嵌入式金刚石保径齿的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻头制造领域，具体涉及一种嵌入式金刚石保径齿。
【背景技术】
[0002]随着钢体钻头技术发展的不断成熟，钢体钻头的优势越来越突出。但钢体钻头的整体耐磨性仍然不如胎体钻头，特别是钻头体的保径问题尤为突出，即如何能够保证钻头体的外径不缩小是钢体钻头在使用过程中所面临的一个较为突出的问题。为了提高钢体钻头的耐磨性，一种有效的做法是在钢体钻头的侧壁上安装保径齿，其具体做法是:首先，在钢体钻头的每个刀翼的外径上挖出至少一个保径孔，该保径孔的深度需高于硬质合金层的厚度，且小于等于金刚石复合片的整体厚度。然后，在每个保径孔内嵌入一个金刚石复合片作为保径齿，其金刚石层的上表面略突于保径孔的上端或与保径孔的上端相平。最后，在金刚石复合片的外侧壁与保径孔的内侧壁之间填充焊料进行焊接，并使得金刚石复合片固定在保径孔内。
[0003]然而，目前保径齿所采用的均为传统的金刚石复合片，这种金刚石复合片为分层无外径保护结构，其主要由硬质合金层和金刚石层组成。硬质合金层和金刚石层均为圆片状，且两者的直径相等，金刚石层叠置于硬质合金层上方，其所形成的金刚石复合片为圆片状，且金刚石复合片的外侧壁具有明显的分层。由于金刚石的可焊性性能极差，传统分层无外径保护结构的金刚石复合片焊接到保径孔内时，其金刚石层部分的外侧壁与保径孔的内侧壁之间无法通过钎焊焊接，而留有一定的间隙。而这个看似极小的间隙，在钻头高速工作的过程中，极容易出现金刚石复合片的金刚石层脱层揭帽的现象，并使得保径性能下降，从而使得钢体钻头的侧壁磨损，而不对称的钢体钻头会大大影响钢体钻头的稳定性，造成钢体钻头摆动而浪费传递功，并最终引起井壁脱落和塌井事故的发生。参见图1。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供传统分层无外径保护结构的金刚石复合片作为保径齿所存在的安全隐患，提供一种嵌入式金刚石保径齿。
[0005]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种嵌入式金刚石保径齿，由位于上层的金刚石层和位于下层的硬质合金层复合而成；所述硬质合金层为上部中心开设有圆片状凹槽的圆柱体，凹槽的中轴线与硬质合金层的中轴线重合，硬质合金层的轴向剖面形成凹字形；所述金刚石层呈圆片状，金刚石层的外侧壁与凹槽的侧壁紧密配合，金刚石层内嵌复合在硬质合金层的凹槽内。
[0007]上述方案中，所述凹槽上开口的直径小于或等于凹槽下底面的直径。
[0008]上述方案中，所述凹槽的下底面为上突的圆弧面。
[0009]上述方案中，所述金刚石层的上表面为圆弧形表面，且金刚石层的上表面与硬质合金层的上表面形成圆滑过渡。
[0010]上述方案中，所述凹槽的底部边缘处设有凸起的加强筋。[0011 ] 上述方案中，所述加强筋的高度小于凹槽的深度。
[0012]上述方案中，所述加强筋在凹槽的底部边缘呈点状分布、条状分布和/或环状分布。
[0013]上述方案中，所述加强筋为对称分布在底部边缘的方形小块。
[0014]上述方案中，所述硬质合金层的外侧壁上开设有纵向延伸的排气槽，且该排气槽从硬质合金层的下表面一直延伸到硬质合金层的上表面。
[0015]上述方案中，所述排气槽为直线或螺旋线。
[0016]与现有技术相比，本发明所设计的保径齿，其外侧壁无明显的分层结构，其整个外缘均为易焊的硬质合金，且合金的内部与中间的金刚石是在高温高压下合成为一体，这样使得保径齿在焊接时能够完全与保径孔的内侧壁即钻头体焊接成为一体，而没有任何缝隙，因而在钻头工作时不会出现脱层揭帽的现象，从而解决了钢体钻头保径及扶正器保径等技术难题。
