点胶法可实现金刚石有序排布进而提高钻头性能 .pdfVIP

点胶法可实现金刚石有序排布进而提高钻头性能

张丁元

【摘要】为实现孕镶金刚石钻头工作层中金刚石颗粒的有序排列,采用点胶法进行

金刚石有序排布的初步实验.基于Matlab2016A图像分析技术,对金刚石定位精度

进行定量评价;然后制备金刚石颗粒有序排布的单层电镀金刚石钻头,并与普通电镀

钻头进行对比钻进实验.结果表明:点胶法可以得到与设计坐标偏离值不超过10%的

金刚石有序排布阵列;有序排布的金刚石钻头,其钻进时效比普通钻头的高30%,钻

头寿命长85%.采用点胶法制备有序排布金刚石钻头是可行的;相比于随机分布,有

序排布具有明显的优势.%Toorderlyarrangediamondgritsinimpregnated

diamondbits,dispensingisappliedinpreliminaryexperimentson

arrangingdiamondgrits.Matlab2016Aimageanalysistechprovidesa

quantitativeevaluationschemeofgritpositioningaccuracy.Thenasingle

layerelectroplateddiamondbitwithorderlyarrangedgritsispreparedto

compareitsperformancewiththatofcommonbitsinactual

drilling.Resultsshowthatdispensinghelpstoorderlyarrangediamond

grits,whosedeviationratiooverthedesignschemeislessthan10%,and

thatgrit-arrangedbitperforms30%increaseinefficienceand85%inbit

lifethancommonbits.Inconclusion,dispensingmethodisreliableto

orderlyarrangediamondgritsinabit,whohassignificantadvantageover

commonbits.

【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》

【年(卷),期】2017(037)004

【总页数】4页(P11-14)

【关键词】金刚石钻头;电镀;定位精度;钻进时效;使用寿命

【作者】张丁元

【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074

【正文语种】中文

【中图分类】TQ164;TG74

以传统方法制造的金刚石钻头，唇面上的金刚石是随机分布的[1]，在钻进过程中

处于不同的工作环境，总体利用率较低。因此，钻头在工作时表现出钻进时效低、

寿命短等缺点。而金刚石的有序排布[2]可以明显改善这一现象。

实现金刚石的有序排布主要有3种方式：人工排布法、焊料粘连法和模板法。

SUNGC[3]用胎体粉末包裹金刚石颗粒，之后以人工方式将其安装在钻头基体上

进行烧结，实现有序排布；但该方法效率低下、应用价值不高。BURKHARDG等

[4]用特定装置将焊料精确地涂在工具表面，然后将金刚石撒在焊料上形成有序排

布，得到排布较好的序列；但其对加工条件要求较高。模板法是目前使用较多的一

种方案，如杨仙[5]按照事先设计的排布方式，在紫铜板上用中小功率YAG激光打

孔器打孔，孔径为金刚石粒度尺寸的1～2倍；然后将铜板放在涂有压敏胶的胎体

薄坯上并撒上金刚石颗粒，待每个孔眼都进入一颗金刚石颗粒后，拿走铜板即可得

到完全按照设计方式排布的金刚石序列；但模板的制作复杂，且灵活性差。

我们借鉴了焊料粘连法的思路，并用胶黏剂代替焊料。这种方案既降低了精度要求，

又兼具灵活性。首先用点胶法在金属小圆柱底面进行金刚石有序排布实验，定量分

析金刚石排布精度；然后采用电镀法制备金刚石钻头，并进行微钻实验以观察金刚

石排布方式对金刚石钻头性能的影响；最后采用激光共聚焦的方式观察钻头工作面

上的金刚石，从微观角度分析金刚石排布方式对钻头性能的影响。

1实验原理与方案

点胶法实现金刚石有序排布的原理是利用点胶机在金刚石工具基体上点出均匀排布

的胶点阵列，控