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辅磨料在金刚石工具中的应用研究

作　者: 马欢
导　师: 张绍和
学　校: 中南大学
专　业: 地质工程
关键词: 辅磨料 金刚石锯片 孕镶金刚石钻头 切割效率 使用寿命
分类号: P634.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


工作效率和使用寿命是评价金刚石工具性能优劣的决定因素。目前国内外在此方面做出的努力大部分都是从研究胎体配方入手,来改善金刚石工具的效率和寿命。改变胎体配方固然可以使金刚石工具的工作效率与使用寿命发生改变。然而,由于胎体的基本组成部分不能改变,这种通过调节结合剂各种成分含量以提升其工作效率的措施对于提高金刚石工具的性能而言仍是十分有限的。最近研究的金刚石有序排布等新一代的金刚石工具已问世,这虽有助于提高工具的效率和寿命,但因设备成本太高,其大范围推广的难度较大。传统工艺中金刚石微粉主要被应用于研磨、抛光等方面,极少应用于金刚石钻探和锯切工具中。如果金刚石微粉的添加能够对金刚石工具的工作效率和使用寿命产生积极的推动作用,那么,由于其价格低廉,将微粉以辅磨料的形式应用到金刚石工具中,从而同步提高金刚石工具的工作效率和使用寿命,这相对于改变胎体配方具有更高的研究及实用价值。本课题主要进行了以下几个方面的研究：(1)综述了金刚石工具的国内外研究和发展现状,介绍了当今改善金刚石工具使用性能的主要方法措施,并作出相应的评论；(2)从理论上探讨了金刚石锯片的锯切机理,以及切割过程中金刚石与工件、胎体与工件、切屑与金刚石、胎体之间的摩擦磨损性能特征,通过节块及单颗金刚石的受力分析为辅磨料在金刚石锯片中的作用提供理论分析依据。(3)对混凝土的可锯加工性进行分析,归纳出混凝土各组成部分在金刚石锯片工作过程中的磨削方式,合理设计辅磨料的浓度及粒度参数,从而确定适合加工混凝土的金刚石锯片配方。(4)通过将参数不同的辅磨料应用到混凝土金刚石锯片中,并进行切割试验,从而选定适合切割混凝土的辅磨料锯片的理想配方,并对试切结果进行理论与计算分析,指导辅磨料混凝土金刚石锯片的优化设计。(5)分析花岗岩的岩石矿物学性质,与孕镶金刚石钻头的破岩及磨损机理相结合,设计出辅磨料孕镶金刚石钻头,并进行室内钻进试验。发现将金刚石微粉应用到孕镶金刚石钻头中,能够明显提高钻头钻进花岗岩地层时的钻进效率和使用寿命,并对此结论进行理论分析。证明了辅磨料的添加对于有效改善金刚石工具性能有着积极的研究与实用价值。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 金刚石工具的产生、发展与应用  10-11
  1.2 金刚石工具的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 金刚石锯片的研究现状  11-14
    1.2.2 热压金刚石钻头的研究现状  14-15
  1.3 本课题研究的目的、内容和意义  15-18
    1.3.1 课题研究的目的及意义  15-16
    1.3.2 课题的研究内容和主要创新点  16-18
第二章 金刚石锯片切割机理分析与探讨  18-25
  2.1 锯片切割过程力学分析  18-20
    2.1.1 锯片节块受力计算  18-19
    2.1.2 单颗金刚石受力分析  19-20
  2.2 金刚石锯片锯切岩石的机理研究  20-23
    2.2.1 金刚石磨损形态及机理  20-23
    2.2.2 胎体的磨损机理  23
  2.3 本章小结  23-25
第三章 辅磨料金刚石锯片切割混凝土的试验研究  25-38
  3.1 混凝土简介  25
  3.2 混凝土的锯切性能分析  25-26
    3.2.1 混凝土的可锯加工性分析  26
    3.2.2 金刚石切削混凝土的切割机理  26
  3.3 辅磨料混凝土金刚石锯片的设计与试验  26-36
    3.3.1 配方设计  26-27
    3.3.2 试验条件  27-29
    3.3.3 锯片制造  29-32
    3.3.4 试验过程与结果  32-33
    3.3.5 分析结果与讨论  33-36
  3.4 本章小结  36-38
第四章 孕镶金刚石钻头的碎岩及磨损机理讨论  38-42
  4.1 孕镶金刚石钻头的破岩机理  38-39
  4.2 孕镶金刚石钻头的磨损机理  39-41
    4.2.1 唇面金刚石的磨损  40
    4.2.2 胎体的磨损  40-41
  4.3 本章小结  41-42
第五章 辅磨料孕镶金刚石钻头钻进花岗岩的试验研究  42-55
  5.1 花岗岩的岩石力学性能  42-44
  5.2 孕镶钻头钻进花岗岩磨损机理分析  44-45
  5.3 辅磨料孕镶金刚石钻头钻进花岗岩的设计与试验  45-53
    5.3.1 配方设计  45-46
    5.3.2 试验条件  46-47
    5.3.3 试验过程与结果  47
    5.3.4 分析结果与讨论  47-53
  5.4 本章小结  53-55
第六章 课题结论与进一步研究建议  55-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
攻读学位期间主要的研究成果  63

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 地质、矿产普查与勘探 > 钻探工程 > 钻头、钻具及工具 > 钻头
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