CN214247227U - 一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，本实用新型涉及超硬复合材料技术领域。通过聚晶金刚石层顶部的切削刃设置有一个或一个以上，且切削刃的顶部设置为平面或带有SR的弧面，通过聚晶金刚石层顶部的中心至边缘之间设有环状的凸起结构，且连接聚晶金刚石层的顶部，这样使切削刃顶部的圆弧与切削刃两侧的第一平面与第二平面的角度更利于钻头切削地层，改善冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃受到冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，显著提高钻头在井下遇到复杂地层时复合片的抗冲击能力。

Description

一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片

技术领域

本实用新型涉及超硬复合材料技术领域，具体为一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片。

背景技术

聚晶金刚石复合片是通过金刚石微粉和不同牌号硬质合金基托组成的合成块，在超高压、温度条件下烧结而形成的复合体，形成具有接近金刚石的硬度、耐磨性以及兼顾抗冲击性能的复合材料。聚晶金刚石复合片广泛应用于石油、天然气开采、地质勘探等领域。

随着钻井技术的不断发展，钻进地层越来越深，地质条件越来越复杂，对钻头设计及复合片的要求越来越苛刻，往往既要有耐磨性，同时还要兼顾一定或较强的抗冲击性，尤其是在穿越砾石、硬地层时，冲击载荷会大幅增加，为此，本领域的技术人员提出了一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，解决了在井下遇到硬地层、复杂砾石地层时复合片的抗冲击能力与吃入能力不足的问题。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体，所述硬质合金基体的顶部固定连接聚晶金刚石层的底部，所述聚晶金刚石层的顶部固定连接切削刃，所述切削刃呈沿聚晶金刚石层的径向延伸连接，所述切削刃的两侧设有第一连接面和第二连接面，所述第一连接面和第二连接面均至少设置有一个，所述第一连接面和第二连接面通过连接弧或棱的方式连接，所述切削刃顶部设置有第二倒角。

优选的，所述聚晶金刚石层顶部的中心位置有中心平台，所述中心平台的外侧有平面圆台。

优选的，所述聚晶金刚石层顶部的中心至边缘之间设有任意数量环状的凸起结构，且固定连接聚晶金刚石层的顶部。

优选的，所述聚晶金刚石层的顶部形状为平面、弧面以及凹面中的任意一种或多种组合。

优选的，所述聚晶金刚石层顶部的切削刃设置有一个或一个以上，且切削刃的顶部设置为平面或带有SR的弧面。

优选的，所述第一倒角的结构为对称倒角、非对称倒角或圆弧倒角中的一种。

优选的，所述聚晶金刚石层厚度不低于0.8mm。

优选的，所述第一连接面、第二连接面均为曲面、平面、及其组合。

有益效果

本实用新型提供了一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片。与现有技术相比具备以下有益效果：

1、一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，通过聚晶金刚石层顶部的切削刃设置有一个或一个以上，且切削刃的顶部设置为平面或带有SR的弧面，这样使切削刃顶部的圆弧与切削刃两侧的第一连接面、第二连接面和多个连接面的角度更好的使钻头切削地层，降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，显著提高钻头在井下遇到硬地层、复杂砾石地层时复合片的抗冲击能力。

2、一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，通过聚晶金刚石层顶部的中心至边缘之间设有环状的凸起结构，且固定连接聚晶金刚石层的顶部，影响冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，导致钻头的报废同时保持较强的吃入能力，提高钻井机速，降低钻井成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图；

图2为本实用新型实施例2结构示意图；

图3为本实用新型实施例3结构示意图；

图4为本实用新型实施例4结构示意图。

图中：1、聚晶金刚石层；2、凸起结构；3、切削刃；4、第一倒角；5、第二倒角；6、第一连接面；7、第二连接面；8、硬质合金基体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例1

