新型环嵌式PDC钻头几何特性与三维破岩力学研究
本文选题:PDC + 磨损机理 ; 参考:《工程设计学报》2017年01期
【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.
[Abstract]:In order to overcome the problem that the polycrystalline diamond layer has been stripped and shed in a large area and passivated seriously after the impact on the existing monolithic diamond composite sheet, the cutting function of the composite sheet has been lost rapidly.A new type of embedded polycrystalline diamond composite sheet polycrystalline diamond compact (PDC) is proposed.Based on the design concept of uniform distribution and the triangular stability of hexagonal, a hexagonal annular composite with six teeth encircling the center tooth is designed and embedded on the shoulder of the new drill.At the same time, combined with field test, the new PDC bit and conventional PDC bit are compared.The results show that the high wear resistance of the polycrystalline diamond layer and the good impact resistance of the cemented carbide matrix are achieved by brazing the embedded teeth and the cemented carbide matrix, and compared with the conventional diamond composite sheet,Cyclic PDC has strong "ingestion ability" in the process of rock breaking, and different polycrystalline diamond layers are involved in rock breaking in each wear stage, which effectively avoids the stress concentration phenomenon of integrated composite sheet.The local displacement and stress of rock mass subjected to shear force are calculated according to the established annular PDC three-dimensional cutting force analysis model.By adjusting the embedding scheme, the wear law analysis model can be applied to the new diamond composite sheet with other combinations.The results have important reference value for the study of wear law, cutting performance and new PDC bit of polycrystalline diamond composite.
【作者单位】: 西南石油大学机电工程学院;西南交通大学机械工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51674216) 国家科技重大专项(2016ZX05038) 国家留学基金资助项目(201608515039)
【分类号】:TE921.1
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,本文编号:1747165
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