CN213478227U - 金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金刚石复合片及钻头。金刚石复合片包括：硬质合金基体以及固设在硬质合金基体端部的金刚石层；所述金刚石层包括下切削层和上切削层，所述上切削层在下切削层上的投影形状为星形，星形上切削层的角部构成上切削刃，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形。在使用时上下两层均能起到切削作用，有助于提升复合片的切削能力，而且上切削层整体为星形结构，并采用星形结构的角部作为上切削刃，这样在保证整个星形上切削层具有可靠的结构强度的前提下，提高了上切削刃的锋利度，提高了复合片的破岩效果；再者，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形，能够减少崩刃的发生，提高上切削刃的使用寿命。

Description

金刚石复合片及钻头

技术领域

本实用新型涉及金刚石钻头领域，尤其涉及一种金刚石复合片及钻头。

背景技术

PDC钻头依靠安装在钻头体上的聚晶金刚石复合片切削地层，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。

传统的金刚石复合片的硬质合金基体一般为圆柱状结构，金刚石层整体为厚度较薄的圆柱层，主要由金刚石微粉通过高温高压成型工艺形成烧结体而固结在柱状硬质合金基体的端面上。在使用时，通过金刚石层的外周边缘作为切削刃对岩层进行刮削。但是随着钻采条件愈发苛刻，这种传统的平面结构的金刚石复合片逐渐表现出耐磨性差、破岩能力差、使用寿命短、钻进效率低等缺点，给钻采作业的施工成本和效率造成很大影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金刚石复合片，用以解决传统的平行结构的金刚石复合片破岩能力差、钻进效率低的问题。同时，本实用新型的目的还在于提供一种钻头，用以解决现有的钻头钻进效率低的问题。

本实用新型的金刚石复合片包括：

硬质合金基体以及固设在硬质合金基体端部的金刚石层；

所述金刚石层包括下切削层和上切削层，所述上切削层在下切削层上的投影形状为星形，星形上切削层的角部构成上切削刃，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形。

本实用新型的复合片的金刚石层包含上、下切削层，在使用时上下两层均能起到切削作用，有助于提升复合片的切削能力，而且上切削层整体为星形结构，并采用星形结构的角部作为上切削刃，这样在保证整个星形上切削层具有可靠的结构强度的前提下，提高了上切削刃的锋利度，提高了复合片的破岩效果；再者，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形，这样不仅有利于下切削层产生的岩屑流动，而且岩层传递到角部的冲击力会随着弧形轮廓而不断改变传力方向并传递到星形上切削层的中部主体位置，这样能够减少崩刃的发生，提高上切削刃的使用寿命。

进一步的，所述上切削层整体为从下切削层上突出的凸台结构。这样上切削层的结构整体性较好，抗冲击能力较强，而且加工成型较为方便。

作为一种优化的方案，所述凸台结构的上表面为平面结构。这样的结构形式模具成本较低，制造成本低。

作为另一种优化的方案，所述凸台结构的上表面包括中部平面以及对应于星形角部的角部上表面，所述角部上表面具有沿角的伸出方向延伸的脊以及处于脊两侧的倾斜下坡面。这样能够进一步提高上切削刃的锋利程度，提高破岩能力。

更进一步的优化，所述脊为平面脊，这样能够减少脊顶磨损开裂的问题发生，在保证上切削刃的锋利度的同时，避免崩刃。

或者进一步的优化，所述脊从内向外逐渐降低。由于复合片在使用时以一定倾角的姿态切削岩层，将脊设置为倾斜延伸的结构形式，能够与使用时的姿态尽可能的吻合，避免在切削过程中角部直接顶切岩层而局部受力过大进而崩坏，保证上切削刃的使用寿命。

而且，作为一种不同角度的优化方案，星形上切削层的角的两弧形轮廓向相背侧凸出。这样的形状使角部整体具有较大的宽度，上切削刃抗冲击能力较强，而且随着上切削刃在其伸出方向上的磨损，仍能够保持一定的锋锐程度。

可选择的，所述上切削层为三角星形或四角星形或五角星形或六角星形。

此外，星形上切削层的角延伸到下切削层的边缘位置。这样的结构使得在切削时，上切削层不需要很大的高度就能够有较多的吃入量，上切削层不易磨损且破岩效果较好。

本实用新型的钻头包括钻头基体以及安装在钻头基体上的金刚石复合片，所述金刚石复合片为金刚石复合片；

具体的，金刚石复合片包括：

硬质合金基体以及固设在硬质合金基体端部的金刚石层；

所述金刚石层包括下切削层和上切削层，所述上切削层在下切削层上的投影形状为星形，星形上切削层的角部构成上切削刃，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形。

本实用新型的钻头的金刚石复合片的金刚石层包含上、下切削层，在使用时上下两层均能起到切削作用，有助于提升复合片的切削能力，而且上切削层整体为星形结构，并采用星形结构的角部作为上切削刃，这样在保证整个星形上切削层具有可靠的结构强度的前提下，提高了上切削刃的锋利度，提高了复合片的破岩效果；再者，星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形，这样不仅有利于下切削层产生的岩屑流动，而且岩层传递到角部的冲击力会随着弧形轮廓而不断改变传力方向并传递到星形上切削层的中部主体位置，这样能够减少崩刃的发生，提高上切削刃的使用寿命。整体上使得钻头的钻进效率大大提高，使用寿命大大延长。

