CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律

张素慧 王传留 李耿

张素慧, 王传留, 李耿. 金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(4): 470-475. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0209
引用本文: 张素慧, 王传留, 李耿. 金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(4): 470-475. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0209
ZHANG Suhui, WANG Chuanliu, LI Geng. Influence of diamond layer chamfer parameters on performance of PDC cutters[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(4): 470-475. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0209
Citation: ZHANG Suhui, WANG Chuanliu, LI Geng. Influence of diamond layer chamfer parameters on performance of PDC cutters[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(4): 470-475. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0209

金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0209
基金项目: 陕西省重点研发计划(2022GY-146)。
详细信息
    作者简介:

    张素慧,女,1988年生,博士研究生、助理研究员。主要研究方向:钻探机具性能测试与分析。E-mail:zhangsuhui1221@163.com

  • 中图分类号: TE21;TG74; TQ164

Influence of diamond layer chamfer parameters on performance of PDC cutters

  • 摘要: 聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)切削齿的综合性能受金刚石层倒角参数的影响较大,特别是其抗冲击性能,但影响规律不明。为探究金刚石层倒角参数对PDC切削齿性能的影响规律,优化PDC切削齿结构并提高PDC钻头的钻进效率,采用目前应用较广的平面型和微弧型PDC切削齿,分别制作0.2、0.3、0.4、0.5 mm 4种倒角尺寸和15°、30°、45°3种倒角角度的PDC,得出不同金刚石层倒角参数的PDC切削齿受热后的耐磨性和抗冲击韧性,并对其钻进效率和破损形式进行分析。结果表明:倒角尺寸对PDC耐磨性和抗冲击韧性的影响存在的临界值约为0.3 mm,当倒角尺寸≤0.3 mm时,PDC的磨耗比大、抗冲击韧性低、破损形式多为崩刃;反之倒角尺寸>0.3 mm时,PDC的磨耗比降低、抗冲击韧性提升近1倍,累计吸收功可达1 000 J以上,且破损形式多为脱层。倒角角度对PDC耐磨性和抗冲击韧性的影响基本为线性关系,即倒角角度越小,磨耗比越大,抗冲击韧性越低。

     

  • 图  1  PDC切削齿外形及金刚石层倒角参数

    Figure  1.  Shape of PDC cutters and chamfer parameters of diamond layer

    图  2  不同倒角参数PDC切削齿的磨耗比

    Figure  2.  Wear ratio of PDC cutters with different chamfer parameters

    图  3  A型PDC切削齿的磨损面积

    Figure  3.  Wear area of A-type PDC cutters

    图  4  不同倒角参数PDC切削齿的磨削时间

    Figure  4.  The grinding time of PDC cutters with different chamfer parameters

    表  1  试验方案

    Table  1.   Experiment scheme

    编号 倒角参数 编号 倒角参数
    1# A型,45°,0.2 mm 7# B型,45°,0.2 mm
    2# A型,45°,0.3 mm 8# B型,45°,0.3 mm
    3# A型,45°,0.4 mm 9# B型,45°,0.4 mm
    4# A型,45°,0.5 mm 10# B型,45°,0.5 mm
    5# A型,15°,0.4 mm 11# B型,15°,0.4 mm
    6# A型,30°,0.4 mm 12# B型,30°,0.4 mm
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    表  2  不同倒角参数PDC切削齿的吸收功及破损形式

    Table  2.   The absorb energy and the damage forms of PDC cutters with different chamfer parameters

    编号 倒角参数 10 J 20 J 30 J 40 J 50 J 累计吸收功 A / J 破损形式
    冲 击 次 数 n
    1# A型,45°,0.2 mm 10 10 6 480 崩刃
    2# A型,45°,0.3 mm 10 10 7 510 脱层
    3# A型,45°,0.4 mm 10 10 10 10 1 1050 脱层
    4# A型,45°,0.5 mm 10 10 10 5 800 脱层
    5# A型,15°,0.4 mm 10 7 240 崩刃
    6# A型,30°,0.4 mm 10 10 10 10 3 1150 脱层
    7# B型,45°,0.2 mm 10 4 180 崩刃
    8# B型,45°,0.3 mm 10 10 6 480 崩刃
    9# B型,45°,0.4 mm 10 10 10 10 5 1250 脱层
    10# B型,45°,0.5 mm 10 10 10 10 2 1100 脱层
    11# B型,15°,0.4 mm 10 10 5 450 脱层
    12# B型,30°,0.4 mm 10 10 10 6 840 脱层
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-26
  • 修回日期:  2024-01-03
  • 录用日期:  2024-01-30
  • 网络出版日期:  2024-09-25
  • 刊出日期:  2024-08-20

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