复合片破碎岩石载荷分析及其试验.pdf

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1、第40卷第4期煤田地质与勘探Vbl_40N0．42012年8月OD札GE0I舳Y&删．0RAug．2012文章编号：1001-1986(2012)04．0090．03复合片破碎岩石载荷分析及其试验李田军，鄢泰宁，勃其斯基A．M．(1．中国地质大学工程学院，湖北武汉430074；2．乌克兰国家科学院超硬材料研究所，基辅04074)摘要：为解决金刚石复合片易出现非正常破损问题，对钻进过程中金刚石复合片fPDC)钻头的单个复合片的受力进行了分析，并对改善金刚石层与衬底脱离、脱落现象的措施进行了研究。结果表明，作用在复合片金刚石层上的剪切力是影响脱离或脱落现象的主要因素之一，而剪

2、切力的提高与衬底的切削作用有关，这可通过增大金刚石层与衬底之间的接触面积来实现。通过一种棋盘状刻槽衬底的PDC钻头试验研究证实，研制合适的衬底结构形状，并在衬底表面加工不同形状的凹槽来增大两者的接触面积能使其获得足够的连接强度关键词：复合片；连接强度；受力分析中图分类号：P634文献标识码：ADOI：10．3969U．issn．1001．1986．2012．04．022Loadofdiamond-carbidecompactwhilecrushingrockLITianjlu1，YANTaining，BochkovskyAM(1．EngineeringFaculty，Ch

3、inaUniversityofGeosciences，Wuhan430074，China；2．NationalAcademyofSciencesofUkraineScienceandTechnologyDiamondConcern，Kiev04074，Ukraine)Abstract：ThispaperanalyzedtheloadonasinglecompactinaPDCbitwhiledrilling，andstudiedtheimprovd—mentmeasuresforthephenomenonsuchasseparatedoutfromthediamondla

4、yerandthecarbidesubstrate．Theshearforceonthediamondlayerinthecompactisthemainfactor,whichisrelatedtoshearcuttingactiononthecarbidesubstrateandcausesthediamondseparatedoutfromthecarbidesubstrate．Theresultsshowthattheshearstresscanbeincreasedbyincreasingthecontactareabetweenthediamondlayera

5、ndthecarbidesubstrate．There-fore，thispaperstillstudiedasuitablesubstratestructureandshape，throughthedevelopmentofthesurfaceonthesubstratebydiferentgrooveshapestoincreasethecontactareabetweenthetwo，SOthatitcanbeenoughtogettheconnectionstrength．Lastly，someexperimentalanalysiswereenumeratedf

6、orsomePDCbitswithchecker-board—likegroovesubstrates．Keywords：PDC；connectionstrength；stressanalysis金刚石一硬质合金复合片(PDC)是由硬质合金和1单个复合片的受力分析人造金刚石经过高温高压合成的，它既具有硬质合为了确定作用在复合片上的载荷，可以考虑把金的韧性和可焊性，又具有金刚石的高耐磨性，作钻头表面分成n个宽度为AR的圆圈(图1)，分析其为高效切削材料广泛地应用于石油勘探与开发、地中某圆圈上的一个复合片对岩石的作用力(图2)。质勘探和机械加工等领域。然而PDC钻头的使用表明

7、，国产PDC相对而言易于出现非正常破损，如崩齿、掉片、金刚石层脱落等⋯。根据2154个复合片的观测结果，金刚石层与硬质合金衬底脱离达21％，其原因主要是由于PDC的金刚石层和硬质合金衬底连接强度不足[2]。本文目的是期望对钻进过程中图1载荷计算示意图PDC钻头单个复合片受力进行分析，计算复合片破Fig．1Schematicdiagramoftheloadcalculation碎岩石时的载荷，并探讨提高金刚石层与衬底连接根据能量原则，岩石破碎能耗等于复合片切削强度的办法。力所做的功：收稿日期：2011．08．22基金项目：科技部