鋼質的圓筒狀鉆頭體上因鑲焊有碳化鎢的硬質合金切削具而得名。硬質合金切削具的形狀和其在鉆頭上鑲焊的數量,排列方式、鑲焊角度的不同,稱為底出刃、內出刃和外出刃,以保證有通水和排粉的間隙。鉆頭體的上部是絲扣連接巖心管,鉆頭體側部開有水槽,底部唇面上亦開有水口。水槽和水口都是保證沖洗液的流通,達到排除巖粉和冷卻鉆頭的作用。鉆進粘土層和頁巖地層時為了加大間隙,在硬合金鉆頭的內外側壁焊上肋骨,稱肋骨式鉆頭。在研磨性高的硬地層可以使用針狀硬質合金自磨式鉆頭。一般硬合金鉆頭鉆進巖石可鉆性為Ⅱ一Ⅶ級的地層；針狀硬質合金鉆頭可鉆進Ⅵ一Ⅷ級巖石。

硬質合金鉆頭是靠鉆壓和自身旋轉產生的沖擊載荷破碎巖石的。在鑿巖鉆進中，鉆頭經受高頻率的沖擊載荷，且受到扭轉、彎曲、拉伸、壓縮等多種復合應力的作用，在高速回轉碰撞的環境下經受巖石、巖粉和礦水等工作介質的磨損與腐蝕。

國內外使用的牙輪鉆頭，多為三牙輪鉆頭。這種鉆頭的特點是：軸壓和沖擊載荷分布范圍較大且均勻，并能充分利用有效空間，鉆進平穩。牙輪鉆頭用硬質合金齒的尺寸和形狀必須適用于巖石的特性，要求耐磨性好，強度高，不易碎裂和折斷。牙輪鉆頭使用的硬質合金齒主要有：球形齒，錐球齒，楔形齒，邊楔齒和用于輪背與爪尖的平頂齒等。

一般地，鉆進極堅硬巖層的牙輪鉆頭主要使用球形齒，鉆壓為892~1339MPa，轉速為50~80r/min；鉆進硬和中硬巖層用的牙輪鉆頭使用錐球齒，鉆壓為714~1071MPa，轉速為60~100r/min；鉆進軟和中軟巖層的牙輪鉆頭則使用楔形齒或邊楔齒，鉆壓為535~803MPa，轉速為80~120r/min。

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