力引起的表面疲劳裂纹的扩展和磨削介质的冲击磨损。
冲击 回转钻进
液动冲击回转钻进
其主要特点如下： （1）施加给钻头的冲击载荷作用时问极短，刃具与孑L底的接触应力瞬间达最大值，使岩石脆性 增加，有利于裂隙的扩展，产生体积破碎，钻进效率高； （2）高频脉动冲击有利于金刚石钻头的出刃，克服孕镶钻头“打滑”现象，提高钻速和钻头寿 命； （3）潜孔锤产生的高频脉动使岩心进入岩心管更顺畅，有利于防止破碎地层中岩心堵塞，提高 回次进尺，大幅度减少钻进辅助时间； （4）产生冲击载荷的液动锤组合在孔底钻具组合中，冲击能量传递损失少； （5）采用冲洗液作为驱动介质，有利于维护井壁稳定，适合于深孔和复杂地层钻进施工； （6）与纯回转钻进相比，冲击回转钻进可在小钻压条件下实现高效钻进，沿钻具轴向传递的冲 击力可减小软硬地层钻进时的效率差，减小钻孑L弯曲，提高钻孔质量。
气动冲击一回转钻进
归纳起来，气动冲击一回转钻进具有下述优越性： （1）动力密度小，对孔底岩石压力小，碎岩比功小，冲击能量大，钻进效率高，钻头寿命长； （2）有利于在无水、缺水地区和漏失地层钻进，不受季节限制，在冬季或冷冻地区可以使用； （3）空气介质对地层、岩心的污染小； （4）消除了冲洗液在钻进时对孔壁的冲刷，有利于孔壁的保护，可避免水敏性地层钻孔缩径、 坍塌以 及岩石天然结构的破坏。 气动冲击一回转钻进的不足之处在于： 气动潜孔锤钻进能力受空压机能力的限制，尤其是遇到含水层时，效果显著下降，当涌水量较大 时，因空压机能力不足，循环可能中止。
液动冲击回转钻进
液动冲击回转钻进是回转与冲击两种钻进方式组合而成的一种高效钻进方法，是近代钻探工程中 与绳索取心钻进、金刚石钻进并列的新技术之一，可用于硬质合金钻进、金刚石钻进及牙轮钻头 钻进。液动冲击回转钻进广泛应用于固体矿产岩心钻探、水文水井钻进、油气井和地热井钻进、 岩土工程施工、科学钻探等工程领域。
硬质合金钻进技术参数
■ 一般情况下, 在软岩石或采用小口径钻进时, 可用高转速；当钻进研 磨性大的岩石或深孔钻进, 以及大口径钻进时, 应适当降低转速。
三、冲洗液量
■ 冲洗液量是指钻进时送入孔内的冲洗液的量, 有时也称为送水量或泵量。
■ 硬质合金钻进时, 衡量冲洗液量的指标有: ■ 总泵量Q—指送入孔内的总流量L/min。 ■ 单位泵量q—指每单位钻头直径的泵量L/s·m
。 岩粉量来确定；同时, 还应考虑到冲洗 液的质量。这对钻进效率有很大影响。
■ （一）冲洗液量对钻进的影响 ■ 从理论上看, 增大冲洗液量, 对提高
钻速有一定好处；当冲洗液量不足时, 孔 底颗粒大的岩粉不能被冲起, 从而造成 孔底重复破碎量的增大, 使破碎效率下 降；同时, 过多的岩粉堆积, 也造成合 金散热不好, 使温度增高, 耐磨性降低； 有时还易引起堵水、憋泵的现象。但过 大的泵量会冲毁岩心或孔壁, 并使钻压 下降, 使钻速降低。当采用大泵量时, 则必须给予一定的重视。
