專利名稱：分層式孕鑲金剛石鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及孕鑲金剛石鉆頭，特別是一種分層式孕鑲金剛石鉆頭。
本實用新型的技術(shù)方案為一種分層式孕鑲金剛石鉆頭，鉆頭整體呈套筒狀結(jié)構(gòu)，包括基體，非工作層，工作層，基體與工作層之間通過非工作層連接，其中工作層由多個尖齒形成層和多個溝槽形成層組成，尖齒形成層與溝槽形成層間隔分布，尖齒形成層與溝槽形成層的上部與非工作層連接，尖齒形成層與溝槽形成層的下部共同形成一個完整的平面。
本實用新型的優(yōu)點在于尖齒形成層與溝槽形成層的下部共同形成一個完整的平面，有利于加工；分層式鉆頭結(jié)構(gòu)可使鉆頭在與巖層接觸的工作過程中自動形成尖齒和溝槽，這種尖齒和溝槽的形成，使鉆頭變得更加鋒利，不但可提高鉆進效率，還可擴大鉆頭與地層的適應(yīng)范圍，防止孔斜，提高鉆孔質(zhì)量。
本實用新型涉及的分層式鉆頭結(jié)構(gòu)，是使鉆頭工作層胎體分成若干層由不同性能胎體組成的層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)類似于三明治結(jié)構(gòu)，故也稱三明治鉆頭。這種結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于金剛石圓鋸片刀頭之中，且經(jīng)過多年實踐，已充分顯示了該結(jié)構(gòu)在金剛石制品中的優(yōu)越性能，但鋸片刀頭是平面層狀結(jié)構(gòu)，制作工藝比較簡單；而分層式鉆頭是圓弧層狀結(jié)構(gòu)，是鉆頭的整個圓環(huán)，必須通過特殊的工藝或工裝模具來實現(xiàn)。
本實用新型鉆頭工作層由尖齒形成層1與溝槽形成層2間隔分布而成，尖齒形成層1是鉆頭破碎巖石的主切削刀，在鉆進過程中起掏槽作用。它通常由鉆頭胎體金屬和金剛石組成，其厚度一般為2-3.5mm，由于尖齒形成層1胎體耐磨性和金剛石含量比溝槽形成層2高，磨損速度比溝槽形成層2慢，因而在使用過程中會自動形成尖齒。
溝槽形成層2為剪切，擠壓碎巖區(qū)，其厚度一般為0.5-1.5mm，由于組成溝槽形成層2的胎體耐磨性或金剛石濃度比尖齒形成層1低，磨損速度比尖齒形成層1快，因而可自動形成溝槽。通過調(diào)整尖齒形成層1或溝槽形成層2胎體材料性能和尺寸，可改變這種齒形的大小、高低。
在鉆頭工作進程中形成的尖齒，可一直保持到鉆頭工作層全部磨完。這種尖齒的形成，使鉆頭變得更加鋒利，鉆頭也不易出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象。這種分層式鉆頭結(jié)構(gòu)，不但可大幅提高鉆進效率，還可擴大鉆頭與地層的適應(yīng)范圍，防止孔斜，提高鉆孔質(zhì)量；因而可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
要使鉆頭工作層胎體唇面形成齒形結(jié)構(gòu)，可采用如下幾種方式。
1、溝槽形成層2由純金屬薄片組成。如紫銅片、鐵片或其它合金片。
2、溝槽形成層2由單組元或多組元金屬粉末材料組成。
3、即降低溝槽形成層2胎體金屬耐磨性，又降低溝槽形成層2金剛石濃度。
4、溝槽形成層2與尖齒形成層1胎體材料相同，而改變溝槽形成層2金剛石參數(shù)。如降低金剛石濃度和品級，增大粒度等。