【附图说明】
[0017]图1为传统的金刚石复合片的安装侧剖视图。
[0018]图2为嵌入式金刚石保径齿的结构侧剖视图。
[0019]图3为图2所示的嵌入式金刚石保径齿的安装侧剖视图。
[0020]图中标号:1、金刚石层；2、硬质合金层；3、钢体钻头(局部)；4、钎焊料；5、加强筋。
【具体实施方式】
[0021]—种嵌入式金刚石保径齿，如图2所示，由位于上层的金刚石层I和位于下层的硬质合金层2复合而成。所述硬质合金层2为上部中心开设有圆片状凹槽的圆柱体，凹槽的中轴线与硬质合金层2的中轴线重合，硬质合金层2的轴向剖面形成凹字形。所述金刚石层I呈圆片状，金刚石层I的外侧壁与凹槽的侧壁紧密配合，金刚石层I内嵌复合在硬质合金层2的凹槽内。
[0022]所述凹槽上开口和下底面的形状相同，其可以为规则的圆形，也可以是接近圆形的多边形。而为了能够有效地减小应力，在本发明优选实施例中，所述凹槽上开口和下底面形状均为规则的圆形。所述凹槽上开口的直径小于或等于凹槽下底面的直径。当两者的直径相等时，凹槽的侧壁与中轴线垂直，凹槽呈圆柱形，金刚石层I直接地嵌入到硬质合金层2中。当上开口的直径小于下底面的直径时，凹槽的侧壁到中轴线的距离由上到下越来越远，凹槽呈下小上大的圆台形，金刚石层I榫接式地嵌入到硬质合金层2中，而榫接的嵌入方式会让金刚石层I和硬质合金层2的结合更为牢固。所述凹槽的下底面可以为平面，也可以为上突的圆弧面。当凹槽的下表面为上突的圆弧面面时，不仅使得金刚石层I和硬质合金层2的结合面加大，而且使得金刚石层I的下边缘与凹槽的边缘再次形成类榫接固定方式，从而有效提高金刚石层I和硬质合金层2的结合牢固性。
[0023]所述凹槽的底部边缘处设有凸起的加强筋5，增设的加强筋5会加大金刚石层I和硬质合金层2的结合面，使得两者结合更为牢固，有效防止金刚石层I脱出。加强筋5的形状和分布方式可以根据需要进行设计，如可以采用呈点状分布、条状分布和/或环状分布。在本发明优选实施例中，所述加强筋5为对称分布在底部边缘的方形小块，多个方形小块的加强筋5、相对于有效条数的条状的加强筋5和一条环状的加强筋5而言，其结合面能够做到最大，从而能够更好的增强金刚石层I与硬质合金层2的牢固性。而为了能够减小加强筋5的所产生的应力，所述加强筋5的棱角处均处理为倒角形式或圆弧过渡形式。增设的加强筋5的高度略小于凹槽的深度，而在本发明优选实施例中，加强筋5的上表面距离凹槽的顶端之间的距离为0.5cm以下。所选用的加强筋5的材质需与金刚石不同，其材质为介于硬质合金层2硬度和金刚石层I硬度之间的材质，或如本发明优选实施例，加强筋5的材质与硬质合金层2的材质相同。
[0024]嵌入到硬质合金层2的金刚石层I的上表面可以为平面或圆弧形表面，当金刚石层I的上表面可以为平面时，金刚石层I的上表面与硬质合金层2的上表面相平，而当金刚石层I的上表面为圆弧形表面时，金刚石层I的上表面与硬质合金层2的上表面形成圆滑过渡。所谓圆滑过渡是指，硬质合金层2的上表面即凹字形的最上方的环形上表面，可以是水平面，这样金刚石层I的上表面与其圆滑过渡时，使得整个嵌入式金刚石保径齿的上表面形成钢盔状，从而有效增强保径齿的切削力。当然硬质合金层2的上表面也可以是弧度与金刚石层I的上表面圆心和弧度均相同的弧线表面，这样金刚石层I的上表面与其圆滑过渡时，使得整个嵌入式金刚石保径齿的上表面形成规则圆弧状。
[0025]为了能在嵌入的过程中让空气有效地排出，所述硬质合金层2的外侧壁上开设有纵向延伸的排气槽，该排气槽的实际形状没有严格的要求，只要能够满足从硬质合金层2的下表面一直延伸到硬质合金层2的上表面即可，如可以为直线或螺旋线。
