专利名称：分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法
技术领域：
本发明涉及一种钻头的制造技术，特别是涉及一种加工工艺简单、加工周期短、成 本低、性能稳定、工作效率高的分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法。
背景技术：
由于金刚石复合片(polycrystalline diamond composite, PDC)钻头具有机械 钻速快、寿命长、进尺多的优点，作为石油钻井行业常用的一种钻井工具已经得到广泛的应用。现有技术中制造金刚石复合片钻头的方法普遍采用烧结的工艺，即将粉末或粉末 压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温，从而 获得所需的物理、机械性能的金刚石复合片钻头。由于烧结的工艺中，模具的加工尤为繁琐 及复杂，例如模具设计、模具组装、干燥模具等诸多环节，且该类模具大多又都是在手工制 作，在手工制作模具的工艺过程中极易出现尺寸和角度偏差，造成保径尺寸不符合技术要 求而引发的钻速不高、憋泵、进尺不明显或者钻头使用寿命短等问题；再者，铸造金刚石复 合片钻头所用的粉料在烧结过程中也很容易出现气蚀或者裂缝的情况，造成钻头试压不成 功，影响钻头质量。因而，现有技术中的铸造金刚石复合片钻头的加工工艺复杂、生产周期 长、而且常规铸造金刚石复合片钻头的生产成本亦很高，影响经济效益。所以，如何提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法，以避免以上所 述的种种缺点，已经成为为相关领域之业者目前亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分体式钢体金刚石复 合片钻头及其加工方法，以使其加工工艺简单、加工周期短、制造成本低、产品性能稳定、工 作效率高，而且钻头具有抗研磨性强使用寿命长等优点。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头 及其加工方法，其中，所述分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于首先将基 材进行锻压，并经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板；然后将所述钻头 基体及多个刀翼板进行调质热处理；接着，利用数控铣床在所述钻头基体上形成多个喷嘴 孔和翼板槽，以及在所述刀翼板上形成多个呈排列结构的复合片齿穴；将所述多个刀翼板 分别镶焊于所述钻头基体的翼板槽内；然后于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；最后于所述刀 翼板复合片齿穴上钎焊金刚石复合片并保温及打磨成品。在本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法中，用于进行锻压的基材为 42CrMnMo园钢及钢板；于实施方式中，将所述钻头基体及多个刀翼板进行调质热处理以使 其硬度达到270 290HB ；将所述多个刀翼板分别镶入钻头基体槽座内后将其加温450°C， 所述刀翼板经由碱性506焊条镶焊于所述钻头基体的翼板槽内；所述耐磨材料为合金焊 粉，具体地，所述合金焊粉为F105焊粉。
本发明还提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头，包括接头，内扣连接于所述接 头的钻头基体，开设于所述钻头基体上的多个喷嘴孔及翼板槽，以及排列有多个复合片齿 穴的刀翼板，其特征在于所述钻头基体及刀翼板经由铣床或线切割加工形成；所述钻头 基体上的多个喷嘴孔和翼板槽以及所述刀翼板上的复合片齿穴经由数控铣床铣出成型；所 述刀翼板镶焊于所述钻头基体的翼板槽内，且所述刀翼板上敷焊有耐磨材料。如上所述，本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法主要是通过锻压 并经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板，并利用数控铣床精加工所述钻 头基体及刀翼板，以提高钻头的尺寸及角度的精确程度，与现有技术相比，本发明的加工工 艺简单、加工周期短、制造成本低、产品性能稳定、工作效率高，而且分体式钢体钻头具有抗 研磨性强，使用寿命长等优点，即有效克服了现有技术中的种种缺点。