5、溝槽形成層2與尖齒形成層1金剛石參數(shù)相同，降低溝槽形成層2胎體材料硬度和耐磨性。
分層式鉆頭結(jié)構(gòu)將鉆頭胎體分成了多個薄小的切削刃，增加了多個破碎巖石自由面，使鉆頭對巖石產(chǎn)生磨削，剪切和擠壓相結(jié)合的破碎巖石作用。由于鉆壓主要集中在鉆頭的尖齒部位，與巖石的接觸面小，在相同鉆壓下，鉆頭比壓大，有利于尖齒切入巖石，因而機械鉆速高；同時，由于存在剪切、擠壓破碎巖石所產(chǎn)生的巖粉粗顆粒，有利于鉆頭自磨出刃，不易出現(xiàn)所謂的“打滑”現(xiàn)象，從而使鉆頭適應(yīng)巖石變化的范圍更廣，即具有更好的廣譜性；另外，所產(chǎn)生的同心圓尖齒具有很好的導(dǎo)向性能，對防止孔斜。提高鉆孔質(zhì)量具有重要作用。
分層式孕鑲金剛石鉆頭的制作工藝1、預(yù)裝金屬片法該方法所制作的分層式孕鑲金剛石鉆頭為溝槽形成層2由純金屬片組成的類型。首先選用熔點略高于鉆頭燒結(jié)溫度的金屬片，經(jīng)除油、去銹、去氧化皮后，按溝槽形成層2直徑卷制多個圓環(huán)，并用石墨水口塊將多個圓環(huán)定位后，用膠粘成一體。將該圓環(huán)體預(yù)先安放在燒結(jié)鉆頭用的石墨模體內(nèi)。之后則可按鉆頭的常規(guī)制造方法依次裝入工作層胎體料，非工作層胎體料和水口粉料等，并進行成型燒結(jié)。
2、模具法該模具由一套公母模具組成，其中母模具由不銹鋼薄皮制成，用它將鉆頭胎體部份預(yù)先分隔成尖齒形成層1、溝槽形成層2，水口區(qū)。將母模具插入燒結(jié)鉆頭的石墨模體內(nèi)后，在由母模具分隔成的各區(qū)內(nèi)分別裝入尖齒形成層1胎體粉料，溝槽形成層2胎體粉料以及水口粉料，因而實現(xiàn)分層裝料。公模具用于壓緊母模具內(nèi)各區(qū)內(nèi)的胎體粉料，以便母模具從石模體內(nèi)提出時，不會攪動各層粉料和帶起胎體粉。分層裝料完成后，即可按常規(guī)方法燒結(jié)鉆頭。
權(quán)利要求1.一種分層式孕鑲金剛石鉆頭，鉆頭整體呈套筒狀結(jié)構(gòu)，包括基體(4)，非工作層(3)，工作層，基體(4)與工作層之間通過非工作層(3)連接，其特征在于工作層由多個尖齒形成層(1)和多個溝槽形成層(2)組成，尖齒形成層(1)與溝槽形成層(2)間隔分布，尖齒形成層(1)與溝槽形成層(2)的上部與非工作層(3)連接，尖齒形成層(1)與溝槽形成層(2)的下部共同形成一個完整的平面。
專利摘要本實用新型涉及一種孕鑲金剛石鉆頭，特別是一種分層式孕鑲金剛石鉆頭。鉆頭整體呈套筒狀結(jié)構(gòu)，包括基體，非工作層，工作層，基體與工作層之間通過非工作層連接，其中工作層由多個尖齒形成層和多個溝槽形成層組成，尖齒形成層與溝槽形成層間隔分布，尖齒形成層與溝槽形成層的下部共同形成一個完整的平面。完整的平面，有利于加工；分層式鉆頭結(jié)構(gòu)可使鉆頭在與巖層接觸的工作過程中自動形成尖齒和溝槽，這種尖齒的形成，使鉆頭變得更加鋒利，因而可提高鉆進效率，還可擴大鉆頭與地層的適應(yīng)范圍，防止孔斜，提高鉆孔質(zhì)量。
文檔編號E21B10/46GK2580088SQ02279738
公開日2003年10月15日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者劉碧湘 申請人:劉碧湘