一种钻头及其切削部件的制作方法

本实用新型总体来说涉及一种钻头，具体而言，涉及一种钻头及其切削部件。

背景技术：

石油钻井使用的金刚石钻头(PDC钻头)以复合片为切削元件破碎地层。钻头上使用的切削部件通常由基体与金刚石微粉通过超高温高压复合成一体，基体与金刚石微粉为平面结合，复合片外部形状为圆柱体。常规形态的复合片在实际使用中由于金刚石层平面结构的局限性，切削地层产生的岩屑不能充分及时的受循环系统作用运移离开复合片表面，有造成钻头泥包的风险；常规复合片在钻进过程遇到硬夹层或碳酸盐岩地层等复杂情况时，其耐热能力直接关系到金刚石钻头使用寿命，温度过高会使复合片抗磨损性能下降，常规平面结构复合片金刚石层散热面积有限，钻进过程中会在金刚石层与岩层交界面产生大量热量，致使金刚石层热稳定性下降，抗磨损、抗冲蚀、自锐能力减弱，有可能造成切削齿早期失效，发生金刚石层崩损、碎裂的情况，使其丧失切削功能。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种散热性能较佳的一种钻头用切削部件。

本实用新型的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种散热性及耐磨性较佳的钻头。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种钻头用切削部件，所述切削部件包括基体及切削层，所述切削层的第一面复合于所述基体的表面，所述切削层上与所述切削层的所述第一面相对的第二面形成有向所述第一面凹进的凹陷结构。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述切削层的第一面上各处向所述切削层的第二面垂直投影的距离相等。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述切削层的所述第一面与所述基体的表面的形状相匹配。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的截面为弧形，并且所述凹陷结构的曲率半径为所述切削部件高度的二分之一或者二分之一以上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的高度为所述切削部件高度的六分之一或者六分之一以上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的截面为倒梯形，所述凹陷结构包括底边和腰边，所述底边与所述腰边之间的夹角为90度或者90度以上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述凹陷结构的截面为“V”字形，并且所述凹陷结构的两条边之间的夹角为30度或者30度以上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述切削层的所述第二面上形成有至少两个所述凹陷结构。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述基体为硬质合金基体，所述切削层为聚晶金刚石切削层。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型还一种钻头，其包括如上所述的切削部件及钻头本体，所述钻头本体的圆周方布置至少一个所述切削部件。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种钻头及其切削部件的优点和积极效果在于：

本实用新型通过在切削层上设置有凹陷结构，使得本实用新型在工作过程中可以使切削岩屑的快速有效运移，使岩屑能够快速的运移离开切削层表面，减少能量在重复切削上的浪费，提升切削效率，并且降低了切削层磨损程度延长使用寿命；另外由于设置有凹陷结构，在实际工作过程中，切削层的工作交界面上产生较少的热量，从而使切削部件保持良好的自锐性能，在切削部件工作过程中能持续具有攻击性；凹陷结构增大了切削部件的散热面积，提升切削部件的热稳定性，降低切削部件的热烧损、崩齿、碎裂的风险，延长了切削部件的使用寿命。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的纵向剖视示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的立体示意图。

图3是根据图2示出的一种钻头用切削部件的纵向剖视示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的剖视示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种钻头的俯视示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

以下参照图1至图5，对本实用新型的一具体实施方式举例说明如下：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的纵向剖视示意图。图2是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的立体示意图。图3是根据图2示出的一种钻头用切削部件的纵向剖视示意图。图4是根据一示例性实施方式示出的一种钻头用切削部件的剖视示意图。图5是根据一示例性实施方式示出的一种钻头的俯视示意图。

如图1所示，于本实用新型的一实施方式中，本实用新型提供一种钻头用切削部件，切削部件1包括基体11及切削层12，切削层12的第一面121复合于基体1的表面，切削层12上与切削层12的第一面121相对的第二面122形成有向第一面121凹进的凹陷结构13。具体来说，基体11可以采用硬质合金制成的圆柱形基体，切削层12可以采用聚晶金刚石制成切削层，并且切削层12可以设置于基体11的顶端，其第一面121与基体11的表面复合，在第二面122上形成有向第一面121凹进的凹陷结构13。设置凹陷结构13可以使得本实用新型的切削部件，在工作过程中切削层与岩层接触面积变小而散热面积增大，不仅可以有效降低热量的产生，而且又增加了散热性能。设置凹陷结构13还可以使切削部件保持良好的自锐性能，以保证工作过程中能持续具有攻击性，可以有效提高工作效率；由于散热性能较佳提升切削部件的热稳定性，有效降低切削部件热烧损、崩齿、碎裂的风险，延长了切削部件的使用寿命。

