专利名称：增强金刚石复合齿的制作方法
技术领域：
本实用新型属钻头制造领域，特别涉及一种应用于石油气体钻井的空气
锤和矿物开采、地质钻探领域的潜孔钻头以及PDC钻头的背齿上的增强金刚 石复合齿。
背景技术：
目前所使用的切削齿，如授权公告号为CN2592845Y的中国实用新型专利 说明书所公开的金刚石复合片系由一层金刚石层与各种形状的硬质合金基体 在高温高压下烧结成各种形状的柱齿。由于它既具有天然金刚石的硬度与耐 磨性，同时又兼具有硬质合金的强度，故金刚石复合齿钻头在石油、地质勘 探开采中获得了广泛的应用。但是上述方案的金刚石层的上表面为一平面， 该平面与金刚石复合齿的侧面形成一个非平滑的倒角，这样钻头在切削过程 中，不仅参与切削的金刚石的表面积有限，而且金刚石复合片所受的应力会 集中在倒角处，抗冲击能力较差，因而这种金刚石复合片只适用于采用刮削 原理制造的PDC钻头，不适用于采用冲击破碎原理制造的潜孔钻头和空气锤。 另外，上述方案的金刚石复合片的硬质金刚石基体与金刚石的结合面上有设 有相互配合的小孔或凹槽来减少金刚石层分层脱落现象的发生，但是这些结 构的接合面依然无法将应力完全抵消，因此金刚石复合片的抗冲击性能和使 用寿命有待进一步的提高。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足而提供一种具有高结合强 度、高抗冲击性能和耐磨性能的增强金刚石复合齿。
为解决上述问题，本实用新型所设计的增强金刚石复合齿，主要由聚晶 金刚石层和硬质合金基体组成，聚晶金刚石层与硬质合金基体上各存在一个 相互配合的结合面。其不同之处在于所述聚晶金刚石层的上表面为一均匀 的圆弧面，且该圆弧面的边缘直接与硬质合金基体的侧面相连形成平滑过渡。
在上述方案中，所述聚晶金刚石层结合面和硬质合金基体结合面最好均 为一个均匀的圆弧面。
所述聚晶金刚石层可以由1 5层硬度不同的聚晶金刚石层构成，且聚晶 金刚石层的硬度最好从金刚石层的上表面至金刚石层的结合面逐渐减小。
本实用新型与现有技术相比，聚晶金刚石层的上表面为均匀的圆弧面， 能让更多体积的金刚石参与冲击破碎，大大提高金刚石复合齿的强度，使金 刚石复合齿的耐磨性和耐冲击性大大增强，从而有效提高了金刚石复合齿的使用寿命；其次，聚晶金刚石层的边缘与硬质合金基体的侧面形成平滑过渡， 有效避免切削过程中的应力的集中，金刚石复合齿的使用寿命进一步提高； 再者，聚晶金刚石层和硬质合金基体采用均匀的圆弧结合面，这样在进行冲 击破碎过程时，结合面在各个方向所受应力是互相分散的，从而有效防止了 聚晶金刚石层的崩离和剥落；另外，聚晶金刚石层采用多层不同硬度的金刚 石层组合而成，越靠近硬质合金基体部分的金刚石层硬度越低，越与硬质合 金的性能接近，从而使得聚晶金刚石层和硬质合金基体结合得更牢固，抗冲 击性大幅提高。
图1为本实用新型一种潜孔钻头的结构示意图； 图2为本实用新型一种增强金刚石复合齿的结构示意图。 图中标号为1、钻头主体；2、增强金刚石复合齿；2-1、聚晶金刚 石层；2-2、硬质合金基体；2-3、结合面。
具体实施方式
图1为一种潜孔钻头的结构示意图，包括钻头主体1，以及嵌在钻头主 体1中的多个增强金刚石复合齿2。本实用新型的增强金刚石复合齿2系由 聚晶金刚石层2-1与各种形状硬质合金基体2-2在超高压高温条件下烧结成 各种尺寸的半球柱齿，请参见图2。聚晶金刚石层2-1的上表面为一均匀的 圆弧面，表面结构光滑、致密、坚固，且该圆弧面的边缘直接与硬质合金基 体2-2的侧面相连形成平滑过渡。该圆弧面的圆弧半径R可根据实际需求选 定，但最好在4 13mm之间。在本实用新型的最佳实施例中，圆弧面的圆弧 半径R为8. 2mm。聚晶金刚石层2-1与硬质合金基体2-2上各存在一个相互 配合的结合面2-3，该结合面2-3可以为平面、曲面、或在硬质合金基体2-2 的结合面2-3上设有凹槽、小孔或凹坑、或其他非规则面。但本实用新型的 最佳实施例中，聚晶金刚石层2-1结合面2-3和硬质合金基体2-2结合面2-3 均为一个均匀的圆弧面，且两圆弧面弧度一致，并能够紧密结合。无论金刚 石复合齿的结合面2-3为何种形状，圆弧面至金刚石结合面2-3均存在一个 最大距离，即金刚石层的最大厚度h，该厚度h介于0.5 3.0mm之间。由于 本实用新型的最佳实施例聚晶金刚石层2-1的上表面和结合面2-3均采用均 匀的圆弧形，即形成一个双月牙形状，因此聚晶金刚石层2-1的最大厚度出 现在金刚石层的正中央，且厚度h为2.5mm。
