CN213478233U - 顶部多齿的金刚石复合片及钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种顶部多齿的金刚石复合片及钻头。具体的，顶部多齿的金刚石复合片包括：硬质合金基体及金刚石层；所述金刚石层包含上切削层和下切削层；上切削层具有一个或两个以上切削部位，复合片在使用时通过其中一个切削部位进行切削；下切削层上设有多个离散的凸台，一个切削部位包括两个以上凸台，所述凸台靠近外侧的边缘形成切削刃，相邻凸台之间形成排屑通道。通过设置在下切削层上的离散分布的凸台形成上切削层的切削部位，且上切削层的同一个切削部位包括两个以上切削刃，这样即使上切削层的一个切削部位中，有其中某个切削刃发生崩刃，其与切削刃仍能够起到切削破岩作用，延长了上切削层的使用寿命。

Description

顶部多齿的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，尤其涉及一种顶部多齿的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。

随着钻采条件愈发苛刻，传统的平面结构复合片耐磨性差、破岩能力差、使用寿命短、钻进效率低等缺点逐渐显现，针对此问题，非平面齿复合片的开发应用取得了较好的效果。如公告号为US006045440A的美国专利公开的一种复合片，其硬质合金基体的端面上有金刚石层，其金刚石层又分为上下两层，下层整体为圆柱型，上层呈截面类似三角形的棱柱。使用时，上层的棱角位置构成切削刃，下层的与棱角位置对应的外缘构成切削刃，从而实现双层切削，提高了切削破岩效果。但是上面介绍的这种复合片在使用时，上层棱柱的由棱角构成的切削刃在受到较大冲击力时容易崩刃损坏，使得整个上层无法起到切削作用；而且实际使用中发现，这种上层单一的切削刃对破岩能力的提升十分有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种顶部多齿的金刚石复合片，用以解决现有的金刚石复合片上层切削能力不足、易损坏的问题。同时，本实用新型还提供了一种使用上述顶部多齿的金刚石复合片的钻头。

本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片包括：

硬质合金基体及设于硬质合金基体端部的金刚石层；

所述金刚石层包含上切削层和下切削层；

上切削层处于金刚石层的顶部，下切削层紧邻上切削层并处于其下侧；

上切削层具有一个或两个以上切削部位，复合片在使用时通过其中一个切削部位进行切削；

下切削层上设有多个离散的凸台，一个切削部位包括两个以上凸台，所述凸台靠近外侧的边缘形成切削刃，相邻凸台之间形成排屑通道。

本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片通过设置在下切削层上的离散分布的凸台形成上切削层的切削部位，且上切削层的同一个切削部位包括两个以上切削刃，这样不仅提升了上切削层的切削破岩能力，而且即使上切削层的一个切削部位中，有其中某个切削刃发生崩刃，其与切削刃仍能够起到切削破岩作用，延长了上切削层的使用寿命。此外，相邻凸台之间形成的排屑通道提高了复合片在切削过程中的排屑能力，也利于复合片的散热，整体上提升了复合片的使用性能。

进一步的，所述凸台具有棱边，所述切削刃由凸台的棱角构成。这样在保证切削刃的锋利程度的同时，通过凸台结构提高了切削刃的结构强度，不易崩刃，延长了上切削层的使用寿命。

更进一步的，所述凸台为三棱柱结构。三棱柱结构的凸台，其中一个棱角构成切削刃，凸台的处于切削刃一侧逐渐增宽的部分能够保证切削刃具有较高的结构强度，而且倾斜的棱柱面也便于岩屑在排屑通道中流动。

作为一种优化的方案，所述切削刃靠近下切削层的边缘设置，这样使得切削刃的侧面与下切削层之间平滑连接，便于岩屑从切削刃的后侧流过，而且这样的结构设计也使复合片的结构较为简单，降低制造成本。