但是需要说明的是本实用新型并不限定基体11以及切削层12的具体材质，其可以采用其它材质制成，由于采用聚晶金刚石制成的切削层12是针对较硬的地质环境，因此本领域技术人员可以根据实际的需求来调整基体11以及切削层12的具体材质。另外本实用新也并不限定基体11及切削层12的具体设置方式，例如切削层12也可以设置于基体11的底端，或者直接包覆于基体11的表面，本领域技术人员可以根据实际的应用环境进行调整。

于本实用新型一实施方式中，切削层12的第一面121上各处向切削层12的第二面122垂直投影的距离相等。参照图1、3和4所示，切削层12在具有凹陷结构13的情况下，其厚度始终保持均匀等厚的设计，也就是说切削层12的厚度并不会根据凹陷结构13而调整，而基体11的整体厚度会随着凹陷结构13来进行调整。采用该设计可以使得切削层12的所有位置的厚度是一致的，在实际使用过程能始终保持相同程度的磨损，避免造成切削层12原材料的浪费，同时可以有效延长本实用新型的使用寿命，降低使用成本，有效提高经济效益。

但是应当说明的是，并非本实用新型的所有实施例都必须采用上述设置，在一些其它实施例中，切削层12也可以采用不等厚的方式设计，因此本实用新型并不以此为限。

于本实用新型一实施方式中，切削层12的第一面121与基体11的表面的形状相匹配。如图1所示，切削层12的第一面121始终与基体11的表面紧贴合，再结合参照图3及图4，凹陷结构13无论如何变化，切削层12的第一面121均始终与与体11的表面紧密贴合。采用该设计可以有效提升本实用新型的整体性以及简化制作工艺，从而使得本实用新型不仅制作便捷，而且可以提高整体强度，还可以进一步的延长本实用新型的使用寿命。

如图1所示，于本实用新型一实施方式中，凹陷结构13的截面为弧形，并且凹陷结构13的曲率半径为切削部件1高度的二分之一或者二分之一以上。具体来说，所述切削层12的第一面121以及第二面122同时向下凹陷，以使得凹陷结构12的截面形状概呈弧形，并且弧形的两端分别向两侧水平延伸至与所述基体11侧面平齐的位置。采用该设计不仅可以减少切削层12与岩层接触的面积，而且增大了散热面积，从而有效提高了本实用新型的热稳定性。于本实施方式中，凹陷结构13的曲率半径可以设置为切削部件1整体厚度的二分之一或者二分之一以上，采用该设计可以使得本实用新型的整体强度更高，从而使得本实用新型可以适用于较为复杂地质环境，以提高其适用性。但是应当说明是，本实用新型曲率半径仅为举例用，而并非用以限定本实用新型，例如在一些其它实施方式中，凹陷结构13的曲率半径也可以为其它数值范围，例如可以是三分之一或者五分之一，设置不同的数值范围，可以使得本实用新型可以适用各种不同的地质环境，因此本领域技术人员可以根据实际使用环境自行调整。

于本实用新型一实施方式中，凹陷结构13的高度可以设置为切削部件1高度的六分之一或者六分之一以上。采用该设计主要是为考虑较为复杂的使用环境，可以进一步的提高本实用新型适用范围，从而提高本实用新型的适用性，以节省使用成本提高经济效益。当然本实用新型并不限定上述数值范围，例如其也可以采用七分之一或者八分之一等等，设置不同的数值范围，可以使得本实用新型可以适用各种不同的地质环境，只要切削部件1可以与所针对的地质环境相适配即可。

