一种聚晶金刚石复合片的制作方法

1.本实用新型涉及超硬复合材料生产加工技术领域，特别涉及一种聚晶金刚石复合片。


背景技术：

2.聚晶金刚石复合片由聚晶金刚石微粉和硬质合金基体在高温高压条件下烧结而成，复合片既具有金刚石的高硬度、高耐磨性和导热性，又具有硬质合金的强度和抗冲击性，在石油天然气开采、地质钻探、工程掘进、煤炭开采等领域得到广泛应用，成为钻探和采掘工具的主要切削部件。目前,石油天然气钻井工程中深井作业逐步增多,钻遇的地层也越来越复杂。在钻遇含砾石的地层或者地层软硬交错,变化较为频繁时,复合片所受冲击载荷较大,金刚石复合片容易崩齿失效,从而导致钻头整体失效，因而钻井现场急需一种抗冲击性能强的金刚石复合片。而现有的金刚石复合片的抗冲击性能主要以改变金刚石复合片中金刚石层与硬质合金基座界面结构降低其残余应力，或者改变材料配方、加工工艺来提高复合片的抗冲击性能。
3.此外，也有改变聚晶金刚石层端面的结构提高抗冲击性，如采用球头形、锥形等异形端面轮廓,但是这种异形结构的聚晶金刚石复合片虽然提高了其抗冲击性能,但使用过程中存在钻进切削阻力大,钻头扭矩大,钻进效率低等现象。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种聚晶金刚石复合片，既能提高聚晶金刚石复合片的抗冲击性，又能提高聚晶金刚石复合片的钻进速度，延长聚晶金刚石复合片的使用寿命。
5.本实用新型的目的是以下述方式实现的：
6.一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和位于聚晶金刚石层下方的硬质合金基体，所述聚晶金刚石层的端面上环绕聚晶金刚石层的轴线设有锥形槽，所述锥形槽沿聚晶金刚石层的端面周边径向设置，相邻的两个锥形槽之间呈扇形面的凸棱。
7.所述锥形槽为圆锥槽，圆锥槽的旋转轴与聚晶金刚石层的端面形成0
°‑
30
°
的夹角。
8.所述圆锥槽在聚晶金刚石层侧壁的深度占聚晶金刚石复合层高度的10%-60%。
9.所述各圆锥槽的顶点相交于聚晶金刚石层轴线，凸棱的顶面为扇形。
10.所述各圆锥槽的顶点围绕聚晶金刚石层轴线分布，凸棱的顶面为扇环形，聚晶金刚石层轴线周围的顶面为圆形平面。
11.所述圆形平面的面积占聚晶金刚石层的端面面积的0％-90％。
12.所述相邻凸棱之间的夹角为15
°‑
60
°
。
13.所述聚晶金刚石层顶部的棱角设置倒角或者圆角。
14.相对于现有技术，本实用新型能够达到以下技术效果：
15.（1）聚晶金刚石复合层设置多条带有尖锐的切削刃的凸棱，起到挤压破碎的作用，使切削面具有较强的犁削作用,降低了钻进切削阻力，提高了复合片的抗冲击性能，进而提高金刚石钻头的机械钻速。
16.（2）凸棱与具有一定斜度的圆锥槽所组成的切削面也具备较强的抗冲击性能，且起到引导井底岩屑排出的作用,进一步提升金刚石钻头的机械钻速。
17.（3）相对于平面切削面复合片,本实用新型的复合片的切削面积更大,加之钻进阻力的减少,使得复合片的耐磨性进一步提高,从而提高金刚石钻头的使用寿命。
附图说明
18.图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图1。
19.图2是图1的俯视图。
20.图3是本实用新型的一种实施例的结构示意图2。
21.图4是图3的俯视图。
22.其中，1是聚晶金刚石层；2是硬质合金基体；3是圆锥槽；4是凸棱；5是扇形；6是扇环形；7是圆形平面。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
