CN112324351A - 多刃齿金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金刚石钻头领域。本发明保护一种多刃齿金刚石复合片及钻头。多刃齿金刚石复合片包括硬质合金基体、金刚石层，金刚石层包括下切削层和设置在下切削层上的上切削层，上切削层在下切削层背向硬质合金基体的一侧；下切削层的边缘位置有下切削刃，所述上切削层的外周具有多个与下切削层结合的上切削刃齿，其中任意一个上切削刃齿切削地层时，至少一个与之相邻的上切削刃齿同时切削地层。本发明的多刃齿金刚石复合片的上切削层外周设置多个上切削刃齿，复合片切削地层时，至少两个上切削刃齿同时切削地层，提高了切削的效率，解决了目前的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率较低的技术问题。

Description

多刃齿金刚石复合片及钻头

技术领域

本发明涉及金刚石钻头领域。

背景技术

聚晶金刚石钻头依靠安装在钻体上的聚晶金刚石复合片（下称复合片）切削地层，复合片主要由硬质合金基体及设于硬质合金基体上的聚晶金刚石层组成，使用时在钻压和扭矩作用下克服地层应力吃入地层，地下岩层在复合片的作用下被剪切破碎，从而实现钻头的钻进。复合片一般包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，二者通过高温结合在一起，复合片通过焊接或者压装的方式固定在钻体上，形成PCB钻头。

为了提高钻头的钻进效率，授权公告号为CN209942745U的中国专利公开了一种双层结构金刚石复合片，金刚石复合片包括硬质合金基体和金刚石复合层，金刚石复合层的端面上设置有凸台，金刚石复合层具有下切削层，凸台即上切削层，形成双层结构的金刚石复合层，凸台的两端有上切削刃齿，相比单层的金刚石复合层，双层结构的金刚石复合层的具有更好的攻击性和较好的吃入性，金刚石复合层的上层磨损失效后，金刚石复合层的下层仍然可以进行地层切削，从而提高复合片使用寿命。但是这种双层结构的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率较低，使用这种金刚石复合片的钻头钻进效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多刃齿金刚石复合片，用于解决目前的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率较低的技术问题；

另外，本发明的目的还在于提供一种钻头，用于解决目前钻头采用的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率低造成的钻进效率低的技术问题。

本发明的多刃齿金刚石复合片采用如下技术方案：

多刃齿金刚石复合片包括：

硬质合金基体；

金刚石层，包括下切削层和设置在下切削层上的上切削层，上切削层在下切削层背向硬质合金基体的一侧；

所述上切削层的外周具有多个与下切削层结合的上切削刃齿，其中任意一个上切削刃齿切削地层时，至少一个与之相邻的上切削刃齿同时切削地层；

上切削刃齿上设有处于上切削层边缘的倒角。

有益效果：与现有技术的复合片相比，本发明的多刃齿金刚石复合片的上切削层外周设置多个上切削刃齿，复合片切削地层时，至少两个上切削刃齿同时切削地层，提高了切削的效率，解决了目前的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率较低的技术问题。倒角可以降低上切削刃齿崩裂的风险。