[0026]由于上述结构的嵌入式金刚石保径齿的整个外侧表面均为硬质合金，而硬质合金所具有的柔韧性和可焊性，其不仅使得嵌入式金刚石保径齿能够更容易的嵌入到钻头的保径孔中，而且通过钎焊料4能够将嵌入式金刚石保径齿的整个外侧壁与保径孔的内侧壁完全焊接在一起，而没有任何缝隙，因而在钻头工作时不会出现脱层揭帽的现象，从而解决了钢体钻头3的保径及扶正器的保径这一技术难题。参见图3。
【主权项】
1.嵌入式金刚石保径齿，由位于上层的金刚石层(I)和位于下层的硬质合金层(2)复合而成；其特征在于:所述硬质合金层(2)为上部中心开设有圆片状凹槽的圆柱体，凹槽的中轴线与硬质合金层(2)的中轴线重合，硬质合金层(2)的轴向剖面形成凹字形；所述金刚石层(I)呈圆片状，金刚石层(I)的外侧壁与凹槽的侧壁紧密配合，金刚石层(I)内嵌复合在硬质合金层(2)的凹槽内。2.根据权利要求1所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述凹槽上开口的直径小于或等于凹槽下底面的直径。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述凹槽的下底面为上突的圆弧面。4.根据权利要求1所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述金刚石层(I)的上表面为圆弧形表面，且金刚石层(I)的上表面与硬质合金层(2)的上表面形成圆滑过渡。5.根据权利要求1所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述凹槽的底部边缘处设有凸起的加强筋(5)。6.根据权利要求5所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述加强筋(5)的高度小于凹槽的深度。7.根据权利要求5或6所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述加强筋(5)在凹槽的底部边缘呈点状分布、条状分布和/或环状分布。8.根据权利要求7所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述加强筋(5)为对称分布在底部边缘的方形小块。9.根据权利要求1所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述硬质合金层(2)的外侧壁上开设有纵向延伸的排气槽，且该排气槽从硬质合金层(2)的下表面一直延伸到硬质合金层(2)的上表面。10.根据权利要求9所述的嵌入式金刚石保径齿，其特征在于:所述排气槽为直线或螺旋线。
【专利摘要】本发明公开一种嵌入式金刚石保径齿，由位于上层的金刚石层和位于下层的硬质合金层复合而成；所述硬质合金层为上部中心开设有圆片状凹槽的圆柱体，凹槽的中轴线与硬质合金层的中轴线重合，硬质合金层的轴向剖面形成凹字形；所述金刚石层呈圆片状，金刚石层的外侧壁与凹槽的侧壁紧密配合，金刚石层内嵌复合在硬质合金层的凹槽内。本发明在焊接时能够完全与保径孔的内侧壁即钻头体焊接成为一体，而没有任何缝隙，因而在钻头工作时不会出现脱层揭帽的现象，从而解决了钢体钻头保径及扶正器保径等技术难题。
【IPC分类】E21B10/56, E21B10/46
【公开号】CN105064925
【申请号】CN201510453969
【发明人】周付坤
【申请人】桂林星钻超硬材料有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月29日