钎焊金刚石钻头降温冷却过程热动力学仿真

【摘要】与采用传统电镀法制造的金刚石钻头相比，钎焊法制造的金刚石钻头表现出极大的优越性，主要体现在胎体对金刚石的把持力大、金刚石出刃高、切削速度快、切削空间大等。而传统的电镀金刚石钻头金刚石和胎体的结合强度低，导致其在实际的使用过程中金刚石极易脱落，从而造成钻头失效。为了提高钻进效率和钻头的寿命，以满足我国对地形复杂区域的勘探，钎焊金刚石钻头的制造过程以及胎体与金刚石的结合机理受到了越来越广泛的关注。本文以多层钎焊金刚石钻头为研究对象，对它在高温钎焊炉中的生产制造过程和降温冷却成型过程以及在此过程中受到的热动力学知识进行了理论的分析与总结。基于其理论研究，在限元仿真软件ANSYS中建立了钎焊金刚石钻头及石墨模具装配体的有限元实体模型，并对整个实体模型从中频感应炉中取出后的降温冷却过程进行了数值仿真模拟。针对钎焊金刚石钻头实际生产制造过程中出现微小裂纹这一现象，采用有限元软件ANSYS主要对钻头在降温冷却过程中的温度场和应力场进行了数值仿真模拟。对于温度场，分析了钎焊金刚石钻头及石墨模具装配体整个实体模型各部分降温的快慢情况，得出整个降温过程所需要的时间。对于应力场，得出整个实体模型各部分在不同时间点应力大小的分布情况，进一步分析出产生最大应力的区域，即钎焊金刚石钻头上微小裂纹或潜在裂纹可能出现的位置。另外，当整个实体模型降温结束后，需要把钎焊金刚石钻头从石墨模具中取出，通过采用有限元软件ANSYS得到的应力场仿真结果查看分析出了使钎焊金刚石钻头脱离石墨模具所需要的脱模力，并把仿真实验得到的脱模力与理论计算得到的脱模力进行比较，验证了本文对钎焊金刚石钻头制造降温冷却过程进行数值仿真模拟的正确性。
【作者】赵记兰；
【导师】卜长根；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），机械工程，2014，硕士
【关键词】钎焊金刚石钻头；降温冷却；温度场；应力场；脱模力；

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