CN108097971A - 孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具及其使用方法，所述热压烧结模具包括：多孔外模；所述多孔外模设有将其贯通的第一贯通孔；套模；套模的长度与所述第一贯通孔的长度相等；所述套模具有沿其长度方向将其贯通的第二贯通孔以容纳切削齿混合料；底托；所述底托具有将其贯通的第三贯通孔；所述第三贯通孔的孔径小于所述套模的外径；第一压头；所述第一压头能在所述第一端伸入所述第二贯通孔内以对所述切削齿混合料加压；第二压头；所述第二压头的一端能在所述第二端伸入所述第二贯通内对所述切削齿混合料加压；所述第二压头的另一端能伸入所述第三贯通孔中。该热压烧结模具具有制造效率高、切削齿性能优良和易损件更换方便的特点。

Description

孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具及其使用方法

技术领域

本发明属于石油和地质勘探技术领域，尤其涉及一种孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具及其使用方法。

背景技术

当前油气勘探开发面对资源品质劣质化、油气目标复杂化、安全环保严格化等严峻挑战，全球油气勘探开发趋势正从常规油气藏向低渗透、非常规发展，从陆地向海洋发展，从浅层向深层、超深层发展。

然而实践表明，国内外各油田在深井坚硬强研磨性地层钻进中普遍存在破岩效率低、机械钻速慢、钻具寿命短等诸多钻井难点。岩石本身的高硬度和强研磨性，加上深井的高围岩应力、泥浆柱压力和高温环境，使得在这些井段的钻进成本大大升高。

为了取得良好的经济指标，有效途径之一是采用高品质的孕镶金刚石钻头配合涡轮钻具或螺杆马达钻具完成硬岩钻进。

石油钻井用大直径孕镶金刚石钻头通常是将具有一系列不同性能和尺寸规格的孕镶金刚石切削齿按照一定的排列组合方式钎焊到钻头钢体上，实现孕镶金刚石钻头整体高效率、长进尺的钻井目的。因此，为了保证孕镶金刚石切削齿性能优良、稳定，需要对其制造模具进行优化设计。

发明内容

鉴于现有技术的需要，本发明的目的是提供一种孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具及其使用方法，该孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具可实现制造效率高、切削齿性能优良和易损件更换方便等特点。

本发明的技术方案是：

一种孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，包括：

多孔外模；所述多孔外模设有将其贯通的第一贯通孔；所述多孔外模沿所述贯通方向具有第一端和第二端；

套模；所述套模能插入所述第一贯通孔内；所述套模的长度与所述第一贯通孔的长度相等；所述套模具有沿其长度方向将其贯通的第二贯通孔以容纳切削齿混合料；

底托；所述底托具有将其贯通的第三贯通孔；所述底托位于所述多孔外模的第二端端面时所述第三贯通孔与所述第一贯通孔同轴设置；所述第三贯通孔的孔径小于所述套模的外径；

第一压头；所述第一压头能在所述第一端伸入所述第二贯通孔内以对所述切削齿混合料加压；

第二压头；所述第二压头的一端能在所述第二端伸入所述第二贯通内对所述切削齿混合料加压；所述第二压头的另一端能伸入所述第三贯通孔中。

作为一种优选的实施方式，所述多孔外模、所述第一贯通孔、所述套模、所述底托的横截面均为圆形。

作为一种优选的实施方式，所述第二贯通孔、所述第一压头、所述第二压头的横截面形状可以为圆形、三角形、矩形。

作为一种优选的实施方式，所述底托沿所述贯通方向的长度小于所述多孔外模沿所述贯通方向的长度。

作为一种优选的实施方式，所述第三贯通孔和所述第二贯通孔均为圆柱形通孔；所述第三贯通孔的孔径大于所述第二贯通孔的孔径。

作为一种优选的实施方式，所述第一压头和所述第二压头为外径相等的圆柱形状；所述第一压头、第二压头的外径小于所述第二贯通孔的孔径0.05-0.1毫米；所述套模的外径比所述第一贯通孔的孔径小0.05-0.1毫米。

作为一种优选的实施方式，所述多孔外模为中空结构；所述第一贯通孔将所述多孔外模的内壁与外壁之间的环壁贯通；多个所述第一贯通孔沿周向均匀分布；多个所述第三贯通孔与多个所述第一贯通孔一一对应。

