一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头。

背景技术：

金刚石钻头是地质钻探中岩石钻探的重要切削工具之一。近年来，随着劳动力成本和能源(柴油)成本的上升，钻探对金刚石钻头工作效率的要求不断提高。然而，金刚石钻头的钻进速度和寿命通常是矛盾体，且钻头钻进速度依赖于钻机给予钻头的工作压力和转速，高钻速也进一步提高了钻头冷却等工作要求。钻头的结构，是满足现行钻探效率要求的重要组成部分。

例如，申请号为cn201810966472.0的中国专利，公开了一种金刚石钻头，所述交叉齿金刚石钻头，包括钻头钢体，所述钻头钢体整体呈中空圆柱状，且上端沿圆周设有钻头工作齿，所述钻头工作齿由若干个内工作齿和外工作齿组成，所述内工作齿和所述外工作齿沿钢体圆周交错相间排列，且间隔处设有水口；所述内工作齿外侧壁上设有外凹槽，所述外工作齿内侧壁上设有内凹槽；所述内工作齿和所述外工作齿的俯视截面相对呈内凸起和外凸起。其结构设计不够完善，仍旧存在钻头寿命低等问题。现有技术主要缺陷包括：(1)钻头内外侧交叉齿的工作面积大大缩小，造成内外侧快速磨损，降低了钻头寿命；(2)交叉齿钻头因唇面受力状况的改变，钻头的横向力增加，致使钻头容易出现跳动而降低钻头寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头，其八字型汇集交错式水路的设计，可增加金刚石钻头内外侧工作齿的工作面积和金刚石出刃速率，大大提高了金刚石钻头的工作寿命、工作效率，并预防短时断水造成的烧钻事故；另外，设置的扶正环可平衡金刚石钻头在工作时产生的横向力，避免金刚石钻头在工作过程中出现的跳动和振动。

本发明是这样实现的：

一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头，所述金刚石钻头包括钻头钢体和钻头工作层，所述钻头钢体的头部上端沿圆周设有切削齿和八字汇集交错式水路，所述切削齿由若干个内工作齿和外工作齿组成，所述八字汇集交错式水路包括若干个端面水口、外水槽以及内水槽；

所述内工作齿和所述外工作齿沿钢体圆周交错相间排列，且间隔处设有端面水口，所述内工作齿外侧壁内凹形成所述外水槽，所述外工作齿内侧壁内凹形成所述内水槽；

所述端面水口包括斜向设置的顺流水口和逆流水口，所述顺流水口和逆流水口间隔设置，相邻的顺流水口和逆流水口之间逆向设置，呈八字型或倒八字型分布，且八字型和倒八字型分布形式交替排列；所述顺流水口和逆流水口外侧端口与对应外水槽的端部相连通，内侧端口则与对应内水槽的端部相连通；

所述钻头工作层包括内齿工作层、内保径层、外齿工作层以及外保径层，所述内工作齿的上端设置有内齿工作层，所述内工作齿的内侧设置有内保径层；所述外工作齿的上端设置有外齿工作层，所述外工作齿的外侧设置有外保径层。

进一步地，各所述端面水口的水口偏转角为15°～75°。

进一步地，各所述端面水口的水口偏转角为45°～65°。

进一步地，所述内工作齿的外侧壁和所述外工作齿的内侧壁上均设有凹槽镀层。

进一步地，所述钻头钢体的尾部设置有连接螺纹，所述钻头钢体中部靠近所述连接螺纹处设置有一圈扶正环，所述扶正环的外径小于等于与金刚石钻头头部的外径，且差值不大于4mm。

进一步地，所述扶正环的外径小于等于与金刚石钻头头部的外径，且差值为0.5-2mm。

进一步地，所述扶正环的高度不小于10mm。

进一步地，所述扶正环的高度为20-50mm。

进一步地，所述扶正环与所述外保径层的距离不小于钻头头部直径与扶正环直径差的10倍。

进一步地，所述扶正环上设置有若干条上下贯通的排水槽。

本发明具有如下优点：

(1)通过八字型或倒八字型端面水口的布置，使金刚石钻头内外沿的工作面积增加，提高金刚石钻头的工作寿命；(2)减小唇面切削面积，提高单粒金刚石的工作压力，便于金刚石刻取岩石，产生粗颗粒岩粉，进而加快金刚石出刃速率；(3)通过内工作齿和外工作齿的交错布置，形成交叉齿钻头结构，变革金刚石钻头破碎岩石的机理，减轻了钻头工作所需的压力，提高金刚石钻头的工作效率；(4)通过切削齿内水槽、外水槽的设置和分布，疏导钻探冲洗液，减小冲洗液对保径工作面的冲蚀，减小岩心与钻头的接触面积，从而减小钻探阻力；(5)通过对相邻的端面水口进行逆向设置，使钻头缺乏冲洗液时能形成底部自循环能力，减免钻头的烧钻风险。

(6)在钻头钢体上设置有具有一定宽度的环形的扶正环能够平衡金刚石钻头在工作过程中所产生的横向力，避免金刚石钻头工作时产生跳动振动，避免钻探事故、提高钻头寿命。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头的立体图。

图2为本发明一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头的钻头钢体立体图。

图3为本发明一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头的剖视图。

图4为本发明的内工作齿和外工作齿的局部剖视图。

图5为本发明一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头的俯视图。

图6为本发明一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头另一实施例的俯视图。

【具体实施方式】

参阅图1-6所示，本发明涉及一种具有八字型汇集交错式水路的金刚石钻头，所述金刚石钻头包括钻头钢体1和钻头工作层2，所述钻头钢体1的头部上端沿圆周设有切削齿和八字汇集交错式水路，所述切削齿由若干个内工作齿11和外工作齿12组成，所述八字汇集交错式水路包括若干个端面水口13、外水槽14以及内水槽15；