图1显示为本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法的流程示意图。图2显示为本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头的结构示意图。图3显示为本发明中钻头基体结构示意图。图4显示为本发明中刀翼板结构示意图。元件标号的简单说明S11 S172122221222232312具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本 发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1，图1显示为本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法的流程 示意图。如图所示，本发明提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，如图所示，其 具体流程包括以下的步骤在步骤S11中，将基材进行锻压，于本实施方式中，用于进行锻压的基材为 42CrMnMo园钢及42CrMnMo钢板；接着进至步骤S2 ；在步骤S12中，经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板；具体地， 是按依据预先设计之图形尺寸，通过数控铣床按设计数据铣出所述钻头基体及多个刀翼 板，或者是按依据预先设计之图形尺寸，通过线切割加工分别形成所述钻头基体及多个刀
步骤 接头
钻头基体 喷嘴孔 翼板槽 刀翼板 复合片齿穴 金刚石复合片翼板。接着进至步骤S13;在步骤S13中，将所述钻头基体及多个刀翼板进行调质热处理，以使其硬度达到 270 290HB。接着进至步骤S14 ；在步骤S14中，利用数控铣床在所述钻头基体上形成多个喷嘴孔和翼板槽，以及 在所述刀翼板上形成多个呈排列结构的复合片齿穴；于本实施方式中，利用数控铣床依据 预先设定之数据将多个喷嘴孔和翼板槽铣出，具体地，所述预先设定之数据包括喷嘴孔的 中心距、向心角、径侧角、孔直径的尺寸或角度参数；利用数控铣床依据预先设定之数据在 所述刀翼板上形成多个呈排列结构的复合片齿穴铣出，具体地，所述预先设定之数据包括 复合片齿穴的切削角、侧倾角、孔直径的角度参数。接着进至步骤S15 ；在步骤S15中，将所述多个刀翼板分别镶焊于所述钻头基体的翼板槽内；于本实 施方式中，将所述多个刀翼板分别镶入钻头基体槽座内后将其加温450°C，所述刀翼板经由 碱性506焊条镶焊于所述钻头基体的翼板槽内。接着进至步骤S16 ；在步骤S16中，于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；具体地，所述耐磨材料为合金焊 粉，更详尽地，所述合金焊粉为F105焊粉。接着进至步骤S17 ；在步骤S17中，于所述刀翼板复合片齿穴上钎焊金刚石复合片，并经过保温及打 磨工序，以最终形成本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头。请参阅图2至图4，图2显示为本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头的结构示 意图；图3显示为本发明中钻头基体结构示意图；图4显示为本发明中刀翼板结构示意图。 如图所示，本发明提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头，包括接头21、钻头基体22、刀翼 板23、以及金刚石复合片24。所述钻头基体22内扣连接于所述接头21，具体地，所述钻头基体22与所述接头 21之间形成有V型槽，并藉由焊封所述V型槽使二者紧密连接。所述钻头基体22上具有多 个喷嘴孔221及翼板槽222。所述钻头基体22经由铣床或线切割加工形成，具体地，所述钻 头基体22为42CrMnM0园钢的材质。更为详细地，所述钻头基体22的喷嘴孔221及翼板槽 222是依据预先设定之数据利用数控铣床铣出，所述预先设定之数据包括喷嘴孔的中心距、 向心角、径侧角、孔直径的具体尺寸或角度参数。所述刀翼板23镶焊于所述钻头基体22的翼板槽222内，于本实施方式中，所述刀 翼板经由碱性506焊条镶焊于所述钻头基体的翼板槽内。所述刀翼板23上排列有用于焊 接金刚石复合片24的多个复合片齿穴231，所述刀翼板23经由铣床或线切割加工形成，具 体地，所述刀翼板23为42CrMnM0钢板的材质。更为详细地，所述刀翼板23上的复合片齿 穴231经由数控铣床依据预先设定之数据铣出成型，所述预先设定之数据包括复合片齿穴 的切削角、侧倾角、孔直径的角度参数。所述刀翼板23上敷焊有耐磨材料，所述耐磨材料为 合金焊粉，更详尽地，所述合金焊粉为F105焊粉。于本实施方式中，所述金刚石复合片24藉由钎焊的方式焊接于所述刀翼板23的 复合片齿穴231中。