一种圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片的制作方法

1.本实用新型涉及金刚石复合片的技术领域，更具体地说是涉及聚晶金刚石硬质合金复合片的技术领域。


背景技术：

2.金刚石硬质合金复合片是由金刚石粉末与硬质合金基体在超高压高温条件下烧结而成，其中聚晶金刚石层为耐磨工作层，硬质合金基体起支撑作用。复合片既具有金刚石的高硬度、高耐磨等特性，又具有硬质合金的高强度、抗冲击韧性和良好的可焊性等特性，在石油天然气钻探、地质钻探、工程钻探、煤炭开采等领域得到广泛应用。
3.随着钻探开采行业的发展，对钻探开采工具的耐用度、钻进效率、作业成本等提出了更高的要求。复合片作为钻探开采工具的主要切削部件，需要不断改进提高其耐磨性、抗冲击性、耐热性等性能指标，以满足市场需求。目前市面上常见的金刚石硬质合金复合片主要分为如图5所示的平面pdc复合片9和如图6所示的锥型结构pdc复合片10，然而这两种金刚石硬质合金复合片存在以下缺陷：
4.(1)、平面pdc复合片在钻进过程中，金刚石层同岩石的接触面积会随着刃口的变大迅速增加，导致表面摩擦急剧变大，切削刃上的热量集聚，更易导致裂纹形成、扩展和金刚石层剥落导致的钻头故障，从而严重降低钻头使用寿命。
5.(2)、当平面pdc复合片磨损到刀面轮廓部分时，由于平面结构其后倾角度不变，这会导致金刚石层切削刃的吃入量迅速减小，切削刃口变钝而不锋利，从而造成切削效率的显著降低。
6.(3)、锥型结构pdc复合片在钻进过程中，锋利的齿头部分会持续磨损，导致磨损后齿头变钝，不具有攻击性，其吃入岩层能力会急速降低，严重影响钻进后期的钻进效率。


技术实现要素：

7.本实用新型提出一种圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片，解决了现有技术中的平面pdc复合片和锥型结构pdc复合片由于其形状或结构上的缺陷所导致的问题。
8.本实用新型的技术方案是这样实现的：
9.一种圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体，所述聚晶金刚石层与硬质合金基体的一端部固定连接，聚晶金刚石层的外轮廓呈圆台形。
10.进一步地，所述聚晶金刚石层的圆台的顶面为平面、弧面、球面或三者的组合型。
11.进一步地，在所述硬质合金基体的一端部设有凸台，所述聚晶金刚石层固定覆盖在凸台外侧。
12.进一步地，在所述凸台的外周部设有环槽，在凸台的端部设有沟槽，所述聚晶金刚石层嵌入凸台的环槽和沟槽内。
13.进一步地，所述硬质合金基体上的凸台呈圆台形。
14.进一步地，所述凸台的端面为向外凸出的圆弧面。
15.进一步地，所述凸台上的沟槽的走向线为弧形。
16.进一步地，所述聚晶金刚石层的外侧面朝向聚晶金刚石层的内部凹陷。
17.进一步地，在所述硬质合金基体另一端部的边沿设有倒角。
18.本实用新型采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
19.1、本实用新型的圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片能够结合平面pdc复合片的高刃口切削能力和锥型结构pdc复合片的高抗冲击性特点，可显著提升pdc钻头进尺和机械钻速，有效提高钻头钻进过程中的岩层吃入能力和抗震性，从而提高钻头在极难钻岩层的钻进表现。
20.2、由于在凸台的外周部设有环槽，聚晶金刚石层嵌入凸台的环槽内，从而可在轴向方向上起到很好的锁紧效果，避免聚晶金刚石层在轴线方向上与硬质合金基体分离；在凸台的端面上设有沟槽，聚晶金刚石层嵌入凸台的沟槽内，从而增加聚晶金刚石层与硬质合金基体的结合面积，增强二者间的结合力，进而大幅提高了聚晶金刚石层与硬质合金基体的连接强度。
21.3、将凸台的端面设为向外凸出的圆弧面，可有效降低高温高压烧结完成后降温过程中产生的热残余应力，抗冲击性能得到明显改善，避免在使用过程中聚晶金刚石层剥落而导致的失效情况发生。
22.4、将聚晶金刚石层的外侧面朝向聚晶金刚石层的内部凹陷，从而不仅可加快钻进过程中破碎岩石碎屑的排屑速度，同时也可更快带走工作部位产生的热量，有效减少因热量集聚产生的聚晶金刚石层部位裂纹和崩缺等提前失效问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型的立体图；
25.图2为本实用新型的剖视图；
26.图3为本实用新型省略聚晶金刚石层后的示意图；
27.图4为本实用新型钻进中吃入岩层的模拟图；
28.图5为平面pdc复合片的示意图；
29.图6为锥型结构pdc复合片的示意图。
30.附图中，各标号所对应的部件如下：
31.1-硬质合金基体，2-聚晶金刚石层，3-凸台，4-环槽，5-沟槽，6-外侧面，7-圆弧面，8-倒角，9-平面pdc复合片，10-锥型结构pdc复合片。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本实用新型保护的范围。
33.参照图1至图3，一种圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片，包括聚晶金刚石层2和硬质合金基体1，所述聚晶金刚石层2与硬质合金基体1的一端部固定连接，在所述硬质合金基体1另一端部的边沿设有倒角8。聚晶金刚石层2的外轮廓呈圆台形，所述聚晶金刚石层2的圆台的顶面为平面、弧面、球面或三者的组合型，所述聚晶金刚石层2的外侧面6朝向聚晶金刚石层2的内部凹陷。
34.所述聚晶金刚石层2与硬质合金基体1的具体连接关系如下：在所述硬质合金基体1的一端部设有凸台3，所述硬质合金基体1上的凸台3呈圆台形，所述凸台3的端面为向外凸出的圆弧面7，所述聚晶金刚石层2固定覆盖在凸台3外侧，在所述凸台3的外周部设有环槽4，在凸台3的端部设有沟槽5，所述聚晶金刚石层2嵌入凸台3的环槽4和沟槽5内，所述凸台3上的沟槽5的走向线为弧形。
35.本实用新型的圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片在加工时，采用金刚石粉末与硬质合金基体1装配在一起，在六面顶压机上采用超高压高温工艺条件，使金刚石粉末烧结形成聚晶金刚石层2，并与硬质合金基体1粘结形成本实用新型的圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片。
36.本实用新型的圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片在钻进应用中，相对于平面pdc复合片9和锥型结构pdc复合片10，改进提升的优势和方法主要体现在：
37.(1)、外轮廓呈圆台形的聚晶金刚石层2相较于平面pdc复合片9，极大地减少了钻进过程中金刚石面上的摩擦，从而降低pdc/岩石界面产生的热量，最大限度地提高热稳定性。
38.(2)、外轮廓呈圆台形的聚晶金刚石层2相较于锥型结构pdc复合片10，有类似的金刚石层的低应力水平，可以减少裂纹产生，从而起到了抵抗裂纹的产生和扩展的作用，有效确保了圆台结构顶部周边的切削刃口。
39.(3)、聚晶金刚石层2圆台形的几何结构使得本圆台型聚晶金刚石硬质合金复合片具备天然的后倾角度，如图4所示，切削吃面的磨损不会影响有效后倾角度，可保持钻进过程中金刚石吃入量的基本不变，从而为更高效地钻进提供更锋利的切削刃口，最终造就切削效率的显著提升。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。