CN109681126A - 半月形金刚石复合片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半月形金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体；其特征是，所述聚晶金刚石层分为切削部和支撑部；切削部由聚晶金刚石制成，其在聚晶金刚石层的轴线俯视方向上呈类半月形；支撑部由硬质合金制成，其在聚晶金刚石层的轴线俯视方向上呈类凸字形；切削部和支撑部相互嵌合，即支撑部的突出处嵌入到切削部的凹陷处，并形成一个完整的圆片状的聚晶金刚石层。本发明能够最大限度地避免金刚石复合片的崩裂现象发生。

Description

半月形金刚石复合片
技术领域
本发明涉及金刚石复合片技术领域，具体涉及一种半月形金刚石复合片。
背景技术
金刚石复合片(PDC)是采用聚晶金刚石和硬质合金为原料，在高温高压下烧结而成的复合超硬材料。它既具有聚晶金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料。现有的金刚石复合片如图1和2所示，其主要由聚晶金刚石层和硬质合金基体组成。聚晶金刚石层为圆片状，其整体均由聚晶金刚石粉末所制成。硬质合金基体为圆柱状，其整体由硬质合金所制成。圆片状的聚晶金刚石层叠置于圆柱状的硬质合金基体之上，在高温高压下两者烧结构成一个整体为圆柱形的金刚石复合片。
金刚石复合片作为PDC钻头的关键切削部件，需要将其嵌入到PDC前端开设的金刚石复合片安装孔内，即将金刚石复合片下部的硬质合金基体焊接到PDC钻头的金刚石复合片安装孔内，仅留出金刚石复合片上端部分的聚晶金刚石层实现来实现切削功能。由于金刚石复合片的轴线与PDC钻头的轴线在安装时形成一个锐角(约30°～60°)，因此当PDC钻头在进行地层切削时，地层会对金刚石复合片产生一个径向方向的冲击力，且该冲击力直接作用于金刚石复合片上部的聚晶金刚石层朝向PDC钻头径向外侧部分。此时，由于位于径向方向的冲击力后方(即金刚石复合片上部的聚晶金刚石层朝向PDC钻头径向外侧部分)为硬度高，而韧性较差的聚晶金刚石材质，因而无法对该径向方向的冲击力产生缓冲作用，从而使得冲击力无法有效从聚晶金刚石复合层中释放，进而导致聚晶金刚石复合层的发生崩裂现象，影响金刚石复合片的寿命。
发明内容
本发明所要解决的是现有金刚石复合片的聚晶金刚石复合层全部采用质地硬脆的聚晶金刚石粉末所制成，而容易出现金刚石复合片的上部崩裂的问题，提供一种半月形金刚石复合片。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
半月形金刚石复合片，包括聚晶金刚石层和硬质合金基体；其特征是，所述聚晶金刚石层分为切削部和支撑部；切削部由聚晶金刚石制成，其在聚晶金刚石层的轴线俯视方向上呈类半月形；支撑部由硬质合金制成，其在聚晶金刚石层的轴线俯视方向上呈类凸字形；切削部和支撑部相互嵌合，即支撑部的突出处嵌入到切削部的凹陷处，并形成一个完整的圆片状的聚晶金刚石层。
上述方案中，切削部中部的径向宽度H大于切削部两端的径向宽度h。
上述方案中，切削部中部的径向宽度H为1mm～4mm。
上述方案中，切削部的弧度r为180°～270°。
上述方案中，切削部两端与支撑部的交汇处设有圆倒角。
上述方案中，支撑部的材质与硬质合金基体的材质相同。
本发明将现有金刚石复合片的聚晶金刚石层由聚晶金刚石粉末制成的一体结构改进为前方切削部由聚晶金刚石粉末和后方支撑部由硬质合金制成的复合形式，由于位于前部的聚晶金刚石粉末的切削部具有良好的硬度与耐磨性，从而能够保证金刚石复合片对地层的切削力，而位于后方的硬质合金的支撑部具有良好的强度与抗冲击韧性，从而能够对地层所反馈的冲击力的起到缓冲，使得金刚石复合片的抗冲击力增强；此外，硬质合金的支撑部提高了金刚石复合片上端与PDC钻头的安装孔之间的可焊性，使得金刚石复合片能够更稳定地固定在PDC钻头的安装孔内，这样不仅能够减小金刚石复合片在安装孔内的抖动，而且能够更好地将聚晶金刚石层所受到的冲击力进一步引导到PDC钻头上，实现冲击力的进一步释放，最终使得金刚石复合片在抗冲击力成倍提高。
附图说明
图1为现有金刚石复合片的侧视图。
图2为图1的俯视图。
图3为半月形金刚石复合片的侧视图。
图4为图3的俯视图。
图中标号：1、聚晶金刚石层；1-1、切削部；1-2、支撑部；2、硬质合金基体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
参见图3和4，一种半月形金刚石复合片，包括聚晶金刚石层1和硬质合金基体2。聚晶金刚石层1整体呈圆片状，硬质合金基体2整体呈圆柱状。聚晶金刚石层1位于硬质合金基体2的上方，聚晶金刚石层1的下表面与硬质合金基体2的上表面相贴合，两者在高温高压下烧结在一起。
所述聚晶金刚石层1为本发明的主要改进点，其主要由切削部1-1和支撑部1-2两部分组合而成。
切削部1-1的作用是实现切削功能，其需要具有良好的硬度与耐磨性。在本发明中，切削部1-1由聚晶金刚石制成，其在聚晶金刚石层1的轴线俯视方向上呈类半月形。切削部1-1中部的径向宽度H可以与切削部1-1两端的径向宽度h相等，但由于削部中部为主要受力处，在本发明优选实施例中，切削部1-1中部的径向宽度H大于切削部1-1两端的径向宽度h。切削部1-1中部的径向宽度根据设计需求来决定，如在13系列和16系列的金刚石复合片中，其金刚石复合片的直径分别为13mm和16mm，此时切削部1-1中部的径向宽度H介于1mm～3mm之间，如在13和19系列的金刚石复合片中，其金刚石复合片的直径为19mm，此时，此时切削部1-1中部的径向宽度H介于1mm～4mm之间。为了保证金刚石复合片和切削，所述金刚石复合片在安装到PDC钻头的安装孔内时，其露出的部分应该全部为硬度与耐磨性强的聚晶金刚石材质，为此，在本发明中，切削部1-1的弧度r至少要大于180°。而在本发明优选实施例中，切削部1-1的弧度r需要介于180°～270°之间。此外，切削部1-1两端与支撑部1-2的交汇处设有圆倒角，以避免切削部1-1两端与支撑部1-2的结合处的应力集中，而发生崩裂现象。
支撑部1-2的作用是实现支撑功能，其需要具备良好的可焊性和抗冲击韧性，从而能够更好地释放冲击力，起到对切削部1-1的良好支撑作用。在本发明中，支撑部1-2由硬质合金制成，其在聚晶金刚石层1的轴线俯视方向上呈类凸字形。为了简化加工难度，所述支撑部1-2的材质与硬质合金基体2的材质相同。
切削部1-1和支撑部1-2在聚晶金刚石层1的径向方向相互嵌合，即支撑部1-2的突出处嵌入到切削部1-1的凹陷处，并形成一个完整的圆片状的聚晶金刚石层1。
所述硬质合金基体2沿用现有技术，并未做特别的改进。生成时，将上述聚晶金刚石层1置于硬质合金基体2上，并通过高温高压下烧结形成金刚石复合片。安装时，先将金刚石复合片嵌入到PDC钻头的金刚石复合片安装孔内，并使得聚晶金刚石层1的切削部1-1朝向PDC钻头的径向外侧，聚晶金刚石层1的支撑部1-2朝向PDC钻头的径向内侧。再将硬质合金基体2的整个外侧壁和聚晶金刚石层1的支撑部1-2的外侧壁与PDC钻头的金刚石复合片安装孔的内侧壁焊接在一起，并使得聚晶金刚石层1的切削部1-1露出。这样在使用时，由于聚晶金刚石层1前端切削部1-1采用硬度与耐磨性极强的聚晶金刚石制成，因而对地层能够起到极强的切削力。而聚晶金刚石层1后方的支撑部1-2采用可焊性和抗冲击韧性更强的硬质合金制成，因而不仅能够将聚晶金刚石层1的后部更好的固定在安装孔内，防止金刚石复合片在切削时在安装孔内的抖动，而且能够对地层所反馈的冲击力进行有效引导和释放，以最大限度地避免金刚石复合片的崩裂现象发生。
上述半月形金刚石复合片的制备方法，包括步骤如下：
步骤1、先在圆片状的阴模的后部嵌入呈类凸字形的阳模，此时圆片状的阴模前部的空隙呈类半月形；
步骤2、在类半月形的空隙处填入聚晶金刚石粉末，并压实聚晶金刚石粉末，以形成聚晶金刚石层1的切削部1-1；
步骤3、将呈类凸字形的阳模从圆片状的阴模中抽出，此时圆片状的阴模后部的空隙呈类凸字形；
步骤4、在类凸字形的空隙处填入硬质合金粉末，并压实硬质合金粉末，以形成聚晶金刚石层1的支撑部1-2；
步骤5、将聚晶金刚石层1的切削部1-1和支撑部1-2在高温高压下烧结成圆片状的聚晶金刚石层1；
步骤6、将制备好的聚晶金刚石层1与硬质合金基体2在高温高压下烧结在一起，形成所需的半月形金刚石复合片。
聚晶金刚石层1和硬质合金基体2可以分开制备，但考虑到聚晶金刚石层1的支撑部1-2和硬质合金基体2的材质相同，因此可以简化制备过程，即将上述步骤5和6进行合并，让聚晶金刚石层1的支撑部1-2和硬质合金基体2的硬质合金粉末同时预压后，在进行高温高压下烧结成型。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (6)

