CN212508094U - 具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，包括齿柱和齿冠，所述齿冠由柱形冠基和对应设置的两个楔面及齿顶面组成，两个楔面从齿冠边缘两侧延伸至上端与齿顶面交汇形成齿顶面，其特征在于所述的齿顶面为一个中部拱起的带状平滑曲面或弧面，所述带状平滑曲面或弧面的两端与齿冠边缘相交。本实用新型与岩石的接触面积小，切削效率高。齿主切削刃是直线或接近于直线，在与岩石接触时，切削刃上的接触应力低，既降低了切削刃局部破碎的几率，又减轻了切削刃的磨损。齿顶面是平滑舒展的曲面，降低了本实用新型在压制过程中齿顶面的残余应力，降低了本实用新型发生整体突变性破裂的几率，抗渐进性崩片和抗突变性破裂能力强。

Description

具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油、天然气和地质钻井PDC钻头等工具上的金刚石复合片，具体涉及一种具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片是钻井工具领域特别是PDC产品的切削元件，传统的切削元件一般为圆形，它是由厚度为2～3mm的聚晶金刚石层和硬质合金基体通过高温高压条件压制而成。圆形复合片与岩石接触并切削岩石时，切削刃长度长，切削阻力大，钻头上的扭矩大，当遇到不均质的岩石时，会引起钻头的扭矩大幅波动，从而引起钻头及钻柱产生剧烈的扭转振动，进而引起复合片突变性破裂。而岩石的不均质性是普遍性的，因此以圆形复合片为切削元件的PDC钻头产生突变性破裂也是普遍性的。

针对圆性复合片易发生突变性破裂的缺点，专利CN201520471001.4公开了一种呈屋脊状的低切削阻力曲面结构聚晶金刚石复合片，这种屋脊状金刚石复合片能大幅度降低切削阻力，降低钻头上的切削扭矩。但由于屋脊的形状实质上是一个直径很小的圆柱面，当曲率半径很小的屋脊接触并切削岩石时，屋脊与岩石的接触应力高，一方面导致接触部位易发生局部破碎，从而引发渐进性崩片，另一方面，会加剧屋脊的磨损。由于屋脊的横向截面线的曲率半径小，导致在压制造过程中，屋脊及附近区域会存在很高的残余应力，导致其易发生整体突变性破裂。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，切削效率高，抗渐进性崩片能力强，且能有效降低金刚石层内的残余拉应力。

本实用新型为解决上述存在的问题所提出的技术方案为：包括齿柱和齿冠，所述齿冠由柱形冠基和对应设置的两个楔面及齿顶面组成，两个楔面从齿冠边缘两侧延伸至上端与齿顶面交汇形成齿顶面，其特征在于所述的齿顶面为一个中部拱起的带状平滑曲面或弧面，所述带状平滑曲面或弧面的两端与齿冠边缘相交。

按上述方案，所述的带状平滑曲面过齿柱中心线的纵向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于50mm，所述带状平滑曲面的横向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于100mm。

按上述方案，所述的带状平滑弧面过齿柱中心线的纵向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于50mm，所述带状平滑曲面的横向截面线为直线。

按上述方案，所述的纵向截面线为弧线的曲率半径为100～150mm。

按上述方案，所述的齿顶面的宽度为2～10mm。

按上述方案，所述的楔面为平滑曲面，且两个楔面相对称。

按上述方案，所述的楔面与齿冠底面的夹角θ为5～45°。

按上述方案，所述的楔面上端通过圆弧面与齿顶面相交。

按上述方案，所述的齿柱横截面为圆形或椭圆形。

按上述方案，所述的齿柱和部分齿冠为硬质合金基体，齿冠表面覆有聚晶金刚石层。

按上述方案，所述的齿冠与齿柱通过钎焊方式或压制及高温高压烧结等方式连接为一体。

本实用新型用作PDC钻头的切削元件时，以齿顶面一端切削岩石。齿顶面切削岩石的这一端的边界线为主切削刃；齿顶面的横向宽度，为切削刃的长度。随这复合片的磨损，切削刃内移其长度不变。

本实用新型的有益效果在于：1、与岩石的接触面积小，切削效率高。2、齿主切削刃是直线或接近于直线，在与岩石接触时，切削刃上的接触应力低，既降低了切削刃局部破碎的几率，又减轻了切削刃的磨损。3、由于齿顶面的纵向截面线和横向截面线的曲率半径均较大，齿顶面是平滑舒展的曲面，降低了本实用新型在压制过程中齿顶面的残余应力，降低了本实用新型发生整体突变性破裂的几率，抗渐进性崩片和抗突变性破裂能力强。