进一步的，所述上切削刃齿在上切削层周向上相背的两个齿面为内凹弧面或者外凸弧面。两个齿面均为弧面不容易崩刃，寿命较高。

进一步的，所述上切削刃齿延伸至下切削层的边缘。能够提高上切削刃齿的吃入性。

进一步的，所述上切削刃齿齿顶的曲率半径小于下切削刃的曲率半径。保持上切削刃齿的锋利。

进一步的，所述上切削层呈链轮状，结构对称，材料利用率高，便于复合片的安装。

对金刚石层进一步优化，金刚石层为双层结构，下切削层与硬质合金基体结合。双层的金刚石层结构较为简单，加工成本低。

对上切削层进一步优化，所述上切削层由多个凸点形成。吃入性更好，并且能够保持上切削层的锐利。

进一步的，所述上切削层为设置在下切削层上的凸台。凸台结构较为简单，便于加工。

进一步的，所述凸台端面边缘设置有倒角。降低上切削刃齿崩裂的风险。

本发明钻头的技术方案：

钻头包括钻体和设置在钻体上的多刃齿金刚石复合片，多刃齿金刚石复合片包括：

硬质合金基体；

金刚石层，包括下切削层和设置在下切削层上的上切削层，上切削层在下切削层背向硬质合金基体的一侧；

所述上切削层的外周具有多个与下切削层结合的上切削刃齿，其中任意一个上切削刃齿切削地层时，至少一个与之相邻的上切削刃齿同时切削地层；

上切削刃齿上设有处于上切削层边缘的倒角。

有益效果：与现有技术的复合片相比，本发明的多刃齿金刚石复合片的上切削层外周设置多个上切削刃齿，复合片切削地层时，至少两个上切削刃齿同时切削地层，提高了切削的效率，进而提高了钻头的钻进效率，解决了目前钻头采用的金刚石复合片的上切削刃齿切削效率低造成的钻进效率低的技术问题。倒角可以降低上切削刃齿崩裂的风险。

进一步的，所述上切削刃齿在上切削层周向上相背的两个齿面为内凹弧面或者外凸弧面。两个齿面均为弧面不容易崩刃，寿命较高。

进一步的，所述上切削刃齿延伸至下切削层的边缘。能够提高上切削刃齿的吃入性。

进一步的，所述上切削刃齿齿顶的曲率半径小于下切削刃的曲率半径。保持上切削刃齿的锋利。

进一步的，所述上切削层呈链轮状，结构对称，材料利用率高，便于复合片的安装。

对金刚石层进一步优化，金刚石层为双层结构，下切削层与硬质合金基体结合。双层的金刚石层结构较为简单，加工成本低。

对上切削层进一步优化，所述上切削层由多个凸点形成。吃入性更好，并且能够保持上切削层的锐利。

进一步的，所述上切削层为设置在下切削层上的凸台。凸台结构较为简单，便于加工。

附图说明

图1是本发明多刃齿金刚石复合片具体实施例1中的结构示意图；

图2是本发明多刃齿金刚石复合片具体实施例1中的俯视图；

图3是图2中沿A-A的剖视图；

图4本发明多刃齿金刚石复合片具体实施例2中的工作状态示意图；

图5是本发明多刃齿金刚石复合片具体实施例2中的结构示意图；

图1至图3中：1-硬质合金基体；2-金刚石层；21-下切削层；211-下切削层端面；22-上切削层；221-上切削刃齿；2211-内凹弧面；222-倒角；

图4和图5中：221-上切削刃齿；22-上切削层；2212-外凸弧面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例1：

如图1至图3所示，多刃齿金刚石复合片包括硬质合金基体1和金刚石层2，金刚石层2与硬质合金基体1结合。

金刚石层2为双层结构，包括下切削层21和设置在下切削层21上的上切削层22，下切削层21具有与硬质合金基体1结合的基体结合面和与基体结合面相背的下切削层端面211，上切削层22在下切削层端面211上，即上切削层22在下切削层21背向硬质合金基体1的一侧。本实施例中下切削层21和硬质合金基体1均呈圆柱状，上切削层22为设置在下切削层21上的凸台。

上切削层22的外周具有多个上切削刃齿221，上切削刃齿221用于对地层进行犁削，上切削刃齿221沿上切削层22的径向延伸，上切削刃齿221设置多个，并在上切削层22的周向上均匀布置，上切削层22呈链轮状。上切削刃齿221均匀布置，安装时不需要考虑上切削刃齿221在复合片周向上的位置，便于复合片与钻体的安装。

下切削层21的边缘具有下切削刃211，本实施例中的上切削刃齿221延伸至下切削层21的边缘，上切削刃齿221齿顶的曲率半径小于下切削刃211的曲率半径。复合片在工作时，上切削刃齿221以犁削的方式切削岩层，而下切削刃211在上切削刃齿221后侧二次切削，更容易吃入岩层。多个上切削刃齿221能够同时切削地层，提高切削效率。