所述内工作齿11和所述外工作齿12沿钢体圆周交错相间排列，且间隔处设有端面水口13，所述内工作齿11外侧壁内凹形成所述外水槽14，所述外工作齿12内侧壁内凹形成所述内水槽15；

所述端面水口13包括斜向设置的顺流水口131和逆流水132口，所述顺流水口131和逆流水口132间隔设置，相邻的顺流水口131和逆流水口132之间逆向设置，呈八字型或倒八字型分布，且八字型和倒八字型分布形式交替排列；所述顺流水口131和逆流水口132外侧端口与对应外水槽14的端部相连通，内侧端口则与对应内水槽15的端部相连通；呈八字型或倒八字型分布的顺流水口131和逆流水口132的相近端汇集在一起，终点侧对接外水槽14或内水槽15。

所述钻头工作层2包括内齿工作层21、内保径层22、外齿工作层23以及外保径层24，所述内工作齿11的上端设置有内齿工作层21，所述内工作齿11的内侧设置有内保径层22；所述外工作齿12的上端设置有外齿工作层23，所述外工作齿12的外侧设置有外保径层24。所述内工作齿11的外侧壁和所述外工作齿12的内侧壁上均设有凹槽镀层25。

各所述端面水口13的水口偏转角为15°～75°。

较优的，各所述端面水口13的水口偏转角为45°～65°。

所述钻头钢体的尾部设置有连接螺纹16，所述钻头钢体中部靠近所述连接螺纹16处设置有一圈扶正环17，所述扶正环17与钻头钢体一体成型，所述扶正环17的作用是平衡金刚石钻头工作时产生横向力，防止金刚石钻头工作时产生跳动和振动。所述扶正环17的外径n小于等于与金刚石钻头头部的外径m，且m-n的差值不大于4mm，以0.5-2mm为佳。所述扶正环17的高度c不小于10mm。所述扶正环17与所述外保径层的距离e不小于钻头头部外径m和扶正环外径n之差(m-n)的10倍。所述扶正环17上设置有若干条上下贯通的排水槽171，当生产复杂岩层钻头需要采用泥浆钻进的钻头时，该排水槽171可以保证钻探冲洗液的畅通，避免憋泵。

较优的，所述扶正环17的高度为20-50mm。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

参阅图6，所述外工作齿12由顺流水口131、内水槽14和逆流水口132围就，所述内工作齿11由逆流水口132、外水槽15和顺流水口131围就，形成本发明钻头钢体头部的一组工作单元组，所述内工作齿11和外工作齿12为内外交错分布，形成交叉齿。所述顺流水口131、内水槽14、逆流水口132以及外水槽15组合形成所述八字汇集交错式水路。

参阅图6，所述端面水口为一组与过钻头唇面径向中心圆i对应点半径j成一夹角的凹槽，所述凹槽两侧边平行设置，凹槽轴线(c或者d)与对应点半径j(或对应点与端面加以连线)具有一定夹角(a或b)，称为水口偏转角。各所述水口偏转角的取值范围为15°-75°，最佳取值范围为45°～65°；其中凹槽轴线c与对应点半径j成负角(图中a所示)的为顺流水口131，凹槽轴线d与对应点半径j成正角(图中b所示)的为逆流水1口32。当所述顺流水口131和逆流水口132相近端朝内，交汇在内水槽14处；当所述顺流水口131和逆流水口132相近端朝外，交汇在外水槽15处。

所述外水槽15和所述内水槽14的两端凹槽边缘均与相邻的工作齿连接。所述外水槽15和所述内水槽14的凹槽径向深度为所述切削齿径向厚度的45％－15％。

请参阅图4所示，其中图4-1为外工作齿，图4-2为内工作齿；通过电镀方式在钻头钢体1的切削齿上镀上电镀合金包镶的金刚石工作层2，包括内齿工作层21、内保径层22、外齿工作层23、外保径层24以及凹槽镀层25；内齿工作层21镀在内工作齿11上端、外齿工作层23镀在外工作齿12上端，用于切削岩石实施钻进；内保径层22镀在内工作齿11内侧面，外保径层24镀在外工作齿12外侧面，用于保持钻头内外径不快速减小；凹槽镀层25镀在所述内工作齿11的外侧壁和所述外工作齿12的内侧壁上，用于加强镀层与钻头钢体结合力，并避免凹槽的快速磨损；

本发明的优点在于：(1)通过八字型或倒八字型端面水口的布置，使金刚石钻头内外沿的工作面积增加，提高金刚石钻头的工作寿命；(2)减小唇面切削面积，提高单粒金刚石的工作压力，便于金刚石刻取岩石，产生粗颗粒岩粉，进而加快金刚石出刃速率；(3)通过内工作齿和外工作齿的交错布置，形成交叉齿钻头结构，变革金刚石钻头破碎岩石的机理，减轻了钻头工作所需的压力，提高金刚石钻头的工作效率；(4)通过切削齿内水槽、外水槽的设置和分布，疏导钻探冲洗液，减小冲洗液对保径工作面的冲蚀，减小岩心与钻头的接触面积，从而减小钻探阻力；(5)通过对相邻的端面水口进行逆向设置，使钻头缺乏冲洗液时能形成底部自循环能力，减免钻头的烧钻风险。

(6)在钻头钢体上设置有具有一定宽度的环形的扶正环能够平衡金刚石钻头在工作过程中所产生的横向力，避免金刚石钻头工作时产生跳动振动，避免钻探事故、提高钻头寿命。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。