凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法、模具和防磨带的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油田钻井用钻具及其制造技术领域，具体是一种凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法、模具和防磨带。
【背景技术】
[0002]为了提高钻杆接头在研磨性较强的地层中或井身结构较复杂的井中的耐磨性，一种金刚石复合材料钻杆接头防磨带已研制成功，该防磨带成环状，这种防磨带不仅具有极强的耐磨性，增强了钻杆接头的耐磨能力，同时摩擦系数小，摩擦阻力低，对套管的磨损能力弱，对套管有良好的保护作用。钻杆接头耐磨带与套管接触示意图如图1所示。环式金刚石复合材料防磨带摩擦表面与套管接触示意图如图2所示。从图2可以看出，环式金刚石复合材料防磨带在与套管接触时，金刚石表面与胎体表面同时与套管表面接触。由于胎体材料为碳化钨材料，其对套管的磨损比较严重，虽然这种金刚石复合材料防磨带性能已经很优异，但是存在这种摩擦副会在一定程度上影响这种金刚石复合材料防磨带的防磨性能。因此有必要在现有的环式金刚石复合材料防磨带技术的基础上进行改进，以克服上述技术缺陷。
[0003]如图3所示，如果防磨环外表面金刚石成凸出分布，包镶金刚石的胎体材料的外表面低于金刚石外表面，这就使得环式金刚石复合材料防磨带在与套管发生接触时仅存在金刚石表面与套管的接触，从而从根本上避免了胎体对套管的磨损，于是这就形成了一种新型的凸台式金刚石复合材料防磨带。采用如图3所示金刚石复合材料防磨带摩擦表面形式，不仅可以从根本上解决胎体材料与套管发生磨损的问题，而且还可以进一步提升其耐磨性，摩擦系数也会进一步降低，摩擦阻力进一步降低，从而提升金刚石复合材料防磨带的整体性能。
[0004]粉末冶金是金刚石工具制造中应用最广泛的方法，中国专利公开号为CN104588647A，公开日期为2015-5-6，公开了《环式金刚石复合材料防磨带的加工方法及模具》，但是现有的环式金刚石复合材料防磨带的加工方法无法实现金刚石的凸出出露，如采用现有技术先做出为出露的环式金刚石复合材料防磨带，再使用精抛等方式进行后续加工，虽然也可使金刚石微出露(微米级别)，但是金刚石的出露量不可控，不能保证所有金刚石均匀出露，而且大于Imm的大出露也实现不了。并且采用这种出露加工方式，费时费力。
【发明内容】
[0005]为了克服现有的环式金刚石复合材料防磨带的金刚石无法出露或出露量不足的缺陷，本发明提供了一种凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法、模具和防磨带，以使金刚石能够保证足够的出露量。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法，该凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法采用了凸台式金刚石复合材料防磨带的模具，该模具包括有下模和套筒，下模含有内外套设的砂模和圆环体，砂模和圆环体均为筒状，圆环体的轴线沿竖直方向设置，砂模的内表面设置有多个用于嵌设聚晶金刚石的凹槽，套筒同轴套设于砂模内，套筒的外表面与砂模的内表面之间形成用于容纳聚晶金刚石的环形间隙；该凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法包括以下步骤:步骤1、制作内表面具有该凹槽的砂模;步骤2、将多个聚晶金刚石一一对应的嵌入砂模的该凹槽内；步骤3、组装成该模具;步骤4、将防磨基底材料粉料倒入下模内；步骤5、将该模具烧结，得到凸台式金刚石复合材料防磨带毛还;步骤6、对该凸台式金刚石复合材料防磨带毛还进行机加工，得到凸台式金刚石复合材料防磨带。
[0007]进一步地，该模具还包括有上模、砂芯和套环体，上模为卡设在下模的圆环体上方的一个环形容器，该环形容器的底面设有多个连通于砂模内部的透孔，砂芯设置于套筒内，砂芯的外径等于套筒的内径，套筒的底部设有外缘，外缘的外径等于圆环体的内径，砂模的外径等于圆环体的内径，套环体设置于套筒的顶部并套设在砂芯外，上模内与该环形间隙连通。