本实用新型的聚晶金刚石层2-1是按照不同比例金刚石微粉和结合剂混 合而成，并分单层或多层聚晶金刚石层2-1组装烧结在硬质合金基体2-2上。 聚晶金刚石层2-1的硬度从金刚石层的上表面至金刚石层的结合面2-3逐渐 减小。在本实用新型的最佳实施例中，金刚石层从金刚石层的上表面至金刚 石层的结合面2-3采用2层聚晶金刚石层2-1组合而成。本实用新型的硬质合金基体2-2的横截面为直径D在9 25mrn之间的圆 形。经由上述结构的聚晶金刚石层2-1与硬质合金基体2-2结合而成的增强 金刚石复合齿2的最大高度H出现在其中心处，为14 31mm之间。本实用新 型的最佳实施例的增强金刚石复合齿2为直径D为16. 07mm、高度H为21 mm 的半球柱体。
当然本实用新型的增强金刚石复合齿2不仅限于使用在潜孔钻头上，同 样也可使用在空气锤和PDC钻头的背齿上。
权利要求1、增强金刚石复合齿(2)，主要由聚晶金刚石层(2-1)和硬质合金基体(2-2)组成，聚晶金刚石层(2-1)与硬质合金基体(2-2)上各存在一个相互配合的结合面(2-3)，其特征在于所述聚晶金刚石层(2-1)的上表面为一均匀的圆弧面，且该圆弧面的边缘直接与硬质合金基体(2-2)的侧面相连形成平滑过渡。
2、 根据权利要求1所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于所 述圆弧面的圆弧半径R在4 13mrn之间。
3、 根据权利要求1或2所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于 所述圆弧面至金刚石结合面(2-3)的最大距离，即聚晶金刚石层(2-1) 的最大厚度h在0. 5 3. 0mm之间。
4、 根据权利要求1或2所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于 所述聚晶金刚石层(2-1)结合面(2-3)和硬质合金基体(2-2)结合面(2-3)均为一个均匀的圆弧面。
5、 根据权利要求1所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于所 述聚晶金刚石层(2-1)由1 5层硬度不同的聚晶金刚石层(2-1)构成。
6、 根据权利要求5所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于所 述聚晶金刚石层(2-1)的硬度从金刚石层的上表面至金刚石层的结合面(2-3)逐渐减小。
7、 根据权利要求1所述的增强金刚石复合齿(2)，其特征在于所 述硬质合金基体(2-2)的横截面为圆形，且该圆形的直径D在9 25mm 之间。
专利摘要本实用新型所设计的增强金刚石复合齿，主要由聚晶金刚石层和硬质合金基体组成，聚晶金刚石层与硬质合金基体上各存在一个相互配合的结合面。所述聚晶金刚石层的上表面为一均匀的圆弧面，且该圆弧面的边缘直接与硬质合金基体的侧面相连形成平滑过渡。它具有高结合强度、高抗冲击性能和耐磨性能。
文档编号E21B10/46GK201372731SQ20092014046
公开日2009年12月30日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者凃焕斌, 莫铭忠 申请人:桂林星钻超硬材料有限公司