一定數(shù)量的硬質(zhì)合金切削具，按一定的形式排布在鉆頭體上，可形成鉆進(jìn)不同地層的鉆頭結(jié)構(gòu)。這些決定鉆頭結(jié)構(gòu)的因素稱為硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素。

      1.鉆頭體
      鉆頭體是切削具的支撐體，它把軸載和扭矩傳遞給切削具，承受切削具破巖的反作用力和孔底的動(dòng)載效應(yīng)，并長時(shí)間處于孔底的摩擦環(huán)境中。因此，鉆頭體要用DZ-40地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成。鉆頭體上端車有與巖心管連接的外螺紋，其內(nèi)壁上有為卡取巖心設(shè)計(jì)的內(nèi)錐度。

      2.切削具出刃
      切削具出刃指的是切削具在鉆頭體內(nèi)、外側(cè)和底唇面突出的一定高度，其出刃高度取決于巖石的硬度、均質(zhì)性和在該巖石中的鉆進(jìn)速度。

     (1)內(nèi)、外出刃
     內(nèi)、外出刃的作用是保證鉆頭體與孔壁、鉆頭體與巖心之間留有一定的間隙，以避免鉆頭體承受來自孔壁和巖心的摩擦力，并為循環(huán)沖洗提供通道。硬質(zhì)合金鉆頭出刃的參考值如表4-2所列。一般對(duì)于軟巖層應(yīng)取較大的出刃值。若鉆進(jìn)遇水膨脹或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量巖粉的軟地層，則一般地加大出刃也不能滿足要求。這時(shí)必須在鉆頭體上加焊肋骨，以增大內(nèi)、外環(huán)狀空間，一般取內(nèi)、外出刃3～6mm，底出刃4～5mm。
      (2)底出刃
      底出刃的作用是保證切削具能順利地切入巖石，并為沖洗液及時(shí)冷卻切削具和排除孔底巖粉提供通道。底出刃的概念應(yīng)包括出刃大小和底刃排列方式兩方面的內(nèi)容。
      底出刃大小包括切削具的切入深度和過水問隙(圖4-8)，即H=h1+h2。若H值過大，容易在硬巖和裂隙性巖層中造成切削具崩斷，故應(yīng)在鉆頭體上增加補(bǔ)強(qiáng)部分，有很好的防崩效果。

      鉆頭的底出刃可以排成平底式，也可以排成階梯式。后者可使孔底巖石破碎成臺(tái)階形(圖4-9)，即在孔底形成掏槽。這樣為上面一排切削具破碎巖石創(chuàng)造了第二個(gè)自由面，使體積破碎更容易。尤其對(duì)具有一定脆性及較硬的巖層效果更佳。
     3.切削具的鑲焊角度

     針對(duì)不同性質(zhì)的巖層，可以把具有一定刃角β的切削具以不同的前角(亦稱鑲焊角)鑲焊在鉆頭體上，從而獲得不同的鉆進(jìn)效果。

     切削具在鉆頭唇面上有三種鑲焊方式：切削具以正前角斜鑲的稱為正斜鑲[圖4-10(a)]，垂直擺放的為直鑲[圖4-10(b)]，以負(fù)前角斜鑲的稱為負(fù)斜鑲[圖4-10(c)]。
     不同刃角的切削具使用范圍也不同，其推薦值如下：

     (1)β=45°～50°，用于Ⅰ～Ⅳ級(jí)非裂隙性巖石；

     (2)β=65°，用于Ⅴ～Ⅶ級(jí)巖石；

     (3)β=90°的小切削具，用于自磨式鉆頭。

      切削角口的大小應(yīng)根據(jù)所鉆巖性來選擇。一般來說，鉆進(jìn)軟巖口應(yīng)取小些，但不宜過小。因?yàn)榭谶^小可能使切削具后面直接與巖面摩擦。