[0008]进一步地，步骤I包括:步骤1.1、根据实际钻井环境制作凸台式金刚石复合材料防磨带的硅橡胶模型;步骤1.2、将该凸台式金刚石复合材料防磨带的硅橡胶模型同轴套置于该圆环体中，在圆环体与该凸台式金刚石复合材料防磨带的模型之间注入精铸粉末砂，并在10°C?60°C下待该精铸粉末砂成型后取出该凸台式金刚石复合材料防磨带的硅橡胶模型，形成砂模。
[0009]进一步地，步骤1.1包括:步骤1.1a、根据实际钻井环境设计凸台式金刚石复合材料防磨带的结构参数;步骤1.1b、利用三维造型软件进行凸台式金刚石复合材料防磨带的三维造型；步骤1.lc、根据该凸台式金刚石复合材料防磨带的三维造型的结构绘制三维的薄壁外壳，利用3D打印技术打印出该薄壁外壳;该薄壁外壳呈筒状，该薄壁外壳的内径与该凸台式金刚石复合材料防磨带的三维造型的外径相同，沿该薄壁外壳的径向，该薄壁外壳的壁厚大于该凸台式金刚石复合材料防磨带上的聚晶金刚石凸出的高度，该薄壁外壳的内表面设有多个与该凸台式金刚石复合材料防磨带上的聚晶金刚石93相匹配的嵌入槽;步骤
1.ld、将硅橡胶注入该薄壁外壳，室温成型后取出并形成圆柱状的凸台式金刚石复合材料防磨带的硅橡胶模型。
[0010]进一步地，该聚晶金刚石为石油和/或地质用热稳定聚晶金刚石，该聚晶金刚石的形状为圆柱体、棱柱体、长方体、弧面长方体或长圆形柱体。
[0011 ]进一步地，步骤4还包括在该防磨基底材料上放粘结合金，该粘结合金为铜基合金、镍基合金、钴基合金中的一种或多种的混合。
[0012]进一步地，该步骤5包括:步骤5.1、将该模具放在烧结炉中烧结，在烧结炉空腔内放入块状石墨，开始烧结，烧结温度为1040°C?1100°C，使熔融的粘结合金逐渐从透孔浸渗到下模中，保温分钟30?50分钟。
[0013]进一步地，该步骤5还包括:步骤5.2、随炉冷却至将至900°C，取出空冷，制得凸台式金刚石复合材料防磨带毛坯，在该防磨带坯料中，该防磨基底材料粉料固化成防磨基底材料层，套筒、套环体、聚晶金刚石以及防磨基底材料层烧结成一体，烧结后的聚晶金刚石与基底材料层之间的粘结强度大于或者等于60MPa。
[0014]本发明还提供了一种凸台式金刚石复合材料防磨带的模具，该模具包括有下模和套筒，下模含有内外套设的砂模和圆环体，砂模和圆环体均为筒状，圆环体的轴线沿竖直方向设置，砂模的内表面设置有多个用于嵌设聚晶金刚石的凹槽，套筒同轴套设于砂模内，套筒的外表面与砂模的内表面之间形成用于容纳聚晶金刚石的环形间隙。
[0015]本发明进一步提供了一种凸台式金刚石复合材料防磨带，该凸台式金刚石复合材料防磨带采用上述的凸台式金刚石复合材料防磨带的加工方法制成，该凸台式金刚石复合材料防磨带包括环形衬底、防磨基底材料层和多个聚晶金刚石，防磨基底材料层设置在环形衬底的外表面，每个块状聚晶金刚石的一端镶嵌于防磨基底材料层内，每个块状聚晶金刚石的另一端置于防磨基底材料层外，并且每个块状聚晶金刚石的另一端的端面相对于防磨基底材料层凸出的距离均大于Imm且小于或者等于2mm。
[0016]本发明的有益效果是，采用内表面具有凹槽的砂模，可以实现凸台式金刚石复合材料防磨带的加工和块状聚晶金刚石在防磨带中的凸出出露，提高凸台式金刚石复合材料防磨带的加工质量和效率，使块状聚晶金刚石能够保证足够的出露量。
[0017]打印制作的外壳可以多次使用，降低了加工成本，并且该加工方法操作方便，省工省时，缺陷少，在保证块状聚晶金刚石排布质量的同时实现了块状聚晶金刚石的出露，成型率高。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1为现有技术中钻杆接头耐磨带与套管接触示意图；
[0020]图2为环式金刚石复合材料防磨带摩擦表面与套管接触示意图；
[0021]图3防磨环外表面凸出的环式金刚石复合材料防磨带摩擦表面与套管接触示意图；
[0022]图4为本发明凸台式金刚石复合材料加工方法的流程示意图；
[0023]图5为本发明凸台式金刚石复合材料模具的剖视图；
[0024]图6