如图1所示，本实施例中上切削刃齿221在上切削层22周向上相背的两个齿面为内凹弧面2211，相邻上切削刃齿221上相邻的内凹弧面2211相接并形成较大的圆弧面。内凹弧面2211使上切削刃齿221较为锋利，使上切削刃齿221较容易吃入地层。上切削刃齿221与下切削层21结合，上切削层22背向下切削层21的一面端面为平面，上切削刃齿221在下切削层21轴向上相对的两面中，一个面与下切削层21结合，另一个面为上切削层22背向下切削层21的端面的一部分，上切削层22背向下切削层21的端面与切削刃齿的内凹弧面之间设置倒角222，倒角222设置在上切削层22端面的边缘。本实施例中倒角为45度倒角。其他实施例中，倒角可以是30度倒角、60度倒角等其他类型，当然倒角还可以是倒圆角。

如图3所示，多刃齿金刚石复合片工作时，金刚石层2的下切削层端面211需要前倾一定的角度，以保证较好的吃入性。复合片切削地层时，上切削刃齿221处于下切削刃211的前侧，多个上切削刃齿221同时进行切削作业，破岩效果更好，切削效率较高，下切削刃211在上切削刃齿221的后侧进行二次切削，将相邻上切削刃齿221之间未切除掉的一部分切掉，由于岩层在上切削刃齿221的作用下被犁出沟槽，处于后侧的下切削刃211切削时难度降低。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例2，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

如图4和图5所示，本实施例中，上切削刃齿221在上切削层22周向上相背的两个齿面为外凸弧面2212。两个上切削刃齿221的齿根处通过圆角过渡连接。

其他实施例中，上切削刃齿还可以是其他形状的齿，比如三角形齿、矩形齿或者梯形齿等。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例3，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

本实施例中上切削刃齿没有延伸至下切削层的边缘，上切削刃齿的齿顶设置在下切削层边缘的内侧。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例4，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

本实施例中上切削刃齿齿顶的曲率半径等于下切削刃齿的曲率半径。当然，上切削刃齿齿顶的曲率半径也可以大于下切削刃齿的曲率半径，此时上切削刃齿的齿顶处于下切削层边缘的内侧。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例5，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

上切削刃齿并不是均匀设置，上切削层对半的两部分中，其中一部分设置有上切削刃齿，另一部分没有上切削刃齿。其他实施例中，上切削刃齿可以设置如四个、五个等任意数量。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例6，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

本实施例中，金刚石层是三层结构，其中有相邻的两层满足：上层外周设置上层切削刃齿，下层边缘设置下切削刃。其他实施例中，金刚石层也可以是四层以上的结构。

本发明多刃齿金刚石复合片的具体实施例7，本实施例中的多刃齿金刚石复合片与上述具体实施例中的区别仅在于：

本实施例中，本实施例中，上切削层由多个凸点形成。

本发明钻头的具体实施例，钻头包括钻体和固定在钻体上的多刃齿金刚石复合片，多刃齿金刚石复合片的结构与上述任一具体实施例中所述的多刃齿金刚石复合片的结构相同，具体不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.多刃齿金刚石复合片，包括：

硬质合金基体（1）；

金刚石层（2），包括下切削层（21）和设置在下切削层（21）上的上切削层（22），上切削层（22）在下切削层（21）背向硬质合金基体（1）的一侧；

其特征在于，所述上切削层（22）的外周具有多个与下切削层（21）结合的上切削刃齿（221），其中任意一个上切削刃齿（221）切削地层时，至少一个与之相邻的上切削刃齿（221）同时切削地层；

上切削刃齿（221）上设有处于上切削层（22）边缘的倒角（222）。

2.根据权利要求1所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削刃齿（221）在上切削层（22）周向上相背的两个齿面为内凹弧面（2211）或者外凸弧面（2212）。

3.根据权利要求1或2所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削刃齿（221）延伸至下切削层（21）的边缘。

4.根据权利要求3所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削刃齿（221）齿顶的曲率半径小于下切削刃（211）的曲率半径。

5.根据权利要求1或2所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削层（22）呈链轮状。

6.根据权利要求1或2所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，金刚石层（2）为双层结构，下切削层（21）与硬质合金基体（1）结合。

7.根据权利要求6所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削层（22）由多个凸点形成。

8.根据权利要求1或2所述的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，所述上切削层（22）为设置在下切削层上的凸台。

9.钻头，包括钻体和设置在钻体上的多刃齿金刚石复合片，其特征在于，多刃齿金刚石复合片为权利要求1-8任意一项所述的多刃齿金刚石复合片。

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