抗冲击镐形金刚石复合齿的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种抗冲击镐形金刚石复合齿，主要由聚晶金刚石片和圆柱形的硬质合金基体复合而成。聚晶金刚石片的下表面与硬质合金基体上表面复合相连。聚晶金刚石片的上表面和前后侧面由施力面BI1H1E，BI2H2E和施力棱BE构成。聚晶金刚石片的右侧面由施力面EFG1，EFG2，FG1H1C，FG2H2C和施力棱EF，FC，FG1，FG2。聚晶金刚石片的左侧面由施力面BI1I2构成。本实用新型对于硬度较大的岩层具有良好的钻进效果。
【专利说明】抗冲击镐形金刚石复合齿
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻头制造领域，具体涉及一种抗冲击镐形金刚石复合齿。
【背景技术】
[0002]聚晶金刚石复合齿是由聚晶金刚石片与硬质合金基体在高温高压下烧结成的复合材料。聚晶金刚石复合片具有硬度高、耐磨性好的特点，而硬质合金基体又从整体上提高了复合材料的柔韧性和可焊性。将多个聚晶金刚石复合齿的硬质合金基体分别内嵌在钻头钻齿前端面的复合片安装孔内，并通过钎焊接方式固定；聚晶金刚石复合齿的金刚石部分则露出钻头钻齿的前端面，并作为钻头上最为重要的切削工作表面。
[0003]传统的金刚石复合齿的外形多为圆柱形，其上端面即聚晶金刚石片的上表面为一光滑的平面或圆弧面。装有这种金刚石复合齿的钻头在均匀地层中具有良好的钻进效果，但钻头遇到硬度在F7.5以上的坚硬岩石时，由于金刚石复合齿的表面与岩层的接触面积较大，且岩层硬度很高，因此平面或圆弧面的表面在进行切削工作时无法嵌入岩石，容易出现打滑的现象，从而使得钻头的工作效率大为降低，甚至无法钻进。此外，为了配合平面或圆弧面的金刚石复合齿，目前用于安装金刚石复合齿的钻齿的上端面多为贝壳状，即钻齿的上表面具有多个以钻齿的轴线为中心，并呈径向放射延伸的曲面扇形凸棱或凹槽。只有这样的钻齿结构才能保证金刚石复合齿在安装上钻齿后，其金刚石复合齿的切屑刃面能够朝向钻头的各个方向上均能产生切削力。然而，这种结构的钻齿不仅存在本身结构复杂加工工艺难度大，钻头生产成本高；而且不易于聚晶金刚石复合齿的安装和固定，钻头的工作可靠性低和不足。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种聚晶金刚石复合齿，其对于硬度较大的岩层具有良好的钻进效果。
[0005]为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种抗冲击镐形金刚石复合齿，主要由聚晶金刚石片和圆柱形的硬质合金基体复合而成。聚晶金刚石片的下表面与硬质合金基体上表面复合相连。其中:
[0007]聚晶金刚石片的上表面和前后侧面由施力面BI1H1E, BI2H2E和施力棱BE构成。其中施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的表面，施力面BI1H1E和施力面BI2H2E相交于施力棱BE、并关于施力棱BE对称。
[0008]聚晶金刚石片的右侧面由施力面EFG1, EFG2, FG1H1C, FG2H2C和施力棱EF，FC, FG1,FG2。其中施力面EFG1和施力面EFG2均为扇形的表面，施力面EFG1和施力面EFG2相交于施力棱EF、并关于施力棱EF对称。施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的表面，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C相交于施力棱FC、并关于施力棱FC对称。施力面EFG1与施力面FG1H1C相交于直线FG1，施力面EFG2与施力面FG2H2C相交于直线FG2。
[0009]聚晶金刚石片的左侧面由施力面BI1I2构成。其中施力面BI1I2为半圆形的外凸弧面，该施力面BI1I2关于水平垂直线BD对称。
[0010]施力面BI1H1E与施力面BI1I2相交于弧线BI1，施力面BI1H1E与施力面EFG1相交于弧线EG1，施力面BI1H1E与施力面FG1H1C相交于弧线G1Hiq施力面BI2H2E与施力面BI1I2相交于弧线BI2,施力面BI2H2E与施力面EFG2相交于弧线EG2,施力面BI2H2E与施力面FG2H2C相交于弧线G2H2。