1.半月形金刚石复合片，包括聚晶金刚石层(1)和硬质合金基体(2)；其特征是，所述聚晶金刚石层(1)分为切削部(1-1)和支撑部(1-2)；切削部(1-1)由聚晶金刚石制成，其在聚晶金刚石层(1)的轴线俯视方向上呈类半月形；支撑部(1-2)由硬质合金制成，其在聚晶金刚石层(1)的轴线俯视方向上呈类凸字形；切削部(1-1)和支撑部(1-2)相互嵌合，即支撑部(1-2)的突出处嵌入到切削部(1-1)的凹陷处，并形成一个完整的圆片状的聚晶金刚石层(1)。
2.根据权利要求1所述的半月形金刚石复合片，其特征是，切削部(1-1)中部的径向宽度H大于切削部(1-1)两端的径向宽度h。
3.根据权利要求2所述的半月形金刚石复合片，其特征是，切削部(1-1)中部的径向宽度H为1mm～4mm。
4.根据权利要求1所述的半月形金刚石复合片，其特征是，切削部(1-1)的弧度r为180°～270°。
5.根据权利要求1所述的半月形金刚石复合片，其特征是，切削部(1-1)两端与支撑部(1-2)的交汇处设有圆倒角。
6.根据权利要求1所述的半月形金刚石复合片，其特征是，支撑部(1-2)的材质与硬质合金基体(2)的材质相同。
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