鄧福銘,王博,鄧雯麗,周小彥,,趙燁,劉波,張紅林

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083; 2.河北小蜜蜂工具集團(tuán)有限公司,河北石家莊 050800)

國(guó)內(nèi)金剛石工程薄壁鉆臺(tái)架對(duì)比鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究

鄧福銘1,王博1,鄧雯麗1,周小彥2,1,趙燁1,劉波1,張紅林2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)超硬刀具材料研究所,北京 100083; 2.河北小蜜蜂工具集團(tuán)有限公司,河北石家莊 050800)

使用壽命長(zhǎng)短以及鉆切效率高低是衡量金剛石工程薄壁鉆的使用性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。采用新工藝制備的金剛石工程薄壁鉆與傳統(tǒng)熱壓工藝生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)某著名廠(chǎng)家產(chǎn)品進(jìn)行了鋼筋混凝土臺(tái)架鉆切對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,新工藝制備的1#鉆頭的鉆孔數(shù)為94孔,其耐磨性比目前國(guó)內(nèi)使用壽命最長(zhǎng)的產(chǎn)品高51.6%,且鉆速基本上與之相當(dāng),屬于高耐磨型產(chǎn)品;3#鉆頭的平均鉆進(jìn)時(shí)間為12.3min/孔,鉆速為19.5mm/min,與國(guó)內(nèi)鉆速最高的產(chǎn)品相當(dāng),但其使用壽命相比卻提高52%,屬于高效鉆切型產(chǎn)品;2#鉆頭的鉆孔數(shù)為72孔,平均鉆速為17.7mm/min,其耐磨性和鉆進(jìn)速度分別比國(guó)內(nèi)最先進(jìn)產(chǎn)品提高了29%～32%和26%～33%,實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該工藝方法制備的金剛石工程薄壁鉆頭具有高效、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn),克服了傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)技術(shù)產(chǎn)品耐磨性與鉆速不可兼得的矛盾。

金剛石工程薄壁鉆;鋼筋混凝土;鉆削;使用壽命;鉆進(jìn)速度

0 引言

金剛石工程薄壁鉆是我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及建筑工程行業(yè)的常用工具[1-4],衡量金剛石工程薄壁鉆的使用性能優(yōu)劣主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是金剛石工程薄壁鉆使用壽命的長(zhǎng)短,反映在實(shí)際使用中就是每個(gè)金剛石薄壁鉆所能鉆切的鋼筋混凝土孔數(shù)或平均每孔鋼筋混凝土磨耗的刀頭高度[5]。金剛石工程薄壁鉆所能鉆切的鋼筋混凝土的孔數(shù)越多,每孔磨耗的金剛石薄壁鉆刀頭高度越少,則說(shuō)明該鉆頭的使用壽命越長(zhǎng)。二是金剛石工程薄壁鉆的鉆切效率,反映在實(shí)際使用中就是每個(gè)金剛石工程薄壁鉆鉆切鋼筋混凝土?xí)r的鉆切速度或每孔鉆進(jìn)時(shí)間。金剛石工程薄壁鉆鉆切鋼筋混凝土?xí)r鉆切速度越快,平均每孔鉆進(jìn)時(shí)間越短,則說(shuō)明該鉆頭的鉆切效率越高。優(yōu)質(zhì)金剛石工程薄壁鉆,不僅要追求較長(zhǎng)的使用壽命而且更要追求較高的鉆切效率,但傳統(tǒng)金剛石工程薄壁鉆的使用壽命和鉆切效率之間又是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系[6],實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明,采用熱壓法制備的金剛石工程薄壁鉆要想提高其鉆進(jìn)速度則必須以犧牲其耐磨性為代價(jià)。因此如何制備高效長(zhǎng)壽命的金剛石工程薄壁鉆已成為國(guó)內(nèi)所有鉆頭廠(chǎng)家所面臨的技術(shù)性難題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)創(chuàng)新工藝方法制備了新型金剛石薄壁鉆頭,并與國(guó)內(nèi)主要廠(chǎng)家的金剛石工程薄壁鉆進(jìn)行了鋼筋混凝土臺(tái)架鉆進(jìn)對(duì)比實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析新型金剛石工程薄壁鉆頭與傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能差異,以期解決傳統(tǒng)金剛石工程薄壁鉆二者不可兼得的矛盾。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)選用三組應(yīng)用新工藝制備的Φ63mm金剛石工程薄壁鉆分別定為1#、2#、3#鉆頭,通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研選取國(guó)內(nèi)四個(gè)著名廠(chǎng)家同規(guī)格的五種類(lèi)型的金剛石工程薄壁鉆作為比較對(duì)象,分別命名為4#、5 #、6#、7#、8#鉆頭,以作鉆進(jìn)性能對(duì)比測(cè)試。被選取樣品的四家公司均為行業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè),其生產(chǎn)的金剛石工程薄壁鉆頭代表國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平。將以上八種金剛石工程薄壁鉆頭進(jìn)行臺(tái)架鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象為含Φ18mm鋼筋、上下四層依次縱橫排列的鋼筋混凝土塊,同一平面鋼筋依次平行排列,混凝土塊高度240mm,鋼筋水平排布間距80mm。分別記錄每種鉆頭的打孔數(shù)目、每孔磨耗、每孔鉆進(jìn)時(shí)間,最后計(jì)算每種鉆頭的平均鉆頭磨耗、平均每孔鉆進(jìn)時(shí)間以及平均鉆切速度,以對(duì)比分析八種金剛石工程薄壁鉆頭的使用性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 八種金剛石工程薄壁鉆的使用性能Table 1 The performance of eight kinds of diamond engineering thin-walled drill bits

