金刚石钻头的分层胎块及其钻头的制作方法

金刚石钻头的分层胎块及其钻头的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种金刚石钻头的分层胎块，在金刚石钻头的径向上，由金刚石钻头的中心轴开始，分层胎块依次包括一个金刚石内层、一个金刚石中间层、一个金刚石外层、一个第一复合层和一个第二复合层。其中第一复合层压接在金刚石内层和金刚石中间层之间。第二复合层压接在金刚石中间层和金刚石外层之间。金刚石钻头的分层胎块，将金刚石内层、金刚石中间层、金刚石外层、第一复合层和第二复合层压接形成分层胎块，金刚石内层、金刚石中间层和金刚石外层中弥散有金刚石，在钻进中金刚石钻头胎体唇面与岩石表面接触面积减少，提高了钻进速度。
【专利说明】金刚石钻头的分层胎块及其钻头

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于钻头的胎块，特别是一种适用于地质岩心钻探和取样的金刚石钻头的分层工作层胎块。本发明还提供了一种使用该金刚石钻头的分层胎块的钻头。

【背景技术】
[0002]金刚石钻头是一种切削工具，主要适用于中硬至坚硬岩石，也可用于钻进混凝土、陶瓷、耐火材料、水泥制品和其他硬脆非金属材料等。由于它的切削对象的特殊性，这就要求所用的金刚石具有足够的强度和硬度，以保证金刚石钻头的使用寿命和钻进效率。目前制造普通金刚石钻头所采用的方法一般是粉末冶金热压法，即将金刚石与合金粉末混合均匀后，与钻头基体装在一起，再通过加热加压方法制成金刚石钻头。这种制造方法使金刚石经受了 1000°c左右的高温，遭受到热损伤，金刚石质量下降，影响了钻头的使用效果。另夕卜，目前广泛运用的孕镶金刚石钻头，是将金刚石与合金粉末拌合在一起所制成的钻头，胎体将金刚石全部包镶在里面，在钻头工作时，金刚石随着胎体的磨损不断出露、工作、脱落、再出露。这种钻头由于胎体唇面与岩石表面接触面积大，唇面施加于岩石的压强不足以使其破碎，钻进速度慢，钻进效率低。


【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种金刚石钻头的分层胎块，在金刚石钻头的径向上，由金刚石钻头的中心轴开始，分层胎块依次包括一个金刚石内层、一个金刚石中间层、一个金刚石外层、一个第一复合层和一个第二复合层。其中第一复合层压接在金刚石内层和金刚石中间层之间。第二复合层压接在金刚石中间层和金刚石外层之间。金刚石钻头的分层胎块，将金刚石内层、金刚石中间层、金刚石外层、第一复合层和第二复合层压接形成分层胎块。
[0004]本发明的另一个目的是提供一种使用上述分层胎块的钻头，在钻进中金刚石钻头胎体唇面与岩石表面接触面积减少，提高了钻进速度。
[0005]在金刚石钻头的分层胎块另一种不意性实施方式中，第一复合层和第二复合层为合金粉料。
[0006]在金刚石钻头的分层胎块再一种示意性实施方式中，金刚石内层中，金刚石颗粒的粒度为45/80，体积百分含量为20%-25%。金刚石中间层中，金刚石颗粒的粒度为35/50，体积百分含量为16%-22%。金刚石外层中，金刚石颗粒的粒度为45/60，体积百分含量为20%-25%。
[0007]在金刚石钻头的分层胎块又一种示意性实施方式中，分层胎块由冷压模具成型的方式将金刚石内层、第一复合层、金刚石中间层、第二复合层和金刚石外层压合在一起。
[0008]本发明还提供了一种钻头，包括复数个上述金刚石钻头的分层胎块和一个钻头基体。分层胎块沿钻头基体的周向均布其上。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1用于说明金刚石钻头的分层胎块一种示意性实施方式的结构示意图。
[0010]图2至图4用于说明金刚石钻头的分层胎块在工作过程中工作唇面的变化。
[0011]图5用于说明金刚石钻头的分层胎块的成型原理。
[0012]标号说明 10金刚石内层 20金刚石中间层 30金刚石外层 40第一复合层 50第二复合层 60钻头基体
70分层胎块
72中心轴 82外模 84下压头
86上压头。