进一步的，同一切削部位的多个凸台中，处于周向两侧的凸台的切削刃高于处于中部位置的凸台的切削刃，而使同一切削部位的多个凸台上的切削刃能够同时开始切削，在一定程度上提高了切削效率。

更进一步的，同一切削部位的多个凸台中，处于周向两侧的凸台呈上翘结构使其切削刃高于处于中部位置的凸台的切削刃。在设计复合片的尺寸时，根据复合片使用时的切削倾角计算得到各切削刃的高度，在制造时直接抬高周向两侧的切削刃的高度即可，设计制造比较方便。

作为另一种优化的方案，上切削层包含两个切削部位，且两个切削部位在下切削层上对称设置，各切削部位处包含有三个凸台。设置两个切削部位且每个切削部位包含三个凸台，这样使得每个切削部位有足够的切削范围，而且每个切削部位所包含的切削刃可能具有更大的尺寸，使每个切削刃都具有一定的抗冲击能力，保证了上切削层的切削能力。

作为另一种优化的方案，同一个切削部位的两个以上凸台平行并列布置，以使同一个切削部位的两个以上切削刃的朝向一致。这样同一个切削部位的各个切削刃在切削时，岩屑流动的方向能够保持一致，便于岩屑流过，有助于提升排屑能力。

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顶部多齿的金刚石复合片；

顶部多齿的金刚石复合片包括：

硬质合金基体及设于硬质合金基体端部的金刚石层；

所述金刚石层包含上切削层和下切削层；

上切削层处于金刚石层的顶部，下切削层紧邻上切削层并处于其下侧；

上切削层具有一个或两个以上切削部位，复合片在使用时通过其中一个切削部位进行切削；

下切削层上设有多个离散的凸台，一个切削部位包括两个以上凸台，所述凸台靠近外侧的边缘形成切削刃，相邻凸台之间形成排屑通道。

本实用新型的钻头上安装的顶部多齿的金刚石复合片，通过设置在下切削层上的离散分布的凸台形成上切削层的切削部位，且上切削层的同一个切削部位包括两个以上切削刃，这样不仅提升了上切削层的切削破岩能力，而且即使上切削层的一个切削部位中，有其中某个切削刃发生崩刃，其与切削刃仍能够起到切削破岩作用，延长了上切削层的使用寿命。此外，相邻凸台之间形成的排屑通道提高了复合片在切削过程中的排屑能力，也利于复合片的散热，整体上提升了复合片的使用性能，进而提高了钻头的钻进效率和使用寿命。

进一步的，所述凸台具有棱边，所述切削刃由凸台的棱角构成。这样在保证切削刃的锋利程度的同时，通过凸台结构提高了切削刃的结构强度，不易崩刃，延长了上切削层的使用寿命。

更进一步的，所述凸台为三棱柱结构。三棱柱结构的凸台，其中一个棱角构成切削刃，凸台的处于切削刃一侧逐渐增宽的部分能够保证切削刃具有较高的结构强度，而且倾斜的棱柱面也便于岩屑在排屑通道中流动。

作为一种优化的方案，所述切削刃靠近下切削层的边缘设置，这样使得切削刃的侧面与下切削层之间平滑连接，便于岩屑从切削刃的后侧流过，而且这样的结构设计也使复合片的结构较为简单，降低制造成本。

进一步的，同一切削部位的多个凸台中，处于周向两侧的凸台的切削刃高于处于中部位置的凸台的切削刃，而使同一切削部位的多个凸台上的切削刃能够同时开始切削，在一定程度上提高了切削效率。

更进一步的，同一切削部位的多个凸台中，处于周向两侧的凸台呈上翘结构使其切削刃高于处于中部位置的凸台的切削刃。在设计复合片的尺寸时，根据复合片使用时的切削倾角计算得到各切削刃的高度，在制造时直接抬高周向两侧的切削刃的高度即可，设计制造比较方便。