如图2及图3所示，于本实用新型一实施方式中，凹陷结构13的截面为倒梯形，凹陷结构13包括底边131和腰边132，底边131与腰边132之间的夹角为90度或者90度以上。具体来说，所述切削层12的第一面121以及第二面122同时向下凹陷，以使得凹陷结构12的截面形状可以概呈一个倒置的梯形结构，凹陷结构13的两个腰边132的顶端分别向两侧水平延伸至与所述基体11侧面平齐的位置，在一实施例中，凹陷结构13的高度可以为切削部件1高度的六分之一或者其它比例，本实用新型对此并不限定。如图3所示，凹陷结构13的底边131和腰边132之间的夹角可以采用90度或者采用90度以上，采用该设计，主要考虑切削部件1整体排屑能力，因为凹陷结构13的开口较大，有助于切削岩屑的快速有效运移，大幅提高了排除岩屑的能力，从而提高实用新型工作效率。

于本实用新型的一实施方式中，凹陷结构13的截面还可以设置为“V”字形(图中未示出)，并且凹陷结构13的两条边之间的夹角为30度或者30度以上，设置为30度或30度以上，主要是为了避免由于开口过小造成岩屑堵塞的问题。另外采用此设计除了可以实现上述实施例中凹陷结构13的有益效果外，还可以使得本实用新型加工工艺简单，有效节省制造成本，从而能大幅提升本实用新型的成品率以及制造效率。

需要说明的是，虽然上述实施例中列举了凹陷结构13的多种截面形状，可以是弧形、倒梯形以及“V”字形，但是本实用新型并不限定必须为上述形状，凹陷结构13的截面形状也可以采用其它形状，只要其能满足增加散热面积的目的即可，因此本实用新型并不限定凹陷结构13的截面形状。

如图4所示，于本实用新型的一实施例中，切削层12的第二面上可以形成有至少两个凹陷结构13。也就是说凹陷结构13也可以是两个或者多个，但是本实用新型并不限定凹陷结构的具体数量，本领域技术人员可以根据实际工况对其进行调整。另外在一些实施例中，多个凹陷结构13的截面形状可以采用上述实施例中的一种或者多种的组合，本实用新型对此并不限定。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种钻头的俯视示意图。如图5所示，本实用新型还提供一种钻头，其主要可以包括上述实施例中的切削部件1以及钻头本体2，钻头本体2的圆周方布置至少一个切削部件1。钻头本体2可以采用与上述基体11相同材质制成的圆柱体，切削部件1可以通过焊接的方式固定连接于钻头本体2的周向。应当理解的是，本实用新型并不限定钻头本体2材质以及切削部件2的具体数量或连接方式，本领域技术人员可以根据在实际工况进行调整。

于本实用新型的一实施例中，钻头本体2周向布置有多个切削刃21，切削部件1固设于切削刃21上。如图5所示，钻头本体2周向设置多个要凸起的切削刃21，切削刃21可以采用与钻头本体2采用相同的材质制成，例如可以采用硬质合金制成，其可以与钻头本体2采用一体成型方式制成，或者采用焊接方式连接于钻头本体2上，但是本实用新型并不限定其具体材质以及制造工艺。切削部件1可以同样也可以采用焊接的方式焊接于切削刃21上。设置切削刃21可以有效提高本实用新型钻头的切削能力，而且两相邻的切削刃21之间具有沟槽可以进一步提高本实用新型排除岩屑的能力，从而有效提高本实用新型的工作效率，而且还能降低使用成本。

由上述技术方案可知，本实用新型的一种钻头及其切削部件的优点和积极效果在于：

本实用新型通过在切削层上设置有凹陷结构，使得本实用新型在工作过程中可以使切削岩屑的快速有效运移，使岩屑能够快速的运移离开切削层表面，减少能量在重复切削上的浪费，提升切削效率，并且降低了切削层磨损程度延长使用寿命；另外由于设置有凹陷结构，在实际工作过程中，切削层的工作交界面上产生较少的热量，从而使切削部件保持良好的自锐性能，在切削部件工作过程中能持续具有攻击性；凹陷结构增大了切削部件的散热面积，提升切削部件的热稳定性，降低切削部件的热烧损、崩齿、碎裂的风险，延长了切削部件的使用寿命。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本实用新型的多个可替代方面。本文所述的实施例说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。

尽管已经参照某些实施例公开了本实用新型，但是在不背离本实用新型的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本实用新型并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。