【具体实施方式】
[0013]为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】

【附图说明】本发明的【具体实施方式】，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
[0014]在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0015]本发明中使用的金刚石包括天然金刚石和人造金刚石。
[0016]图1用于说明金刚石钻头的分层胎块一种示意性实施方式的结构示意图，图中虚线示意性地显示了金刚石钻头的钻头基体。如图所示，沿着钻头基体的周向上，间隔地均布着多个金刚石钻头的分层胎块。
[0017]其中，每一个金刚石钻头的分层胎块包括一个金刚石内层10、一个金刚石中间层20、一个金刚石外层30、一个第一复合层40和一个第二复合层50。沿图1中金刚石钻头的径向，金刚石内层10、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30依次排列，且金刚石内层10处于最靠近金刚石钻头的中心轴72的一侧。金刚石内层10、、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30依次压接在一起。
[0018]金刚石钻头的分层胎块，将金刚石内层、金刚石中间层、金刚石外层、第一复合层和第二复合层压接形成分层胎块，金刚石内层、金刚石中间层和金刚石外层中弥散有金刚
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[0019]在金刚石钻头的分层胎块一种不意性实施方式中，第一复合层40和第二复合层50为合金粉料。金刚石内层10为合金粉料与金刚石颗粒的混合物，其中金刚石颗粒的粒度为45/80，体积百分含量为20%-25%。金刚石中间层20为合金粉料与金刚石颗粒的混合物，其中金刚石颗粒的粒度为35/50，体积百分含量为16%-22%。金刚石外层30为合金粉料与金刚石颗粒的混合物，其中金刚石颗粒的粒度为45/60，体积百分含量为20%-25%。
[0020]图2至图4用于说明金刚石钻头的分层胎块在工作过程中工作唇面的变化，各图中只示意性地显示了一个金刚石钻头的分层胎块。图2用于说明金刚石钻头的分层胎块使用前的状态，如图所示，沿金刚石钻头的中心轴，金刚石内层10、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30相互平齐，使得金刚石钻头的切削唇面为平面。
[0021]图3用于说明金刚石钻头的分层胎块开始钻进工作时的状态，如图所示，沿金刚石钻头的中心轴，金刚石内层10、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30出现了不同程度的磨损。由于第一复合层40和第二复合层50不含金刚石颗粒，它们的磨损程度比金刚石内层10、金刚石中间层20和金刚石外层30严重，从而形成两个凹槽，且金刚石内层10、金刚石中间层20和金刚石外层30形成三个切削刃。这样就增加了分层胎块唇部的自由面，减少了分层胎块唇部与岩石钻进工作面的接触面积，增大了金刚石钻头施加在岩石上的压强，更有效地破碎岩石。
[0022]图4用于说明金刚石钻头的分层胎块钻进工作一段时间后的状态，如图所示，金刚石内层10、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30继续磨损。第一复合层40和第二复合层50继续在金刚石内层10和金刚石中间层20，以及金刚石中间层20和金刚石外层30之间形成凹槽。由于金刚石中间层20，相比于金刚石内层10和金刚石外层30的金刚石含量低，使得金刚石中间层20的磨损更加严重，金刚石内层10和金刚石外层30可以起到掏槽作用，提高金刚石钻头的钻进效率，并能起到稳定钻具、防止孔斜的作用。
[0023]图5用于说明金刚石钻头的分层胎块的成型原理。如图所示，金刚石钻头的分层胎块使用冷压模具成型，成型模具包括外模82、下压头84和上压头86。在金刚石钻头的分层胎块的成型过程中，首先将下压头84放置在外模82中；而后将用以形成金刚石内层10的混合粉末铺填在下压头84上；接着将用以形成第一复合层40的合金粉末铺填在用以形成金刚石内层10的混合粉末之上；接着将用以形成金刚石中间层20的混合粉末铺填在用以形成第一复合层40的合金粉末之上；而后将用以形成第二复合层50的合金粉末铺填在用以形成金刚石中间层20的混合粉末之上；最后将用以形成金刚石外层30的混合粉末铺填在用以形成第二复合层50的合金粉末之上。之后装入上压头86，加压形成金刚石内层10、第一复合层40、金刚石中间层20、第二复合层50和金刚石外层30,并使它们压合在一起。
[0024]本发明还提供了使用上述分层胎块的钻头，参见图1，钻头包括多个金刚石钻头的分层胎块和一个钻头基体。分层胎块沿钻头基体的周向均布其上。
[0025]在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
[0026]应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0027]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.金刚石钻头的分层胎块，其特征在于在所述金刚石钻头的径向上，由所述金刚石钻头的中心轴开始，所述分层胎块依次包括: 一个金刚石内层(10)； 一个金刚石中间层(20); 一个金刚石外层(30); 一个压接于所述金刚石内层(10)和所述金刚石中间层(20)之间的第一复合层(40);和 一个压接于所述金刚石中间层(20)和所述金刚石外层(30)之间的第二复合层(50)。
2.如权利要求1所述的金刚石钻头的分层胎块，其中所述第一复合层(40)和所述第二复合层(50)为合金粉料。
3.如权利要求1所述的金刚石钻头的分层胎块，其中所述金刚石内层(10)中，金刚石颗粒的粒度为45/80，体积百分含量为20%-25%。
4.如权利要求1所述的金刚石钻头的分层胎块，其中所述金刚石中间层(20)中，金刚石颗粒的粒度为35/50，体积百分含量为16%-22%。
5.如权利要求1所述的金刚石钻头的分层胎块，其中所述金刚石外层(30)中，金刚石颗粒的粒度为45/60，体积百分含量为20%-25%。
6.如权利要求1所述的金刚石钻头的分层胎块，其中所述分层胎块由冷压模具成型的方式将所述金刚石内层(10)、所述第一复合层(40)、所述金刚石中间层(20)、所述第二复合层(50 )和所述金刚石外层(30 )压合在一起。
7.钻头，其特征在于它包括: 数个如权利要求1至6任意一项所述的金刚石钻头的分层胎块，和 一个钻头基体(60 ), 所述分层胎块沿所述钻头基体(60)的周向均布其上。
【文档编号】E21B10/48GK104179457SQ201310188863
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】杨志强, 杨俊德, 杨有林, 张周平, 赵兴福, 穆玉生, 彭环云, 赵燕奎, 谢世棋, 王凯, 齐正广, 史金鑫 申请人:金川集团股份有限公司, 中南大学