进一步的，所述上切削层整体为从下切削层上突出的凸台结构。这样上切削层的结构整体性较好，抗冲击能力较强，而且加工成型较为方便。

作为一种优化的方案，所述凸台结构的上表面为平面结构。这样的结构形式模具成本较低，制造成本低。

作为另一种优化的方案，所述凸台结构的上表面包括中部平面以及对应于星形角部的角部上表面，所述角部上表面具有沿角的伸出方向延伸的脊以及处于脊两侧的倾斜下坡面。这样能够进一步提高上切削刃的锋利程度，提高破岩能力。

更进一步的优化，所述脊为平面脊，这样能够减少脊顶磨损开裂的问题发生，在保证上切削刃的锋利度的同时，避免崩刃。

或者进一步的优化，所述脊从内向外逐渐降低。由于复合片在使用时以一定倾角的姿态切削岩层，将脊设置为倾斜延伸的结构形式，能够与使用时的姿态尽可能的吻合，避免在切削过程中角部直接顶切岩层而局部受力过大进而崩坏，保证上切削刃的使用寿命。

而且，作为一种不同角度的优化方案，星形上切削层的角的两弧形轮廓向相背侧凸出。这样的形状使角部整体具有较大的宽度，上切削刃抗冲击能力较强，而且随着上切削刃在其伸出方向上的磨损，仍能够保持一定的锋锐程度。

可选择的，所述上切削层为三角星形或四角星形或五角星形或六角星形。

此外，星形上切削层的角延伸到下切削层的边缘位置。这样的结构使得在切削时，上切削层不需要很大的高度就能够有较多的吃入量，上切削层不易磨损且破岩效果较好。

附图说明

图1为本实用新型的金刚石复合片的实施例一的立体图；

图2为图1所示的金刚石复合片的主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为本实用新型的金刚石复合片的实施例二的立体图；

图5为图4所示的金刚石复合片的俯视图；

图6为本实用新型的金刚石复合片的实施例三的立体图；

图7为图6所示的金刚石复合片的俯视图；

图8为本实用新型的金刚石复合片的实施例四的立体图；

图9为本实用新型的金刚石复合片的实施例五的立体图。

图1中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃；211-弧形轮廓。

图2中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃。

图3中：1-硬质合金基体；20-下切削层；200-下切削刃；21-上切削层；210-上切削刃；211-弧形轮廓；2101-倾斜下坡面；2102-平面脊。

图4中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃。

图5中：20-下切削层；200-下切削刃；21-上切削层；210-上切削刃；2101-倾斜下坡面。

图6中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃。

图7中：20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃；211-弧形轮廓。

图8中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃；211-弧形轮廓。

图9中：1-硬质合金基体；20-下切削层；21-上切削层；210-上切削刃；211-弧形轮廓。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型的金刚石复合片的具体实施例一：

如图1-3所示，本实施例的金刚石复合片包括圆柱状的硬质合金基体1以及固结于其一端端面的聚晶金刚石层，硬质合金基体1用于固定安装在钻头基体上的安装槽内，实现与钻头基体的固连，聚晶金刚石层作为超硬层，用于切削地层。

其中，聚晶金刚石层为包括下切削层20和上切削层21的双层结构。下切削层20现有的复合片的金刚石层结构类似，整体上为与硬质合金基体直径相同的圆柱状薄层结构，上切削层21整体为从下切削层上突出的凸台结构，凸出下切削层20的上表面有一定高度。从垂直于下切削层20上表面的方向看上切削层21的形状，即上切削层21在下切削层20的投影形状为正三角的三角星形，三角星形上切削层21的角部外延至下切削层20的边缘，上切削层21通过其角部形成上切削刃210，下切削层20的处于星形上切削层的角部两侧的外缘形成下切削刃200。

本实施例的这种双层切削层的复合片，通过上下两层对岩层进行切削，提升了复合片的切削能力，采用星形上层的角部作为切削刃，在保证整个上层具有可靠的结构强度的前提下，还提高了上切削刃的锋利程度，提升了复合片的破岩效果。在一角使用一段时间而磨损后，通过改变复合片在钻头基体上的安装角度，能够通过其他角作为上切削刃继续使用，使用寿命长。

而且，从图1、3中可以较为明显的看出，上切削层21的角部两侧轮廓均为弧形轮廓211，且弧形轮廓211向相背侧凸出，这样整体上使构成上切削刃的角部呈抛物线形。这样的结构形式，使上切削刃的外端部被内侧逐渐增宽的部分所支撑，具有较高的结构强度；平滑弧线轮廓，也便于下切削层切削过程中岩屑的流动排出；而且随着上切削刃在径向上被磨损，上切削刃的能够起到有效切削部位的宽度并不会随着径向磨损长度而等比例增大，这在一定程度上也保证了上切削刃的锋锐程度。

