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　　式中：D—钻头的名义尺寸，75mm； D上偏—钻头外径尺寸的上偏差，0.50mm； D收—钻头烧结后的收缩量，为0.15～0.20mm，取0.20mm。

　　结孕镶金刚石钻 头的工艺流程如 图6-11所示，各 种参数选择好之 后，即可按此工 艺流程进行操作。

　　(1)钻头的壁比较薄(δ=2.5~5mm）钻进时省时、省力； (2)水口多 以保证高转速时胎体的充分冷却和排屑的通畅； (3)管壁长，由于各种工程的不同需要，待别是当钻进墙

　　孕镶钻头是将金刚石与胎体粉末拌 合在一起所制成的钻头(图6-6)，胎体将 金刚石全部包镶在里面，在钻头工作时， 金刚石随胎体的磨损以接力的形式不断 出露、工作、脱落、再出露。这种钻头 是为弥补大颗粒天然金刚石稀缺和昂贵 的不足而出现的。实践证明，孕镶金刚 石钻头具有优异的钻进性能和耐用性能。

　　金刚石的浓度、粒度、品级、钻头唇面形状，水 口类别及个数，保径种类，钻头类型，以及制造 工艺参数等。

　　随着金刚石工具制造技术的不断提高、对于 钻头胎体性能的讲究也越来越多、制造方法越来 越完善。孕镶钻头的制造工艺已由原来的无压浸 渍法、冷压烧结法过渡到现在的普通热压法、中 频热压法、真空热压法和电火花烧结法。

　　对于同一类胎体，其硬度的高低同时也 表示了胎体耐磨性的强弱，对于不同的岩层 需要选用不同性能的胎体。 一般，强研磨 性、破碎岩层，要选择高硬度、高耐磨性的 胎体材料；反之，弱研磨性、细晶粒的完整 岩层，则需要选择硬度稍低、耐磨性较低的 胎体材料。

　　作为钻头的切削单元-金刚石，当然是钻头参数 设计中的重要因素之一，钻头中所用金刚石的品级、 类别、粒度、粒度组成和浓度，将直接影响钻头的 使用寿命、钻进效率及制造成本。

　　由于热压烧结一般没有保护气氛，胎体 在烧结过程中容易氧化，影响胎体的致密化 及烧结强度。因此，在胎体材料中通常要加 入某些活泼金属元素，使其在烧结过程中起 到脱氧作用，例如锰和钛等。这样，在烧结 过程中，残存于胎体孔隙之中未及排除的氧 就会优先与这些活泼金属反应，生成氧化物， 从而促进其他粉末的烧结。大家知道，铜及 其合金容易浸润各种金属及其合金或化合物， 同样也容易浸润在烧结过程中所形成的活泼 金属的氧化物，活泼金属的氧化物对于胎体 的整体性能不仅无害，而且这些细小的氧化 物颗粒还可在胎体中起到弥散强化的作用。 其化学反应式为：

　　热压法是加压、加温、保压、保温同时进行 的特殊烧结形式，所需烧结温度低、压力低、保 温时间短，不仅胎体固结迅速．性能优异，而且 对于金刚石的强度损害较小，因而其应用较为普 遍。

　　金刚石钻头的胎体成分主要由三部分组成： 一是硬质骨架材料， 二是熔点较低的粘接 材料，三是改善胎体性能的中间相。

　　金刚石的品级越高，质量越好，则钻头的钻进寿命越长， 时效越高，但制造成本也高。当金刚石钻头的寿命与效率的 提高幅度不足以抵消金刚石的成本上升时，则非特殊情况不 采用更高品级的金刚石。孕镶金刚石地质取芯钻头的经济成 本指数可按下式计算：

　　式中：D-成本指数，元／m， B-开动一个台时的八项总费用，元／m，取B=120.09元／m； K-矿区平均事故停工率，根据统计资料(k＝9％)计算； V-平均钻进实效，m/h T1-升降一次钻具平均时间，h，取T1＝1.25h； T2-提放一次内管的平均时间，h，取T2＝0.667h G-提钻间隔长度，m，取G＝18m； δ-提取内管取芯间隔时间，5＝2.52h J-钻头单价，元／只； L-钻头寿命，m； Q-每米其他固定费用，元／m，取Q＝39.38元。

　　体等建筑物时，要求钻头钢体的长度要大于400mm， 因此，薄壁钻头的加工精度要求高，同心度要好。

　　薄壁工程钻头主要用于钢筋混凝土和砖石材料的建 筑物、路基、桥梁等的取样钻进和建筑物的管线安装孔 钻进，其应用日渐广泛。

　　层的端面(即唇面) 形状有多种类型， 其特征、性能及用 途列入表6-3。

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　　钻头的水路系统由水口、内外水槽、 钢体与钻孔间隙组成，其主要功用有 两个：一个是冷却钻头胎体，防止烧 钻；二是将钻进过程中产生的岩屑带 走，以保证钻头的正常钻进。设计水 口的原则是：根据钻头直径、壁厚以 及所钻进岩层的情况来确定水口的形 式、数量和大小。

　　从国标GB 6405-6408《人造金刚石及立方氮化 硼》可知，MBD级(MetaI Bond Drilling Diamond) 是适用于金属粘结的钻探用金刚石，同一粒度的 MBD类(从MBD4-MBD12)，金刚石的单颗粒抗压强 度相差70~100N，单价为10~50元/克。因而，根据 所钻进岩石的类型，恰如其分地选择金刚石的品级 具有特别重要的意义。

