锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场.pdfVIP免费

投稿网址:www.stae.com.cn2023年第23卷第27期2023,23(27):11615-07科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringISSN1671—1815CN11—4688/T引用格式:吴泽兵,袁若飞,张文溪,等.锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场[J].科学技术与工程,2023,23(27):11615-11621.WuZebing,YuanRuofei,ZhangWenxi,etal.RockbreakingcharacteristicsandtemperaturefieldofserratedPDCcutter[J].ScienceTech-nologyandEngineering,2023,23(27):11615-11621.锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场吴泽兵,袁若飞,张文溪,杨晨娟(西安石油大学机械工程学院,西安710065)摘要聚晶金刚石复合片(polycrystallinediamondcompact,PDC)刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明,锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩,有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%,波动明显更小。后倾角变大,其切削力增加,破岩比能先增加减小又增加,存在最佳后倾角10°~15°;切削深度增大,切削力变大,破岩比能先减小后增加,存在临界切深1.5~2mm;锯齿数增加,刀具的切削力与破岩比能先增加后减小,3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明,锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大,热稳定性更好,工作参数与温度变化之间存在规律。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场,对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。关键词PDC刀具;锯齿形;有限元;温度场;破岩比能中图法分类号TE921;文献标志码A收稿日期:2022-12-19;修订日期:2023-07-06基金项目:陕西省重点研发计划(2022KW-10)第一作者:吴泽兵(1967—),男,汉族,湖北公安人,博士,教授,硕士研究生导师。研究方向:井下工具CAD/CAE/CAM、智能钻头与钻机及钻井自动化。E-mail:zbwu@xsyu.edu.cn。RockBreakingCharacteristicsandTemperatureFieldofSerratedPDCCutterWUZe-bing,YUANRuo-fei,ZHANGWen-xi,YANGChen-juan(MechanicalEngineeringCollege,Xi􀆳anShiyouUniversity,Xi􀆳an710065,China)[Abstract]Thestructureofpolycrystallinediamondcompact(PDC)cutterisanimportantfactoraffectingtheperformanceofthedrillbit.TheserratedPDCcutterhasgoodperformancebutlessresearch,andlacksrelevanttheoreticalsupport.Therefore,basedonelastoplast...