     究竟選擇何種鑲焊角形式(正斜鑲、直鑲、負(fù)斜鑲)，應(yīng)考慮下述原則：

     (1)對(duì)所鉆巖石切入和回轉(zhuǎn)阻力小；
     (2)某種鑲焊形式可保證鉆頭體上的切削具有較大的抗彎和抗磨損能力；
     (3)有利于及時(shí)排除巖粉；
     (4)磨損后的切削具應(yīng)保持一定的切削能力，即端面的接觸面積不能過快地增大。
     上述條件很難同時(shí)滿足，設(shè)計(jì)鉆頭時(shí)應(yīng)根據(jù)巖性，有所側(cè)重地考慮。

     分析表明，在切入深度相同的條件下，切入巖石所需的軸向力P，和水平力P，正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最??；當(dāng)磨損體積相同時(shí)，切削刃端的磨損面積正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最??；當(dāng)三者出刃大小～致時(shí)，切削刃上的彎矩正斜鑲最大，直鑲次之，負(fù)斜鑲最?。慌欧蹢l件是正斜鑲最好，直鑲次之，負(fù)斜鑲最差。所以，通常正斜鑲的鉆頭在軟巖中具有高鉆速，而負(fù)斜鑲鉆頭適用于硬巖和非均質(zhì)巖層，最常用的是直鑲。

     4.切削具在鉆頭體上的布置方式

     硬質(zhì)合金鉆頭切削具的排列方式很多，按切削具在鉆頭體唇面上的分布圈數(shù)，可分為單環(huán)排列、雙環(huán)排列和多環(huán)排列(圖4-11)。再加上切削具擺放的密集程度，是否扭轉(zhuǎn)一定的角度等因素都可有所變化，從而構(gòu)成多種類型的鉆頭形式。確定切削具布置方式時(shí)應(yīng)考慮以下原則：
     (1)能保證鉆頭在孔底工作平穩(wěn)；
     (2)雙環(huán)、多環(huán)排列或分組排列時(shí)，每個(gè)切削具只破碎孔底的二部分，疊加起來完成整個(gè)環(huán)狀切槽的切削，如果各環(huán)之間能相互造成自由面，則破巖效果更佳；
     (3)盡量使每個(gè)切削具負(fù)擔(dān)的破巖量接近，避免局部磨損過甚；
     (4)切削具之間應(yīng)保持一定的距離，以利于排粉；
     (5)對(duì)切削具的鑲焊和修磨方便。

     5.切削具在鉆頭體上的數(shù)目

      一般鉆頭上切削具數(shù)目越多，同時(shí)參加破巖的切削點(diǎn)就多，鉆頭壽命較長。但是，由于軸向載荷有限，單個(gè)切削具上的載荷不足，只能形成表面破碎；加之切削具數(shù)目太多，則巖石破碎處于相互夾持狀態(tài)，使剪切體變小，造成重復(fù)破碎，孔底冷卻效果變差，最終嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率。實(shí)驗(yàn)表明，鉆頭體上兩組(粒)切削具問的距離Z與切削具厚度b之比應(yīng)為l/b≥2.5。

     切削具數(shù)目取決于巖性、鉆頭直徑和切削具形狀。對(duì)軟巖取較少的數(shù)量，對(duì)較硬和非均質(zhì)及研磨性巖石，保證一定的鉆頭壽命是主要矛盾，一般應(yīng)取密集式排列。

     6.鉆頭的水口和水槽

     鉆頭上一定數(shù)量的水口和水槽(水槽下端應(yīng)與水口頂端相通)，是沖洗液流經(jīng)鉆頭，沖洗孔底并返回鉆柱外環(huán)空間的通道。它直接影響著切削具的冷卻和孔底及時(shí)排粉的效果。

     硬質(zhì)合金鉆頭體上的水口形狀可以有矩形、半圓形、梯形和三角形，但效果最好的是三角弧形水口。水口的數(shù)目應(yīng)等于鉆頭體上切削具的數(shù)目或組數(shù)。水口的總面積應(yīng)大于或等于鉆頭外環(huán)空間(包括回水槽)韻面積，以減少鉆頭處的水馬力損失。