作为另一种优化的方案，上切削层包含两个切削部位，且两个切削部位在下切削层上对称设置，各切削部位处包含有三个凸台。设置两个切削部位且每个切削部位包含三个凸台，这样使得每个切削部位有足够的切削范围，而且每个切削部位所包含的切削刃可能具有更大的尺寸，使每个切削刃都具有一定的抗冲击能力，保证了上切削层的切削能力。

作为另一种优化的方案，同一个切削部位的两个以上凸台平行并列布置，以使同一个切削部位的两个以上切削刃的朝向一致。这样同一个切削部位的各个切削刃在切削时，岩屑流动的方向能够保持一致，便于岩屑流过，有助于提升排屑能力。

附图说明

图1为本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片的实施例一的结构示意图；

图2为图1所示的顶部多齿的金刚石复合片的端面结构示意图；

图3为本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片的实施例二的端面结构示意图。

图1中：1-硬质合金基体；2-金刚石层；20-下层切削刃；21-凸台。

图2中：2-金刚石层；20-下层切削刃；21-凸台。

图3中：2-金刚石层；20-下层切削刃；21-凸台。

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。

本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片的具体实施例一：

如图1-2所示，本实施例的顶部多齿的金刚石复合片包括圆柱形的硬质合金基体1以及处于硬质合金基体1一端端面上的金刚石层2，金刚石层2包括与硬质合金基体1直接相接的圆柱层以及设于圆柱层端面的多个离散布置的凸台。复合片在使用时，圆柱层通过其弧形外缘对岩层进行切削，因此圆柱层构成下切削层，其弧形外缘为下层切削刃20。

多个凸台在金刚石层2上的布置形式具有一定的规律，如图2所示，金刚石层2上设置有6个凸台21，6个凸台21分为两组，每组3个，且两组凸台21在金刚石层2上左右对称（以图2所示方位为准）布置，从而形成两个切削部位。复合片根据其在钻头基体上的安装方位，能够使两个切削部位中的一个朝向岩层，并通过该切削部位所包含的凸台的朝向岩层的边缘对岩层进行切削，而且在一个切削部位磨损后，可以改变复合片在钻头基体上的安装方位，再使用另一个切削部位进行切削。各凸台就形成了处于圆柱层2上侧的上切削层。

而且通过以上的介绍可知，上切削层所包含的两个切削部位中，每一个切削部位均包含有3各凸台21，3个凸台21的用于切削的边缘构成上层切削刃，这样每一个切削部位具有多个切削刃，提升了上切削层的切削破岩能力，而且即使上切削层的一个切削部位中，有其中某个切削刃发生崩刃，其与切削刃仍能够起到切削破岩作用，延长了上切削层的使用寿命。

此外，各凸台离散布置，还使得相邻凸台之间形成排屑通道，而且各个排屑通道相互连通。为下切削层切削产生的岩屑的排出提供了很大的便利，避免钻头发生泥包。

更具体的，从图1-2中还可以明显的看出，凸台21为三棱柱结构，且其中一个棱边与圆柱层的外周面相平齐，上层切削刃正是由该棱边所对应的棱角构成。凸台之所以采用三棱柱结构，并采用棱角做为切削刃，能够在保证切削刃的锋利程度的同时，通过凸台的处于切削刃一侧逐渐增宽的部分提高切削刃的结构强度，不易崩刃，延长了上切削层的使用寿命。当然，在其他实施例中，凸台的截面也可以为四边形、正六边形或者水滴形，通过多边形的棱角或者水滴形的尖角构成上层切削刃。甚至在其他实施方式中，凸台的截面还可以为椭圆形、梭形或者圆形等形状。

本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片通过设置在下切削层上的离散分布的凸台形成上切削层的切削部位，且上切削层的同一个切削部位包括两个以上切削刃，这样不仅提升了上切削层的切削破岩能力，而且即使上切削层的一个切削部位中，有其中某个切削刃发生崩刃，其与切削刃仍能够起到切削破岩作用，延长了上切削层的使用寿命。

