[工學(xué)]3緒論-巖土性質(zhì)-鉆具-硬質(zhì)合金鉆頭三(存儲(chǔ)版)
【正文】 程 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ (1) 切削具在雙向力作用下吃入巖石，使刃前巖石沿剪切面破碎，Px力減小，繼續(xù)前移，碰撞刃前巖石［圖 44(a)］。 當(dāng)數(shù)次小剪切使槽壁也產(chǎn)生側(cè)崩時(shí)，便改善了切削具的夾持狀態(tài)，為大剪切創(chuàng)造了條件，如圖 44(f)、 (g)所示，圖 44(f)中 b為切削具刃寬， B1為大剪切時(shí)巖石的切槽寬。隨著切削具上的比壓σ增大，單位時(shí)間的磨損量 W不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。 t內(nèi)， t外刃端內(nèi)、外側(cè)磨損寬度 。 (2) 切削具的磨損速度取決于切削具的硬度與所鉆巖石的硬度之比，巖石的研磨性、裂隙性等性質(zhì)，還取決于切削具在鉆頭唇面的布置。 取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素包括：鉆頭體，切削具出刃，切削具鑲焊角度，切削具在鉆頭體上的布置方式，切削具在鉆頭體上的數(shù)目，鉆頭的水口與水槽。這時(shí)必須在鉆頭體上加焊肋骨，以增大內(nèi)、外環(huán)狀空間，一般取內(nèi)、外出刃 3～ 6mm，底出刃 4～ 5mm。尤其對(duì)具有一定脆性及較硬的巖層效果更佳。 切削角 α的大小應(yīng)根據(jù)所鉆巖性來選擇。 上述條件很難同時(shí)滿足，設(shè)計(jì)鉆頭時(shí)應(yīng)根據(jù)巖性，有所側(cè)重地考慮。實(shí)驗(yàn)表明，鉆頭體上兩組（粒）切削具間的距離 l與切削具厚度 b之比應(yīng)為 l/b≥。 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 四、常用的取心式硬質(zhì)合金鉆頭 磨銳式硬質(zhì)合金鉆頭 切削具被磨鈍后，可重新用砂輪修磨成具有銳角的單斜面切削刃，以利切入巖石。適用于鉆進(jìn) Ⅱ ～ Ⅳ 級(jí)（部分 Ⅴ 級(jí)）松軟巖層、粘土層、風(fēng)化砂巖及鋁土頁巖等。 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 該鉆頭把預(yù)制好的胎塊焊在鉆頭體上，作為硬支點(diǎn)的針狀硬質(zhì)合金擺放在胎塊中，可用于鉆進(jìn)Ⅵ ～ Ⅶ （部分 Ⅷ ）級(jí)的中等研磨性巖石。切削具正斜鑲，利于切削軟巖石。水口的數(shù)目應(yīng)等于鉆頭體上切削具的數(shù)目或組數(shù)。 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 5. 切削具在鉆頭體上的數(shù)目 一般鉆頭上切削具數(shù)目越多，同時(shí)參加破巖的切削點(diǎn)就多，鉆頭壽命較長。 γ切削具相對(duì)于鉆頭徑向的扭轉(zhuǎn)角 。 ，用于 Ⅴ ～ Ⅶ 級(jí)巖石； (3) β=90176。后者可使孔底巖石破碎成臺(tái)階形（圖 412），即在孔底形成掏槽。一般對(duì)于軟巖層應(yīng)取較大的出刃值。 一定數(shù)量的硬質(zhì)合金切削具，按一定的形式排布在鉆頭體上，可形成鉆進(jìn)不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 減輕切削具磨損的措施： (1) 避免切削具在表面破碎狀態(tài)下工作。 y內(nèi)， y外 切削刃內(nèi)、外側(cè)磨損高度 。此時(shí)切削具單位時(shí)間的磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ。在每次循環(huán)中，切削具兩側(cè)的巖石也會(huì)和刃前巖石一樣，分別產(chǎn)生一組相近似的小剪切體和大剪切體，使切槽斷面近似于梯形［圖 44(e)］。圖 42中的切入深度為 h1而不是 h0，這是由于在 Py和 Px共同作用下比 Py單獨(dú)作用下切入更容易，故 h1h0。 ～ 50176。