CN202187718U - 高速聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高速聚晶金刚石复合片，包括圆片状的复合片本体，所述复合片本体主要由多块硬质扇形块和多块软质扇形块复合而成，其中硬质扇形块和软质扇形块均呈扇形，且两者之间具有不同的磨耗比；多块具有相同圆心和半径的硬质扇形块和软质扇形块相互间隔设置，共同构成一个完成的圆片；其中两个相邻扇形块之间具有不同的磨耗比，两个相间隔扇形块之间具有相同的磨耗比。本实用新型能够在保证在出刃高度的前提下，让聚晶金刚石复合片能够更好的嵌入岩层。

Description

高速聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及超硬材料领域，尤其涉及一种高速聚晶金刚石复合片。 

背景技术

常规金刚石复合齿一般由表层的聚晶金刚石复合片和底层的硬质合金基体通过高温高压复合而成。聚晶金刚石复合片具有硬度高、耐磨性好的特点，而硬质合金基体又从整体上提高了复合材料的柔韧性和可焊性。由于聚晶金刚石复合片是金刚石复合齿上最为重要的切削工作表面，工作过程中，切削应力主要集中在聚晶金刚石复合片的上端面与侧面的交线处即切削刃轮廓线处。可见，聚晶金刚石复合片的整体性能、特别是聚晶金刚石复合片的切削刃轮廓线的形状对于金刚石复合齿的性能而言起着关键的决定性作用。 

聚晶金刚石复合片的切削力和冲击力度由切削刃轮廓线的长度决定，切削刃轮廓线的长度越长，切削力和冲击力度越大；反之，则切削力和冲击力度越小。传统的聚晶金刚石复合片在生产过程中，一般都采用同一配方的聚晶材料烧结而成，其所形成的聚晶金刚石复合片是在整体上具有统一硬度的圆片体。这种圆片状的聚晶金刚石复合片受其自身形状的限制，其切削刃轮廓线的长度往往难以增长。另外，由于这种聚晶金刚石复合片在使用过程中，其各处受力点的磨损程度大体相同；因此在整个聚晶金刚石复合齿的寿命期内，其切削刃轮廓线的长度变化不大。可见，传统聚晶金刚石复合片会随着其使用时间的增长，切削力和冲击力度性能不仅不会增大，反而会随着聚晶金刚石复合片的磨损，性能逐步降低。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高速聚晶金刚石复合片，它能够在保证在出刃高度的前提下，让聚晶金刚石复合片能够更好的嵌入岩层。 

为解决上述问题，本实用新型所设计的高速聚晶金刚石复合片，包括圆片状的复合片本体，所述复合片本体主要由多块硬质扇形块和多块软质扇形块复合而成，其中硬质扇形块和软质扇形块均呈扇形，且两者之间具有不同的磨耗比；多块具有相同圆心和半径的硬质扇形块和软质扇形块相互间隔设置，共同构成一个完成的圆片；其中两个相邻扇形块之间具有不同的磨耗比，两个相间隔扇形块之间具有相同的磨耗比。 

为了提高聚晶金刚石复合片的强度，上述方案所述复合片本体最好还包括有一硬质圆柱块；该硬质圆柱块呈圆柱状，并位于复合片本体的中央；多块硬质扇形块和多块软质扇形块均环绕该硬质圆柱块设置。 

上述方案中，所述硬质圆柱块与硬质扇形块的磨耗比最好相同。 

为了增长聚晶金刚石复合片的切削刃轮廓线的长度，上述方案中，每个硬质扇形块和/或每个软质扇形块的上表面最好呈上凸的弧形，多块硬质扇形块和多块软质扇形块所构成的上表面形成瓦楞状的弧形端面。 

