CN111075357A - 一种多面弧形金刚石复合片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多面弧形金刚石复合片,所述其包括基体以及连接于所述基体上超硬层,所述超硬层端面为由主切削部以及辅切削部形成的具有至少两个弧面的端面;所述辅切削部位于所述主切削部外围,所述主切削部的外端和所述辅切削部的外端均延伸至超硬层端面外缘。本发明通过主切削部执行破岩操作,并通过辅切削部位执行犁削与刨削的操作,使用金刚石复合片可以执行不同操作,在钻进过程中无需更换金刚石复合片,从而提高了钻进效率。同时,通过主切削部和辅切削部来执行不同的操作,可以有效延长钻头寿命。
Description
技术领域
本发明涉及切削工具技术领域,特别涉及一种多面弧形金刚石复合片。
背景技术
聚晶金刚石复合片是采用单晶金刚石粉体与硬质合金为支撑在高温高压条件下烧结而成的复合超硬材料,克服了单晶金刚石受到冲击易破损且拥有硬质合金的抗冲击韧性,目前已被广泛应用与机械加工,采矿工艺及持有开采探测领域。而在当将聚晶金刚石复合片应用于坚硬岩层,研磨性强与坚韧夹层等难钻地层时,对钻头与复合片性能的要求是更为苛刻的。
目前,虽然针对上述问题已经开发出多种异性金刚石复合片,如果锥尖齿,球形齿等异形PCD层。但是,上述异性金刚石复合片在是实际钻探使用中,不可以在满足抗冲击性的情况下提升研磨及钻进效率(例如,锥尖形金刚石复合片主要用破岩过程,需要在破岩完成后更换为平面形金刚石复合片来完成切削任务)。此外,在使用过程中会存在异型齿机构的崩刃或脱层等现象,这会导致在使用过程中钻进切削的阻力变大,降低钻进效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足,提供一种多面弧形金刚石复合片。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种多面弧形金刚石复合片,其包括基体以及连接于所述基体上超硬层,所述超硬层端面为由主切削部以及辅切削部形成的具有至少两个弧面的端面;所述辅切削部位于所述主切削部外围,所述主切削部的外端和所述辅切削部的外端均延伸至超硬层端面外缘。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,所述主切削部包括至少一组主切削刃组,每组主切削刃组均包括一条主切削刃以及两切削刃齿;两切削刃齿分别位于所述主切削刃的两侧,并相对于主切削刃倾斜。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,所述主切削刃为弧形切削面或者弧形切削线。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,两切削刃齿形成的面面夹角的角度范围为90°-170°。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,当所述主切削刃组为多组时,各主切削刃组按照周向依次布置,且相邻两组主切削刃组相连接。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,当所述主切削刃组为多组时,各主切削刃组的主切削刃的内端在超硬层端面相交汇。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,各主切削刃组中部分主切削刃组中的主切削刃和切削刃齿的形状以及尺寸相同,部分主切削刃组中的主切削刃和切削刃齿的形状以及尺寸不相同。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,所述辅切削部包括至少两个次切削面,至少两个次切削面与主切削部不在同一平面上。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,所述次切削面的弧形面为上凸曲面、下凹曲面或者平面中一种。
所述多面弧形金刚石复合片,其中,所述主切削部包括至少一组主切削刃组,并且当主切削部包括一组主切削刃组时,所述辅切削部包括两个次切削面;当主切削部包括多组主切削刃组时,所述辅切削部包括的次切削面的数量与主切削刃组的数量相等。
有益效果:与现有技术相比,本发明提供了一种多面弧形金刚石复合片,所述其包括基体以及连接于所述基体上超硬层,所述超硬层端面为由主切削部以及辅切削部形成的具有至少两个弧面的端面;所述辅切削部位于所述主切削部外围,所述主切削部的外端和所述辅切削部的外端均延伸至超硬层端面外缘。本发明通过主切削部执行破岩操作,并通过辅切削部位执行犁削与刨削的操作,使用金刚石复合片可以执行不同操作,在钻进过程中无需更换金刚石复合片,从而提高了钻进效率。同时,通过主切削部和辅切削部来执行不同的操作,可以有效延长钻头寿命。
附图说明
图1为本发明提供的多面弧形金刚石复合片的结构示意图。
图2为本发明提供的多面弧形金刚石复合片的一个实现方式的示意图。
图3为图2的一个角度的示意图。
图4为图2的另一个角度的示意图。
图5为图2所示的多面弧形金刚石复合片的工作原理图。
图6为本发明提供的多面弧形金刚石复合片的另一个实现方式的示意图。
图7为图6的一个角度的示意图。
图8为图6的另一个角度的示意图。
图9为图6所示的多面弧形金刚石复合片的工作原理图。
图10为本发明提供的多面弧形金刚石复合片的再一个实现方式的示意图。
