薄壁金刚石钻头的研制

来源 :中国地质大学 中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongyun64
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近年来,随着建筑物内铺设管线要求的增多,人们对建筑物拆除技术的认识正在不断加深。数百年来,一直使用的方法是人工凿击和锤砸。这些方法显然不能满足人们对噪音、振动以及灰尘的要求。而从人造金刚石钻头技术发展过来的薄壁金刚石钻头技术却能很好地解决这些问题。在建筑物的使用材料中,混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。因此,如何通过改进薄壁金刚石钻头的各方面参数来提高薄壁金刚石钻头对钢筋混凝土这种最广泛材料的适用性,以提高薄壁金刚石钻头的技术经济指标,取得尽量好的经济效益,是钻头制造者和使用者共同关注的热点问题之一。 本文共分为三大部分,第一部分为钢筋混凝土的可钻性分析;第二部分为薄壁金刚石钻头用金刚石和胎体材料研究;第三部分为薄壁金刚石钻头的制造和实验。 论文的第一部分首先对钢筋混凝土进行了概述,阐述了钢筋混凝土的物理力学性能;然后对人造金刚石钻头钻进下岩石的可钻性进行了分析;最后分析了钢筋混凝土的可钻性。通过第一部分的研究,我们可以得到以下结论: (1)本文可钻性采用的方法为微钻实验法,采用的技术参数为机械钻速; (2)通过试验,参考地质矿产部颁发的金刚石岩芯钻探可钻性分级表可以得到混凝土的可钻性为4~7级,硬度为中硬—硬硬度,研磨性为中等一强研磨性。 论文的第二部分是薄壁金刚石钻头用金刚石和胎体材料研究。首先介绍了薄壁金刚石钻头,包括钻头结构、钻进规程和钻凿对象;然后研究了在这些条件下其金刚石和胎体参数的设计,包括金刚石粒度、品级和浓度,胎体性能和材料。通过这一部分的研究,我们可以设计出其金刚石和胎体参数:金刚石粒度以取50/60目,品级为SMD,单颗抗压强度为18kgf的优质金刚石,浓度取45%为佳;胎体以WC为骨架材料,重量百分含量在33~42%,整个胎体比重为9.86g/cm3,硬度为35HRC。同时通过对材料科学的研究,我们发现,加入了一定量的C粉和MoS2粉可以很好地达到加快钻头的开刃速度,提高生产效率;降低钻头磨损,提高钻头寿命的目的。 论文的第三部分为薄壁金刚石钻头的制造和实验。 (1)针对薄壁金刚石钻头壁薄的特性,通过设计计算,得到薄壁金刚石钻头的各项参数,包括钻头的结构、模具和钢体的参数,同时说明了工作层和非工作层的装料计算。由于钢体采用的是标准尺寸的钢管,所以必须以国家的钢管规格为计算基准。 (2)分析了薄壁金刚石钻头的制造工艺,说明了采用中频感应炉热压烧结法的优点。通过探讨,明确了热压的各项工艺参数。具体参数如下,烧结压力:10-15Mpa;烧结温度:850-1000℃;保温时间:3-5min;升温速度:100-200℃/min。在钻头的制造过程中,由于薄壁金刚石钻头的胎体壁和钢体壁都比较薄,使热压烧结产生了很多问题。其中最主要的有两个方面,一个是烧结过程中容易产生裂纹,另一方面是钢体容易受压变形。为了尽量减少制造过程中产生残次品,我们讨论了这些问题产生的原因,并在此基础上研究了这两方面问题的几种解决方案。 (3)提出试验设计方案,选择以钢筋直径不同为主要变化的钢筋混凝土,在微钻台上进行室内钻进实验,实验结果表明,该研究钻头能在一定程度上提高钻进时效,降低钻头磨损。在进行室内钻进实验时,为尽量与工程实际相符合,采用的钻进规程为:钻压为263.5kg,转数为600r/min。 可见,针对钢筋混凝土这种建筑材料,如何使研制的薄壁金刚石钻头达到很好的效果。通过先讨论该材料的可钻性,然后根据该钻进方法的设备和特性研究其钻进规程。通过钻凿对象和钻进规程设计薄壁金刚石钻头的研究路线具有较好的可行性,本方案达到了一定的预期目的。
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