2 臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 國(guó)內(nèi)金剛石工程薄壁鉆的耐磨性和使用壽命對(duì)比

圖1為八種金剛石工程薄壁鉆在打孔數(shù)上的對(duì)比分析柱狀圖。從圖中可知,某公司一4#、5#鉆頭的打孔數(shù)目分別為43和61孔。某公司二6#鉆頭的打孔數(shù)目與5#鉆頭的打孔數(shù)目相當(dāng),為62孔。某公司三7#鉆頭的打孔數(shù)目比5#鉆頭和7#鉆頭的打孔數(shù)目低,為51孔。打孔數(shù)目最少的是某公司四的8#鉆頭,打孔數(shù)僅為27孔。本實(shí)驗(yàn)研制的1#金剛石工程薄壁鉆的打孔數(shù)為94孔,比目前實(shí)驗(yàn)選取的最好的金剛石工程薄壁鉆5#鉆頭和7#鉆頭的打孔數(shù)(61和62孔),分別多出33和32孔,使用壽命分別提高54.1%和51.6%。研制的2#金剛石工程薄壁鉆的打孔數(shù)為72孔,比5#鉆頭和7#鉆頭的打孔數(shù)分別多出11和10孔,使用壽命分別提高18%和16.1%。說(shuō)明新工藝制備的金剛石工程薄壁鉆頭,其使用壽命已超過(guò)國(guó)內(nèi)目前的最高水平。

圖1 八種金剛石工程薄壁鉆的打孔數(shù)Fig.1 total drill hole number of the eight kinds of diamond engineering thin-walled drill bits

圖2為八種金剛石工程薄壁鉆在平均每鉆一孔后的鉆頭磨耗對(duì)比。從圖中可以看出,4#、5#鉆頭平均每孔鉆頭磨耗為0.160～0.167mm/孔。6#鉆頭平均每孔鉆頭磨耗為0.098 mm/孔,比4#、5#鉆頭的平均每孔鉆頭磨耗低0.062～0.069mm/孔。7#鉆頭的平均每孔鉆頭磨耗為0.155mm/孔,比 4#、5#鉆頭的平均每孔鉆頭磨耗略小,比6#鉆頭平均每孔鉆頭磨耗高0.057mm/孔。8#鉆頭平均每孔磨耗最高,達(dá)到0.284mm/孔,最不耐磨。本實(shí)驗(yàn)研制的1#金剛石工程薄壁鉆的平均每孔鉆頭磨耗最少,僅為0.087mm/孔,比5#鉆頭降低48%,比6 #鉆頭的平均每孔鉆頭磨耗降低11%,比7#、8#鉆頭分別降低44%和69%。實(shí)驗(yàn)研制的2#金剛石工程薄壁鉆的平均每孔胎體磨耗也較低,為0.113mm/孔,與6#鉆頭的平均每孔鉆頭磨耗相接近,比4#、7#鉆頭分別降低27%和32%,比8#鉆頭降低60%。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明新工藝制備的金剛石工程薄壁鉆頭,其平均鉆頭磨耗低,耐磨性已達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)內(nèi)最好水平。