一种如上任一所述孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具的使用方法，包括以下步骤：

将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平；

将切削齿混合料从所述多孔外模的第一端装入所述套模的第二贯通孔中，然后将所述第一压头压入所述套模的第二贯通孔中，并使部分长度的所述第一压头裸露于所述多孔外模和所述套模外；

将所述底托移除以使部分长度的所述第二压头裸露于所述多孔外模和所述套模外；

将移除所述底托的热压烧结模具置于热压烧结炉中进行热压烧结，并在热压烧结过程中通过所述第一压头和第二压头对对孕镶金刚石钻头切削齿进行双向加压；

在热压烧结完成后卸模获得孕镶金刚石钻头切削齿。

作为一种优选的实施方式，所述将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平的步骤包括：

将所述第二压头压入套模的第二贯通孔的一端；然后将所述套模压入所述多孔外模的第一贯通孔中，且所述第二压头位于所述第二端；

将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述多孔外模的第一贯通孔和所述底托的第三贯通孔同轴；

将所述第二压头沿所述第一端至第二端方向下压，以使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平。

本发明所提供的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具结构的有益效果在于：

1、底托结构可以使孕镶金刚石切削齿在热压烧结过程中实现第一压头、第二压头同时对两端加压，使切削齿的致密度更高更均匀，提高切削齿性能的稳定性；

2、所述套模和第一压头、第二压头虽然为易损件，但该实施方式中所述套模和第一压头、第二压头均为单独的零件，从而可在孕镶金刚石切削齿制造过程中只对个别损坏件进行更换，增加模具的重复利用率，降低制造成本。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式提供的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具主视图；

图2是图1的斜视图；

图3是图1的多孔外模主视图；

图4是套模与第一压头、第二压头装配示意图；

图5是图1的使用方法步骤流程图；

图6是图5的S1的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，为本发明一种实施方式提供的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具结构示意图，该孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具包括：多孔外模1、套模2、底托3、第一压头4和第二压头5。其中，该孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具的材质可以为高纯高强度石墨，也可以是陶瓷或其他耐高温高压材料。

在本实施方式中，所述多孔外模1设有将其贯通的第一贯通孔；所述多孔外模1沿所述贯通方向具有第一端和第二端。如图1所示，为便于烧结，所述多孔外模1可以为中空结构(当然也可以为非中空结构)。

所述第一贯通孔将所述多孔外模1的内壁与外壁之间的环壁贯通。为便于提升烧结效率，所述多孔外模1上设有多个所述第一贯通孔，多个所述第一贯通孔沿周向均匀分布。

在本实施方式中，如图1、图4所示，所述套模2能插入所述第一贯通孔内。所述套模2的长度与所述第一贯通孔的长度相等；所述套模2具有沿其长度方向将其贯通的第二贯通孔以容纳切削齿混合料。该切削齿混合料为搅拌混合均匀后再填入第二贯通孔中。套模2在插入(或压入)所述第一贯通孔中时套模2的外壁与第一贯通孔的孔壁之间具有微小的间隙，该间隙为方便套模2压入，且套模2在第一贯通孔中时不容易脱落。

在本实施方式中，所述底托3具有将其贯通的第三贯通孔；所述底托3位于所述多孔外模1的第二端端面时所述第三贯通孔与所述第一贯通孔同轴设置；所述第三贯通孔的孔径小于所述套模2的外径。在使用时，多孔外模1的第二端为下端，底托3位于多孔外模1的第二端时，多孔外模1位于底托3的上方，从而底托3将多孔外模1撑托，并且，第三贯通孔和第一贯通孔同轴设置。在本实施方式中，所述第三贯通孔的孔径小于所述套模2的外径，如此在下压切削齿混合料或下压第一压头4时套模2无法通过第三贯通孔，而被底托3限位。

所述第一压头4能在所述第一端伸入所述第二贯通孔内以对所述切削齿混合料加压。所述第二压头5的一端能在所述第二端伸入所述第二贯通内对所述切削齿混合料加压；所述第二压头5的另一端能伸入所述第三贯通孔中。

其中，在使用时由于所述第一压头4位于套模2的上端，从而第一压头4可以称为“上压头”，所述第二压头5位于套模2的下端，从而第二压头5可以称为“下压头”。第一压头4和第二压头5形状相同，且均与第二贯通孔的截面形状相匹配。