为了防止地层颗粒卡入聚晶金刚石层上端面的凹陷处，上述方案中，所述复合片本体的上部最好还包括有一层软质保护层。 

上述方案中，软质保护层的磨耗比最好小于软质扇形块的磨耗比。 

为了加强聚晶金刚石复合片和底层硬质合金基体之间的紧固强度，上述方案中，所述复合片本体的下部最好还包括有一层硬质保护层。 

上述方案中，硬质保护层与硬质扇形块的磨耗比最好相同。 

上述方案中，硬质扇形块和软质扇形块的磨耗比最好介于10∶1～10∶9之间。 

上述方案中，硬质扇形块和软质扇形块的面积比最好介于1∶1～5∶1之间。 

与现有技术相比，本实用新型聚晶金刚石复合片采用硬质扇形块和软质扇形块相互间隔设置组合而成；首先，由于硬质扇形块和软质扇形块采用不同磨耗比的材料烧结而成，硬质扇形块和软质扇形块结合部位的聚晶材料相互渗透，形成平滑过渡，这样相对于传统同一磨耗比材质的聚晶金刚石复合片而言，增强了聚晶金刚石复合片的抗冲击力，使其不易崩裂；其次，本实用新型在钻头的切削过程中，由于软质扇形块的磨损速度要快于硬质扇形块的磨损速度，聚晶金刚石复合片的表面和切削刃轮廓线的逐渐会形成锯齿状；因此在相同钻压下，其切削力能够增加一倍以上，而作用在相同硬度的岩层中，其效率可达传统聚晶金刚石复合片的1.3～2.0倍以上；再者，本实用新型随着使用时间的增加，聚晶金刚石复合片的性能不仅不会降低，反而会因切削刃轮廓线的长度增加而使的聚晶金刚石复合片的切削力和冲击力度性能增加；最后，由于本实用新型具有更高的效率以及更长的寿命(总切削进尺深度)，因此在使用过程中，无需频繁更换，从而有效节约了起钻和下钻时间，使其更适用于石油、天然气、海上石油钻探等钻进深度大的钻探领域。 

附图说明

图1为本实用新型一种高速聚晶金刚石复合片的结构示意图。 

图中标号为：1、软质保护层；2-1、硬质扇形块；2-2、软质扇形块；2-3、硬质圆柱块；3、硬质保护层。 

具体实施方式

参见图1，本实用新型一种高速聚晶金刚石复合片，包括圆片状的复合片本体，所述复合片本体主要由多块硬质扇形块2-1和多块软质扇形块2-2复合而成。其中硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2均呈扇形，且两者之间具有不同的磨耗比。多块具有相同圆心和半径的硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2相互间隔设置，共同构成一个完成的圆片。上述聚晶金刚石复合片在生产时选用两种不同磨耗比的金刚石微粉烧结而成，其中两个相邻扇形块之间具有不同的磨耗比，两个相间隔扇形块之间具有相同的磨耗比。具有不同磨耗比的硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2结合部位的聚晶材料在烧结过程中相互渗透，形成平滑过渡，这样相对于传统同一磨耗比材质的聚晶金刚石复合片而言，能有效增强聚晶金刚石复合片的抗冲击力，使其不易崩裂。另外，由于硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2具有不同的磨耗比，因此在使用过程中，其磨损程度也不尽相同。随着使用时间的增加，软质扇形块2-2磨损的速度要快于硬质扇形块2-1，这样聚晶金刚石复合片的表面和切削刃轮廓线的逐渐会形成锯齿状。 

根据性能要求确定硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的材料和尺寸。本实用新型所述每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的磨耗比介于10∶1～10∶9之间；每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的面积比介于1∶1～5∶1之间。组成本实用新型聚晶金刚石复合片主体部分的硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的个数均介于6～12之间。在本实用新型优选实施例中，所述聚晶金刚石片的主体部分由6块硬质扇形块2-1和6块软质扇形块2-2组合而成，每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的磨耗比为10∶5，每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的面积比为1∶1。 

组成复合片本体的硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2可以均为圆锥扇形，此时所有扇形块的交点即为复合片的中心。但为了避免多个扇形块的尖端汇聚而导致聚晶金刚石复合片的中心脆弱易崩裂的现象，在本实用新型优选实施例中，所述复合片本体还包括有一硬质圆柱块2-3，以提高复合片自身的强度。该硬质圆柱块2-3呈圆柱状，并位于复合片的中央；此时硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2均为圆台扇形，并环绕该硬质圆柱块2-3设置。上述硬质圆柱块2-3选用的聚集材料的硬度应大于或等于硬质扇形块2-1的。在本实用新型优选实施例中，所述硬质圆柱块2-3与硬质扇形块2-1的磨耗比相同。 

