辅磨料在金刚石工具中的应用研究

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。