[0011]上述方案中，施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的平面或梯形的外凸弧面。
[0012]上述方案中，施力面EFG1和施力面EFGj^为扇形的平面或扇形的外凸弧面。
[0013]上述方案中，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的平面或类梯形的内凹弧面。
[0014]上述方案中，施力棱BE与水平面的夹角α为15°~18°。
[0015]上述方案中，施力棱EF与施力棱BE的夹角β为90°~120°
[0016]上述方案中，施力面BI1H1E和施力面BI2H2E的夹角为120°~150。。
[0017]上述方案中，施力面EFG1和施力面EFGJ^夹角为90°~150°。
[0018]上述方案中，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C的夹角为90°~150°。
[0019]与现有技术相比，本实用新型通过改进金刚石复合齿的表面结构，即将金刚石复合片的工作面加工成由施力面和施力棱组合而成的不规则面(曲面)；这样抗冲击镐形金刚石复合齿在工作时，其位于右侧面的顶点F与主破碎棱FC、EF直接对岩石施压，将岩石压裂，岩石越硬越容易被压裂，被压裂的岩石由前主破碎棱破碎，再经右侧面的切削面，即扇形EFGpEFG2和类梯形FG1H1CFG2H2C切削，将岩屑刨开，由钻井液将岩屑带到地面。由于采用多个施力面向不同的方向对岩层进行施力，有效防止打滑现象的发生，从而使得本金刚石复合齿能够钻进硬度更高的岩层，并将以往金刚石复合片的单一切削的工作方式转变为压裂、破碎、刨开三合一的全新工作方式；此外，由于金刚石复合齿的施力面和施力棱朝向不同的方向，即便是金刚石复合齿通过水平并排的方式安装在钻头体上，也能够实现钻头向岩层的各个方向施力；因此无需结构复杂的钻体与之配合，从而大大简化了钻体的结构和加工工艺，降低了钻头的加工成本，同时也提高了钻头的工作可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为一种抗冲击镐形金刚石复合齿的前视图。
[0021]图2为图1的右视图。
[0022]图3为图1的左视图。
【具体实施方式】
[0023]一种抗冲击镐形金刚石复合齿，如图1~3所示，其主要由聚晶金刚石片和圆柱形的硬质合金基体复合而成。聚晶金刚石片的下表面与硬质合金基体上表面复合相连。其中:
[0024]聚晶金刚石片的上表面和前后侧面由施力面BI1H1E, BI2H2E和施力棱BE构成。其中施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的表面，施力面BI1H1E和施力面BI2H2E相交于施力棱BE、并关于施力棱BE对称。在本实用新型中，所述施力面BI1H1E和施力面BI2H2E可以为梯形的平面，也可以为梯形的外凸弧面。但本实用新型优选实施例中，所述施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的外凸弧面。在本实用新型中，施力棱BE与水平面的夹角α为15°?18°。施力面BI1H1E和施力面BI2H2E的夹角为120°?150°。
[0025]聚晶金刚石片的右侧面由施力面EFG1, EFG2, FG1H1C, FG2H2C和施力棱EF，FC, FG1,FG2。其中施力面EFG1和施力面EFG2均为扇形的表面，施力面EFG1和施力面EFG2相交于施力棱EF、并关于施力棱EF对称。施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的表面，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C相交于施力棱FC、并关于施力棱FC对称。施力面EFG1与施力面FG1H1C相交于直线FG1，施力面EFG2与施力面FG2H2C相交于直线FG2。在本实用新型中，所述施力面EFG1和施力面EFG2可以为扇形的平面，也可以为扇形的外凸弧面。但本实用新型优选实施例中，所述施力面EFG1和施力面EFG2均扇形的外凸弧面。在本实用新型中，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C可以为类梯形的平面，也可以为类梯形的内凹弧面。在本实用新型优选实施例中，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的内凹弧面。在本分实用新型中，施力棱EF与施力棱BE的夹角β为90°?120°在本实用新型中，施力面EFG1和施力面EFG2的夹角为90。?150。。施力面FG1H1C和施力面FG2H2C的夹角为90。?150。。