圖2 八種金剛石工程薄壁鉆頭的平均磨耗Fig.2 The average abrasion of the eight kinds of diamond engineering thin-walled drill bits

綜合圖1和圖2可以得出,本實(shí)驗(yàn)所研制的1#和2#金剛石工程薄壁鉆頭的耐磨性比國(guó)內(nèi)最耐磨的6#產(chǎn)品分別高出51.6%和16.1%,是國(guó)內(nèi)其它公司產(chǎn)品的2～3倍,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)所研制的1#、2#金剛石工程薄壁鉆的使用壽命長(zhǎng),具有高耐磨型產(chǎn)品的特征。

2.2 國(guó)內(nèi)金剛石工程薄壁鉆頭的鉆進(jìn)速率對(duì)比

圖3 八種金剛石工程薄壁鉆的平均每孔鉆進(jìn)時(shí)間Fig.3 The average drilling time per hole of the eight kinds of diamond engineering thin-walled drill bits

圖4 八種金剛石工程薄壁鉆的平均鉆切速度Fig.4 The average drill rate of the eight kinds of diamond engineering thin-walled drill bits

圖3為八種金剛石薄壁鉆平均每孔鉆進(jìn)時(shí)間的對(duì)比,圖4為八種金剛石薄壁鉆頭平均鉆切速度對(duì)比。從圖3和圖4可以看出,在國(guó)內(nèi)四廠(chǎng)家產(chǎn)品中,某廠(chǎng)家四8#鉆頭的鉆進(jìn)速度最快,達(dá)到19.2mm/ min,平均用時(shí)最短,為每孔12.5min;其次是6#、7 #鉆頭,平均鉆速分別為17.2mm/min和17.4mm/ min,平均用時(shí)分別為每孔13.9min和13.8min。本實(shí)驗(yàn)研制的1#金剛石工程薄壁鉆的平均鉆進(jìn)時(shí)間為18min/孔,鉆切速度為13.3mm/min,每孔鉆進(jìn)耗時(shí)和平均鉆速基本上與4#、5#鉆頭相當(dāng),平均鉆切速度比6#、7#、8#鉆頭的稍低。本實(shí)驗(yàn)研制的3#鉆頭的平均鉆進(jìn)時(shí)間為12.3min/孔,鉆切速度為19.5mm/min,鉆進(jìn)速率為八組鉆頭中最高的,與國(guó)內(nèi)鉆速最快的某公司四8#鉆頭相當(dāng)。本實(shí)驗(yàn)研制的2#鉆頭的平均鉆進(jìn)時(shí)間為13.5min/孔,鉆速為17.7mm/min,比3#鉆頭鉆速略低,但仍高于其他公司產(chǎn)品。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制備的2#、3#鉆頭,其鉆進(jìn)效率已達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)內(nèi)最好水平,屬于高效鉆切型金剛石工程薄壁鉆頭。

綜上所述,1#鉆頭生產(chǎn)工藝制備的金剛石工程薄壁鉆胎體層耐磨且對(duì)金剛石的包鑲能力強(qiáng),總鉆孔數(shù)達(dá)到94孔,其平均每孔鉆頭磨耗最少,僅為0.087mm/孔,其鉆頭磨耗低,優(yōu)于國(guó)內(nèi)其它廠(chǎng)家同類(lèi)產(chǎn)品,且其鉆切速度與國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)家一的兩種型號(hào)的產(chǎn)品基本接近,具有使用壽命長(zhǎng)、經(jīng)久耐用特點(diǎn)。3#鉆頭生產(chǎn)工藝制備的金剛石工程薄壁鉆鉆切速度高達(dá)19.5mm/min,且使用壽命也達(dá)到了41孔,明顯領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)某公司四的鋒利型金剛石工程薄壁鉆產(chǎn)品,其鉆頭具有鋒利度高、鉆切效率高的特點(diǎn),屬于新一代鋒利型產(chǎn)品。2#鉆頭生產(chǎn)工藝制備的金剛石工程薄壁鉆頭綜合了前兩者的優(yōu)點(diǎn),鉆孔數(shù)達(dá)到72個(gè),平均每孔磨耗僅為0.113mm,平均鉆速高達(dá)17.7mm/ min,該工藝制備的鉆頭具有鉆切效率高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),其產(chǎn)品突破了目前金剛石工程薄壁鉆的性能局限,在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)勢(shì)明顯,是目前國(guó)內(nèi)最好的高效長(zhǎng)壽命金剛石工程薄壁鉆產(chǎn)品。

