[工學]3緒論-巖土性質(zhì)-鉆具-硬質(zhì)合金鉆頭三(編輯修改稿)
2025-02-15 10:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖 41 單個切削具示意圖 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 當磨銳式鉆頭上的切削具未磨鈍時，切入深度可用下式表達： 式中： Py切削具上的軸載力， N； b切削具的刃寬， mm； β切削具的刃角，度； Hy巖石的壓入硬度； η考慮到摩擦力的系數(shù)（ η永遠小于 1）。 上式表明，對塑性巖石而言切削具的切入深度 h0與軸向力 Py成正比，而與切削具的刃角 β、刃寬 b、巖石的壓入硬度 Hy成反比。雖然 β角越小切削具刃尖切入巖石越容易，但如果 β很小則切削具會很快崩裂，實際上 β角的最小值為 45176。 ～ 50176。 。對于裝有薄片狀或針狀硬質(zhì)合金的自磨式鉆頭，因為 β角等于 90176。 ，故不能采用該公式。 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 鉆進過程中，切削具前面的巖石在分力 F的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動，并向自由面滑移，即所謂切削作用（圖 42）。這和軟金屬的切削加工沒有多大區(qū)別，切削過程基本上是平穩(wěn)的，水平力 Px變化不大。同時，切削具在塑性巖石中形成的切槽與刃寬基本吻合。 圖 4－ 3 塑性巖石中的回轉(zhuǎn)切削 Py軸向壓力； Px水平力； h0切入深度； b切削槽寬（切削具寬度） 圖 42 切削具在雙向力作用下破碎塑性巖石 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 實際上，由于孔底鉆具的振動和重復破碎，加之沖洗液的循環(huán)，塑性巖石被切削下來的巖屑不可能像金屬切削那樣成為連續(xù)的切屑，而是碎裂成巖粉被沖洗液帶至地表。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單獨作用下切入更容易，故 h1h0。 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ （二）脆性巖石的孔底破碎過程 塑性巖石破碎是以連續(xù)平穩(wěn)的切削為主，而脆性巖石破碎的顯著特點則是在切削具的作用下以 跳躍式的剪切破碎 為主（圖 44）。巖石破碎大體分三個階段： 圖 44 切削具破碎彈塑性巖石的過程 巖土鉆鑿工程學 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)］。 (2) 切削具刃前接觸巖石的部分面積很小，對前方巖石產(chǎn)生較大的擠壓力，壓碎刃前的巖石，隨著 Px力增大，使巖石產(chǎn)生小的剪切破碎［圖 44(b)］。繼續(xù)向前推進可能重復產(chǎn)生若干次小剪切，碎裂的巖屑向自由面崩出［圖 44(c)］。 (3) 當切削具前端接觸巖石的面積較大時，前進受阻。一方面切削具繼續(xù)擠壓前方的巖石（部分被壓成粉狀）；另一方面 Px力急劇增大，當 Px力達到極限值時，迫使巖石沿剪切面產(chǎn)生大的剪切破碎，并在刃尖前留下一些被壓實的巖粉，然后 Px力突然減小［圖 44(d)］。 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 切削具不斷向前推進，重復著碰撞、壓碎、小剪切、大剪切的循環(huán)過程。在每次循環(huán)中，切削具兩側(cè)的巖石也會和刃前巖石一樣，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)］。由于剪切過程是在孔底局部夾持和小剪切、大剪切交替出現(xiàn)的條件下進行的，故孔底和切槽邊沿都是粗糙不平的，而且有規(guī)律地變化著。 當數(shù)次小剪切使槽壁也產(chǎn)生側(cè)崩時，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為大剪切時巖石的切槽寬。整個破碎過程沿著傾角為 γ的螺旋面進行。 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 綜上所述，用切削具破碎脆性巖石時，在每個剪切循環(huán)中和各個循環(huán)之間，水平力 Px都是跳躍式的有規(guī)律地變化著（圖 4－ 5）；而在塑性巖石中，水平力 Px沒有顯著的變化，基本上可以認為是常量。 圖 45 水平力的跳躍過程 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ （三）硬質(zhì)合金切削具的磨損 鉆進中由于切削具被磨損，鉆速將逐漸衰減，切削具磨損越快，則衰減越厲害。 費得洛夫等人用魚尾鉆頭對硬質(zhì)合金切削具的磨損問題進行過大量研究，得出如圖 46中的磨損曲線。 圖 46 不同比壓下切削具的磨損情況 Ⅰ 表面碎巖； Ⅱ 體積碎巖 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ （ 1）曲線 Ⅰ ：當 σ＜ σ0時，切削具未能有效地吃入巖石，鉆進處于表面破碎狀態(tài)。此時切削具單位時間的磨損量 W正比于切削具上的比壓 σ。 （ 2）曲線 Ⅱ ：當 σ＞ σ0時，巖石呈體積破碎。隨著切削具上的比壓σ增大，單位時間的磨損量 W不僅未增加，反而出現(xiàn)下降的趨勢。即在體積破碎條件下，切削具的磨損主要不取決于軸向壓力，而取決于巖石的硬度、切削具的材質(zhì)及切削具的磨鈍面積。 費得洛夫提出，在一定條件下切削具的磨鈍面積與其初始面積和鉆進時間有關(guān) ； 硬質(zhì)合金鉆進的機械鉆速隨著切削具接觸面積的增大而下降，其瞬時機械鉆速 vm與切削刃磨鈍面積的平方成反比。（有關(guān)理論推導可參閱教材。） 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 切削具在孔底磨損的實際狀況： 前述理論分析的基礎(chǔ)是假定切削具刃部為均勻磨損，實際上在鉆進過程中，鉆頭硬質(zhì)合金切削具出刃的內(nèi)、外側(cè)磨損量是不均勻的（圖 47），即 ： y外＞ y內(nèi)＞ y， t外＞ t內(nèi)＞ t 。 圖 47 切削刃的實際磨損情況 y切削刃磨損高度 。 y內(nèi)， y外 切削刃內(nèi)、外側(cè)磨損高度 。 t刃端磨損寬度 。 t內(nèi)， t外刃端內(nèi)、外側(cè)磨損寬度 。 b環(huán)槽寬度 。 r,R環(huán)槽內(nèi)、外徑 由于磨損不均勻，切削刃中部磨損還不大，而內(nèi)外兩側(cè)已成鈍刃，嚴重影響切入作用。所以，不均勻磨損對鉆進是十分不利的。 巖土鉆鑿工程學 Ⅰ 切削具底端也不是像想
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