【正文】 切削具與巖石接觸 面上的單位壓力必須大于或至少等于巖石的抗壓入硬度。繼續(xù)前 移產(chǎn)生若干次小剪切。 ? 切削具的磨損面積與鉆進(jìn)時(shí)間成正比，而機(jī)械鉆速與切削具接觸面積的平方成反比。上有外螺紋與巖心管連接，內(nèi)壁有內(nèi)錐，便于卡取巖心。 ~50176。 （ 2）水口形狀： 矩形、半圓形、梯形和三角形，三角弧形水口 效果最好。 ? 主要用于 Ⅳ ~Ⅵ 級和軟硬互層的巖石。 (3) 極高的耐磨性是剛玉的 90倍，硬質(zhì)合金的 40~200倍，鋼的2022~5000倍。以唇面上多而小的硬質(zhì)點(diǎn)（金剛石）對加工件（孔底巖石）進(jìn)行刻劃、磨削，隨著硬質(zhì)點(diǎn)的逐漸磨損和消失及粘結(jié)胎體的不斷磨耗，新的硬質(zhì)點(diǎn)又裸露出來參加工作。 ? 濃度沿用砂輪制造業(yè)的“ 400%濃度制”，當(dāng)金剛石的體積占胎體工作層體積 1/4時(shí)濃度為 100%，全部是金剛石濃度400%。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第四節(jié) 金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器 三、金剛石擴(kuò)孔器 金剛石擴(kuò)孔器安裝于鉆頭和巖心管之間，是金剛石鉆進(jìn)不可 缺少的組成部分。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 眾多鋼粒的重復(fù)碾 壓，裂紋加深加密，加之沖洗液的侵蝕作用，使交叉發(fā)育的裂紋以巖屑的形式被剝離下來離 開母體。 ? 牙齒繞牙輪軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) —— 自轉(zhuǎn)。 ? 牙輪相對于巖石的滑動(dòng)速度，呈直線與 ab線交于 M點(diǎn)， vsM=0為純滾動(dòng)點(diǎn) ，bM段向后滑動(dòng)， aM段向前滑動(dòng)。 ? 硬質(zhì)合金和金剛石全面鉆頭的破巖機(jī)理與取心鉆頭類似。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 刀翼底部幾何形狀 —— 平底、正階梯、反階梯和反錐形 ? 平底刀翼形成的孔底只有一個(gè)裸露自由面 ， ? 階梯可形成較多自由面碎巖速度較快 ， 扭矩和功耗較小 ， 但容易磨損成錐形 ， 使鉆孔縮徑 。 ? 上下導(dǎo)正圈間距 ≮ 鉆頭直徑，外側(cè)面加焊合金肋骨修擴(kuò)鉆孔。 （ 2）雙錐形： 工作面由內(nèi)錐、外錐和頂部圓弧三部分組成。 （ 4）螺旋形水槽： 水槽為反螺旋流道，在高轉(zhuǎn)速條件下強(qiáng)迫 沖洗液流過金剛石工作表面。 ? 負(fù)斜鑲有利于保護(hù)復(fù)合片，提高壽命；側(cè)傾角有利于切削齒在切削地層時(shí)對巖屑產(chǎn)生側(cè)向推力，幫助巖屑向鉆頭外緣運(yùn)動(dòng)，清潔孔底。用于軟地層。 耙式螺旋鉆頭 由心管 、 螺旋帶 （ 雙頭螺旋 ） 、 中心刃刀 、 切削刀齒等組成 。耐磨 性能好，鉆速均勻。 β越 小，切入巖石的能力越強(qiáng)但強(qiáng)度小。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 三、牙輪鉆頭的分類法 1. 我國三牙輪鉆頭的分類和代號 ? 三牙輪鉆頭分為 2大類 8個(gè)系列，系列代號用漢語拼音表示， □ —— 鉆頭直徑用數(shù)字表示； □ —— 系列名稱代號用表 410 □ —— 型號代號用表 411規(guī)定的數(shù)字表示 2. IADC牙輪鉆頭分類方法及編號 （自習(xí)） 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 0、全面鉆頭概述 ? 全面鉆進(jìn) —— 鉆進(jìn)中不采取巖心，全面破碎孔底巖石。 ? 在 oa段由 vbx和 vcx合成的滑動(dòng)速度 vsx。 ? 牙輪鉆頭的軸承是最容易磨損的薄弱環(huán)節(jié)。 ? 完整鋼粒的棱邊與巖石接觸類似于楔形工具動(dòng)壓入破巖，鋼粒與巖石的接觸面積很小，壓應(yīng)力集中，周圍的巖石出現(xiàn)裂紋，繼而產(chǎn)生跳躍式體積破碎。 ? 孕鑲金剛石鉆頭常用聚晶保徑，可取得滿意的鉆進(jìn)效果。 ? 表鑲鉆頭的主水路是唇面與孔底之間的間隙，水口和水槽的數(shù)目不能太多，可強(qiáng)制沖洗，有效地冷卻唇面金剛石和及時(shí)排除孔底巖粉。 ? 孔底某一點(diǎn)經(jīng)多次重復(fù)加載產(chǎn)生破碎，具有疲勞破碎的性質(zhì)。 ? 金剛石工具制造過程中 ， 須隔氧 ， 避長時(shí)間高溫；在使用中 ，須避免承受沖擊載荷并及時(shí)冷卻切削刃 。 ? 適用于鉆進(jìn) Ⅱ ~Ⅳ 級（部分 Ⅴ 級）松軟巖層、粘土層、風(fēng)化砂巖及鋁土頁巖等。 切削具數(shù)目取決于巖性、鉆頭直徑和切削具形狀。 階梯式可 增加切削具破碎巖石的自由面，容易產(chǎn) 生體積破碎。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 一、取心式硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)要素 ? 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，形成鉆進(jìn)不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。切削具單位磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ 。理論上，切削具切入需要很大的軸向力，而在雙向力的同時(shí)作用下實(shí)際的 Py力為（ 1/6~1/13）。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 選用硬質(zhì)合金切削具的基本原則 合金切削具形狀主要有： 薄片狀、方柱狀、八角柱狀和針狀等。 ⑤ 金剛石鉆頭主要用于 5 76（ 75）、 91 mm的小口徑； ⑥ 鋼粒鉆頭主要用于 91mm以上的口徑； ⑦ 硬質(zhì)合金和牙輪鉆頭則既可鉆進(jìn)小口徑，又可鉆進(jìn)大口徑水井、工程施工孔和淺井。 ～ 50176。切槽寬度有規(guī)律地變化， B1為大 剪切時(shí)的切槽寬。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第一節(jié) 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)孔底碎巖過程 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。巖硬、孔壁穩(wěn)、鉆速低，取小值；反之取大值。 ?上述條件很難同時(shí)滿足，設(shè)計(jì)鉆頭應(yīng)根據(jù)巖性有所側(cè)重地考慮。 切削具一般是單斜面銳角， 鉆進(jìn)中，隨切削具磨損，機(jī)械鉆速逐漸下 降。 ? 鉆頭可用于鉆進(jìn) 5~7級中等研磨性的巖石。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第三節(jié) 金剛石及其孔底碎巖過程 鉆探用金剛石的粒度和品級 （ 1）金剛石的粒度 國際上通用的計(jì)量單位是克拉。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第四節(jié) 金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器 根據(jù)碎巖特點(diǎn)，可分為表鑲金剛石鉆頭、孕鑲金剛 石鉆頭和聚晶燒結(jié)體 (包括復(fù)合片 )金剛石鉆頭。如果 胎體不磨損或磨損極慢，則金剛石 出刃甚小，發(fā)揮不了多刃微切削作 用，鉆速很低。 ? 為保證鋼粒在孔底容易翻滾， 鋼粒的形狀：高等于直徑，~4mm的圓柱體。 ? 牙輪鉆進(jìn)一般不取心， 廣泛用于 油 氣和大口徑施工鉆進(jìn)，適應(yīng)性廣，在 Ⅵ ～ Ⅹ 級的巖石中效果最好。 鉆頭的縱向振動(dòng)及對地層的沖擊、壓碎作用 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 剪切作用主要是由于牙輪在滾動(dòng)的同時(shí)還伴有牙齒對孔底的 滑動(dòng)而產(chǎn)生的，產(chǎn)生滑動(dòng)的原因在于牙輪的超頂、復(fù)錐和移軸 三種結(jié)構(gòu)。 ?移軸后將產(chǎn)生牙輪的軸向滑動(dòng)。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 （ 2）切削角 α： α角越大，吃入深度越深，但 α角過大時(shí)，剪切破碎困難，鉆進(jìn)阻力大。側(cè)部鑲焊 YG8硬質(zhì)合金保徑。 （ 3）鉆頭底部呈錐形、階梯狀，端部有小鉆頭超前鉆進(jìn)，故 孔底破巖自由面大，鉆效高。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是頂部較寬也較平緩，可均勻布置較多金剛石，防止局部金剛石早期損壞。 ? 鉆頭工作面形狀包括內(nèi)錐、頂部、側(cè)面、肩部及保徑五個(gè)基本要素。 （ 1）刮刀式布齒方式 ： 用于粘性的或軟地層鉆進(jìn)。 （ 4）帶波紋的 B型剖面： 內(nèi)錐和圓弧面上帶有螺旋形波紋槽。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第七節(jié) 全面鉆頭 3. 螺旋鉆頭 —— 長螺旋鉆、短螺旋鉆 ? 土層中成孔速度快，無沖洗液，不污染環(huán)境，在工程施工中應(yīng)用廣泛。三翼鉆頭在大口徑鉆進(jìn)中應(yīng)用廣泛，它的鋼體上裝有可更換噴嘴的水眼，使水流加速，提高機(jī)械鉆速。 ，軟地層 α角應(yīng)小一些，硬地層 α角大一些。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第六節(jié) 牙輪鉆頭及其孔底碎巖過程 綜上所述： ? 超頂和復(fù)錐引起切線方向滑動(dòng)，除沖擊、壓碎方式碎巖外，還可剪掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖脊； ? 移軸的軸向滑動(dòng)，可剪掉齒圈之間的巖脊，軸向滑動(dòng)雖可提高破巖效率但牙齒也磨損劇烈，因此須銑齒加固。 設(shè)工作時(shí)牙輪上每一點(diǎn)的公轉(zhuǎn)為 ω b， 自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 ω c。生產(chǎn)中以三牙輪鉆頭應(yīng)用最多。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第五節(jié) 鋼粒鉆頭及其孔底碎巖過程 ? 鋼粒鉆頭的功能是將軸向載荷和水平回轉(zhuǎn)力傳遞給鋼粒，帶動(dòng)其在孔底翻滾。合適的胎體耐磨性應(yīng)能 使唇面金剛石正常出刃，且在每粒 金剛石的后面形成蝌蚪狀支撐。 表鑲鉆頭用的金剛石粒度 粒度 粗粒 中粒 細(xì)粒 粒 /克拉 15~25 25~40 40~60 巖層 中硬 硬 堅(jiān)硬 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第四節(jié) 金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器 2. 金剛石在唇面的排列 ? 鉆進(jìn)過程中，鉆頭外側(cè)的規(guī)徑刃和內(nèi)邊棱部的金剛石負(fù)擔(dān)最重，其次為底刃，再次為側(cè)刃。 鉆探用的金剛石粒度： ? 粗粒 —— 5～ 20粒 /克拉； ? 中粒 —— 20～ 40粒 /克拉； ? 細(xì)粒 —— 40～ 100粒 /克拉； ? 粉粒 —— 100～ 400粒 /克拉 。 一、 鉆探用 金剛石 鉆探用 金剛石的 分類 鉆探用金剛石分為天然的 、 人造的兩大類 。 自磨式硬質(zhì)合金鉆頭 采用小斷面切削刃，磨損后，接觸面積 不變，無變鈍的弱點(diǎn)，機(jī)械鉆速基本平穩(wěn)。 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 硬質(zhì)合金切削具在鉆頭體上的布置方式 切削具的排列方式有：單環(huán)排列、多環(huán)排列、密集排列等。 巖土鉆掘工程學(xué) 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學(xué)勘查教研室 第二節(jié) 硬質(zhì)合金鉆頭 （ 2） 底出刃 作用： 保證切削具能順利地切入巖石，并為沖洗液冷卻切削具和 排除孔底巖粉提供通道。