24.如图1-4所示，一种聚晶金刚石复合片，包括聚晶金刚石层1和位于聚晶金刚石层1下方的硬质合金基体2，聚晶金刚石层的硬度高，耐磨性好，厚度为1-4mm，硬质合金基体的强度高，韧性好，厚度为4-20mm，聚晶金刚石层与硬质合金基体同轴焊接在一起形成聚晶金刚石复合片，常用的聚晶金刚石复合片一般为圆柱形，本实施例中聚晶金刚石复合片的直径为10-25mm，焊接面可以为平面也可以为非平面，根据地层复杂情况及切削难易程度选择合适的焊接面，一般地层较硬冲击力较大时选择非平面结构的焊接面，降低残余应力，提高抗冲击性能。所述聚晶金刚石层1的端面上环绕聚晶金刚石层的轴线设有锥形槽，锥形面与聚晶金刚石层的端面之间形成一定的夹角，有助于岩屑的顺利排出，岩屑排出的速度越快，越有助于加快机械钻进速度，进而大大提高加工效率。所述锥形槽沿聚晶金刚石层的端面周边径向设置，锥形槽以聚晶金刚石层的轴线为中心在端面呈辐射状，所有锥形槽形状大小可以完全相同，也可以不同，例如在360
°
的圆周端面上，0
°‑
180
°
为一种锥形面a，180
°‑
360
°
为另一种锥形面b，两种不同类型的锥型槽形成整个锥型槽。或360
°
的圆周端面上，0
°‑
90
°
为一种锥形面a，90
°‑
180
°
为另一种锥形面b，180
°‑
270
°
为一种锥形面a，270
°‑
360
°
为一种锥形面b，两种不同类型的锥型槽形成整个锥型槽。凡本领域技术人员能够列举出来的端面上的锥形槽的类似的排列类型，都在本实用新型的保护范围内，不再一一列举。相邻的两个锥形槽之间呈扇形面的凸棱4。呈扇形面即包括完整的扇形也包括扇环形。与锥形槽同理，凸棱的宽度可以相同也可以不同，一般情况下聚晶金刚石复合层的端面上的凸棱都相同，有些情况下也可以不同，但不同宽度的凸棱呈一定规律设置，比如在一个圆周端面上，凸棱根据宽度不同设置三种类型：凸棱a、凸棱b、凸棱c。三种凸棱可以设置为：0-120
°
为凸棱a，120
°‑
240
°
为凸棱b，240
°‑
360
°
为凸棱c，三种凸棱在圆周上也可以按周期排列：凸棱a、凸棱b、凸棱c、凸棱a、凸棱b、凸棱c......总之凸棱的组合类型类型较多，不再列举。
25.所述锥形槽为圆锥槽3，圆锥槽3的旋转轴与聚晶金刚石层的端面形成0
°‑
30
°
的夹角。夹角主要是控制圆锥槽相对于端面的斜度，斜度越大，排出岩屑的空间越大，排出岩屑较流畅。要根据实际钻探时的具体情况调整合适的斜度。此外，圆锥槽3的旋转轴与聚晶金刚石层的端面形成0
°‑
30
°
的夹角一般指圆锥槽的旋转轴在聚晶金刚石层的端面上方形成0
°‑
30
°
的夹角。因为当圆锥槽的旋转轴低于聚晶金刚石的端面时，形成的凸棱的两个侧面是内凹的，这种轮廓形状不利于聚晶金刚石层的加工形成，加工难度较大，不易生产。
26.所述圆锥槽3在聚晶金刚石层侧壁的深度占聚晶金刚石复合层高度的10%-60%。圆锥槽3在聚晶金刚石层侧壁的深度除了和圆锥槽在侧壁上的半径的大小有关，还与圆锥槽3的旋转轴与聚晶金刚石层的端面的夹角有关，两方面的搭配组合形成不同深度。
27.所述各圆锥槽3的顶点相交于聚晶金刚石层轴线，凸棱的顶面为扇形5。圆锥槽的顶点相交于聚晶金刚石层端面的中心，凸棱的顶面形状都是扇形，扇形的半径等于聚晶金刚石复合层的半径，扇形的角度越大，形成的扇形的面积也越大，凸棱的宽度越宽；扇形的角度越小，形成的扇形的面积也越小，凸棱的宽度越窄。
28.所述各圆锥槽3的顶点围绕聚晶金刚石层轴线分布，凸棱的顶面为扇环形6，聚晶金刚石层轴线周围的顶面为圆形平面7。扇环就是将一个圆环剪开,所剪的直线要通过圆心,被剪下的部分就叫扇环，也叫扇环形。凸棱顶面的扇环形的半径等于聚晶金刚石复合层的半径，扇环形的角度越大，形成的扇环形的面积也越大，凸棱的宽度越宽；扇环形的角度越小，形成的扇环形的面积也越小，凸棱的宽度越窄。
29.所述圆形平面7的面积占聚晶金刚石层的端面面积的0％-90％。圆形平面的面积由圆锥槽的顶点与聚晶金刚石层的轴线之间的距离决定。圆锥槽的顶点与聚晶金刚石层的轴线之间的距离越大，圆形平面7的面积越大。圆锥槽的顶点与聚晶金刚石层的轴线之间的距离越小，圆形平面7的面积越小。
30.所述相邻凸棱4之间的夹角为15
°‑
60
°
。相邻凸棱之间的夹角越大，凸棱的数量相对越少。
31.所述聚晶金刚石层顶部的棱角设置倒角或者圆角。
32.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。