CN117803324A - 异型金刚石复合齿 - Google Patents

Abstract

本发明属于牙轮钻头技术领域，具体涉及一种异型金刚石复合齿，包括硬质合金基体以及位于硬质合金基体头部的金刚石复合层。本发明设计几种异型金刚石复合齿，适用于多种特殊环境的需求，使用寿命长。

Description

异型金刚石复合齿

技术领域

本发明属于钻头技术领域，具体涉及一种异型金刚石复合齿。

背景技术

金刚石复合齿在一些高端的石油牙轮钻头，复合钻头以及矿山潜孔锤，穿越工具，工程机械，挖路齿等等行业有相当比例的应用。石油钻头，潜孔锤，穿越工具用于钻采石油井，天然气井，地热井，探测井，注浆孔，水井或者管线铺设孔，矿山应用等等。现有技术中的金刚石复合齿不能适用于不同的地质环境，寿命较低。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异型金刚石复合齿，包括硬质合金基体以及位于硬质合金基体头部的金刚石复合层。

优选地，所述硬质合金基体头部呈勺型结构。

优选地，所述硬质合金基体头部呈四棱锥台结构。

优选地，所述硬质合金基体头部呈多棱齿结构。

优选地，所述硬质合金基体头部呈倒多棱齿结构。

优选地，在硬质合金基体头部的外轮廓设有锯齿形切槽。

优选地，所述硬质合金基体头部周围设有凸起的锥球齿。

优选地，所述硬质合金基体头部呈斧头形。

优选地，所述硬质合金基体上带有螺旋槽。

优选地，所述硬质合金基体的上部为山峰结构或塔形结构。

本发明的有益效果是：本发明设计几种异型金刚石复合齿，适用于多种特殊环境的需求，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明中偏心齿的立体图；

图3为本发明中四棱锥台齿的立体图；

图4为本发明中三棱齿的立体图；

图5为本发明中四棱齿的立体图；

图6为本发明中多棱齿的立体图；

图7为本发明中倒三棱齿的立体图；

图8为本发明中四棱齿的立体图；

图9为本发明中锯齿形切槽的立体图；

图10为本发明中凸起的锥球齿的立体图；

图11为本发明中非对称的锥球齿的立体图；

图12为本发明中斧形齿的立体图；

图13为本发明中宽背斧型齿的立体图；

图14为本发明中螺旋槽齿的立体图；

图15为本发明中调整宽度的螺旋槽齿的立体图；

图16为本发明中山峰齿的立体图；

图17为本发明中塔型齿的立体图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

一种异型金刚石复合齿，包括硬质合金基体1以及位于硬质合金基体头部的金刚石复合层2。

本发明设计几种异型金刚石复合齿，适用于特殊环境需要，当然不限于这些种类，可以根据实际情况进行调整。

常规的复合齿为锥球型，为了进一步优化其在不同环境中的适用情况，根部工况，地址环境，机械设备参数等，可以将复合齿设计成适用的特异形状。

加工方法

金刚石属于异常坚硬耐磨的材料，通过常规的手段无法进行加工，但使用激光雕刻机，通过数控程序，能够比较轻易的实现对于金刚石层后期轮廓的塑造工作。

激光雕刻机能够根据预先编程，通过激光束，每次以微小的烧蚀去除预计的金刚石层部分，因此能够将毛坯齿加工成设计的特殊形状。

有些加工量较大的齿，可以通过硬质合金基体的形状轮廓调整进行辅助成型，随后使用激光雕刻机将高压合成的金刚石层进行外轮廓塑形，去除需要加工掉的部分，保留需要的外轮廓。

对于常规的锥球齿，做异型齿的目的是为了使得齿能够更有效的贯入，剪切以及刮削岩石，或者能够更有效的对齿本身进行冷却。下面为本发明设计的数种特殊齿，应用于不同的工况。

图2为偏心齿，或者可以称为勺型齿，对于齿的头部偏离中心线的幅度可以根据需要进行，金刚石复合层也能根据需要在局部加厚，厚度在四周可以做成非均一。这种形状对于贯入效果要求比较高的地层，考虑适用的地层强度和类型，类似于常用的工具“铁镐”，可以称为“镐型齿”对于贯入更适宜。

