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硬质合金切削具的磨损及解决方法

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:1)关于切削具磨损和钻速问题的研究费得洛夫等用鱼尾钻头对硬质合金切削具的磨损问题进行过大量研究,得出如图6-19中的磨损曲线。此时切削具单位时间的磨损量W正比于切削具上的比压σ。3)减轻切削具磨损的措施虽然切削具的磨损是不可避免的,但我们应设法把它控制在最低限度内。应根据岩性选用合适的硬质合金牌号和型号,采用合理的钻头唇面结构。

硬质合金切削具的磨损及解决方法

钻进中由于切削具被磨损,钻速将逐渐衰减,切削具磨损越快,则衰减越厉害。

1)关于切削具磨损和钻速问题的研究

费得洛夫等用鱼尾钻头对硬质合金切削具的磨损问题进行过大量研究,得出如图6-19中的磨损曲线。该曲线反映了切削具单位时间磨损量W与切削具刃端面积上比压σ的关系。横坐标上的分界点σ0表示岩石的压入硬度,在其前后属于两种不同性质的磨损。

图6-19 不同比压下切削具的磨损

Ⅰ—表面碎岩;Ⅱ—体积碎岩

(1)曲线Ⅰ,当σ<σ0时,切削具未能有效地吃入岩石,钻进处于表面破碎状态。此时切削具单位时间的磨损量W正比于切削具上的比压σ。

(2)曲线Ⅱ,当σ>σ0时,岩石呈体积破碎。随着切削具上的比压σ增大,单位时间的磨损量W不仅未增加,反而出现下降的趋势。即在体积破碎条件下,切削具的磨损主要不取决于轴向压力,而取决于岩石的硬度、切削具的材质及切削具的磨钝面积。

费得洛夫提出,在一定条件下切削具的磨钝面积与其初始面积和钻进时间有关:

式中:S0——切削具的初始面积,mm2

t——磨损时间,min;

θ——取决于岩石性质的磨损系数,mm2/min。

硬质合金钻进的机械钻速随着切削具接触面积的增大而下降,其瞬时机械钻速vm与切削刃磨钝面积的平方成反比:

式中:A——系数,当岩性、钻进规程及钻头一定时它为常量。

式中:k0——钻速下降的特征系数,k0=θ/S0

式(6-11)中,v0是在纵坐标上的截距,k0为直线的斜率。进尺H是在钻进过程中容易准确测得的参数,我们可以用一元回归分析的方法(一般的计算机和中高档计算器上都有回归分析的软件),在若干观察值的基础上求出k0值,从而利用式(6-11)来预测切削具磨损对钻速的影响。

2)切削具在孔底磨损的实际状况(www.xing528.com)

前述理论分析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损,实际上在钻进过程中,钻头硬质合金切削具出刃的内、外侧磨损量是不均匀的(图6-20),即:

图6-20 切削刃的实际磨损情况

y—切削刃磨损高度;y内,y外—切削刃内、外侧磨损高度;t—刃端磨损宽度;t内,t外—刃端内、外侧磨损宽度;b—环槽宽度;r,R—环槽内、外径

y外>y>y, t>t>t

切削具底端也不是像想象的那样,被磨损成平面,而是呈圆弧形,刃前缘和后缘磨损更厉害(图6-21)。

3)减轻切削具磨损的措施

虽然切削具的磨损是不可避免的,但我们应设法把它控制在最低限度内。可采取的主要措施是:

(1)避免切削具在表面破碎状态下工作。尤其在高转速、低钻压的条件下钻进研磨性岩石时,切削具磨损更快。

(2)切削具的磨损速度取决于切削具的硬度与所钻岩石的硬度之比,岩石的研磨性、裂隙性等性质,还取决于切削具在钻头唇面的布置。应根据岩性选用合适的硬质合金牌号和型号,采用合理的钻头唇面结构。

(3)每次下钻前应修磨切削具刃端,减小初始接触面积,以降低其磨损率。

(4)采取等强度磨损的原则,对磨损严重的钻头切削具内外侧面进行补强。

图6-21 切削具刃端磨损的理想情况(a)与实际情况(b)

(5)尽量采用具有润滑作用的乳化液或泥浆洗孔,以减轻切削具的磨损。

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