金剛石鉆頭的分層胎塊及其鉆頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金剛石鉆頭的分層胎塊，在金剛石鉆頭的徑向上，由金剛石鉆頭的中心軸開始，分層胎塊依次包括一個(gè)金剛石內(nèi)層、一個(gè)金剛石中間層、一個(gè)金剛石外層、一個(gè)第一復(fù)合層和一個(gè)第二復(fù)合層。其中第一復(fù)合層壓接在金剛石內(nèi)層和金剛石中間層之間。第二復(fù)合層壓接在金剛石中間層和金剛石外層之間。金剛石鉆頭的分層胎塊，將金剛石內(nèi)層、金剛石中間層、金剛石外層、第一復(fù)合層和第二復(fù)合層壓接形成分層胎塊，金剛石內(nèi)層、金剛石中間層和金剛石外層中彌散有金剛石，在鉆進(jìn)中金剛石鉆頭胎體唇面與巖石表面接觸面積減少，提高了鉆進(jìn)速度。
【專利說明】金剛石鉆頭的分層胎塊及其鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于鉆頭的胎塊，特別是一種適用于地質(zhì)巖心鉆探和取樣的金剛石鉆頭的分層工作層胎塊。本發(fā)明還提供了一種使用該金剛石鉆頭的分層胎塊的鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]金剛石鉆頭是一種切削工具，主要適用于中硬至堅(jiān)硬巖石，也可用于鉆進(jìn)混凝土、陶瓷、耐火材料、水泥制品和其他硬脆非金屬材料等。由于它的切削對象的特殊性，這就要求所用的金剛石具有足夠的強(qiáng)度和硬度，以保證金剛石鉆頭的使用壽命和鉆進(jìn)效率。目前制造普通金剛石鉆頭所采用的方法一般是粉末冶金熱壓法，即將金剛石與合金粉末混合均勻后，與鉆頭基體裝在一起，再通過加熱加壓方法制成金剛石鉆頭。這種制造方法使金剛石經(jīng)受了 1000°c左右的高溫，遭受到熱損傷，金剛石質(zhì)量下降，影響了鉆頭的使用效果。另夕卜，目前廣泛運(yùn)用的孕鑲金剛石鉆頭，是將金剛石與合金粉末拌合在一起所制成的鉆頭，胎體將金剛石全部包鑲在里面，在鉆頭工作時(shí)，金剛石隨著胎體的磨損不斷出露、工作、脫落、再出露。這種鉆頭由于胎體唇面與巖石表面接觸面積大，唇面施加于巖石的壓強(qiáng)不足以使其破碎，鉆進(jìn)速度慢，鉆進(jìn)效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種金剛石鉆頭的分層胎塊，在金剛石鉆頭的徑向上，由金剛石鉆頭的中心軸開始，分層胎塊依次包括一個(gè)金剛石內(nèi)層、一個(gè)金剛石中間層、一個(gè)金剛石外層、一個(gè)第一復(fù)合層和一個(gè)第二復(fù)合層。其中第一復(fù)合層壓接在金剛石內(nèi)層和金剛石中間層之間。第二復(fù)合層壓接在金剛石中間層和金剛石外層之間。金剛石鉆頭的分層胎塊，將金剛石內(nèi)層、金剛石中間層、金剛石外層、第一復(fù)合層和第二復(fù)合層壓接形成分層胎塊。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用上述分層胎塊的鉆頭，在鉆進(jìn)中金剛石鉆頭胎體唇面與巖石表面接觸面積減少，提高了鉆進(jìn)速度。
[0005]在金剛石鉆頭的分層胎塊另一種不意性實(shí)施方式中，第一復(fù)合層和第二復(fù)合層為合金粉料。
[0006]在金剛石鉆頭的分層胎塊再一種示意性實(shí)施方式中，金剛石內(nèi)層中，金剛石顆粒的粒度為45/80，體積百分含量為20%-25%。金剛石中間層中，金剛石顆粒的粒度為35/50，體積百分含量為16%-22%。金剛石外層中，金剛石顆粒的粒度為45/60，體積百分含量為20%-25%。
[0007]在金剛石鉆頭的分層胎塊又一種示意性實(shí)施方式中，分層胎塊由冷壓模具成型的方式將金剛石內(nèi)層、第一復(fù)合層、金剛石中間層、第二復(fù)合層和金剛石外層壓合在一起。
[0008]本發(fā)明還提供了一種鉆頭，包括復(fù)數(shù)個(gè)上述金剛石鉆頭的分層胎塊和一個(gè)鉆頭基體。分層胎塊沿鉆頭基體的周向均布其上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊一種示意性實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2至圖4用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊在工作過程中工作唇面的變化。
[0011]圖5用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊的成型原理。
[0012]標(biāo)號說明 10金剛石內(nèi)層 20金剛石中間層 30金剛石外層 40第一復(fù)合層 50第二復(fù)合層 60鉆頭基體
