专利名称：分层式孕镶金刚石钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及孕镶金刚石钻头，特别是一种分层式孕镶金刚石钻头。
本实用新型的技术方案为一种分层式孕镶金刚石钻头，钻头整体呈套筒状结构，包括基体，非工作层，工作层，基体与工作层之间通过非工作层连接，其中工作层由多个尖齿形成层和多个沟槽形成层组成，尖齿形成层与沟槽形成层间隔分布，尖齿形成层与沟槽形成层的上部与非工作层连接，尖齿形成层与沟槽形成层的下部共同形成一个完整的平面。
本实用新型的优点在于尖齿形成层与沟槽形成层的下部共同形成一个完整的平面，有利于加工；分层式钻头结构可使钻头在与岩层接触的工作过程中自动形成尖齿和沟槽，这种尖齿和沟槽的形成，使钻头变得更加锋利，不但可提高钻进效率，还可扩大钻头与地层的适应范围，防止孔斜，提高钻孔质量。
本实用新型涉及的分层式钻头结构，是使钻头工作层胎体分成若干层由不同性能胎体组成的层状结构，这种结构类似于三明治结构，故也称三明治钻头。这种结构已被广泛应用于金刚石圆锯片刀头之中，且经过多年实践，已充分显示了该结构在金刚石制品中的优越性能，但锯片刀头是平面层状结构，制作工艺比较简单；而分层式钻头是圆弧层状结构，是钻头的整个圆环，必须通过特殊的工艺或工装模具来实现。
本实用新型钻头工作层由尖齿形成层1与沟槽形成层2间隔分布而成，尖齿形成层1是钻头破碎岩石的主切削刀，在钻进过程中起掏槽作用。它通常由钻头胎体金属和金刚石组成，其厚度一般为2-3.5mm，由于尖齿形成层1胎体耐磨性和金刚石含量比沟槽形成层2高，磨损速度比沟槽形成层2慢，因而在使用过程中会自动形成尖齿。
沟槽形成层2为剪切，挤压碎岩区，其厚度一般为0.5-1.5mm，由于组成沟槽形成层2的胎体耐磨性或金刚石浓度比尖齿形成层1低，磨损速度比尖齿形成层1快，因而可自动形成沟槽。通过调整尖齿形成层1或沟槽形成层2胎体材料性能和尺寸，可改变这种齿形的大小、高低。
在钻头工作进程中形成的尖齿，可一直保持到钻头工作层全部磨完。这种尖齿的形成，使钻头变得更加锋利，钻头也不易出现“打滑”现象。这种分层式钻头结构，不但可大幅提高钻进效率，还可扩大钻头与地层的适应范围，防止孔斜，提高钻孔质量；因而可获得较好的社会效益和经济效益。
要使钻头工作层胎体唇面形成齿形结构，可采用如下几种方式。
1、沟槽形成层2由纯金属薄片组成。如紫铜片、铁片或其它合金片。
2、沟槽形成层2由单组元或多组元金属粉末材料组成。
3、即降低沟槽形成层2胎体金属耐磨性，又降低沟槽形成层2金刚石浓度。
4、沟槽形成层2与尖齿形成层1胎体材料相同，而改变沟槽形成层2金刚石参数。如降低金刚石浓度和品级，增大粒度等。
5、沟槽形成层2与尖齿形成层1金刚石参数相同，降低沟槽形成层2胎体材料硬度和耐磨性。
分层式钻头结构将钻头胎体分成了多个薄小的切削刃，增加了多个破碎岩石自由面，使钻头对岩石产生磨削，剪切和挤压相结合的破碎岩石作用。由于钻压主要集中在钻头的尖齿部位，与岩石的接触面小，在相同钻压下，钻头比压大，有利于尖齿切入岩石，因而机械钻速高；同时，由于存在剪切、挤压破碎岩石所产生的岩粉粗颗粒，有利于钻头自磨出刃，不易出现所谓的“打滑”现象，从而使钻头适应岩石变化的范围更广，即具有更好的广谱性；另外，所产生的同心圆尖齿具有很好的导向性能，对防止孔斜。提高钻孔质量具有重要作用。
分层式孕镶金刚石钻头的制作工艺1、预装金属片法该方法所制作的分层式孕镶金刚石钻头为沟槽形成层2由纯金属片组成的类型。首先选用熔点略高于钻头烧结温度的金属片，经除油、去锈、去氧化皮后，按沟槽形成层2直径卷制多个圆环，并用石墨水口块将多个圆环定位后，用胶粘成一体。将该圆环体预先安放在烧结钻头用的石墨模体内。之后则可按钻头的常规制造方法依次装入工作层胎体料，非工作层胎体料和水口粉料等，并进行成型烧结。
2、模具法该模具由一套公母模具组成，其中母模具由不锈钢薄皮制成，用它将钻头胎体部份预先分隔成尖齿形成层1、沟槽形成层2，水口区。将母模具插入烧结钻头的石墨模体内后，在由母模具分隔成的各区内分别装入尖齿形成层1胎体粉料，沟槽形成层2胎体粉料以及水口粉料，因而实现分层装料。公模具用于压紧母模具内各区内的胎体粉料，以便母模具从石模体内提出时，不会搅动各层粉料和带起胎体粉。分层装料完成后，即可按常规方法烧结钻头。
权利要求1.一种分层式孕镶金刚石钻头，钻头整体呈套筒状结构，包括基体(4)，非工作层(3)，工作层，基体(4)与工作层之间通过非工作层(3)连接，其特征在于工作层由多个尖齿形成层(1)和多个沟槽形成层(2)组成，尖齿形成层(1)与沟槽形成层(2)间隔分布，尖齿形成层(1)与沟槽形成层(2)的上部与非工作层(3)连接，尖齿形成层(1)与沟槽形成层(2)的下部共同形成一个完整的平面。
专利摘要本实用新型涉及一种孕镶金刚石钻头，特别是一种分层式孕镶金刚石钻头。钻头整体呈套筒状结构，包括基体，非工作层，工作层，基体与工作层之间通过非工作层连接，其中工作层由多个尖齿形成层和多个沟槽形成层组成，尖齿形成层与沟槽形成层间隔分布，尖齿形成层与沟槽形成层的下部共同形成一个完整的平面。完整的平面，有利于加工；分层式钻头结构可使钻头在与岩层接触的工作过程中自动形成尖齿和沟槽，这种尖齿的形成，使钻头变得更加锋利，因而可提高钻进效率，还可扩大钻头与地层的适应范围，防止孔斜，提高钻孔质量。
文档编号E21B10/46GK2580088SQ02279738
公开日2003年10月15日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者刘碧湘 申请人:刘碧湘