CN102767336B - 热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法。工艺中，首先将碎聚晶按照有序排列方式分布、固定在铝合金网上，再移入预先加工好的钢模内，在其上面铺上一层含金刚石的胎体粉料，而构成扇形切削单元层；依照这种方法，在钢模内铺设多层含碎聚晶有序排列的孕镶扇形切削单元层；然后采用冷压法，预制出含有序排列孕镶碎聚晶钻头的扇形切削单元体；最后将多个扇形切削单元体装入石墨模具中，经热压而制成碎聚晶有序排列孕镶钻头。本发明工艺简单，操作方便，成本低廉，其制造出的钻头性能良好，碎聚晶可维持很高的出刃，能提高切入岩石的深度，钻头破碎岩石的效率高。
Description
技术领域
本发明涉及地质工程学科领域所用钻头的制造方法，特别是一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法。
背景技术
目前，地质工程学科领域所用的金刚石钻头虽然具有较好的性能，可以获得较高的经济技术指标，但是，无论是地质找矿钻探，还是地质工程钻探，所钻遇的岩层越来越复杂和多变，特别是可钻性Ⅸ级以下的岩石占所钻岩石的75%左右；现代钻探要求金刚石钻头的钻进效率要高，使用寿命要长，还要求钻头对岩层的适应性要好。而现有的金刚石钻头的品种少，其性能很难满足上述多方面的要求。
碎聚晶材料是在合成热稳定性聚晶体过程中，由于工艺技术等原因，一部分聚晶体不能保持应有的规格与尺寸，一般均从中间断裂而形成次品，但其高硬度与高磨耗比等性能不变，具有较高的利用价值。通过研究与试验，认为碎聚晶可以用来制造孕镶碎聚晶钻头，实践证明完全可行，具有实用推广价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单易行的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，使其制造的钻头钻进效率高，使用寿命长，从而满足地质工程学科领域多方面的需求。
实现本发明目的所采用的技术方案是：
一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其工艺步骤为：
一、选用破碎岩石的主体材料碎聚晶, 将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，用有机胶定位，将其移入冷压钢模内，再铺上含有金刚石的胎体粉料，形成一层含碎聚晶和金刚石胎体粉料的扇形切削单元层；按此方法，在冷压钢模内制作出上述多层扇形切削单元层；
二、将上述多层扇形切削单元层经冷压成型即可构成钻头的扇形切削单元体；
三、依据钻头的规格，将所需数量的扇形切削单元体置于钻头石墨模具中组装，加上焊接保径层材料，压上钢基体，再进行热压烧结，出炉后缓冷至室温，即可制成该钻头。
所述工艺中制作多层扇形切削单元层时优选六层。
所述制作扇形切削单元层及其扇形切削单元体工艺中，将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，是指由不同排列的碎聚晶组成两种不同排列方式的扇形切削单元层，再相对应构成两种不同排列的扇形切削单元体；在钻头的整体布局中，两种不同排列的扇形切削单元体交替错开排布。每两个扇形切削单元体之间由水口隔开。
所述钻头破碎岩石的主体材料碎聚晶，其粒径为φ2.0~φ2.5 mm，碎聚晶高2.0~2.2mm，由它组成的的扇形切削单元层的厚度为2.2mm~2.6mm。
所述胎体粉料中含有25%浓度的金刚石，金刚石的粒度为30/40目，品级为SMD30。胎体的硬度达到HRC30～HRC32，耐磨性为（0.36～0.42）×10-5ML。
所述冷压成型的工艺参数为：压力180~220MPa，保压5s。
所述胎体材料是：663-Cu占12%～15%，FeCuCr占4%～6%，FeCuNi占32%～35%，YG8占12%～16%，FeCuMn占12%～14%，CuCoSn占8%～10%，FeCu30占14%～17%。
所述热压工艺参数为：热压温度960~970℃，热压压力18~20MPa，保温时间5~6min，出炉温度820℃~850℃。
本发明的有益效果：
本发明工艺简单，操作方便，成本低廉，其原料采用碎聚晶作为破碎岩石的主体材料，其出刃高，必然会获得高的钻进效率。由于含有六层有序排列碎聚晶孕镶扇形切削单元层，其钻头的工作层可高达13mm，可获得较长的使用寿命。同时，钻头中孕镶有20%～25%单晶金刚石，不仅可以参与破碎岩石，更重要的是可以保持钻头工作层的平衡磨损，提高钻头的使用效果。本发明所制造的钻头的成本较低，与常规热压金刚石钻头相比，其性价比高15%以上。
附图说明
图1为本发明制造的钻头中的扇形切削单元层一种结构示意图。
图2为本发明制造的钻头中的扇形切削单元层另一种结构示意图。
图3为由图1中扇形切削单元层构成扇形切削单元体的结构示意图。
图4为由图2中扇形切削单元层构成扇形切削单元体的结构示意图。
图5为本发明制造的钻头中的底唇面结构示意图。
图6为图5的N-N方向剖视图。
以上附图中，各标号与零部件的对应关系为：
1-碎聚晶；2-铝合金网； 3-含金刚石的胎体粉料； 4-扇形切削单元体；5-水口；6-钢基体；7-保径焊接层粉料；8-切削工作层；9-保径材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
1、本发明所制造的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头结构：