　　金刚石浓度即胎体中金刚石的加入量，孕镶 金刚石钻头的浓度范围在50%~150％。经常选用 的是75％、85％、90％和100％。所选金刚石的 浓度与金刚石的品级、粒度以及钻进岩层的情况 密切相关。例如，前苏联所生产金刚石的质量比 较差，往往就多采用高浓度的金刚石制造金刚石 钻头多选用100％以上的浓度以弥补金刚石品级 的不足；而在美国，出于其高品级、大颗粒金刚 石的产量大，制造钻头时就多采用85％以下的浓 度。我国则界于他们之间。

　　经过多年的实践研究，一般认为WCCu(或663青铜)-Co(Ni)系合金是人造金刚石 孕镶钻头较好的胎体材料，该系合金几种常 用的胎体配方及其性能列于表6-1。

　　的冷却效果和冲洗能力。通常，直径 越大，壁越厚，水口数量就越多。例 如，对于φ75mm钻头，其水口数量一 般为8~14个，当内径为φ49mm时为 12个或14个，当内径为φ54.5mm时 为10个。

　　钻头保径是为了使钻头的内径与外径尺寸 尽量保持不变而采取的措施，通常是将补 强材料贴于钻头的内、外径处，常用的补 强材料是硬质合金柱或人造金刚石聚晶烧 结体，其规格为φ2×3mm。装料时，在每 两个水口中间的工作胎体块的内外径上分 别放两颗硬质合金柱(或者放两粒聚晶)，烧 结后即可与胎体粘结在一起。在钻头内、 外径磨损持别严重的情况下，还可采用大 颗粒天然金刚石保径或将金刚石单晶涂于 模具壁上的方法进行保径。

　　工作层胎体的磨损而逐渐出露，形成切削刃，胎 体工作面表层上切削刃的数量和出刃高度与金刚 石的浓度、粒度、品级以及胎体的耐磨性、对金 刚石的粘结性能密切相关。由于孕镶于胎体中的 金刚石是随机而又相对均匀地分布着，每粒金刚 石都经过初磨→初露→出刃工作→碎裂或脱落的 全过程。整个钻头胎体中的金刚石是以接力的形 式而进行工作的，如图6-7所示。与表镶钻头相比， 孕镶钻头对胎体性能有更复杂的要求。

　　硬质骨架材料熔点高．在高温烧结时保 持为固相(或仅有少量溶入液相中)．使金刚 石不会错动，并赋于胎体高的耐磨性、在复 杂的岩石钻进中保护金刚石使之不致脱落。

　　粘结材料一般有较低的熔点，且经常是 几种金属的合金，在较低的烧结温度下，就 可以把金刚石、硬质点粘结在一起，形成具 有很高强度的胎体。

　　另外，为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ提高胎体的强度、耐磨性和 抗冲击性、住往还需添加中间相，如镍、铁 和钴等元素。

　　钻头所用金刚石粒度范围在35/40目 ~100/120目之间，颗粒直径在0.6~0.2mm之 间．有时采用单一粒度，有时采用混合粒度。 通常，金刚石粒度越粗，则工作刃越高，钻头 的钻进效率越高,且岩石越软，越适于使用粗 颗粒金刚石，但硬质、弱研磨性岩层需选用细 粒、高品级金刚石。

　　在钻进发杂地层、持别是硬、脆、碎岩 层时，为了保证金刚石钻头的寿命，宜选用细 颗粒金刚石，也可选用混合粒度金刚石，如选 50%60目50%80目金刚石，或选用46目、 60目和80目金刚石各1/3。这种混合粒度能使 钻头的综合性能得到改善。

　　对于孕镶钻头而言，钻头的水口形式有两 种：即底喷式水口和唇面开口式水口。 1.底喷式水口。如图6-8所示，冷却水口除沿内水 槽流动外，还可沿水口孔(φ5~7mm)流出，这 种水口适用于沉积岩、变质岩等含岩粉较多的 软质岩层，冷却效果好，岩心采取率高。 2.唇面开口式水口。包括普通冷却水口、螺旋式 水口及正负水口式水口，如图6-9所示；(1)正 负水口式水口。可以在基本上不降低胎体性能 (负水口不需内外水槽)的情况下，提高冷却效 果；并可以降低工作层与岩层的接触面积，提 高单位面积的进给压力，这种水口的钻头适宜 钻进致密、完整、坚硬的弱研磨性地层。(2)螺 旋式水口。是将水口设计成为放射状，这种水 口的通水效果好、适宜钻进含有钢筋的水泥建 筑，如水电大坝。

　　胎体的致密化速度很快，有大部分气体还未来得 及与胎体粉末发生反应就被排了出去。这样，能 够与锰和钛等发生反应的气体实际上是微不足道 的，那么，这些活泼金属元素究竟是怎样发挥重 要作用的呢?事实上，胎体中的其他粉末，由于 已经存放了某些时间以及环境的影响，其表面一 点也不被氧化和在表面上一点吸附气体也没有是 不可能的，所添加的活泼金属除了有一部分与空 隙中的氧发生反应外，还有一部分将与粉末表面 的这些氧化物或所吸附的气体发生反应，其反应 式为：