■ 在实际生产中, 经常采用两次加压法。两次加压法是在回次初期一个 较短的时 间内, 以不大的钻压钻进, 待合金消除 镶焊质量造成的出刃误 差而适应了孔底 的条件后, 再加全压（额定钻压）钻进。这种加压方 法, 获得了较好的效果。通 常以YG8合金镶焊的钻头, 在初期加压阶段 可采用额定钻压的3/5左右钻进20～ 30min；对YG4C合金钻头, 则初期 加压 钻进约40min。
三 硬质合金钻进技术参数
■ 钻进规程：一般指钻压（轴向压力）， 转速（回转速度）和冲洗液量（泵量） 三个钻进过程中可以控制的工艺参数。
一、钻压
■ 钻压也称轴向压力。硬质合金钻进表示钻压的方式有: ■ 单位钻压或单位压力: 表示每颗（或每组）合金上应加的钻压（压
带冲击电钻的齿轮原理
带冲击电钻的齿轮原理
冲击电钻是一种电动工具，通过冲击机构将电机高速旋转转变为冲击力，用于钻孔或拧紧螺丝。
其原理如下：
1. 电动机：冲击电钻内置一个电动机，可以提供动力来驱动齿轮。
2. 齿轮传动：电动机输出的旋转动力通过一系列齿轮传动传递到冲击机构。
3. 冲击机构：冲击机构是冲击电钻的核心部件，主要由凸轮装置和锤钢组成。
- 凸轮装置：凸轮装置是一个偏心圆盘或套筒，安装在齿轮之间。
当电动机旋转时，凸轮产生偏心力，推动锤钢进行冲击；
- 锤钢：锤钢是冲击电钻的工作部件，它受到凸轮的偏心力作用，沿着齿轮轴线运动，在高速旋转的过程中产生冲击力。
4. 钻头或螺丝刀：在冲击机构下方安装一个钻头或螺丝刀，用于钻孔或拧紧螺丝。
冲击力通过钻头或螺丝刀传递到工件上，完成相应的操作。
总的来说，冲击电钻的齿轮传动原理是通过电动机驱动齿轮，再通过冲击机构将旋转动力转化为冲击力，通过钻头或螺丝刀将冲击力传递到工件上，实现钻孔或
拧紧螺丝的目的。
牙轮钻头工作原理
牙轮钻头工作原理
牙轮钻头是一种常用于岩石、混凝土等硬质材料钻孔的工具，它的工作原理主
要包括钻头结构、钻进过程和钻削原理三个方面。
首先，钻头的结构对其工作原理起着至关重要的作用。
牙轮钻头通常由钻头体、牙轮和钻杆三部分组成。
钻头体是整个钻头的主体部分，其内部有通道用于冲击钻进，外部则有牙轮的安装位置。
牙轮则是钻头的主要工作部件，其上面通常有多颗硬质合金牙齿，这些牙齿可以在钻进过程中对岩石或混凝土进行切削。
钻杆则是将钻头与钻机连接的部分，通过钻杆将旋转动力传递给钻头，使其能够旋转并完成钻进工作。
其次，钻头的钻进过程也是其工作原理的重要组成部分。
当钻头受到旋转动力
的驱动后，牙轮上的牙齿开始对岩石或混凝土进行切削。
同时，钻头体内的通道会不断向孔内喷射冲击液体，以冲击岩屑并将其带出孔外。
这样，钻头就能够顺利地完成钻进过程。
最后，钻削原理也是牙轮钻头工作原理的重要一环。
在钻进过程中，牙轮上的
牙齿通过旋转和切削作用，将岩石或混凝土切削成小颗粒，并随着冲击液体的喷射被带出孔外。
这样，钻头就能够完成对硬质材料的钻孔工作。
综上所述，牙轮钻头的工作原理主要包括钻头结构、钻进过程和钻削原理三个
方面。
通过对这些方面的深入理解，我们可以更好地掌握牙轮钻头的工作原理，从而更加高效地使用它完成钻孔工作。
第四章 冲击回转.