更具体的，上切削层的上表面也有特殊的结构特点而对本实施例的复合片的使用效果起到较好的作用。如图1-2所示，上切削层21的上表面包括大致呈三角形的中部平面以及对应于星形角部的角部上表面，角部上表面具有从三角形的中部平面的尖角位置沿星形结构的角的伸出方向延伸的脊，以及处于脊两侧的倾斜下坡面。本实施例中，脊为平面脊2102，倾斜下坡面2101从平面脊2102的宽度方向的两侧倾斜向下延伸。而且，平面脊2102在其长度方向上，即沿星形上切削层的角伸出的方向上，从复合片的内侧向外逐渐降低而靠近下切削层20，进而避免在切削过程中构成上切削刃的角部直接顶切岩层而局部受力过大造成崩坏，保证了上切削刃的使用寿命。

通过对上述的金刚石复合片的实施例一的介绍可知，本实用新型的金刚石复合片破岩效果较强、切削效率高，而且切削刃不易崩坏，使用寿命长。当然，本实用新型的金刚石复合片并不仅限于上述介绍的实施例，以下还提供了几种其他基于本实用新型的设计构思的变形方式。

如图4-5所示的金刚石复合片的实施例二，与上述介绍的金刚石复合片的实施例一结构相类似，其区别之处在于，上切削层21的角部上表面上成型的脊为尖顶脊，角部上表面由在角部的宽度方向上对称、且在中部交汇的两倾斜下坡面2101构成，两倾斜下坡面2101交汇处构成所述的尖顶脊。本实施例的金刚石复合片的上切削刃210更加锋利，破岩效果更好。

如图6-7所示的金刚石复合片的实施例三，与上述介绍的金刚石复合片的实施例一的结构类似，其区别之处在于，三角星形的上切削层21的上表面整体为平面结构，这样的结构形式模具成本较低，制造成本低。当然，类似的，如图8、9所示的金刚石复合片的实施例四和实施例五，与金刚石复合片的实施例三不同的是，上切削层21在下切削层20上的投影形状分别为正四角星形和正六角星形。暂未有图纸展示的其他实施例中，上切削层在下切削层上的投影形状还可以为正五角星形。本实用新型并不具体限定星形上切削层的角数，具体可根据实际需要设计即可。

此外，区别于上切削层采用整体的凸台结构，在其他实施例中，上切削层还可以有从下切削层上凸起的大量的小凸起共同形成，这些小凸起密集排布并形成星形上切削层；或者区别于星形上切削层的角部弧形轮廓的形式，在其他实施例中，星形上切削层的角度两侧的弧形轮廓可以向相向的方向凸出，这样能够形成更加尖利的上切削刃；再或者，区别于星形上切削层角部的位置，在其他实施例中，星形上切削层的角部可以处于下切削层的边缘之内；再或者，区别于上切削层在下切削层上的投影形状为正多角星形，在其他实施例中，上切削层在下切削层上的投影形状可以为不规则的星形。

以上所列举的实施例中，金刚石层均为仅包括上、下切削层的双层结构，下切削层均直接与硬质合金基体固结，在其他实施例中，金刚石层还可以为三层结构，上切削层为处于金刚石层顶部的一层，下切削层为与上切削层紧挨的一层，下切削层的下侧还设有直接与硬质合金基体固结的一层金刚石层。

本实用新型的钻头的具体实施例：包括钻头基体，钻头基体上设有多个安装槽，安装槽中安装有金刚石复合片，其中金刚石复合片的具体结构可以与上文介绍的各种金刚石复合片的实施例的结构相同，本文不再详细描述。

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

Claims (10)

1.一种金刚石复合片，包括：

硬质合金基体（1）以及固设在硬质合金基体（1）端部的金刚石层；

其特征是，

所述金刚石层包括下切削层（20）和上切削层（21），所述上切削层（21）在下切削层（20）上的投影形状为星形，星形上切削层的角部构成上切削刃（210），星形上切削层的角的两侧轮廓均为弧形。

2.根据权利要求1所述的金刚石复合片，其特征是，所述上切削层（21）整体为从下切削层上突出的凸台结构。

3.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征是，所述凸台结构的上表面为平面结构。

4.根据权利要求2所述的金刚石复合片，其特征是，所述凸台结构的上表面包括中部平面以及对应于星形角部的角部上表面，所述角部上表面具有沿角的伸出方向延伸的脊以及处于脊两侧的倾斜下坡面（2101）。

5.根据权利要求4所述的金刚石复合片，其特征是，所述脊为平面脊（2102）。

6.根据权利要求4所述的金刚石复合片，其特征是，所述脊从内向外逐渐降低。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的金刚石复合片，其特征是，星形上切削层的角的两弧形轮廓向相背侧凸出。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的金刚石复合片，其特征是，所述上切削层（21）为三角星形或四角星形或五角星形或六角星形。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的金刚石复合片，其特征是，星形上切削层的角延伸到下切削层（20）的边缘位置。

10.一种钻头，包括钻头基体以及安装在钻头基体上的金刚石复合片，其特征是：所述金刚石复合片为权利要求1-9任意一项所述的金刚石复合片。

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