图11为本发明提供的多面弧形金刚石复合片的又一个实现方式的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种多面弧形金刚石复合片,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
还需说明的是,本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此,附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
下面结合附图,通过对实施例的描述,对发明内容作进一步说明。
本实施例提供了一种多面弧形金刚石复合片,如图1所示,其包括基体1以及超硬层2,所述超硬层2连接于所述基体1上,并且所述超硬层2在侧面上与所述基体1相邻且齐平。所述超硬层2远离基体1一侧的端面为由主切削部10以及辅切削部20形成的具有至少两个弧面的端面。也就是说,所述超硬层2远离基体1一侧的端面上设置有主切削部10以及辅切削部20;所述辅切削部20位于主切削部10的外围,并且所述主切削部10的外端与所述辅切削部20的外端均延伸至超硬层2端面外缘。本实施例通过主切削部10执行破岩操作,并通过辅切削部20位执行犁削与刨削的操作,使用金刚石复合片可以执行不同操作,在钻进过程中无需更换金刚石复合片,从而提高了钻进效率。同时,通过主切削部10和辅切削部20来执行不同的操作,可以有效延长钻头寿命。
进一步,所述主切削部10包括至少一组主切削刃组,如图2、5、10和11所示,每组主切削刃组均包括一条主切削刃11以及两切削刃齿;两切削刃齿分别记为第一切削刃齿12和第二切削刃齿13,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13分别位于主切削刃11的两侧,并且第一切削刃齿12和第二切削刃齿13均与主切削刃11相连接。所述主切削刃11包括面状主切削刃和线状主切削刃两种形式,当主切削刃11为面状主切削刃时,所述主切削刃11为曲面(例如,圆弧面等);当主切削刃11为线状主切削刃时,所述主切削刃11为曲线(例如,圆弧等)。所述第一切削刃齿12和第二切削刃齿13均为倾斜面,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13均相对于主切削刃11向靠近基体1的方向切削,以使得主切削刃11处形成凸脊,从而形成异面主切削部10。此外,在本实施例的一个可能实现方式中,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13相对于所述主切削刃11对称布置,并且第一切削刃齿12和第二切削刃齿13的形状以及尺寸均相同,其中,所述第一切削刃齿12和第二切削刃齿13形成的面面夹角的角度范围为90°-170°,例如,所述第一切削刃齿12和第二切削刃齿13形成的面面夹角为150°。
进一步,所述辅切削部20包括至少两个次切削面,至少两个次切削面与主切削部10不在同一平面上。各次切削面均为曲面,并且各次切削面可以的弧形面为上凸曲面、下凹曲面或者平面中一种,并且各次切削面均为上凸曲面或下凹曲面时,各次切削面的曲率均可以在25mm到80mm之间,各次切削面的后倾角过渡区域范围区间为4°-15°。在本实施例中,如图2-5所示,主切削刃11为凸起弧面或弧线切削刃,次切削面为凸起弧面时,主切削刃11作为切削着力点,与被切削岩石首先接触提供破岩冲力,随着不断进尺,次切削面与被切削岩石接触40%面积为切削过程提供犁削动力。此外,在本实施例的一个可能实现方式中,如图6-9所示,主切削刃11为凸起弧面或弧线切削刃,次切削面为下凹形弧面,凸起主切削刃11,首先与被切削岩石接触提供破岩冲击,随着不断进尺,次切削面的凹边缘可变为第二到切削刃,可以提供至少40%的与岩石接触面积,为切削过程提供刨削动力,次切削面可提供断削和降温得功能。
进一步,在本实施例中,如图2-4所示,所述主切削部10包括一组主切削刃组,所述辅切削部20包括两个次切削面,分别记为第一次切削面14和第二次切削面15;该组主切削刃组包括弧面的主切削刃11以及对称布置于主切削刃11两侧的第一切削刃齿12和第二切削刃齿13;主切削刃11的两端分别延伸至超硬层2端面的外缘,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13的两端也分别延伸至超硬层2端面的外缘。所述第一次切削面14和第二次切削面15分别位于主切削刃组的两侧,两个切削刃齿中的每个切削刃齿远离主切削刃11的一侧均连接有一次切削面,即第一切削刃齿12连接有第一次切削面14,第二切削刃齿13连接有第二次切削面15,并且第一次切削面14远离第一切削刃齿12的一侧,以及第二次切削面15远离第二切削刃齿13的一侧均延伸至超硬层2边缘。
进一步,在本实施例中,如图2-4所示,所述第一次切削面14和第二次切削面15均为上凸曲面,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13形成的面面夹角为150°,所述主切削刃11的弧面半径为58mm,两个次切削面的曲面半径为58mm。此外,所述超硬层2的总高度为3.3mm,超硬层2位于主切削部10与基体1之间的厚度为1.3mm。此外,如图5所示,本实现方式中的多面弧形金刚石复合片的切削过程可以为:当后倾角为15°时,圆弧补偿后倾角为8°,随着切入量增加,下方刀刃弧线提供切削进给补偿,起到切削刃自锐的效果。根据实验表面当切削角度增大刀27°到30°时,可以有效提金刚石复合片的抗冲击性能,抗冲击性能比目前市场上的斧型齿提高15%到20%。此外,除了在抗冲击性能上的改善,二次次切部位的弧形球面设计,使得进尺速率有效提升,ROP提升率达到40%以上,弧形球面的凸起处起到了断削及导向排屑的作用,高效排屑使得齿面降温速率明显改善,减少热疲劳引起的金刚石复合片失效。
