新型环嵌式PDC钻头几何特性与三维破岩力学研究

• 作者: 刘刚 刘思璐 刘焱秋 周坤 孙烨 杨佳俊 田家林 黄军航
• 来源期刊: 工程设计学报
• 学科: 工学
• 关键词: PDC 磨损机理 切削齿 机械钻速 破岩
• 年，卷（期）: 2017,（1）
• 所属期刊栏目: 建模、分析、优化和决策
• 页码范围: 66-72
• 页数: 7页
• 分类号: TE921
• 字数: 3186字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2017.01.010

摘要

为克服现有一体式金刚石复合片受冲击后聚晶金刚石层大面积剥损脱落、钝化严重的不良现状,而导致复合片切削功能快速丧失的问题,提出一种新型嵌入式聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC).基于均布式的设计理念,结合正六边形中的三角稳定性质,设计出六齿环绕中心齿的环嵌式复合片,并将其镶嵌在新钻头的肩部.同时,结合现场试验,将新型PDC钻头与常规PDC钻头进行对比.研究结果表明:嵌入齿与硬质合金母体通过钎焊焊接,既发挥了聚晶金刚石层的高度耐磨性,又较好地结合了硬质合金母体良好的抗冲击性能;与常规金刚石复合片相比,环嵌式PDC在破岩过程中具有较强的地层"吃入能力",各磨损阶段均有不同的聚晶金刚石层参与破岩,有效避免了一体式复合片的应力集中现象.根据建立的环嵌式PDC三维切削力学分析模型,求解了岩体在剪切力作用下的局部位移和应力.通过嵌入方案的调整,可将磨损规律分析模型应用于其他组合方式的新型金刚石复合片.研究结论对聚晶金刚石复合片的磨损规律、切削性能及新型PDC钻头的研究具有重要的参考价值.