1-工作弹簧； 2-外壳； 3-冲锤活塞； 4-铁砧 反作用液动冲击器
岩土钻凿工艺学
反作用冲击器工作原理
（1）高压液流进入冲击器对冲锤活塞3产生作用，当冲锤活塞上下 端压力差超过工作弹簧1的压缩力和冲锤活塞本身的质量时，迫使 冲锤活塞上行，并压缩工作弹簧储存能量；与此同时，铁砧4的水 路被逐步打开，高压液流开始流向孔底，液压下降，冲锤活塞利用 惯性继续上行。 （2）当冲锤3上行到上死点时，冲锤下部的液流已畅通地流向孔底 ，工作室压力降低，由于冲锤活塞自身质量和工作弹簧释放储存能 量，便驱动冲锤活塞急速向下运动而冲击铁砧； （3）产生冲击作用的同时，由于冲锤活塞3与铁砧4相接触而又封 闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值，再次 作用于冲锤活塞，使其上行，开始第二个工作周期。
岩土钻凿工艺学
射流式冲击器特点： 1、射流冲击器除活塞与冲锤外无其他运动零件，也无弹 簧、配水活阀等易损零件，因而钻具工作可靠，使用寿命 较长； 2、冲锤向下冲击砧子时，没有自由行程阶段和弹簧对冲 击力的抵消作用，因而冲击器能量利用率高； 3、能适用于高温高压条件下的深井作业 ；
4、钻进中产生的高压水锤波比阀式小，钻具工作平稳。
岩土钻凿工艺学
冲程时,由于冲锤活塞顶部锥体与活塞套下端闭合,高
速液流被迅速切断而产生水击，上腔压力猛增；与此同时
，冲锤活塞下腔压力急剧下降，故上、下腔间压力差推动
冲锤活塞和活塞套向下运动。活塞套抵达行程下限后，冲
锤活塞因惯性继续向下运动，直至冲击砧子为止。此时，
通道完全打开，液流畅通，活塞套与冲锤活塞又进入下一
岩土钻凿工艺学
液动冲击器以高压水或泥浆作为驱动介质。尽管液
动冲击器1887年就获得专利，但实际到20世纪50年代，
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等［ａ．ｓ－１］。通过实验寻求冲击能量、硬质合金硬度、 ８．３６ ｋｍ，冲击了９６万次。钻头柱齿磨损５ ｍｍ。
硬质合金的Ｃｏ含量、相对自由行程等因素与硬质 相当于在每次冲击钻头时牙齿磨损约为０．００５ ２
合金柱齿耐磨性之间的关系。
肛ｍ，即钻头每冲击１９２次将产生１／ａｍ的磨损量，因
目前，采用模拟实验或生产实践中总结出的经 此，磨损掉一层硬质合金层需６００次的冲击（ＷＣ颗
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ－ｓｃａｌｅ ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＷＣ ｇｒａｉｎ—ｓｃａｌｅ ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ＷＣ ｇｒａｉｎｓ ｌ Ａｎｄ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｏｆ ＷＣ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ，ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｏｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ＷＣ ｇｒａｉｎｓ，ｔｒｉｂｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｂｉｄｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｗｈｙ ｔｈｅ ｂｕｔｔｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｔ ａｒｅ ｗｏｒｎ ＳＯ ｔｅｒｒｉＭｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｂｕｔｔｏｎｓ ｉｓ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ａｎｄ ｃａｕｓｅｓ ａ ｈｅａｖｙ ａｂｒａｓｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ｔｈｅ ＷＣ ｇｒａｉｎｓ ｃｒｕｓｈ ｔｅｒｒｉｂｌｙ．Ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｂｅｃｏｍｅｓ ｍｕｃｈ Ｉｏｗｅｒ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ａ ｈｅａｖｙ ａｂｒａｓｉｏｎ ｉｎ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｏｎ ｔｈｅ ｂｕｔｔｏｎｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｔｈｅ ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ＷＣ ｇｒａｉｎｓ；