本发明所制造的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头结构特点是：碎聚晶1按照不同排列方式（图1、图2）排列分布在铝合金网2上，其上铺有含金刚石的胎体粉料3；由六层排列的扇形切削单元层沿钻头径向水平叠加组合而成，经冷压成型制成有序排列碎聚晶孕镶钻头的扇形切削单元体4，亦即图3、图4中所示的扇形切削单元体；每个钻头由多个扇形切削单元体4组合而成，每两个扇形切削单元体4之间由水口5隔开。在可钻性Ⅸ级以下的岩石中钻进，这种钻头的结构特点和优势是其它类型金刚石钻头所不具有的。
扇形切削单元层中含有25%浓度的金刚石，金刚石的粒度为30/40目，金刚石的品级为SMD30。扇形切削单元层中的金刚石为钻头破碎岩石的辅助材料。
以φ75/49mm规格钻头为例，钻头的水口5为八个，即钻头有八个扇形切削单元体4，其中，图3、图4中所示的排列方式的扇形切削单元体各四个，在钻头的圆周方向交替错开分布；每个扇形切削单元层厚2.2mm，采用的碎聚晶的规格为：直径2mm，高2.2mm。
2、热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造工艺：
按照设计，将碎聚晶1排列分布在铝合金网2上，碎聚晶按照五个同心圆环带排列分布，并用有机胶定位，然后置入钢模中，均匀铺上一层含金刚石的定量胎体粉料3，构成扇形切削单元层；依据这种方法，在冷压钢模中叠加六层同一类型排列的切削单元层；通过冷压机压制而成有序排列碎聚晶孕镶钻头的扇形切削单元体4；再将扇形切削单元体4置于烧结钻头的石墨模具中，此时，两种不同类型的扇形切削单元体4交错排布于石墨模具中，两扇形切削单元体4之间由水口5隔开，然后，用胶粘上保径材料9，并均匀铺撒保径焊接层粉料7，压上钻头的钢基体6，置于中频电炉中热压成该钻头。以φ75/49mm规格钻头为例，设计八个水口5，对应有八个扇形切削单元体4，两种不同类型的扇形切削单元体4交错排列分布；选用碎聚晶的规格为：直径为2mm，高2.2mm；切削单元层的厚度为2.2mm。
扇形切削单元层中包镶金刚石的胎体粉料及配比：663-Cu占14%，FeCuCr占5%，FeCuNi占33%，YG8占12%，FeCuMn占12%，CuCoSn占9%，FeCu30占15%。切削单元层中金刚石的含量为25%的浓度，金刚石的粒度为30/40目，金刚石的品级为SMD30。
扇形切削单元体4成型冷压压力为200MPa，保压5s。
热压工艺参数为：温度960℃，压力18MPa，保温时间5min；820℃出炉。出炉后的钻头缓冷至室温，最后通过机加工，完成钻头的后期加工，本钻头即制造完成。
Claims (6)
1.一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于，它的工艺步骤为：
一、选用破碎岩石的主体材料碎聚晶,将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，用有机胶定位，将其移入冷压钢模内，再铺上含有金刚石的胎体粉料，形成一层含碎聚晶和金刚石胎体粉料的扇形切削单元层；按此方法，在冷压钢模内制作出上述多层扇形切削单元层；
二、将上述多层扇形切削单元层经冷压成型即可构成钻头的扇形切削单元体；
三、依据钻头的规格，将所需数量的扇形切削单元体置于钻头石墨模具中组装，加上焊接保径层材料，压上钢基体，再进行热压烧结，出炉后缓冷至室温，即可制成该钻头；
其中，所述制作扇形切削单元层及其扇形切削单元体工艺中，将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，是指由不同排列的碎聚晶组成两种不同排列方式的扇形切削单元层，再相对应构成两种不同排列的扇形切削单元体；在钻头的整体布局中，两种不同排列的扇形切削单元体交替错开排布；所述钻头破碎岩石的主体材料碎聚晶，其粒径为φ2.0～φ2.5mm，碎聚晶高为2.0～2.2mm。
2.根据权利要求1所述的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于:所述工艺中制作多层扇形切削单元层时为六层。
3.根据权利要求1所述的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于:所述胎体粉料中含有25％浓度的金刚石，金刚石的粒度为30/40目，品级为SMD30。
4.根据权利要求1所述的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于:所述冷压成型的工艺参数为：压力180～220MPa，保压5s。
5.根据权利要求1所述的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于:所述胎体材料是：663-Cu占12％～15％，FeCuCr占4％～6％，FeCuNi占32％～35％，YG8占12％～16％，FeCuMn占12％～14％，CuCoSn占8％～10％，FeCu30占14％～17％。
6.根据权利要求1所述的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其特征在于:所述热压工艺参数为：热压温度960～970℃，热压压力18～20MPa，保温时间5～6min，出炉温度820℃～850℃。
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