硬质合金球齿—齿形优化

常见的硬质合金球齿的齿形多为圆头形、弹头形，但是在使用过程中，常规的圆头形硬质合金球齿很容易发生钝化，从而影响掘进的效率；而弹头形硬质合金球齿由于齿冠尖细且齿冠球半径较小，因而在大冲击功或岩层较为坚硬的情况下，容易因基体强度不足而发生破碎。因此，硬质合金球齿的齿形结构对其使用性能上有着较大影响，对球齿的齿形结构进行优化也成为了相关研究人员的研究方向之一。

基于球形压模破岩有效机理和弯曲应力恒等理论，国内的研究人员设计出了耐钝性硬质合金球齿。这种球齿结合了圆头齿和弹头齿二者的优势，齿头由球冠形体和近似圆锥体组成；其中球冠形体进行球形压模破岩，近似圆锥体进行楔形压模破岩，球形压模在前破岩为主，楔形压模在后破岩为辅，形成了共同破岩的良好效果。此外，通过分析球形压模和楔形压模下岩石的应力分布规律，证明了耐钝硬质合金球齿的破岩效果更好、钻速更快、抗冲击韧性更好、不易钝化。有实验数据表明采用耐钝硬质合金齿的潜孔钻头寿命和平均钻速分别比弹头齿钻头高36%和28%。另一种优化球齿则采用前级超硬球体和二级超硬球体组成，在前级超硬球体破碎岩石后产生剪切体；当钻头再冲击岩石时，第二级超硬球体冲击剪切体，对岩石重复破碎。这就使得硬质合金球齿钻头在钻进较长进尺时不需提钻以及对钻头进行出刃处理，还能保持良好的碎岩能力和自锐性能。

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