岩石切削深度对切削齿温度分布的影响分析

张在兴^1,2，周琴^1,2，张凯^1,2，郑国敬^1,2，张涛^1,2

1. 中国地质大学(北京)工程技术学院2. 国土资源部深部地质钻探技术重点实验室

摘 要：切削温度是影响切削齿寿命、磨损及切削效率的重要因素;切削温度过高会加快切削齿热磨损,降低钻头寿命以及切削效率。切削深度是重要的岩石切削参数,直接影响岩石的破坏形式,切削深度通过改变岩石的破坏形式改变切削齿的受力状态,而切削力是切削热、切削温度升高的直接原因,因此切削深度会对切削过程中切削齿温度场的变化产生影响。为了进一步研究切削深度对切削齿温度变化的影响规律,基于岩石切削热模型,以Drucker-Prager为岩石强度准则,建立切削齿动态破岩模型,研究不同切削深度下切削齿的受力状态、前后刀面温度分布以及温升变化规律。研究结果表明:①存在一个临界深度d^*,使岩石破坏模式从塑性切削转变为脆性切削,岩石塑性切削时切削力与切削深度成正比,脆性切削时切削力与切削深度成非线性关系;②切削深度的改变会影响切削齿前、后刀面温度变化:后刀面温度随切削深度的增加而线性升高,前刀面温度随切削深度增加呈现先升高后下降的趋势;③切削深度的增加使切削力波动增大,因此导致前、后刀面温度波动随切削深度的增加而加剧。通过对岩石破碎过程中不同切削深度下的切削齿受力状态以及温度变化模拟分析,发现切削深度对切削齿温度变化具有明显的影响,理论分析和仿真结果变化趋势基本吻合,研究结果可为优化切削参数和延长切削齿使用寿命提供依据和参考。

关键词：切削深度;破坏模式;温度场;数值模拟;