70分層胎塊
72中心軸 82外模 84下壓頭
86上壓頭。

【具體實(shí)施方式】
[0013]為了對發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在各圖中相同的標(biāo)號表示相同或結(jié)構(gòu)相似但功能相同的部分。為使圖面簡潔，各圖中的只示意性地表示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個(gè)，或僅標(biāo)出了其中的一個(gè)。
[0014]在本文中，“一個(gè)”不僅表示“僅此一個(gè)”，也可以表示“多于一個(gè)”的情形。
[0015]本發(fā)明中使用的金剛石包括天然金剛石和人造金剛石。
[0016]圖1用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊一種示意性實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中虛線示意性地顯示了金剛石鉆頭的鉆頭基體。如圖所示，沿著鉆頭基體的周向上，間隔地均布著多個(gè)金剛石鉆頭的分層胎塊。
[0017]其中，每一個(gè)金剛石鉆頭的分層胎塊包括一個(gè)金剛石內(nèi)層10、一個(gè)金剛石中間層20、一個(gè)金剛石外層30、一個(gè)第一復(fù)合層40和一個(gè)第二復(fù)合層50。沿圖1中金剛石鉆頭的徑向，金剛石內(nèi)層10、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30依次排列，且金剛石內(nèi)層10處于最靠近金剛石鉆頭的中心軸72的一側(cè)。金剛石內(nèi)層10、、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30依次壓接在一起。
[0018]金剛石鉆頭的分層胎塊，將金剛石內(nèi)層、金剛石中間層、金剛石外層、第一復(fù)合層和第二復(fù)合層壓接形成分層胎塊，金剛石內(nèi)層、金剛石中間層和金剛石外層中彌散有金剛
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[0019]在金剛石鉆頭的分層胎塊一種不意性實(shí)施方式中，第一復(fù)合層40和第二復(fù)合層50為合金粉料。金剛石內(nèi)層10為合金粉料與金剛石顆粒的混合物，其中金剛石顆粒的粒度為45/80，體積百分含量為20%-25%。金剛石中間層20為合金粉料與金剛石顆粒的混合物，其中金剛石顆粒的粒度為35/50，體積百分含量為16%-22%。金剛石外層30為合金粉料與金剛石顆粒的混合物，其中金剛石顆粒的粒度為45/60，體積百分含量為20%-25%。
[0020]圖2至圖4用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊在工作過程中工作唇面的變化，各圖中只示意性地顯示了一個(gè)金剛石鉆頭的分層胎塊。圖2用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊使用前的狀態(tài)，如圖所示，沿金剛石鉆頭的中心軸，金剛石內(nèi)層10、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30相互平齊，使得金剛石鉆頭的切削唇面為平面。
[0021]圖3用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊開始鉆進(jìn)工作時(shí)的狀態(tài)，如圖所示，沿金剛石鉆頭的中心軸，金剛石內(nèi)層10、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30出現(xiàn)了不同程度的磨損。由于第一復(fù)合層40和第二復(fù)合層50不含金剛石顆粒，它們的磨損程度比金剛石內(nèi)層10、金剛石中間層20和金剛石外層30嚴(yán)重，從而形成兩個(gè)凹槽，且金剛石內(nèi)層10、金剛石中間層20和金剛石外層30形成三個(gè)切削刃。這樣就增加了分層胎塊唇部的自由面，減少了分層胎塊唇部與巖石鉆進(jìn)工作面的接觸面積，增大了金剛石鉆頭施加在巖石上的壓強(qiáng)，更有效地破碎巖石。