收稿日期ｔ２０１０·０４—０２ 基金项ＩＩ ｌ中国地质调查局项目（１２１２０１０８１６０１８）Ｉ吉林大学“９８５工程”研究生创新基金项目（２００８０２４６） 作●简介ｌ朴金石（１９７ｌ－－），男．朝鲜民主主义人民共和国人．博士研究生．主要从事钻井工艺技术研究．Ｅ－ｍａｉｌｔ
ｐａｋｋｕｍｄｏｌ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ 通讯联系人ｉ殷琨（１９５２－－）．男．吉林长春人．教授．博士生导师．主要从事钻井工艺技术研究．Ｅ－ｍａｉｌｔ ｙｉｎｋｕｎ＠ｊｌｕ．
圈Ｉ Ｃ，Ｑ１３３反循环取样钻头柱齿磨损
ｎ各ｌ ｃ，Ｑ１３３他Ｖ㈣ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｍｒｓ ｂｕｔｔｏｎｓ Ｗｌ强．１９
１．３。４为边齿１２．５为中同柱齿１６为中心柱齿
损所占比重逐渐增加［３叱９１。这说明了钻头上硬质 合金线速度的大小是造成硬质合金柱齿磨损主要原 因。
图ｌ中钻头上每颗柱齿磨损程度和磨损方向均 不同。边齿的磨损最严重，钻头中心轴附近柱齿的
擦化学磨损等。分析了边齿因田转线速度大．磨损也增大．ＷＣ预粒的破碎和碎片释放量增大而磨耗严重
的机理；因ＷＣ颗粒的整体脱离使柱齿产生较大面积的磨损．导致钻进效率的大幅度降低Ｉ给出了钻头柱
齿必须及时加以修磨的合理使用方法。
关键词：扫描电子显微镜；机理；磨损Ｉ劣化ｌ硬质舍金柱齿Ｉ风动潜孔锤
中图分类号：Ｐ６３４．５
零磨损阶段在这期间可以产生变形，但没有
可测量的物质失去。把这一阶段末定义为零磨损极
限（可测量的磨损的初始点），即图５中的Ｎ。点。
－｜／ ｇ
Ｅ ＼
型
憨 嚣
錾
ｈｏ
ｌ
Ｉ
Ｉ
，
虬 冲击次数／次
圈５柱齿磨损速度与冲击次数之间的关系
Ｆｉｇ．５
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｒｉｌｌ ｂｕｔｔｏｎ ｗｅａｒ ｒａｔｅ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ
转钻井中，若对钻头磨损机理的研究不深入，将会导 在目前研究中，常提到Ｃｏ粘结剂研磨性丧失是重
致钻进效率及钻头使用寿命的下降，从而影响冲击 要的劣化机理，从本体到表面Ｃｏ的挤出往往先于
回转钻进方法在石油钻井等深井钻进领域的应用效 研磨性的丧失。粘结剂首先因混合岩石而脆化，然
果‘１制。
后因后续的冲击而粉碎［Ｉ引。
Ｆｉｇ．３
圈３ ４号柱齿（边齿）表面磨损 Ｗｅａｒ ｏｆ Ｎｏ ４ ｂｕｔｔｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｂｕｔｔｏｎ）
５～，柱街（中问柱衡）坑ｆｘ．的脚损 圈４ ５号柱齿（中间柱齿）的坑区的磨损 Ｆｉｇ．４ Ｗｅａｒ ｉｎ ｃｒａｔｅｒ ｏｆ Ｎｏ ５ ｂｕｔｔｏｎ（ｍｉｄｄｌｅ ｂｕｔｔｏｎ ｌ
验公式来表达钻头的磨损规律，仍然是研究钻头磨 粒粒径大约为３～５／ａｍ）。
损问题的可行方法。
对现场冲击凿岩试验钻头上镶嵌的硬质合金柱
齿进行表面显微分析，同时采用筛选和浮选的方法
对岩粉进行分离，选出被磨损的硬质合金碎屑；将２
种分析结果对照分析后，得出的磨损机理反映了硬
质合金磨损的实际状况。冲击凿岩钻头表面硬质合
ｅｄｕ．ｃｎ。
万方数据
１９６
，‘ｉ林大学学报（地球科学版）
第４１卷
０ 引言
文献Ｅ５３提出了柱齿表面上的岩石覆盖层、岩石 与合金材料混合区域和岩石穿透区域，岩石覆盖层
钻头硬质合金柱齿的磨｛｛，！与柱齿材料、岩石特 是由碳化钨（ＷＣ）颗粒、Ｃｏ、岩石的渗透物质构成的
性、钻井工艺方法、钻井参数等密切相关。在冲击回 特殊的复合物，这个层的性质决定合金磨损速度。
ｌ
硬质合金柱齿的磨损问题早就被国内外专家学
者所关注【３刮。磨损机理的研究方法通常是把复杂
风动潜孔锤钻进中硬质合金钻头磨损特 点