m 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 表 41 YG類硬質(zhì)合金的性能表 合金牌號(hào) 化學(xué)成分（％） 物理機(jī)械性質(zhì) 特性及用途 WC Co 密度（ g/cm3） 硬度（ HRA） 抗彎強(qiáng)度（ MPa） YG3x 97 3 ～ 92 1050 耐磨性最好 ,沖擊韌性最差 ,用于金屬切削 YG4c 96 4 ～ 90 1400 適用于均質(zhì)和軟質(zhì)互層地層中回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) YA6 91～ 93 6 ～ 92 1400 加有少量 TaC成分 ,提高了硬度 YG6 94 6 ～ 1400 適用于回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，使用效果僅次于 YG4c YG6x 94 6 ～ 91 1350 細(xì)粒合金，強(qiáng)度接近 YA6，耐磨性較YA6高 YG8 92 8 ～ 89 1500 地質(zhì)勘探和石油回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)用主要品種 YG8c 92 8 ～ 88 1750 粗粒合金，沖擊韌性較高適于沖擊回轉(zhuǎn) 鉆進(jìn) YG11c 89 11 ～ 87 2022 耐磨性最差，沖擊韌性最高，適于沖擊回轉(zhuǎn)鑿巖 YG15 85 15 ～ 87 2022 注：硬質(zhì)合金中的附加字母 x表示細(xì)粒合金， c表示粗粒合金。 幾乎可鉆性Ⅰ ～ Ⅵ 級(jí)的所有巖石都可用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)， 不含石英的 Ⅷ ～ Ⅸ 級(jí) 火成巖也可用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（尤其是小口徑鉆頭）。 巖土鉆鑿工程學(xué) Ⅰ 五、鉆桿柱的合理使用 用參數(shù) KT=Td/Tl作為判別指標(biāo)。 （ 3 ）彎矩與離心力 已經(jīng)彎曲的鉆桿柱在軸向力的作用下，將受到彎矩的作用，如繞自身軸旋轉(zhuǎn)則會(huì)產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。其磨損均勻，也受到交變彎曲應(yīng)力的作用，但循環(huán)次數(shù)比第一種形式低得多。 式中： q鉆桿柱在沖洗液中單位長度的質(zhì)量， kg/m； ω鉆桿柱轉(zhuǎn)速，r/min； Z所求斷面距零斷面的距離，在零斷面以下壓縮部分取負(fù)號(hào)，反之取正號(hào)， m； J鉆桿柱橫斷面的軸慣性矩， cm4。 在 正常鉆進(jìn)時(shí) ，由于鉆桿柱自身的偏心和由于自重失穩(wěn)而產(chǎn)生的某些彎曲，造成鉆桿柱有一定的質(zhì)量偏離回轉(zhuǎn)中心。 在 起下鉆時(shí) ，鉆桿柱不接觸孔底，整個(gè)鉆桿柱處于懸持狀態(tài)，在自重作用下，鉆桿柱處于 受拉伸 的穩(wěn)定狀態(tài)。 根據(jù)薩爾基索夫的理論推導(dǎo)，距零斷面（零斷面的概念見本節(jié)后續(xù)內(nèi)容）距離為 Z處的半波長可按下式計(jì)算。 （ 3）鉆桿柱圍繞鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)，但不是沿著孔壁滑動(dòng)而是沿著孔壁反向滾動(dòng)（公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的結(jié)合），鉆桿柱同時(shí)圍繞自身軸線和鉆孔軸線旋轉(zhuǎn)。 鉆桿柱在孔口處承受的扭矩最大，在孔底最小。 由以上分析不難看出， 鉆桿柱受力嚴(yán)重部位是下部、孔口處和零斷面附近。 鉆探工作量中有 50%以上是用硬質(zhì)合金鉆頭完成的。 實(shí)踐證明，采用含鈷量不高的粗顆粒硬質(zhì)合金切削具有助于提高鉆進(jìn)效率
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