圆锥形钻头VS半球形钻头效率研究
发布时间 : 2022/01/26 阅读次数 : 102 推荐产品 :

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。

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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。

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结果|金刚石钻头的摩擦和磨损



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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。

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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。

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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。

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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。

 


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