的磨损过程分解成几个主要过程，分别研究这几个 １．１ 硬质合金钻头表面磨损状况
主要过程的磨损规律，对主要规律进行综合分析，提
图１为石英岩中钻进６０ ｍ后的０１３３反循环
出磨损的物理模型，并运用数学表达式给出定量分 钻头磨损状况。钻头的冲击频率２０ Ｈｚ，转速为２５
金磨损机理主要有：冲击剥落、冲击疲劳、磨粒磨损、
热疲劳效应和塑性变形等。钻头柱齿剥落的碎屑呈
薄片状，其长度变化较大，但厚度变化不大，薄片的
大小取决于岩石的硬度及研磨性。根据潜孔锤钻头
柱齿磨损试验，很多研究人员提出：钻头硬质合金柱
齿的磨损量与距钻头中心距离呈线性或非线性关 系；靠近钻头中心位置处，主要为冲击磨损．磨粒磨 损相对较小；随着距钻头中心距离的加大，磨粒磨
摘要：减缓钻头硬质合金枉齿的磨损速度．砷提高钻头工作效率、延长钻头使用寿命、降低钻进成本等
具有重要高叉．在利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对钻头柱齿详细观测的基础上。提出了风动潜孔锤钻头硬
质畲金柱齿新的劣化机理和磨损机理。劣化机理包括混合规模裂隙的形成、ＷＣ颗粒规模裂隙形成和ＷＣ
颗粒的氧化和腐蚀；磨损机理包括ＷＣ曩柱的破碎和碎片释放、整体或部分ＷＣ颗粒的脱离、碳化物的摩
Ａｂｓｔｒａｃｔ ｌ Ｄｒｉｌｌ ｂｉｔ’Ｓ ｗｅａｒ ｒａｔｅ ｉｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔｏ ｒａｉｓｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｎｃｒｅａｓｅ ｂｉｔ’Ｓ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｏｓｔ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃａｕｔｉｏｕｓｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｐｒｅｓｅｎｔ ａ ｎｅｗ ｖｉｅｗ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ｒｏｃｋ ｄｒｉｌｌ ｂｕｔｔｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＤＴＨ ｈａｍｍｅｒ ｄｒｉｌｌ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ａ
万方数据
第１期
朴金石．等：冲击回转钻进条件下硬质合金钻头柱齿磨损机理
１９７
圈２钻头的硬质合金柱齿磨损的电镜照片
Ｆｉｇ．２ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｐｈｏｔｏ ｏｆ ａ ｗｏｌ＇ｎ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｔｂｉｄｅ ｄｒｉｌｌ ｂｕｔｔｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ Ａ．破裂的ＷＣ颗粒ＩＢ．氧化的ＷＣ颗粒，Ｃ．塑性变形的ＷＣ颗粒＃Ｄ．粘附的岩石碎片（黑色）ｆＥ．固定到表面的岩石层的坑
万方数据
１９８
吉林大学学报（地球科学版）
第４１卷
２ 硬质合金钻头柱齿的劣化和磨损机理
用ＳＥＭ对风动潜孔锤钻井的硬质合金钻头柱
齿的磨损状况进行详细观察，并综合先前的研究结
果，提出对硬质合金柱齿的劣化和磨损机理的新据，风动潜孔锤钻头柱齿
磨损与冲击次数之间关系见图５。
第４１卷 第１期 ２０１１年０１月
吉林大学学报（地球科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．４１ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１１
冲击回转钻进条件下硬质合金钻头柱齿磨损机理
朴金石，殷 琨，赵志强，范黎明
吉林大学建设工程学院．长春 １３００２６
析。磨损问题的研究主要基于实验研究和钻孑Ｌ工程 ｒ／ｍｉｎ。可以计算出钻头每回转一圈对孔底岩石进
实际观测２种方法。国内外研究人员用各种仪器， 行了４８次冲击并破碎３ ｍｍ岩石层（相当于钻进时
模拟硬质合金柱齿工作时的磨损状况，可分为：微钻 效４．５ ｍ／ｈ），边齿在钻头工作过程中相对岩石滑移
法、铣切法、冲击移动法、划螺纹线法、车切法 ０．４１８ ｍ。钻头进尺６０ ｍ后，边齿滑移直线距离为
１．零磨损１２．可测量的磨损