仿生金刚石钻头非光滑表面优化研究.pdf

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1、2o14年2月第1期金刚石与磨料磨具_[程Feb．2O14第34卷总第199期Diamond＆AbrasivesEngineeringNO．1Vo1．34Serial199仿生金刚石钻头非光滑表面优化研究王传留(中煤科工集团西安研究院，西安710077)摘要对仿生单元的直径和排列方式进行研究，探求合理的非光滑表面形态。通过加工四个仿生试样并进行磨耗比测试，实验结果显示：仿生试样B2和B3明显高于B1和B4，其中B3仿生试样最高，比B2高出2，由此可知，最佳的仿生单元直径为2．0mm；然后加工小1：2径仿生金刚石钻头，将数个2．0

2、mm仿生单元材料均匀排布于钻头底唇面上，并进行钻进试验，结果显示：仿生单元在合理范围内排布时，仿生金刚石钻头具有较高的钻进效率和较长的使用寿命，否则其性能并不比普通钻头优越。由实验可知，仿生单元均匀排布时，径向角度为24。和3O。的仿生单元排布方式比较合理，明显提高了仿生金刚石钻头性能。关键词仿生金刚石钻头；仿生单元；排布方式；非光滑表面中图分类号TQ164；TG74文献标志码A文章编号1006—852X(2014)01—003504DoI：l0．13394／j．cnki．jgszz．2014．1．0008Optimizatio

3、nresearchonnon—smoothsurfaceofbionicdiamondbitWANG0huan．1iu(Xi'anResearchInstituteofChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupCorp，Xi’an710077，China)AbstractThebionicunitdiameterandarrangementareresearchedtoprobeintotheoptimalbionicnon—smoothSUrfaceshape．Fourbionicsample

4、sweredesignedandmanufactured．Aftersintering，theabrasionratiosofthefourbionicsamplesaretested．ResultsshowthattheabrasionratioofB2andB3arehigherthanthatofB1andB4，andtheabrasionratioofB3ishighest，2higherthanthatofB2．Itisconcludedthattheoptimaldiameterofbionicunitis2．0mm

5、．ThensuchbionicunitsarepreparedandarrangedOnthecrownofdrillingbits，withwhichdrillingtestsaremade．Resultsshowthatpropertyofbionicunitsdoesnotshowadvantages，suchashigherdrillingefficiencyandlongerworklife．overthenormalonesunlesstheyarearrangedinareasonablerange．Forexam

6、ple，whentheradialangleis24。or30。，performanceofthebitsislargelyenhanced．Keywordsbionicdiamondbit；bionicunit；arrangement；nonsmoothsurface近年来，国民经济得到较快发展，伴随着城市进程成效J。的加快，国家加大了矿产资源的勘探力度，在大规模的研究发现，生物体表具有规则或者不规则的体表矿产勘探中，孕镶金刚石钻头因具有良好抗冲击性和形态，如图1所示。研究人员称为非光滑表面，这种非耐磨性，得到了广泛应用，且对

7、其寿命和时效的要求越光滑表面具有耐磨、降阻等特性，这种优良的特性可以来越高]。为此，研究人员从不同方向进行了研究，比应用到金刚石钻头设计中。而仿生金刚石钻头就是在如研制新的胎体配方、改进钻头烧结工艺、设计新的钻使用过程中，随着钻头胎体内仿生单元的磨损，在底唇头结构、选用高质量的金刚石等，并取得了一定的面上形成非光滑表面，以增强胎体的耐磨性，同时降低基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(51004052)；国家重大科技专项(2011ZX05041001)。第1期王传留等：仿生金刚石钻头非光滑表面优化研究2仿生单元排布优化2．1小

8、口径仿生钻头设计因要在室内微钻实验台上进行试验，同时为节约成本，要控制仿生钻头的外径。但加工时，要在底唇面布置仿生单元，所以胎体的厚度不能太薄，否则就大大限制了仿生单元的排列形式。根据以上分析，设计的仿生钻头如图3所示，其中胎体外径为西3Omm，内径图4仿生单元