附图说明

图1为本实用新型第一个实施例的立体图。

图2为图1的A向视图。

图3为图1的B向视图。

图4为图3的C-C剖面立体图。

图5为图3的D-D剖面立体图。

图6为本实用新型第一个实施例磨损后的立体图。

图7为本实用新型第二个实施例的立体图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

包括齿柱和齿冠，所述齿冠由柱形冠基和对应设置的两个楔面及齿顶面组成，两个楔面从齿冠边缘两侧延伸至上端与齿顶面交汇形成齿顶面，所述的齿顶面为一个中部拱起的带状平滑曲面或弧面，所述带状平滑曲面或弧面的两端与齿冠边缘相交。

第一个实施例如图1至6所示，包括齿冠1和齿柱2，所述齿冠1由圆柱形冠基3和两侧对应设置的两个楔面5及齿顶面6组成，两个楔面从齿冠下部边缘两侧延伸至上端与齿顶面交汇形成齿顶面6，所述的齿顶面为一个中部拱起的带状平滑弧面，所述带状平滑弧面的两端与齿冠边缘相交。齿顶面两端有两条横向交线4，两侧有两条纵向交线7。由垂直于齿冠3的底面且平行于横向交线4的平面（例如图3中的C-C剖面）切开齿顶面6，得到的交线就是横向截面线8；由垂直于齿冠3的底面且平行于横向边界线7并过齿柱中心线的的平面（例如图3中的D-D剖面）切开齿顶面6，得到的交线就是纵向截面线9；所述的齿顶面的纵向边界线7为圆弧，圆弧半径为100～150mm；所述的齿顶面的横向边面线4为曲率半径很大的曲线，曲率半径大于150mm，近似于直线；所述的齿顶面的纵向截面线9为圆弧，圆弧半径为100～150mm，所述的齿顶面的横向截面线8为直线。所述的齿顶面的宽度为3～8mm。所述的楔面为平面或平滑曲面，且两个楔面相对称，所述的楔面与齿冠底面的夹角θ为15°～35°，齿柱为圆柱形，直径为8～40㎜。所述的齿柱和部分齿冠为硬质合金基体，齿冠表面覆有聚晶金刚石层。

齿顶面6的一条横向交线4就是初始切削刃。由于楔面交汇形成齿顶面，横向边界线长度较短，本实用新型与地层的接触面积小，易吃入地层，切削效率高。

如图6，当本实用新型第一个实施例磨损后，形成有一个磨损斜面11，其切削刃10位于斜面的上端的齿顶面相交处仍是一条曲率半径无穷大的直线。因此，无论是未磨损前，还是已磨损后，当本实用新型第一个实施例的切削刃上的接触应力较低，不易发生局部破碎，磨损速度较慢。

本实用新型第二个实施例如图7所示。与第一个实施例的主要不同之处在于，所述的楔面上端通过圆弧面17与齿顶面相交。

Claims (10)

1.一种具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，包括齿柱和齿冠，所述齿冠由柱形冠基和对应设置的两个楔面及齿顶面组成，两个楔面从齿冠边缘两侧延伸至上端与齿顶面交汇形成齿顶面，其特征在于，所述的齿顶面为一个中部拱起的带状平滑曲面或弧面，所述带状平滑曲面或弧面的两端与齿冠边缘相交。

2.按权利要求1所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的带状平滑曲面过齿柱中心线的纵向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于50mm，所述带状平滑曲面的横向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于100mm。

3.按权利要求1所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的带状平滑弧面过齿柱中心线的纵向截面线为弧线，所述弧线的曲率半径大于或等于50mm，所述带状平滑曲面的横向截面线为直线。

4.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的纵向截面线为弧线的曲率半径为100～150mm。

5.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的齿顶面的宽度为2～10mm。

6.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的楔面为平滑曲面，且两个楔面相对称。

7.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的楔面与齿冠底面的夹角θ为5～45°。

8.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的楔面上端通过圆弧面与齿顶面相交。

9.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的齿柱横截面为圆形或椭圆形。

10.按权利要求2或3所述的具有平滑齿顶面的斧形金刚石复合片，其特征在于，所述的齿柱和部分齿冠为硬质合金基体，齿冠表面覆有聚晶金刚石层。

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