在本实施方式中，如图1-图4所示，所述多孔外模1、所述第一贯通孔、所述套模2、所述底托3的横截面均为圆形。为适应孕镶金刚石切削齿的形状，所述第二贯通孔、所述第一压头4、所述第二压头5的横截面形状可以为圆形、三角形、矩形。优选的，所述第二贯通孔、所述第一压头4、所述第二压头5的横截面形状均为圆形，从而所述第二贯通孔、所述第一压头4、所述第二压头5均可以为圆柱形结构。

如图1、图2所示，所述底托3沿所述贯通方向的长度小于所述多孔外模1沿所述贯通方向的长度。所述底托3为扁圆柱形状。所述第三贯通孔和所述第二贯通孔均为圆柱形通孔。在本实施方式中，所述第三贯通孔的孔径(或内径)小于套模2的外径，比套模2的内径大，即，所述第三贯通孔的孔径大于所述第二贯通孔的孔径。在底托3上可以设有多个所述第三贯通孔，多个所述第三贯通孔与多个所述第一贯通孔一一对应。

如图4所示，所述第一压头4和所述第二压头5为外径相等的圆柱形状；所述第一压头4、第二压头5的外径小于所述第二贯通孔的孔径0.05-0.1毫米；所述套模2的外径比所述第一贯通孔的孔径小0.05-0.1毫米。其中，为便于热压烧结获得的孕镶金刚石切削齿为圆柱形球端齿，第一压头4的(伸入所述第二贯通孔)一端可以为平面，所述第二压头5的(伸入所述第二贯通孔)的一端可以为下凹的半球面。

请参考图5、图6，本发明一种实施方式还提供一种如上任一实施方式所述孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具的使用方法，包括以下步骤：

S1、将所述多孔外模1以及装入其中的所述套模2、所述第二压头5一并置于所述底托3之上，并使所述第二压头5的端面与所述底托3背对所述多孔外模1的端面齐平；

S2、将切削齿混合料从所述多孔外模1的第一端装入所述套模2的第二贯通孔中，然后将所述第一压头4压入所述套模2的第二贯通孔中，并使部分长度的所述第一压头4裸露于所述多孔外模1和所述套模2外；

S3、将所述底托3移除以使部分长度的所述第二压头5裸露于所述多孔外模1和所述套模2外；

将移除所述底托3的热压烧结模具置于热压烧结炉中进行热压烧结，并在热压烧结过程中通过所述第一压头4和第二压头5对对孕镶金刚石钻头切削齿进行双向加压；

S4、在热压烧结完成后卸模获得孕镶金刚石钻头切削齿。

其中，所述将所述多孔外模1以及装入其中的所述套模2、所述第二压头5一并置于所述底托3之上，并使所述第二压头5的端面与所述底托3背对所述多孔外模1的端面齐平的步骤(所述步骤S1)包括以下步骤：

S11、将所述第二压头5压入套模2的第二贯通孔的一端；然后将所述套模2压入所述多孔外模1的第一贯通孔中，且所述第二压头5位于所述第二端；

S12、将所述多孔外模1以及装入其中的所述套模2、所述第二压头5一并置于所述底托3之上，并使所述多孔外模1的第一贯通孔和所述底托3的第三贯通孔同轴；

S13、将所述第二压头5沿所述第一端至第二端方向下压，以使所述第二压头5的端面与所述底托3背对所述多孔外模1的端面齐平。

在所述步骤S13中，可以通过杆状物(比如推压杆)在多孔外模1的第一端(上端)伸入第二贯通孔中下压第二压头5。在该过程中，由于套模2的外径比底托3的第三贯通孔的直径大，从而套模2不会随着第二压头5一同向下运动。

在所述步骤S2中，将搅拌混合均匀的切削齿混合料从第二端装入套模2的第二贯通孔中。将第一压头4压入第二贯通孔中，部分长度的第一压头4裸露于第二贯通孔外(套模2的上端面和多孔外模1的上端面齐平)，该部分长度的第一压头4可以在热压烧结过程中被加压装置推动，从而对第二贯通孔中的切削齿混合料形成加压，提高切削齿的致密性和稳定性。

相似的，在所述步骤S3中，由于第三贯通孔的直径(略)大于第二压头5的外径，该步骤中将底托3移除，从而部分长度的第二压头5裸露于第二贯通孔外(套模2的下端面和多孔外模1的下端面齐平)，第二压头5裸露部分的长度等于底托3的(沿贯通方向)长度。该部分长度的第二压头5可以在热压烧结过程中被加压装置推动，从而与第一压头4相配合使得热压烧结过程中可以对孕镶金刚石钻头切削齿进行双向加压，提高切削齿的致密性和稳定性。