3 結(jié)論

(1)本實(shí)驗(yàn)所研制的1#金剛石工程薄壁鉆頭的耐磨性是國(guó)內(nèi)其它公司產(chǎn)品的2～3倍,其使用壽命比目前國(guó)內(nèi)使用壽命最長(zhǎng)的7#產(chǎn)品高出51.6%,且鉆進(jìn)速度基本上與4#、5#鉆頭相當(dāng),說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)所研制的1#金剛石工程薄壁鉆的耐磨性高,具有使用壽命長(zhǎng)的特征,屬于高耐磨型產(chǎn)品。

(2)本實(shí)驗(yàn)所研制的2#金剛石工程薄壁鉆頭的鉆孔數(shù)高達(dá)72個(gè),平均每孔磨耗僅為0.113mm,平均鉆速高達(dá)17.7mm/min,其耐磨性較4#、5#鉆頭分別提高了32%和29%,切割速度較4#、5#鉆頭分別提高了33%、26%,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制備的2#鉆頭無(wú)論是耐磨性還是鉆速都達(dá)到了國(guó)內(nèi)金剛石工程薄壁鉆的領(lǐng)先水平,屬于高效長(zhǎng)壽命兼顧型金剛石工程薄壁鉆。

(3)本實(shí)驗(yàn)研制的3#金剛石工程薄壁鉆的平均鉆進(jìn)時(shí)間為12.3min/孔,鉆切速度為19.5mm/min,其鉆速與國(guó)內(nèi)鉆速最高的8#鉆頭相當(dāng),但使用壽命為41孔,比8#鉆頭提高52%,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制備的3 #金剛石工程薄壁鉆頭屬于高效鉆切型鉆頭。

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Drilling Contrast Experiment Study of Domestic Diamond Engineering Thin-Walled Drill Bit

DENG Fu-ming1,WANG Bo1,DENG Wen-li,ZHOU Xiao-yang2,1,ZHAO Ye1LIU Bo1,ZHANG Hong-lin2
(1.Institute of Super-hard Cutting Tool Materials,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing,100083; 2.Hebei Xiaomifeng Tool Enterprises Corporation,Sijiazhuang,Hebei 050800)

Service life and drilling efficiency are the important measurement indexes of the performance of diamond engineering thin-walled drill bit.Reinforced concrete drilling contrast experiments between engineering thin-walled drill bit manufactured by new technique and a well known domestic product by conventional hot-pressing technique have been conducted.Result shows that the quantity of drill hole of the 1#drill bit manufactured by new technique is 94,and the abrasive resistance of it is 51.6%higher than that of the most durable procuct in China and their drill rate is similar.This drill bit can be categorized into the high abrasive resistance products;the average drill time of 3#drill bit is 12.3min/hole and the dirll rate of it is 19.5mm/min which is similar to the domestic product of the highest drilling rate while the service life of it is 52%longer which makes is a high efficiency drilling product;the quantity of drill hole of the 2#drill bit is 72 with an average drill rate of 17.7mm/min,its abrasive resistance and drill rate are respectively29～32%and 26～33%higher than those of the most advanced domestic products.The experiments have confirmed that the engineering thin-walled drill bit manufactured by new technique has a nature of high efficiency and long service life which has overcome the incompatibility of abrasive resistance and drill rate of the conventional product of hotpressing sintering technique.

diamond engineering thin-walled drill bit;reinforced concrete;drilling;service life; drill rate

TQ164

A

1673-1433(2015)01-0001-05

2015-01-26

鄧福銘(1963-),男,所長(zhǎng),教授/博導(dǎo),主要從事金剛石等超硬材料及其應(yīng)用研究。E-mail:dfm@cumtb.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.51172278);北京市自然科學(xué)基金聯(lián)合基金(15L00025);石家莊市科技支撐計(jì)劃(141080831A)

鄧福銘,王博,鄧雯麗,等.國(guó)內(nèi)金剛石工程薄壁鉆臺(tái)架對(duì)比鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究[J].超硬材料工程,2015,27(1):1-5.