进一步,在本实施例的一个实现方式中,如图6-8所示,所述次切削面为下凹曲面,切削刃齿相对于与其连接的次切削面向上翻折,即第一切削刃齿12相对于第一次切削面14向上翻折,以及第二切削刃齿13相对于第二次切削面15向上翻折,使得所述第一切削刃齿12与第一次切削面14连接处以及第二切削刃齿13与第二次切削面15连接处均向基体1方向下凹。此外,在本实施例的一个可能实现方式中,所述基体1直径可以为15.88mm,高度可以为13.2mm,两个切削刃齿形成的面面夹角的度数可以为130°。此外,如图9所示,本实现方式中的多面弧形金刚石复合片的切削过程可以为:主切削刃11首先切入后,第一切削刃齿12和第二切削刃齿13作为二次切削,各切削刃齿与其对应的次切削面连接处形成的下凹型槽面作为刨削,使得多面弧形金刚石复合片可以适用于中软混合型岩层,不但能满足破岩时冲击的需求,也能够弥补斧型齿切削体积不足的需求,从而有效提高ROP。
进一步,在本实施例的另一个实现方式中,如图10-11所示,所述主切削部10包括多组主切削刃组,各主切削刃组按照周向依次布置,各主切削刃组的主切削刃11的内端在超硬层2端面相交汇,各主切削刃组的主切削刃11的外端均延伸至超硬层2端面外缘;且相邻两组主切削刃组相连接。此外,所述辅切削部20包括的次切削面的数量与主切削刃组的数量相等,即相邻两个主切削刃组之间均设置有次切削面,各次切削面分别与其对应的两个主切削刃组相连接,并且各次切削面的外端延伸至超硬层2端面外缘。
进一步,各主切削刃组中主切削刃11的角度可以相同或不同,主切削刃11可以为等距或不等距,各个切削刃齿之间可以有不同的高度差,切削刃齿可为不同形状,如果三角形,梯形,椭圆形等,并各切削刃齿可根据需求进行倒圆角处理或者倒钝处理。由此,各次切削面的尺寸可以根据其对应的两个主切削刃组之间的尺寸而确定。
综上,本实施例提供了一种多面弧形金刚石复合片,所述其包括基体以及连接于所述基体上超硬层,所述超硬层端面为由主切削部以及辅切削部形成的具有至少两个弧面的端面;所述辅切削部位于所述主切削部外围,所述主切削部的外端和所述辅切削部的外端均延伸至超硬层端面外缘。本发明通过主切削部执行破岩操作,并通过辅切削部位执行犁削与刨削的操作,使用金刚石复合片可以执行不同操作,在钻进过程中无需更换金刚石复合片,从而提高了钻进效率。同时,通过主切削部和辅切削部来执行不同的操作,可以有效延长钻头寿命。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多面弧形金刚石复合片,其包括基体以及连接于所述基体上超硬层,其特征在于,所述超硬层端面为由主切削部以及辅切削部形成的具有至少两个弧面的端面;所述辅切削部位于所述主切削部外围,所述主切削部的外端和所述辅切削部的外端均延伸至超硬层端面外缘。
2.根据权利要求1所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述主切削部包括至少一组主切削刃组,每组主切削刃组均包括一条主切削刃以及两切削刃齿;两切削刃齿分别位于所述主切削刃的两侧,并相对于主切削刃倾斜。
3.根据权利要求2所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述主切削刃为弧形切削面或者弧形切削线。
4.根据权利要求2所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,两切削刃齿形成的面面夹角的角度范围为90°-170°。
5.根据权利要求2所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述主切削刃组为多组,各主切削刃组按照周向依次布置,且相邻两组主切削刃组相连接。
6.根据权利要求5所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,各主切削刃组的主切削刃的内端在超硬层端面相交汇。
7.根据权利要求5所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,各主切削刃组中部分主切削刃组中的主切削刃和切削刃齿的形状以及尺寸相同,部分主切削刃组中的主切削刃和切削刃齿的形状以及尺寸不相同。
8.根据权利要求1所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述辅切削部包括至少两个次切削面,至少两个次切削面与主切削部不在同一平面上。
9.根据权利要求8所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述次切削面的弧形面为上凸曲面、下凹曲面或者平面中一种。
10.根据权利要求8所述多面弧形金刚石复合片,其特征在于,所述主切削部包括至少一组主切削刃组,并且当主切削部包括一组主切削刃组时,所述辅切削部包括两个次切削面;当主切削部包括多组主切削刃组时,所述辅切削部包括的次切削面的数量与主切削刃组的数量相等。
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