在所述步骤S4中，将装好的热压烧结模具置于热压烧结炉中进行热压烧结，待烧结完成并冷却后进行卸模。在卸模过程中可能造成个别套模2和第一压头4、第二压头5损坏，可在下一次烧结过程中进行更换。

本实施方式所提供的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具结构的有益效果在于：

1、底托3结构可以使孕镶金刚石切削齿在热压烧结过程中实现第一压头4、第二压头5同时对两端加压，使切削齿的致密度更高更均匀，提高切削齿性能的稳定性；

2、所述套模2和第一压头4、第二压头5虽然为易损件，但该实施方式中所述套模2和第一压头4、第二压头5均为单独的零件，从而可在孕镶金刚石切削齿制造过程中只对个别损坏件进行更换，增加模具的重复利用率，降低制造成本。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，包括：

多孔外模；所述多孔外模设有将其贯通的第一贯通孔；所述多孔外模沿所述贯通方向具有第一端和第二端；

套模；所述套模能插入所述第一贯通孔内；所述套模的长度与所述第一贯通孔的长度相等；所述套模具有沿其长度方向将其贯通的第二贯通孔以容纳切削齿混合料；

底托；所述底托具有将其贯通的第三贯通孔；所述底托位于所述多孔外模的第二端端面时所述第三贯通孔与所述第一贯通孔同轴设置；所述第三贯通孔的孔径小于所述套模的外径；

第一压头；所述第一压头能在所述第一端伸入所述第二贯通孔内以对所述切削齿混合料加压；

第二压头；所述第二压头的一端能在所述第二端伸入所述第二贯通内对所述切削齿混合料加压；所述第二压头的另一端能伸入所述第三贯通孔中。

2.如权利要求1所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述多孔外模、所述第一贯通孔、所述套模、所述底托的横截面均为圆形。

3.如权利要求2所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述第二贯通孔、所述第一压头、所述第二压头的横截面形状可以为圆形、三角形、矩形。

4.如权利要求1所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述底托沿所述贯通方向的长度小于所述多孔外模沿所述贯通方向的长度。

5.如权利要求3所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述第三贯通孔和所述第二贯通孔均为圆柱形通孔；所述第三贯通孔的孔径大于所述第二贯通孔的孔径。

6.如权利要求5所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述第一压头和所述第二压头为外径相等的圆柱形状；所述第一压头、第二压头的外径小于所述第二贯通孔的孔径0.05-0.1毫米；所述套模的外径比所述第一贯通孔的孔径小0.05-0.1毫米。

7.如权利要求1所述的孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具，其特征在于，所述多孔外模为中空结构；所述第一贯通孔将所述多孔外模的内壁与外壁之间的环壁贯通；多个所述第一贯通孔沿周向均匀分布；多个所述第三贯通孔与多个所述第一贯通孔一一对应。

8.一种如权利要求1-7任一所述孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平；

将切削齿混合料从所述多孔外模的第一端装入所述套模的第二贯通孔中，然后将所述第一压头压入所述套模的第二贯通孔中，并使部分长度的所述第一压头裸露于所述多孔外模和所述套模外；

将所述底托移除以使部分长度的所述第二压头裸露于所述多孔外模和所述套模外；

将移除所述底托的热压烧结模具置于热压烧结炉中进行热压烧结，并在热压烧结过程中通过所述第一压头和第二压头对对孕镶金刚石钻头切削齿进行双向加压；

在热压烧结完成后卸模获得孕镶金刚石钻头切削齿。

9.如权利要求8所述孕镶金刚石钻头切削齿的热压烧结模具的使用方法，其特征在于：所述将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平的步骤包括：

将所述第二压头压入套模的第二贯通孔的一端；然后将所述套模压入所述多孔外模的第一贯通孔中，且所述第二压头位于所述第二端；

将所述多孔外模以及装入其中的所述套模、所述第二压头一并置于所述底托之上，并使所述多孔外模的第一贯通孔和所述底托的第三贯通孔同轴；

将所述第二压头沿所述第一端至第二端方向下压，以使所述第二压头的端面与所述底托背对所述多孔外模的端面齐平。