专利名称：一种表镶天然金刚石钻头及生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钻头，特别是涉及一种在其表面镶嵌有天然金刚石的钻头，本发明还涉及该表镶天然金刚石钻头的生产工艺。
背景技术：
金刚石钻头广泛用于地质、冶金、建筑、水电、石油及国防等部门的地质勘探和钻探施工。
地质钻探行业通常使用的钻头为孕镶人造金刚石钻头，它是将金刚石与各种金属粉末拌和在一起倒入石墨模具中，再插入钢体通过中频烧结使金刚石与金属粉末形成的胎体合金焊接在钢体上。此类钻头有三大缺陷1、当钻头使用到后期阶段工作层的金刚石不能完全利用，特别是工作层磨损接近水口时，水口变浅，钻头就不能使用，造成金刚石的大量浪费；2、金属粉末用量多，钻头成本高；3、金属粉末成分需选择合理，否则金刚石不易出刃，造成金刚石不能克取岩石。针对这些缺陷，目前也有厂家在生产表镶金刚石钻头。表镶金刚石钻头是表面镶嵌式金刚石钻头简称。它是将不同粒度(20～100粒/克拉)的工业用天然金刚石以一定的出刃镶嵌在钻头表面上。钻头由钢体、胎体和金刚石三部分组成。金刚石是破碎岩石的切削具，但金刚石不直接焊接在钢体上，而是镶嵌在胎体上。胎体是用粉末冶金方法烧结的一种合金，它一方面将金刚石包镶住，另一方面与钢体牢牢地烧结焊接在一起。
一般厂家生产表镶钻头的常规工艺路线为第一步、天然金刚石粘结在石墨模具上；第二步、骨架金属放入石墨模具内；第三步、在石墨模具上安放钢体；第四步、无压烧结；第五步、机加工成成品。
在天然金刚石粘结在石墨模具上工序中安放的天然金刚石在烧结时，常常错位或隐藏于胎体中不能突出胎体表面。骨架金属放入石墨模具内常规工序中骨架金属一般使用WC或W2C，包镶不牢固，钻头的使用寿命短。常规工序烧结温度高，烧结时间长。烧结温度高，可大使金刚石表面受热损伤。缩短烧结时间长，金刚石在高温下的时间越长，其强度降低越多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供使用寿命长的表镶天然金刚石钻头。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种在烧结时安放的天然金刚石不会错位或隐藏于胎体中，钻头的使用寿命长，烧结温度低，烧结时间短的表镶天然金刚石钻头的生产工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供的表镶天然金刚石钻头，包括钢体和胎体，在所述的胎体表面镶嵌有天然金刚石。
本发明采用的生产工艺为第一步，钻头胎体冷压成型，并在预成型块上粘结天然金刚石；第二步，预成型块放入石墨模具内；第三步，在石墨模具上安放钢体；第四步，无压烧结；第五步，机加工成成品。
采用上述技术方案的表镶天然金刚石钻头的生产工艺，与原有工艺路线相比，区别在工序第一步和第二步。本发明的技术优势在于以下几点1、在工序第一步中安放的天然金刚石在烧结时，常常错位或隐藏于胎体中不能突出胎体表面。对于此工序，本发明先将胎体(合金)粉末在热喷涂方法制造的冷压钢模内冷压成型。在得到的冷压成型块上，在按螺旋式分布粘结天然金刚石，再将粘结有金刚石的胎块摆放在石墨模具内。此创新工艺能有效地保证天然金刚石在钻头表面的出刃量。2、常规工序第二步中骨架金属一般使用WC各W2C，而本发明是采用二元合金粉或三元合金粉并加入稀有金属元素La。铜稀土合金的加入能使天然金刚石包镶得更加牢固，从而延长钻头的使用寿命。3、由于本发明采用冷压预成型合金粉块进行烧结，烧结温度可降低300℃，烧结时间也从常规的12分钟缩短为8分钟。烧结温度的降低，可大限度地保护金刚石表面不受热损伤。缩短烧结时间不仅使能耗降低近30％，而且金刚石在高温下的时间越短，其强度降低越少。