每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的上表面可以呈平面状。这样当由硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的厚度相同时，硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2所构成的上表面形成一个水平面，而当硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的厚度不相同时如考虑到后期磨损，在生产时让软质扇形块2-2的厚度略小于硬质扇形块2-1的厚度，硬质扇形块2-1和软质扇 形块2-2所构成的上表面形成一个具有多个径向凹槽的非平面。为了突破聚晶金刚石复合片自身形状的限制，以进一步提高其切削刃轮廓线的长度，在本实用新型优选实施例中，每个硬质扇形块2-1和/或每个软质扇形块2-2的上表面均呈上凸的弧形，多块硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2所构成的上表面形成瓦楞状的弧形端面。上述端面结构使得该聚晶金刚石层得切削刃轮廓线形成为一个绕聚晶金刚石层侧面环绕的波浪形曲线，这样既能增加切削面积和切削轮廓线的周长，又能减小切削刃轮廓与地层的夹角，从而使得该聚晶金刚石层嵌入地层的能力高于相同尺寸的圆形复合片。每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的上表面曲率可以相同、也可以不相同。在本实用新型优选实施例中，所述硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的上表面具有同一的曲率。每个硬质扇形块2-1和每个软质扇形块2-2的上表面结合处可以直接相连，也可以通过一小段径向延伸的过渡槽相连。该过渡槽可以为平面和/或下凹的弧面，而为了进一步延长切削刃轮廓线的长度，在本实用新型优选实施例中，所有过渡槽均为下凹的弧面。 

上述硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的上表面可以直接构成的复合片的上端面，但为了缓解聚晶金刚石复合片、尤其是切削刃轮廓线所受到的冲击，所述复合片本体还包括有一层软质保护层1，该软质保护层1处于复合片本体的上部，其磨耗比可以等于或小于软质扇形块2-2的磨耗比。软质保护层1的下表面与硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2构成的上表面相结合，软质保护层1的上表面可以为上凸的弧形面或平面。由于软质保护层1的磨耗比、抗冲击力以及耐磨性的参数性能均等于或低于聚晶金刚石复合片的主体部分，即硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的相应参数，因此软质保护层1的磨损速度要高于聚晶金刚石复合片的主体部分，在钻头下探或切削的过程中，聚晶金刚石主体部分会逐渐显露出来，这样不仅能够加强聚晶金刚石复合片的耐磨性和稳定性，同时也能够避免地层破碎颗粒嵌入两相连扇形块的连接处，提高钻头的自洁性能，最终让钻头的钻进效率和使用寿命大大增加。 

上述硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2的下表面可以直接构成聚晶金刚石复合片的下端面，并与硬质合金基体相连。但为了提高聚晶金刚石复合片和硬质合金基体之间的结合力，所述复合片本体还包括有一层硬质保护层3，该硬质保护层3处于复合片本体的下部，其磨耗比与硬质扇形块2-1的磨耗比相同。硬质保护层3的上表面与硬质扇形块2-1和软质扇形块2-2构成的下表面相结合，硬质保护层3的下表面与硬质合金基体上端面相连。硬质保护层3与硬质合金基体结合面可以均为平面；或在两者的结合面上相互配合的设有凹陷和凸起，形成带有凹槽、小孔或凹坑等的非规则面。 

Claims (9)

1.高速聚晶金刚石复合片，包括圆片状的复合片本体，其特征在于：所述复合片本体主要由多块硬质扇形块(2-1)和多块软质扇形块(2-2)复合而成，其中硬质扇形块(2-1)和软质扇形块(2-2)均呈扇形，且两者之间具有不同的磨耗比；多块具有相同圆心和半径的硬质扇形块(2-1)和软质扇形块(2-2)相互间隔设置，共同构成一个完成的圆片；其中两个相邻扇形块之间具有不同的磨耗比，两个相间隔扇形块之间具有相同的磨耗比。

2.根据权利要求1所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述复合片本体还包括有一硬质圆柱块(2-3)；该硬质圆柱块(2-3)呈圆柱状，并位于复合片本体的中央；硬质扇形块(2-1)和软质扇形块(2-2)均环绕该硬质圆柱块(2-3)设置。

3.根据权利要求2所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述硬质圆柱块(2-3)与硬质扇形块(2-1)的磨耗比相同。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：每个硬质扇形块(2-1)和/或每个软质扇形块(2-2)的上表面均呈上凸的弧形，多块硬质扇形块(2-1)和多块软质扇形块(2-2)所构成的上表面形成瓦楞状的弧形端面。

5.根据权利要求4所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述复合片本体的上部还包括有一层软质保护层(1)。

6.根据权利要求5所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：软质保护层(1)的磨耗比小于软质扇形块(2-2)的磨耗比。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述复合片本体的下部还包括有一层硬质保护层(3)。

8.根据权利要求7中任意一项所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：硬质保护层(3)与硬质扇形块(2-1)的磨耗比相同。

9.根据权利要求1所述的高速聚晶金刚石复合片，其特征在于：硬质扇形块(2-1)和软质扇形块(2-2)的磨耗比介于10∶1～10∶9之间。 

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