专利名称：仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于各种基岩地质体的钻探的金刚石钻头，尤其是采用生物非光滑形态仿生金刚石钻头。
背景技术：
生物非光滑形态仿生技术由于防粘、减阻、耐磨等特性成为节省材耗、提高效率、降低成本的一个新型技术，正在起着革命性作用，是有悖常理的新思想。生物非光滑形态仿生技术防止把土壤动物的体表非光滑形态应用到孕镶金刚石钻头的结构设计上，以此来实现孕镶金刚石钻头的泥包现象、降低孕镶金刚石钻头的摩擦阻力、提高孕镶金刚石钻头的寿命和钻进效率的目的。生物非光滑防粘减阻已被众多试验所证实，量化机理还在进一步探索。目前，仿生技术以其独特的创新思维与丰富的创造原型已在军事、农业、化学、电子、航海、航空、航天、自动控制和卫星导航等诸多领域得到了广泛的应用。
目前国内外孕镶金刚石钻头种类很多，金刚石浓度、粒度、强度和胎体材料的硬度和耐磨性等是所有钻头设计的根本，是所有钻头设计者都需考虑的内在因素。在同一内在条件下，孕镶金刚石钻头多是针对特殊坚硬研磨性强的地层和钻头的不均匀磨损对钻头底唇面形状进行设计，如锯齿形、梯齿形和多水口形等。但这些孕镶金刚石钻头在钻进坚硬、研磨性强的地层时有一共同的缺点钻头在其底唇面形状磨损后就失去了其本来具有的功能，与普通的平底和圆弧形底唇面的孕镶金刚石钻头一样。而普通平底形孕镶金刚石钻头的不足之处是使用寿命短、钻进效率低、加工成本高和单位进尺费用高等，尤其在钻进深孔或超深孔时由于钻头的磨损报废需不断提取钻具而用去了大量的时间，造成了大量的人力、财力的消耗。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种运用生物体表非光滑形态特征的仿生孕镶金刚石钻头。
本发明的另一目的是提供一种仿生孕镶金刚石钻头的制造方法。
本发明的再一目的是仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法可在金刚石锯片和金刚石磨头制造中应用本发明的目的是通过以下的技术方案实现的工作层3包括占底面积60-85％、占体积70-75％的耐磨材料4和占底面积15-40％、占体积25-30％的非光滑型态材料5。
先将25-35％的非光滑型态材料5做成柱或与耐磨材料4均匀混合、随机混合，并按钻头底唇面分布形态和比例要求放入石墨模具中，再将占体积40-60％的胎体材料与15-30％的70-80目金刚石充分混合成耐磨材料4后倒入模具中压实，再将过度层2装入模具压实，之后放上刚体1，在900-10000C，压力在140-160Kgf/Cm2的条件下热压成型，放在保温材料中缓慢冷却至室温后，加工水口和螺纹。
仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法也可以应用于金刚石锯片和金刚石磨头制造。
本发明的目的还可以通过以下的技术方案实现耐磨材料4是由占体积10-25％的70-80目金刚石和50-55％的胎体材料混合而成；非光滑型态材料5可以是石英、石墨、陶瓷或金刚石聚晶；非光滑型态材料5的底唇面分布形态可以是菱形、正三角形、同心圆形、放射状形、随机或均匀分布。
有益的效果本发明提供的孕镶金刚石仿生钻头，经钻进试验，具有寿命长、钻速高、能耗低、防粘能力强等特点，极大地节约能耗、降低成本、提高产品质量。
及
附图1为仿生孕镶金刚石钻头结构图附图2为附图1中3的非光滑形态材料底唇面菱形分布图；附图3为附图1中3的非光滑形态材料底唇面同心圆形分布图；附图4为附图1中3的非光滑形态材料底唇面放射状形分布图；附图5为附图1中3的非光滑形态材料底唇面随机分布图；1钢体，2过渡层，3工作层，4耐磨材料，5非光滑形态材料具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步详细说明实施例1按体积取80目金刚石20％与50％胎体材料充分混合成耐磨材料4，再将30％直径为2mm的石英颗粒混合均匀，按占底面积15％的比例使石英颗粒随机分布于金刚石和胎体材料的混料中成为工作层3材料，将工作层3材料均匀装入石墨模具中压实后上面加上过渡层2，再压实，放入钢体1，烘干后在温度900℃，压力在160Kgf/Cm2的条件下热压成型，在保温材料中缓慢冷却至室温后加工水口和螺纹，即为孕镶金刚石仿生钻头。钻头、锯片、磨头规格可任意设计。
