圓錐形鉆頭VS半球形鉆頭效率研究

鉆孔和切削過程中刀具的磨損會(huì)降低采礦企業(yè)的生產(chǎn)率和盈利能力，因此，有必要研究和開發(fā)極限耐磨刀具鉆頭。刀具磨損將增加停機(jī)時(shí)間（更換刀具），降低剪切速率（低穿透力），增加振動(dòng)并對(duì)機(jī)器和操作員造成損害，這增加了每米鉆孔或切割的相關(guān)成本。

使用人造金剛石的鉆頭可以降低每米鉆孔的成本。鉆頭的形狀也會(huì)對(duì)每米鉆入巖石的總切削量產(chǎn)生影響。與半球形相比，錐形形狀可以施加高接觸壓力。然而，半球形會(huì)含有更多的第三體磨損顆粒，從而產(chǎn)生高應(yīng)力。

Ducom 多功能摩擦計(jì) - POD 4.0（見圖 1）用于研究覆有多晶金剛石 （PDC） 的錐形和半球形刀頭的摩擦和磨損。

圖 1.Ducom 多功能摩擦計(jì) （POD 4.0），帶有旋轉(zhuǎn)和線性模塊。

金剛石鉆頭在環(huán)境溫度和500°C高溫條件下在花崗巖上的剪切。

表 1.Ducom POD 4.0 中使用的測(cè)試參數(shù)。花崗巖圓盤，圓錐形（左）和半球形（右）的PCD銷。

結(jié)果|金剛石鉆頭的摩擦和磨損

圖 2.在室溫條件下，半球形和錐形PCD銷與花崗巖圓盤的摩擦系數(shù)(A)和直線磨損(B)隨滑動(dòng)距離的關(guān)系;在500℃時(shí)，半球形和錐形PCD銷釘與花崗巖圓盤的摩擦系數(shù)(C)和線性磨損(D)隨滑動(dòng)距離的變化。

通常，磨損的增加會(huì)減少摩擦（見圖2）。在高溫（500°C）下，與錐形銷相比，半球形引腳受到的損壞更大。這可能導(dǎo)致鉆井成本增加三倍。在室溫下測(cè)試的情況下，半球形和錐形引腳的表現(xiàn)相同。

圖 3.半球形和錐形PCD銷在（A）室溫和（B）500°C下的光學(xué)圖像。 （C）半球形PCD銷在室溫(RT)和500℃下的掃描電鏡觀察。

這種加速磨損試驗(yàn)表明，對(duì)花崗巖石材剪切的金剛石刀具鉆頭在500°C下具有高摩擦力和低穿透力。 我們將其歸因于工具磨損增加，隨后在工具 - 花崗巖界面處出現(xiàn)了少量的第三體磨料顆粒。

圖 4.使用圓錐銷比半球形銷節(jié)省的經(jīng)濟(jì)估算。這一預(yù)測(cè)是利用Ducom旋轉(zhuǎn)摩擦計(jì)的摩擦和磨損數(shù)據(jù)做出的。

我們的研究結(jié)果為改善人造金剛石鉆頭的性能提供了挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)。這項(xiàng)研究最終將導(dǎo)致采礦的高生產(chǎn)率。

圖 5.白光干涉(3D非接觸式光學(xué)輪廓儀)在室溫(A)和500℃(B)對(duì)半球形PCD銷(上)和錐形PCD銷(下)的花崗巖盤磨損軌跡。