图3是另一个实例，齿做成四棱锥台，属于类似“无锋重剑”的设计，顶部可以做成圆弧顶或者小圆弧顶甚至平顶，在一些扩孔工具可以通过调整压入齿的角度，利用侧边或者侧边和顶部的交点进行碾碎，也可以在一些粉碎器中进行使用，头部比较钝，适用于重压破碎的一些工具。

图4为三棱齿，一方面在冷却时增加了与泥浆的接触面积，另一方面有槽的存在，在与地层接触时可以便于泥浆通过冷却，另外端部在碾碎岩石时贯入岩层内，侧边的部分可以刮掉松动岩石，同时泥浆会通过流道冲刷贯入位置，类似“三棱刀”作用。

当然，根据需要也可以做成多棱，如五棱或者六棱甚至更少或者更多。

图5为四棱齿，效果同三棱类似，结合相应的地层强度和贯入情况加以选择使用。

如图6所示，同理多棱齿作用类似，根据使用情况制做选用。

如图7所示，倒三棱齿，除了侧边三个纵向棱以外，顶部制作成三棱型，利用棱接触面积更小，有更强的贯入度，特别适合相对软的地层，齿可以做长做高，快速贯入，侧边和顶部的棱角能快速掘进或者钻进，同样棱间的槽可以通过泥浆，增加冷却面积，增加有效冲刷面积。刻槽的深浅也是根据需要进行相应的调整。

如图8所示，同类型，根据需要做成四棱齿。刻槽深度，槽的位置也根据需要进行调整。

当然，也可以做成多棱齿，根据需求进行相应的设计和制作。

如图9所示，为在三棱齿的基础上增加了外轮廓的锯齿形切槽，能够进一步增加外轮廓的刮削能力，同时增大了水冷面积。当然，增加的槽型、宽度、倾斜角度等都可以根据需要进行相应调整。

如图10所示，带有凸起的锥球齿，类似小型的“冲击锤”，当然表面的凸起的大小和排布也根据需要进行设计和调整，此处以这种均匀半球形凸起做说明但不限于此，凸起可以以一定的角度倾斜绕锥面分布，凸起可以为矩形，三角形或者多边形等形状，凸起可以连续或者不连续。

如图11所示，为不连续的一种实例，120°对称型，或者实现其他角度对称都可以，根据需要进行相应的加工制作。

如图12所示，类似“斧形齿”，头部类似“铲刀”，增加贯入度，以钻头为例，可以装入内部的切削齿，外排齿线速度大，可能存在崩刃问题，但可以在中心齿或者内侧齿位置应用，对于脆性岩石可以更容易碾碎压裂。

如图13所示，以上齿形的修改型，“宽背斧型齿”或者钝铲刀，与前面的“四棱锥台”类似，顶端不对称。顶部宽度增加，贯入性会相应降低，但强度会提升。

如图14所示，带有螺旋的螺旋槽齿，作用也是在端部贯入后，槽部可以整圈的将岩层刮开，齿的高矮和锥度以及螺旋槽的“螺距”，槽宽都可以根据需要进行相应的调整，同理，增加螺旋槽设计可以增加冷却时的冷却面积。如图15所示，调整了螺旋槽宽度的锥形齿实例。

如图16所示，多刃的“山峰”齿，能在主刃贯入后，两侧的“副刃”对已经裂开或者弱化的周围岩层进行辅助碾压贯入，进一步辅助破岩，这种齿可以通过硬质合金基体的调整进行预成型，随后使用激光雕刻机进行外轮廓塑造。副刃的高矮，形状可以根据需要进行调整。

如图17所示，“塔型齿”，在最顶端贯入岩层以后，第二级对第一级压入后周围破碎或者裂开的岩层碾压再破碎和贯入，随后第三级对第二集贯入后周围破碎或者裂开的岩层进行碾压，是一个连续的破岩过程，当然级数，锥度，外轮廓的弧线等都可以根据需要进行相应的调整。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种异型金刚石复合齿，其特征在于：包括硬质合金基体以及位于硬质合金基体头部的金刚石复合层。

2.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部呈勺型结构。

3.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部呈四棱锥台结构。

4.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部呈多棱齿结构。

5.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部呈倒多棱齿结构。

6.根据权利要求4或5所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：在硬质合金基体头部的外轮廓设有锯齿形切槽。

7.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部周围设有凸起的锥球齿。

8.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体头部呈斧头形。

9.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体上带有螺旋槽。

10.根据权利要求1所述的异型金刚石复合齿，其特征在于：所述硬质合金基体的上部为山峰结构或塔形结构。