[0022]圖4用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊鉆進(jìn)工作一段時(shí)間后的狀態(tài)，如圖所示，金剛石內(nèi)層10、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30繼續(xù)磨損。第一復(fù)合層40和第二復(fù)合層50繼續(xù)在金剛石內(nèi)層10和金剛石中間層20，以及金剛石中間層20和金剛石外層30之間形成凹槽。由于金剛石中間層20，相比于金剛石內(nèi)層10和金剛石外層30的金剛石含量低，使得金剛石中間層20的磨損更加嚴(yán)重，金剛石內(nèi)層10和金剛石外層30可以起到掏槽作用，提高金剛石鉆頭的鉆進(jìn)效率，并能起到穩(wěn)定鉆具、防止孔斜的作用。
[0023]圖5用于說明金剛石鉆頭的分層胎塊的成型原理。如圖所示，金剛石鉆頭的分層胎塊使用冷壓模具成型，成型模具包括外模82、下壓頭84和上壓頭86。在金剛石鉆頭的分層胎塊的成型過程中，首先將下壓頭84放置在外模82中；而后將用以形成金剛石內(nèi)層10的混合粉末鋪填在下壓頭84上；接著將用以形成第一復(fù)合層40的合金粉末鋪填在用以形成金剛石內(nèi)層10的混合粉末之上；接著將用以形成金剛石中間層20的混合粉末鋪填在用以形成第一復(fù)合層40的合金粉末之上；而后將用以形成第二復(fù)合層50的合金粉末鋪填在用以形成金剛石中間層20的混合粉末之上；最后將用以形成金剛石外層30的混合粉末鋪填在用以形成第二復(fù)合層50的合金粉末之上。之后裝入上壓頭86，加壓形成金剛石內(nèi)層10、第一復(fù)合層40、金剛石中間層20、第二復(fù)合層50和金剛石外層30,并使它們壓合在一起。
[0024]本發(fā)明還提供了使用上述分層胎塊的鉆頭，參見圖1，鉆頭包括多個(gè)金剛石鉆頭的分層胎塊和一個(gè)鉆頭基體。分層胎塊沿鉆頭基體的周向均布其上。
[0025]在本文中，“示意性”表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，不應(yīng)將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實(shí)施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)方案。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0027]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.金剛石鉆頭的分層胎塊，其特征在于在所述金剛石鉆頭的徑向上，由所述金剛石鉆頭的中心軸開始，所述分層胎塊依次包括: 一個(gè)金剛石內(nèi)層(10)； 一個(gè)金剛石中間層(20); 一個(gè)金剛石外層(30); 一個(gè)壓接于所述金剛石內(nèi)層(10)和所述金剛石中間層(20)之間的第一復(fù)合層(40);和 一個(gè)壓接于所述金剛石中間層(20)和所述金剛石外層(30)之間的第二復(fù)合層(50)。
2.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，其中所述第一復(fù)合層(40)和所述第二復(fù)合層(50)為合金粉料。
3.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，其中所述金剛石內(nèi)層(10)中，金剛石顆粒的粒度為45/80，體積百分含量為20%-25%。
4.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，其中所述金剛石中間層(20)中，金剛石顆粒的粒度為35/50，體積百分含量為16%-22%。
5.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，其中所述金剛石外層(30)中，金剛石顆粒的粒度為45/60，體積百分含量為20%-25%。
6.如權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，其中所述分層胎塊由冷壓模具成型的方式將所述金剛石內(nèi)層(10)、所述第一復(fù)合層(40)、所述金剛石中間層(20)、所述第二復(fù)合層(50 )和所述金剛石外層(30 )壓合在一起。
7.鉆頭，其特征在于它包括: 數(shù)個(gè)如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的金剛石鉆頭的分層胎塊，和 一個(gè)鉆頭基體(60 ), 所述分層胎塊沿所述鉆頭基體(60)的周向均布其上。
【文檔編號】E21B10/48GK104179457SQ201310188863
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】楊志強(qiáng), 楊俊德, 楊有林, 張周平, 趙興福, 穆玉生, 彭環(huán)云, 趙燕奎, 謝世棋, 王凱, 齊正廣, 史金鑫 申請人:金川集團(tuán)股份有限公司, 中南大學(xué)