表鑲CBN鉆頭研制及其巖石鉆進負載特性實驗研究.pdf

1、探月三期工程的核心任務(wù)目標是獲取長度約兩米的月壤樣品并返回地球。在月壤剖面中可能會夾雜著不同類型、不同尺度、不同硬度等級的月巖，當取芯鉆頭遇到巖石時，鉆進負載會急劇增加，鉆頭的切削熱也會急劇累積，若鉆頭的設(shè)計不當或鉆進規(guī)程控制失調(diào)，可能會導致鉆取采樣裝置鉆進功能、取芯功能失效。在探月工程三期預先研究階段優(yōu)化形成的螺旋形鉆頭構(gòu)型，對小尺度月壤具有較強的鉆進和取芯能力，但巖石的鉆進能力較弱。針對這一工程背景，本文提出了在螺旋形基體表面鑲嵌

2、CBN顆粒，在不損失其取芯能力的前提下，充分提高其對巖石的鉆進能力。
　　針對CBN顆粒對巖石的破碎作用機理，系統(tǒng)開展了CBN顆粒巖石切削力學模型的理論與仿真研究。調(diào)研分析了月巖的基本類型和主要物理特性，對地球巖石的主要物理力學特性以及巖石的可鉆性等級進行了研究。建立了集中載荷、球形壓頭作用于巖石的受載應(yīng)力狀態(tài)分析計算模型；依據(jù)巖石的破壞強度準則，建立了CBN顆粒巖石破碎力學模型和仿真模型，為CBN顆粒在鉆具上的合理鑲嵌提供了初始

3、依據(jù)。
　　研制了表鑲CBN鉆頭試驗件，并對CBN顆粒在鉆頭表面的鑲嵌形態(tài)、顆粒態(tài)鉆頭表面與巖石的有效接觸面積以及當量螺旋面積下的鉆壓力分布進行了分析與計算。開展了鉆頭鉆進巖石的過程、鉆頭碎巖能力、排屑運動和鉆頭的主要磨損因素的研究，為科學評估表鑲CBN鉆頭的關(guān)鍵特性提供了評價指標。
　　為了充分驗證所研制的表鑲CBN鉆頭的綜合特性，研制了巖石鉆進試驗臺，開展了正交實驗，獲得了回轉(zhuǎn)速率、加載速率以及基體螺旋頭數(shù)、CBN顆粒直