经过本发明生产的表镶天然金刚石钻头，由于采用冷压成型，金刚石颗粒出刃好，金刚石能完全利用，避免了常规人造金刚石钻头工作层金刚石不能完全利用的缺陷，冷压成型也避免了热压成型烧结过程中金属粉末流失的现象，大大地节省了金属(或合金)粉末的用量，从而大大降低了制造成本。用本发明制造的φ75/54表镶天然金刚石钻头与其他厂家相比在同一工地的钻探施工中，其钻进时效和钻进寿命均优于其他厂家。钻进时效提高30％，钻进寿命也提高了100％。
综上所述，本发明是一种在烧结时安放的天然金刚石不会错位或隐藏于胎体中，钻头的使用寿命长，烧结温度低，烧结时间短的表镶大然金刚石钻头的生产工艺。
附图是本发明的表镶天然金刚石钻头的结构示意图。
具体实施例方式
参见附图，在钢体1上设有胎体2，在胎体2表面镶嵌有天然金刚石3。
本发明采用的生产工艺为第一步，钻头胎体冷压成型，并在预成型块上粘结天然金刚石；第二步，预成型块放入石墨模具内；第三步，在石墨模具上安放钢体；第四步，无压烧结；第五步，机加工成成品。
采用上述技术方案的表镶天然金刚石钻头的生产工艺，与原有工艺路线相比，区别在工序第一步和第二步。本发明的技术优势在于以下几点1、在工序第一步中安放的天然金刚石在烧结时，常常错位或隐藏于胎体中不能突出胎体表面。对于此工序，本发明先将胎体(合金)粉末在热喷涂方法制造的冷压钢模内冷压成型。在得到的冷压成型块上，在按螺旋式分布粘结天然金刚石，再将粘结有金刚石的胎块摆放在石墨模具内。此创新工艺能有效地保证天然金刚石在钻头表面的出刃量。2、常规工序第二步中骨架金属一般使用WC各W2C，而本发明是采用二元合金粉或三元合金粉并加入稀有金属元素La。铜稀土合金的加入能使天然金刚石包镶得更加牢固，从而延长钻头的使用寿命。3、由于本发明采用冷压预成型合金粉块进行烧结，烧结温度可降低300℃，烧结时间也从常规的12分钟缩短为8分钟。烧结温度的降低，可大限度地保护金刚石表面不受热损伤。缩短烧结时间不仅使能耗降低近30％，而且金刚石在高温下的时间越短，其强度降低越少。
参见附图，经过本发明生产的表镶天然金刚石钻头，由于采用冷压成型，金刚石颗粒出刃好，金刚石能完全利用，避免了常规人造金刚石钻头工作层金刚石不能完全利用的缺陷，冷压成型也避免了热压成型烧结过程中金属粉末流失的现象，大大地节省了金属(或合金)粉末的用量，从而大太降低了制造成本。用本发明制造的φ75/54表镶天然金刚石钻头与其他厂家相比在同一工地的钻探施工中，其钻进时效和钻进寿命均优于其他厂家。钻进时效提高30％，钻进寿命也提高了100％。
权利要求
1.一种表镶天然金刚石钻头，包括钢体(1)和胎体(2)，其特征是在所述的胎体(2)表面镶嵌有天然金刚石(3)。
2.生产权利要求1所述的表镶天然金刚石钻头的生产工艺，其步骤为第一步，钻头胎体冷压成型，并在预成型块上粘结天然金刚石；第二步，预成型块放入石墨模具内；第三步，在石墨模具上安放钢体；第四步，无压烧结；第五步，机加工成成品。
全文摘要
本发明公开了一种表镶天然金刚石钻头，在胎体表面镶嵌有天然金刚石。其生产工艺是第一步，钻头胎体冷压成型，并在预成型块上粘结天然金刚石；第二步，预成型块放入石墨模具内；第三步，在石墨模具上安放钢体；第四步，无压烧结；第五步，机加工成成品。经过本发明生产的表镶天然金刚石钻头避免了常规人造金刚石钻头工作层金刚石不能完全利用的缺陷，冷压成型也避免了热压成型烧结过程中金属粉末流失的现象，节省了金属(或合金)粉末的用量。该表镶天然金刚石钻头钻进时效提高30％，钻进寿命提高了100％。本发明是钻头的使用寿命长，烧结温度低，烧结时间短的表镶天然金刚石钻头的生产工艺。
文档编号B22F3/16GK101086199SQ20061003179
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者李建强 申请人:长沙锐合钻石工具有限公司