[0026]聚晶金刚石片的左侧面由施力面BI1I2构成。其中施力面BI1I2为半圆形的外凸弧面，该施力面BI1I2关于水平垂直线BD对称。
[0027]施力面BI1H1E与施力面BI1I2相交于弧线BI1，施力面BI1H1E与施力面EFG1相交于弧线EG1，施力面BI1H1E与施力面FG1H1C相交于弧线G1Hiq施力面BI2H2E与施力面BI1I2相交于弧线BI2,施力面BI2H2E与施力面EFG2相交于弧线EG2,施力面BI2H2E与施力面FG2H2C相交于弧线G2H2。
[0028]在实际生产过程中，抗冲击镐形金刚石复合齿的聚晶金刚石片的成型磨具是预先制备成型的，加工时，只需将聚晶金刚石粉末加入到成型磨具中，并通过高温高压压制而成。但考虑到聚晶金刚石片的成型结构比较复杂，为了能够为清楚的表述本抗冲击镐形金刚石复合齿的结构，此处通过一个假定的加工案例模拟抗冲击镐形金刚石复合齿的假定成型过程，即
[0029](I)假定预先具有一个正圆柱形的聚晶金刚石片，该聚晶金刚石片的上表面为平面。设聚晶金刚石片的正圆形的上表面存在一条直径AB’，端点A的水平高度等于端点B’的水平高度。聚晶金刚石片的正圆形的下表面存在一条直径CD，端点C的水平高度等于端点D的水平高度。在纵向和横向平面上，直径AB’均平行于直径CD，即端点A与端点C的连线AC与水平面垂直，端点B’与端点D的连线B’ D与水平面垂直，连线AC平行于连线B’ D。
[0030](2 )面向聚晶金刚石片的右方，并将连线AC作为视图的左右对称轴，进行以下处理:以端点A为起点，在聚晶金刚石片的上表面向端点B’的方向，向后斜下平切，此时聚晶金刚石片的上表面由正圆形表面变为了一个倾斜的椭圆形平面。所得椭圆形平面的长轴为AB，长轴的端点A的水平高度高于长轴的端点B的水平高度；端点B与端点D的连线BD与水平面垂直。该椭圆形平面即长轴AB与水平面的夹角α为15°?18°。
[0031](3)面向聚晶金刚石片的上方，并将长轴AB作为视图的左右对称轴，进行以下处理:以长轴AB为中线，在所得椭圆形平面上分别向左下和向右下各切一刀，此时聚晶金刚石片的左侧和右侧面各获得一个半圆形弧面BI1I2和AH1H2，聚晶金刚石片的上表面获得2个关于AB轴对称和相交的2个梯形表面BI1H1E和BI2H2E15其中BD为半圆形弧面BI1I2的对称轴，AC为半圆形弧面AH1H2的对称轴。梯形表面BI1H1E和梯形表面BI2H2E的夹角为120。~150。。
[0032]在本实用新型中，本步骤(3)中的向左下切和向右下切可以采用平切方式或向外弧切方式；当采用平切方式时，所获得的2个梯形表面BI1H1E和BI2H2E为梯形的平面；当采用向外弧切方式时，所获得的2个梯形表面BI1H1E和BI2H2E为梯形的凸弧面。
[0033]( 4)面向聚晶金刚石片的右方，并将连线AC作为视图的左右对称轴，进行以下处理:以连线AC为中线，在所得的2个半圆形表面的前部分别向左后和向右后各切一刀，即通过平切的方式将聚晶金刚石片右侧面的半圆形表面AH1H2变为2个关于AC对称和相交的帆形平面AH1C^P AH2C。其中这2个相交的帆形平面的夹角为90°~150°。
[0034](5)设聚晶金刚石片的长轴AB上存在一点E，在连线AC上存在一点F，连线EF与长轴AB的夹角β为90°~120°。面向聚晶金刚石片的右方，并将连线EF作为视图的左右对称轴，进行以下处理:以点E和点F的连线EF为中线，在所得的2个帆形平面AH1C和AH2C的上部分别向左斜下和向右斜下各切一刀，此时帆形平面AH1C的上部形成扇形表面EFG1、下部形成类梯形平面FG1H1C,帆形平面AH2C的上部形成扇形表面EFG2、下部形成类梯形平面FG2H2C15其中扇形表面EFG1和扇形表面EFG2关于EF对称且相交，2个扇形表面EFGi和扇形表面EFG2的夹角为90°~150° ;类梯形平面FG1H1C和类梯形平面FG2H2C关于FC对称且相交，2个类梯形平面FG1H1C和类梯形平面FG2H2C的夹角为90°~150°