实施例2按体积取25％石墨，制成直径为2mm，长度等于工作层3厚度的石墨柱，按占底面积30％的比例将石墨柱同心圆状地固定在石墨模具中，取75目金刚石25％与50％胎体材料充分混合成耐磨材料4填入石墨柱间，压实后上面加上过渡层2，再压实，放入钢体1，烘干后在温度950℃，压力在150Kgf/Cm2的条件下热压成型，在保温材料中缓慢冷却至室温后加工水口和螺纹，即为孕镶金刚石仿生钻头。钻头、锯片、磨头规格可任意设计。
实施例3按体积取25％金刚石聚晶制成直径为2mm，长度等于工作层3厚度的金刚石聚晶柱，按占底面积40％的比例将金刚石聚晶柱以菱形分布固定在模具中，按体积取70目金刚石17％与58％胎体材料充分混合成耐磨材料4填入金刚石聚晶柱间，压实后上面加上过渡层2，再压实，放入钢体1，烘干后在温度1000℃，压力在140Kgf/Cm2的条件下热压成型，在保温材料中缓慢冷却至室温后加工水口和螺纹，即为孕镶金刚石仿生钻头。钻头、锯片、磨头规格可任意设计。
实施例4按体积取35％陶瓷制成直径为2mm，长度等于工作层3厚度的陶瓷柱，按占底面积20％的比例将陶瓷柱以放射状分布固定在模具中，按体积取70目金刚石15％与50％胎体材料充分混合成耐磨材料4后填入陶瓷柱间，压实后上面加上过渡层2，再压实，放入钢体1，烘干后在温度1000℃，压力在140Kgf/Cm2的条件下热压成型，放在保温材料缓慢冷却至室温后，加工水口和螺纹，即为孕镶金刚石仿生钻头。钻头、锯片、磨头规格可任意设计。
权利要求
1.一种适用于钻探多种基岩地质体的仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法，是由钢体(1)、过渡层(2)和工作层(3)构成，其特征在于工作层(3)包括占底面积60-85％、占体积70-75％的耐磨材料(4)和占底面积15-40％、占体积25-30％的非光滑型态材料(5)。
2.按照权利要求1所说的仿生孕镶金刚石钻头，其特征在于耐磨材料(4)是由占体积15-30％的70-80目金刚石和40-60％的胎体材料混合而成。
3.按照权利要求1所说的仿生孕镶金刚石钻头，其特征在于非光滑型态材料(5)可以是石英、石墨、陶瓷或金刚石聚晶。
4.按照权利要求1所说的仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法，其特征在于先将25-35％的非光滑型态材料(5)做成柱或与耐磨材料(4)均匀混合、随机混合，并按钻头底唇面分布形态和比例要求放入石墨模具中，再将占体积40-60％的胎体材料与15-30％的70-80目金刚石充分混合后倒入模具压实，再将过度层(2)装入模具压实，之后放上刚体(1)，在900-1000℃，压力在140-160Kgf/Cm2的条件下热压成型，放在保温材料中缓慢冷却至室温后，加工水口和螺纹。
5.按照权利要求4所说的仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法，其特征在于非光滑型态材料(5)的底唇面分布形态可以是菱形、正三角形、同心圆形、放射状形、随机或均匀分布。
6.按照权利要求1、4所说的仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法，其特征在于也可以应用于金刚石锯片和金刚石磨头制造。
全文摘要
本发明公开一种运用生物体表非光滑形态特征，适用于各种金刚石锯片、金刚石磨头、基岩地质体钻探的仿生孕镶金刚石钻头及其制造方法，是由钢体、过渡层、表面非光滑形态材料、金刚石和胎体构成。表面非光滑形态材料是按要求形态分布于工作层中，减轻了切削粘附性、降低了切削摩擦阻力、提高切削工具的寿命和切削效率。与普通金刚石制品比较，经试验，具有寿命长、钻速快、能耗低、防粘岩粉能力强等特点，极大地节约能耗、降低成本、提高了产品质量。
文档编号B22F3/12GK1896451SQ20061001692
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者孙友宏, 任露泉, 高科 申请人:吉林大学