一种聚晶金刚石复合片的制作方法

本技术涉及探钻工具，具体涉及一种聚晶金刚石复合片。

背景技术：

1、聚晶金刚石复合片(简称pcd复合片)通常是由金刚石粉末与硬质合金基体通过粘结剂在高温高压下烧结而成。金刚石层具有高硬度、高耐磨性、自锐性的特点，对击碎和磨削岩石提供强力的突破效果。因此，pcd复合片作为切削元件已在牙齿钻头、刮刀钻头、潜孔钻头等工具中使用，其广泛应用于石油和天然气钻探、煤炭开采等钻采业领域。然而，随着石油勘探开发的不断深入，深井、超深井也越来越多，研磨性砂岩、致密碳酸岩以及花岗岩等硬地层的破岩需求对pcd复合片的性能要求越来越高。而pcd复合片的结构直接影响了pcd复合片的耐磨性能、承载能力、抗冲击性能、切削性能。

2、现有技术中，pcd复合片通常有两种结构形式，分别为球齿和锥齿。球齿结构如申请公布号为cn113427006a的中国发明专利申请公布的一种聚晶金刚石复合片及其制备方法，聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体和覆盖在硬质合金基体顶端的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层的形状为半球面形，聚晶金刚石复合片沿轴向各处的受力方向不同并能够相互抵消一部分力，使得聚晶金刚石复合片的结构稳定，抗冲击能力强。但是由于半球面形的聚晶金刚石层的表面光滑过渡，聚晶金刚石层上无切削面，聚晶金刚石复合层与岩土之间的接触面积大，导致聚晶金刚石复合片受到的切削阻力大、摩擦力较大，聚晶金刚石层与硬质合金基体之间易出现脱层的情况。

3、而上述申请公布号为cn113427006a的中国发明专利申请同时公开了一种锥齿结构的pcd复合片，锥齿结构的聚晶金刚石复合片的聚晶金刚石层的形状为一整个圆锥面，由于聚晶金刚石层的顶部比较尖，聚晶金刚石复合片的切削阻力较小。但是由于聚晶金刚石层为一整个圆锥面，且聚晶金刚石复合片的锥面仅能承受周围岩土对其单方向的作用力，使得聚晶金刚石复合片上存在大面积应力集中区域而易出现断齿，降低聚晶金刚石复合齿的使用寿命。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，以解决现有技术中球齿结构的pcd复合片易脱层、锥齿结构的pcd复合片易断齿的技术问题。

2、为实现上述目的，本实用新型聚晶金刚石复合片的技术方案是：

3、聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和覆盖在硬质合金基体上方的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的外周面沿其轴向分为至少两段弯曲工作面，所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为凸向聚晶金刚石复合片外侧的曲线，任意相邻两段弯曲工作面之间形成凹槽，各弯曲工作面均自下而上向聚晶金刚石复合片轴线靠拢，而形成锥形结构的聚晶金刚石层。

4、有益效果是：本实用新型的聚晶金刚石复合片中，所有自下而上向聚晶金刚石复合片轴线靠拢的弯曲工作面共同构成锥形结构的聚晶金刚石层，同时所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为曲线，即本实用新型的聚晶金刚石复合片结合了现有技术中聚晶金刚石复合片的锥齿结构和球齿结构，锥形结构的聚晶金刚石层与岩土的接触面积较小、切削阻力小，能够减少脱层情况的发生，同时，聚晶金刚石复合片轴向各处的受力方向均不同，能够避免聚晶金刚石复合片上存在大面积应力集中区域，从而减少断齿情况的发生。再者，任意相邻两段弯曲工作面之间的凹槽能够容纳聚晶金刚石复合片前端向后输送的岩土、进而向后排出，提高钻头的排屑能力。

5、进一步地改进，所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为凸向聚晶金刚石复合片外侧的圆弧曲线。

