应用介绍

圆锥形钻头VS半球形钻头效率研究

钻孔和切削过程中刀具的磨损会降低采矿企业的生产率和盈利能力，因此，有必要研究和开发极限耐磨刀具钻头。刀具磨损将增加停机时间（更换刀具），降低剪切速率（低穿透力），增加振动并对机器和操作员造成损害，这增加了每米钻孔或切割的相关成本。

使用人造金刚石的钻头可以降低每米钻孔的成本。钻头的形状也会对每米钻入岩石的总切削量产生影响。与半球形相比，锥形形状可以施加高接触压力。然而，半球形会含有更多的第三体磨损颗粒，从而产生高应力。

Ducom 多功能摩擦计 - POD 4.0（见图 1）用于研究覆有多晶金刚石 （PDC） 的锥形和半球形刀头的摩擦和磨损。

图 1.Ducom 多功能摩擦计 （POD 4.0），带有旋转和线性模块。

金刚石钻头在环境温度和500°C高温条件下在花岗岩上的剪切。

表 1.Ducom POD 4.0 中使用的测试参数。花岗岩圆盘，圆锥形（左）和半球形（右）的PCD销。

结果|金刚石钻头的摩擦和磨损

图 2.在室温条件下，半球形和锥形PCD销与花岗岩圆盘的摩擦系数(A)和直线磨损(B)随滑动距离的关系;在500℃时，半球形和锥形PCD销钉与花岗岩圆盘的摩擦系数(C)和线性磨损(D)随滑动距离的变化。

通常，磨损的增加会减少摩擦（见图2）。在高温（500°C）下，与锥形销相比，半球形引脚受到的损坏更大。这可能导致钻井成本增加三倍。在室温下测试的情况下，半球形和锥形引脚的表现相同。

图 3.半球形和锥形PCD销在（A）室温和（B）500°C下的光学图像。 （C）半球形PCD销在室温(RT)和500℃下的扫描电镜观察。

这种加速磨损试验表明，对花岗岩石材剪切的金刚石刀具钻头在500°C下具有高摩擦力和低穿透力。 我们将其归因于工具磨损增加，随后在工具 - 花岗岩界面处出现了少量的第三体磨料颗粒。

图 4.使用圆锥销比半球形销节省的经济估算。这一预测是利用Ducom旋转摩擦计的摩擦和磨损数据做出的。

我们的研究结果为改善人造金刚石钻头的性能提供了挑战和机会。这项研究最终将导致采矿的高生产率。

图 5.白光干涉(3D非接触式光学轮廓仪)在室温(A)和500℃(B)对半球形PCD销(上)和锥形PCD销(下)的花岗岩盘磨损轨迹。