综上所述，本发明的分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法主要是通过锻压 并经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板，并利用数控铣床精加工所述钻 头基体及刀翼板，以提高钻头的尺寸及角度的精确程度，即合理的设计切削齿的切削角及 侧倾角以降低切削阻力，延长钻头使用寿命；再者，精确的设计所述喷嘴孔的方位角、中心轴线夹角(向心角)、径侧角以使其调整到最佳状态，达到有效地即能冷却切削齿，又能降 低水力对钻头基体的冲蚀，最大发挥水马力作用，达到提高机械钻速的目的，与现有技术相 比，本发明的加工工艺简单、加工周期短、制造成本低、产品性能稳定、工作效率高，而且分 体式钢体钻头具有抗研磨性强，使用寿命长等优点，即有效克服了现有技术中的种种缺点 而具高度产业利用价值。 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 习此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
一种分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于将基材进行锻压，并经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板；将所述钻头基体及多个刀翼板进行调质热处理；利用数控铣床在所述钻头基体上形成多个喷嘴孔和翼板槽，以及在所述刀翼板上形成多个呈排列结构的复合片齿穴；将所述多个刀翼板分别镶焊于所述钻头基体的翼板槽内；于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；以及于所述刀翼板复合片齿穴上钎焊金刚石复合片并保温及打磨成品。
2.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于所述基 材为42CrMnMo园钢及钢板。
3.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于将所述 钻头基体及多个刀翼板进行调质热处理以使其硬度达到270 290HB。
4.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于将所述 多个刀翼板分别镶入钻头基体槽座内后将其加温450°C。
5.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于所述刀 翼板经由碱性506焊条镶焊于所述钻头基体的翼板槽内。
6.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头加工方法，其特征在于所述耐 磨材料为合金焊粉。
7.—种分体式钢体金刚石复合片钻头，包括接头，内扣连接于所述接头的钻头基体，开 设于所述钻头基体上的多个喷嘴孔及翼板槽，以及排列有多个复合片齿穴的刀翼板，其特 征在于所述钻头基体及刀翼板经由铣床或线切割加工形成；所述钻头基体上的多个喷嘴 孔和翼板槽以及所述刀翼板上的复合片齿穴经由数控铣床铣出成型；所述刀翼板镶焊于所 述钻头基体的翼板槽内，且所述刀翼板上敷焊有耐磨材料。
8.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头，其特征在于所述钻头基体及 刀翼板为42CrMnMo材质。
9.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头，其特征在于所述刀翼板经由 碱性506焊条镶焊于所述钻头基体的翼板槽内。
10.如权利要求1所述的分体式钢体金刚石复合片钻头，其特征在于所述耐磨材料为 合金焊粉。
全文摘要
本发明提供一种分体式钢体金刚石复合片钻头及其加工方法，其中该加工方法是首先将基材进行锻压，并经由铣床或线切割加工分别形成钻头基体及多个刀翼板，然后将所述钻头基体及多个刀翼板进行调质热处理，再利用数控铣床在精加工所述钻头基体及刀翼板，将所述多个刀翼板分别镶焊于所述钻头基体的翼板槽内，然后于所述刀翼板上敷焊耐磨材料，最后于所述刀翼板复合片齿穴上钎焊金刚石复合片并保温及打磨成品，如此以确保钻头尺寸及提高其结构角度的精确程度，与现有技术相比，本发明的加工工艺简单、加工周期短、制造成本低、产品性能稳定、工作效率高，而且钻头具有抗研磨性强使用寿命长等优点。
文档编号E21B10/46GK101864898SQ20091005709
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月20日 优先权日2009年4月20日
发明者于振忠, 何樱子, 张兴建, 张振峰, 李文珍, 李朋, 闫双双, 陈淮刚 申请人:上海中盟石油天然气有限公司;上海中曼金刚石钻头有限公司