CN213928250U - 异型齿金刚石复合片和钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种异型齿金刚石复合片和钻头，异型齿金刚石复合片包括沿其轴向依次相连的合金基体和金刚石层，金刚石层包括中央部和环绕在中央部外周的环绕部，在轴向上，中央部相对于环绕部凹陷；环绕部包括沿周向相间设置的多个凸起与多个凹槽，多个凸起与多个凹槽的表面组成连续起伏状的环绕曲面；金刚石层还具有外周斜面，环绕曲面与外周斜面的交汇处形成位于金刚石层外边缘的切削刃。钻头包括异型齿金刚石复合片。凹陷设计的中央部能增大容屑空间且减少干涉，起到快速入刃的效果，减少切屑对切削刃和切削面的影响，提高自锐性。外周斜面改变切削刃的受力角度，提高抗冲击性，避免钻头高速旋转中切削岩石时使边部受损而导致钻头过早失效。

Description

异型齿金刚石复合片和钻头

技术领域

本实用新型涉及超硬复合材料技术领域，具体是涉及一种异型齿金刚石复合片和钻头。

背景技术

聚晶金刚石复合片是由聚晶金刚石微粉与硬质合金基体在高温高压环境下烧结而成，目前，PDC作为超耐磨切削元件广泛应用于石油、天然气钻探等领域。为提高钻探效率，现有一种异型齿金刚石复合片将金刚石层的工作表面设置为沿周向连续起伏的曲面，曲面与外边缘的圆周面的交汇处则构成切削刃。

现有的该种异型齿金刚石复合片存在的问题是，其抗冲击能力较差，钻头高速旋转切削岩石时，切削刃容易受损而过早失效；另外，连续起伏的曲面所在的轴向端部整体处于同一平面而对入刃效果有所影响，且排屑处理能力差而影响自锐效果。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种提高抗冲击能力、入刃效果和自锐效果的异型齿金刚石复合片。

本实用新型的第二目的在于提供一种提高抗冲击能力、入刃效果和自锐效果的钻头。

本实用新型第一目的提供的异型齿金刚石复合片包括沿其轴向依次相连的合金基体和金刚石层，金刚石层包括中央部和环绕在中央部外周的环绕部，在轴向上，中央部相对于环绕部凹陷；中央部具有中央表面，环绕部包括沿金刚石层的周向相间设置的多个凸起与多个凹槽，多个凸起的表面与多个凹槽的表面组成连续起伏状的环绕曲面；金刚石层还具有外周斜面，在异型齿金刚石复合片的径向投影上，沿轴向，外周斜面逐渐向异型齿金刚石复合片的轴心倾斜；环绕曲面与外周斜面的交汇处形成位于金刚石层外边缘的切削刃。

由上述方案可见，凹陷设计的中央部能增大容屑空间能提高排屑能力，并能起到快速入刃的效果，减少切屑对切削刃和切削面的影响，同时也提高了钻齿的自锐性。另外，外周斜面的设置能使切削刃的受力角度改变，提高了切削刃边部的抗衡能力和抗冲击性，避免钻头高速旋转中切削岩石时使边部受损而导致钻头过早失效。

进一步的方案是，中央表面为球冠凸面或球冠凹面。

由上可见，球冠凸面能起到把切削中产生的切屑翻离于切削面，使钻头能一直保持较好的自锐性；而球冠凹面能使切削刃在切削中进一步深入地层，且能把切削中不断产生的切屑以锅底弧式推滑离切削面，使钻头能一直保持较好的自锐性。

另一进一步的方案是，中央表面为平面。

由上可见，此设置既能使切削刃有较大深入地层的空间，又能使中央部具有较强的支撑效果和更较大的排屑空间，进一步减少切屑对切削面的影响，提高切削齿切削的综合能力。

进一步的方案是，凹槽沿金刚石层的径向连通于中央部与金刚石层的外周之间。

由上可见，切屑能从经凹槽进入凹陷的中央部以实现排屑。

进一步的方案是，沿金刚石层的径向，且从异型齿金刚石复合片的轴心到金刚石层的外周的方向上，凸起在轴向上的凸起高度逐渐增大。

更进一步的方案是，沿金刚石层的径向，且从异型齿金刚石复合片的轴心到金刚石层的外周的方向上，凹槽在轴向上的设置高度逐渐增大。

由上可见，凸起越接近切削刃处宽度和高度均越大，从而提高其强度和承受能力，而凹槽的倾斜设置能进一步将切屑引导至中央部。

进一步的方案是，从中央部到金刚石层的外周，凹槽的宽度先减小后增大。

由上可见，此设置使凸起的延伸中部的宽度两侧呈凸弧状，进一步提高其强度和承受能力。

进一步的方案是，在异型齿金刚石复合片的径向投影上，外周斜面与轴向之间的倾斜角在30度至60度之间。

更进一步的方案是，在异型齿金刚石复合片的径向投影上，外周斜面与轴向之间的倾斜角为45度。

由上可见，此设置能进一步提高切削刃的抗冲击性能。

本实用新型第二目的提供的钻头包括异型齿金刚石复合片，异型齿金刚石复合片采用上述的异型齿金刚石复合片。

附图说明

图1为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的结构图。

图2为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的第一剖视图。

图3为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的第二剖视图。

图4为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的轴向视图。

图5为本实用新型异型齿金刚石复合片第二实施例的结构图。

具体实施方式

异型齿金刚石复合片第一实施例

参见图1，图1为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的结构图。异型齿金刚石复合片的外周轮廓呈圆形，异型齿金刚石复合片包括沿其轴向依次相连的合金基体1和金刚石层2，金刚石层2具有位于其背向合金基体1的端部上的中央部21和环绕在中央部21外周的环绕部22，在轴向上，中央部21相对于环绕部22凹陷，即在轴向上，环绕部22的最高处高于中央部21的最高处。