当然，本实用新型的顶部多齿的金刚石复合片并不仅限上文介绍的实施例，在本实用新型的设计构思之内，以下还提供了几种顶部多齿的金刚石复合片的变形。

在其他实施例中，如图3所示，其整体结构与上文介绍的顶部多齿的金刚石复合片的结构相似，不同之处在于，形成同一个切削部位的3个切削刃的凸台21平行并列布置，即，使得各凸台的对应棱角的朝向一致，进而使得3个凸台的切削刃的朝向一致。这样同一个切削部位的3个切削刃在切削时，岩屑流动的方向保持一致，便于岩屑流过，有助于提升排屑能力。

或者在其他实施例中，与上文介绍的顶部多齿的金刚石复合片结构不同的是，同一切削部位的3个凸台中，在周向上处于两侧的切削刃距离圆柱层的高度高于处于中部位置的切削刃距离圆柱层的高度，这样能够使同一切削部位的3个切削刃能够同时开始切削，在一定程度上提高了切削效率。在具体设计和制造时，可以使处于周向两侧的切削刃呈上翘结构而高于处于中部位置的切削刃，或者使处于中部位置的切削刃呈下倾状而使其低于周向两侧的切削刃，当然也可以使处于周向两侧的切削刃上翘、使处于中部位置的切削刃下倾，以实现不同切削刃之间的高度差。

再或者，在其他实施例中，凸台处于下切削层的外缘以内，即切削刃处于下切削层的边缘之内，这样下切削层在对应于上层切削刃的位置处的边缘同样能够进行切削，在一定程度上提高了切削能力。上切削层也可以具有一个或三个切削部位，当仅有一个切削部位时，该切削部位内可以含有四个沿下切削层的边缘布置的凸台，四个凸台分别形成四个切削刃；当有三个切削部位时，每个切削部位可以含有两个沿下切削层的边缘布置的凸台，两个凸台分别形成两个切削刃。当然，凸台也可以并非为如上文介绍的各种实施例中的柱状结构，还可以为上端尺寸小，下端尺寸大的锥台结构。

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顶部多齿的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 (9)

1.一种顶部多齿的金刚石复合片，包括：

硬质合金基体（1）及设于硬质合金基体（1）端部的金刚石层（2）；

所述金刚石层（2）包含上切削层和下切削层；

其特征是：

上切削层处于金刚石层（2）的顶部，下切削层紧邻上切削层并处于其下侧；

上切削层具有一个或两个以上切削部位，复合片在使用时通过其中一个切削部位进行切削；

下切削层上设有多个离散的凸台（21），一个切削部位包括两个以上凸台（21），凸台（21）靠近外侧的边缘形成切削刃，相邻凸台（21）之间形成排屑通道。

2.根据权利要求1所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，所述凸台（21）具有棱边，所述切削刃由凸台（21）的棱角构成。

3.根据权利要求2所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，所述凸台（21）为三棱柱结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，所述切削刃靠近下切削层的边缘设置。

5.根据权利要求4所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，同一切削部位的多个凸台（21）中，处于周向两侧的凸台（21）的切削刃高于处于中部位置的凸台（21）的切削刃，而使同一切削部位的多个凸台（21）上的切削刃能够同时开始切削。

6.根据权利要求5所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，同一切削部位的多个凸台（21）中，处于周向两侧的凸台（21）呈上翘结构使其切削刃高于处于中部位置的凸台（21）的切削刃。

7.根据权利要求1或2或3所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，上切削层包含两个切削部位，且两个切削部位在下切削层上对称设置，各切削部位处包含有三个凸台（21）。

8.根据权利要求1或2或3所述的顶部多齿的金刚石复合片，其特征是，同一个切削部位的两个以上凸台（21）平行并列布置，以使同一个切削部位的两个以上切削刃的朝向一致。

9.一种钻头，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1-8任意一项所述的顶部多齿的金刚石复合片。

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