[0035]在本实用新型中，本步骤(5)中的向左后切和向右后切可以采用平切方式或向外弧切方式；当采用平切方式时，所获得的扇形表面EFG1和扇形表面EFG2为扇形的平面；当采用向外弧切方式时，所获得的扇形表面EFG1和扇形表面EFG2为扇形的凸弧面。 [0036](6)在本实用新型中，经过步骤(5)处理后余下的2个类梯形表面可以为平面，但为了进一步提高本金刚石复合齿的切削性能，本实用新型可以增加本步骤(6)，即面向聚晶金刚石片的右方，并将连线AC作为视图的左右对称轴，进行以下处理:在步骤(5)所得的类梯形平面FG1H1C和类梯形平面FG2H2C的表面分别进行向内弧切，此时2个帆形平面形成2个帆形的凹弧面。
【权利要求】
1.一种抗冲击镐形金刚石复合齿，主要由聚晶金刚石片和圆柱形的硬质合金基体复合而成；聚晶金刚石片的下表面与硬质合金基体上表面复合相连；其特征在于: 聚晶金刚石片的上表面和前后侧面由施力面BI1H1E, BI2H2E和施力棱BE构成；其中施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的表面，施力面BI1H1E和施力面BI2H2E相交于施力棱BE、并关于施力棱BE对称； 聚晶金刚石片的右侧面由施力面EFG1, EFG2, FG1H1C, FG2H2C和施力棱EF，FC, FG1, FG2 ；其中施力面EFG1和施力面EFG2均为扇形的表面，施力面EFG1和施力面EFG2相交于施力棱EF、并关于施力棱EF对称；施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的表面，施力面FG1H1C和施力面FG2H2C相交于施力棱FC、并关于施力棱FC对称；施力面EFG1与施力面FG1H1C相交于直线FG1，施力面EFG2与施力面FG2H2C相交于直线FG2 ； 聚晶金刚石片的左侧面由施力面BI1I2构成；其中施力面BI1I2为半圆形的外凸弧面，该施力面BI1I2关于水平垂直线BD对称； 施力面BI1H1E与施力面BI1I2相交于弧线BI1，施力面BI1H1E与施力面EFG1相交于弧线EG1，施力面BI1H1E与施力面FG1H1C相交于弧线G1H1 ;施力面BI2H2E与施力面BI1I2相交于弧线BI2，施力面BI2H2E与施力面EFG2相交于弧线EG2，施力面BI2H2E与施力面FG2H2C相交于弧线G2H2。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面BI1H1E和施力面BI2H2E均为梯形的平面或梯形的外凸弧面。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面EFG1和施力面EFG2均为扇形的平面或扇形的外凸弧面。
4.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面FG1H1C和施力面FG2H2C均为类梯形的平面或类梯形的内凹弧面。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力棱BE与水平面的夹角α为15°?18°。
6.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力棱EF与施力棱BE的夹角β为90°?120°。
7.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面BI1H1E和施力面BI2H2E的夹角为120°?150°。
8.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面EFG1和施力面EFG2的夹角为90°?150°。
9.根据权利要求1所述的一种抗冲击镐形金刚石复合齿，其特征在于:施力面FG1H1C和施力面FG2H2C的夹角为90°?150°。
【文档编号】E21B10/43GK203769660SQ201420056145
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】周付坤 申请人:桂林星钻超硬材料有限公司