中央部21具有中央表面23，中央表面23为球冠凸面。环绕部22包括沿金刚石层2的周向相间设置的多个凸起221与多个凹槽222，多个凸起221的表面与多个凹槽222的表面组成连续起伏状的环绕曲面24，金刚石层2还具有位于其外周边缘处的外周斜面25，环绕曲面24与外周斜面25的交汇处形成位于金刚石层2外边缘的切削刃29。

再结合图2和图3，图2为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的第一剖视图，第一剖视图为过凸起221的中心线的径向剖视图，图3为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的第二剖视图，第二剖视图为过凹槽223中心线的径向剖视图。从图2可见，在异型齿金刚石复合片的径向投影上，沿轴向，外周斜面25逐渐向异型齿金刚石复合片的轴心100倾斜，且外周斜面25与轴向之间形成倾斜角a，本实施例中，倾斜角a为45度，在其他实施例中，倾斜角a在30度至60度之间。

见图2，凸起221沿金刚石层2的径向延伸于中央部21与金刚石层2的外周200之间，以凸起221与中央部21的交汇处为基准，沿金刚石层2的径向，且从异型齿金刚石复合片的轴心100到金刚石层2的外周200的方向上，凸起221在轴向上的凸起高度h1逐渐增大，且凸起221的最高点高于中央表面23的最高点。

见图3，凹槽222沿金刚石层2的径向连通于中央部21与金刚石层2的外周200之间，以凹槽222与中央部21的交汇处为基准，沿金刚石层2的径向，且从异型齿金刚石复合片的轴心100到金刚石层2的外周200的方向，凹槽222在轴向上的设置高度h2逐渐增大，且凹槽222的最高点低于中央表面23的最高点。

参见图4，图4为本实用新型异型齿金刚石复合片第一实施例的轴向视图。从中央部21到金刚石层2的外周200，凹槽222的宽度先减小后增大，即凹槽222的宽度收窄于其第一延伸中部223，由于凸起221和凹槽222相连，第一延伸中部223的收窄设置下，对应地，凸起221的第二延伸中部224则呈凸弧状。由此可见，凸起221的表面与凹槽222的表面之间的交线并非直线，而是弧线225，弧线225朝凹槽222外拱。其中，凸起221和凹槽222的宽度指各自垂直于其延伸方向(径向)且垂直于异型齿金刚石复合片的轴向的方向上的尺寸。

本实用新型提供的异型齿金刚石复合片具有梅花花瓣状的凸起221，其构成的连续起伏曲线状的切削刃29能提高切削效果，而凹陷设计的中央部21能增大容屑空间且减少干涉，能起到快速入刃的效果，减少切屑对切削刃29和切削面的影响，且中央表面23设为球冠凸面能起到把切削中产生的切屑翻离于切削面，使钻头能一直保持较好的自锐性。外周斜面25的设置能使切削刃29的受力角度改变，提高的切削刃29边部的抗冲击性，避免钻头在高速旋转中切削岩石时边部受损而导致钻头过早失效。

异型齿金刚石复合片第二实施例

参见图5，图5为本实用新型异型齿金刚石复合片第二实施例的结构图。本实施例中，金刚石层3的中央部31具有中央表面310，中央表面310为平面。此设置能中央部31具有更大的排屑空间，也能有效减少切屑切削面的影响。

本实用新型的钻头包括上述的异型齿金刚石复合片，钻头可安装在钻探设备上。

在其他实施例中，中央表面为球冠凹面。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.异型齿金刚石复合片，包括沿其轴向依次相连的合金基体和金刚石层，其特征在于：

所述金刚石层包括中央部和环绕在所述中央部外周的环绕部，在所述轴向上，所述中央部相对于所述环绕部凹陷；

所述中央部具有中央表面，所述环绕部包括沿所述金刚石层的周向相间设置的多个凸起与多个凹槽，多个所述凸起的表面与多个所述凹槽的表面组成连续起伏状的环绕曲面；

所述金刚石层还具有外周斜面，在所述异型齿金刚石复合片的径向投影上，沿所述轴向，所述外周斜面逐渐向所述异型齿金刚石复合片的轴心倾斜；

所述环绕曲面与所述外周斜面的交汇处形成位于所述金刚石层外边缘的切削刃。

2.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述中央表面为球冠凸面。

3.根据权利要求1所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述中央表面为平面。

4.根据权利要求1至3任一项所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述凹槽沿所述金刚石层的径向连通于所述中央部与所述金刚石层的外周之间。

5.根据权利要求1至3任一项所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

沿所述金刚石层的径向，且从所述异型齿金刚石复合片的轴心向所述金刚石层的外周的方向上，所述凸起在所述轴向上的凸起高度逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

沿所述金刚石层的径向，且从所述异型齿金刚石复合片的轴心向所述金刚石层的外周的方向上，所述凹槽在所述轴向上的设置高度逐渐增大。

7.根据权利要求1至3任一项所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

从所述中央部到所述金刚石层的外周，所述凹槽的宽度先减小后增大。

8.根据权利要求1至3任一项所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

在所述异型齿金刚石复合片的径向投影上，所述外周斜面与所述轴向之间的倾斜角在30度至60度之间。

9.根据权利要求8所述的异型齿金刚石复合片，其特征在于：

在所述异型齿金刚石复合片的径向投影上，所述外周斜面与所述轴向之间的倾斜角为45度。

10.钻头，包括异型齿金刚石复合片，其特征在于：

所述异型齿金刚石复合片采用上述权利要求1至9任一项所述的异型齿金刚石复合片。

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