6、有益效果是：圆弧曲线中上下对称位置处的受力方向关于圆弧曲线中心位置处的法线对称，这样设计，能够抵消一部分受力，减小聚晶金刚石复合片的整体受力，提高抗冲击性能。

7、进一步地改进，任意相邻两段弯曲工作面中，位于上方的弯曲工作面的纵剖外轮廓的圆弧曲线的曲率半径大于或等于位于下方的弯曲工作面的纵剖外轮廓的圆弧曲线的曲率半径。

8、有益效果是：这样设计，聚晶金刚石层整体的曲率自下而上逐渐减小，使得聚晶金刚石层的上端较尖，以进一步降低聚晶金刚石复合片的切削阻力、提高切削性能。

9、进一步地改进，弯曲工作面的数量不大于四段。

10、有益效果是：由于任意相邻两段弯曲工作面之间会形成凹槽，这样设计，避免聚晶金刚石复合片上的凹槽过多而使得凹槽内残留过多积屑、降低排屑效率。

11、进一步地改进，任意相邻两段弯曲工作面直接相交。

12、进一步地改进，聚晶金刚石层的最上端设有凸向正上方的过渡圆弧面。

13、有益效果是：这样设计，增加聚晶金刚石层与工作环境的接触面积，提高聚晶金刚石复合片的抗冲击性能。

14、进一步地改进，硬质合金基体和聚晶金刚石层采用烧结成型法加工成一体。

15、有益效果是：烧结成型法为现有技术中成熟工艺，加工效率高。

16、进一步地改进，聚晶金刚石层与硬质合金基体之间设有金属层，金属层连接聚晶金刚石层和硬质合金基体。

17、有益效果是：这样设计，能够通过金属层缓冲金刚石层和硬质合金基体，有利于烧结成型，且能够提高聚晶金刚石复合片的抗冲击性和热稳定性。

技术特征：

1.聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体（12）和覆盖在硬质合金基体（12）上方的聚晶金刚石层（11），其特征在于，所述聚晶金刚石层（11）的外周面沿其轴向分为至少两段弯曲工作面，所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为凸向聚晶金刚石复合片外侧的曲线，任意相邻两段弯曲工作面之间形成凹槽（19），各弯曲工作面均自下而上向聚晶金刚石复合片轴线靠拢，而形成锥形结构的聚晶金刚石层（11）。

2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为凸向聚晶金刚石复合片外侧的圆弧曲线。

3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，任意相邻两段弯曲工作面中，位于上方的弯曲工作面的纵剖外轮廓的圆弧曲线的曲率半径大于或等于位于下方的弯曲工作面的纵剖外轮廓的圆弧曲线的曲率半径。

4.根据权利要求1或2或3所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述弯曲工作面的数量不大于四段。

5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述任意相邻两段弯曲工作面直接相交。

6.根据权利要求1或2或3所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述聚晶金刚石层（11）的最上端设有凸向正上方的过渡圆弧面（15）。

7.根据权利要求1或2或3所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述硬质合金基体（12）和聚晶金刚石层（11）采用烧结成型法加工成一体。

技术总结
本技术涉及探钻工具技术领域，具体涉及一种聚晶金刚石复合片。聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体和覆盖在硬质合金基体上方的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层的外周面沿其轴向分为至少两段弯曲工作面，所有弯曲工作面的纵剖外轮廓均为凸向聚晶金刚石复合片外侧的曲线，任意相邻两段弯曲工作面之间形成凹槽，各弯曲工作面均自下而上向聚晶金刚石复合片轴线靠拢，而形成锥形结构的聚晶金刚石层。这样设计，聚晶金刚石复合片结合现有技术中聚晶金刚石复合片的锥齿结构和球齿结构，能够减少脱层情况、断齿情况的发生。

技术研发人员：李锦程,蔡亚光,高上攀,耿菖健,张泰隆,赵东鹏,方海江
受保护的技术使用者：河南四方达超硬材料股份有限公司
技术研发日：20220718
技术公布日：2024/1/12