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片可以通过高温、高压烧结一次成型，也可以通过激光雕刻加工成型，且该聚晶金刚石复合片的直径15.875mm，高度13.2mm，包括硬质合金基体8，硬质合金基体8的顶部固定连接聚晶金刚石层1的底部，聚晶金刚石层1的厚度3.4mm，聚晶金刚石层1的顶部固定连接切削刃3，切削刃3的数量设置有两个，切削刃3顶部SR(立体弧度)为1.0mm，切削刃3的两侧设有第一连接面6与第二连接面7，第一连接面6的夹角为70°，第二连接面7的夹角为170°，第一连接面6与第二连接面7之间的圆弧过渡半径为1.2mm，聚晶金刚石层1为圆弧面，圆弧半径为1.5mm。

切削刃3顶部设置有第二倒角5，聚晶金刚石层1顶部的中心位置固定连接中心平台，中心平台的外侧固定连接平面圆台，圆台半径为1.5mm，凸起结构2的数量设置有一个，凸起结构2的高度为0.3mm，在半径方向上的长度为0.7mm，顶部SR为0.2mm，夹角为115°，凸起结构2内侧平面圆台的锥角为140°，凸起结构2外侧与聚晶金刚石层1锥面的锥角为157.2°。

该实例切削刃3的夹角特别尖锐，钻井中吃入岩层的能力很强，钻井机速快，而相对较大的顶部SR，可以降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，提高抗冲击性能；一个凸起结构2，可以影响冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，导致钻头的报废。该实例针对抗冲击性一般但是对钻井机速有很高的要求的情形啊，实际应用中，钻井机速提升可达20％以上，总进尺提升不低于10％。主要失效形式均为边缘局部破损，实际使用中没有出现环磨。

实施例2

请参阅图2，本实用新型提供一种技术方案：一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片可以通过高温、高压烧结一次成型，也可以通过激光雕刻加工成型，且该聚晶金刚石复合片的直径15.875mm，高度13.2mm，包括硬质合金基体8，硬质合金基体8的顶部固定连接聚晶金刚石层1的底部，聚晶金刚石层1的厚度3.4mm，聚晶金刚石层1的顶部固定连接切削刃3，切削刃3的数量设置有四个，切削刃3顶部SR(立体弧度)为0.15mm，切削刃3的两侧设有第一连接面6与第二连接面7，第一连接面6的夹角为52°，第二连接面7的夹角为90°，第一连接面6与第二连接面7之间的圆弧过渡半径为0.1mm，聚晶金刚石层1为圆弧面，圆弧半径为1.5mm。

切削刃3顶部设置有第二倒角5，聚晶金刚石层1顶部的中心位置固定连接中心平台，中心平台的外侧固定连接平面圆台，圆台半径为1.5mm，凸起结构2的数量设置有一个，凸起结构2的高度为0.3mm，在半径方向上的长度为0.7mm，顶部SR为0.2mm，夹角为115°，凸起结构2内侧平面圆台的锥角为140°，凸起结构2外侧与聚晶金刚石层1锥面的锥角为157.2°。

该实例切削刃3的夹角特别尖锐，钻井中吃入岩层的能力很强，钻井机速快，而切削刃3顶部倒圆角，可以降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，提高抗冲击性能；一个凸起结构2，可以影响冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，导致钻头的报废。

实施例3

请参阅图3，本实用新型提供一种技术方案：一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片可以通过高温、高压烧结一次成型，也可以通过激光雕刻加工成型，且该聚晶金刚石复合片的直径15.875mm，高度13.2mm，包括硬质合金基体8，硬质合金基体8的顶部固定连接聚晶金刚石层1的底部，聚晶金刚石层1的厚度3.4mm，聚晶金刚石层1的顶部固定连接切削刃3，切削刃3的数量设置有三个，切削刃3顶部为平面，平面宽度0.23mm，切削刃3的两侧设有第一连接面6与第二连接面7，第一连接面6的夹角为90°，第二连接面7为竖直方向，第一连接面6与第二连接面7之间的圆弧过渡半径为0.2mm，聚晶金刚石层1为圆弧面，圆弧半径为1.5mm。

切削刃3顶部设置有第二倒角5，聚晶金刚石层1顶部的中心位置固定连接中心平台，中心平台的外侧固定连接平面圆台，圆台半径为1.5mm，凸起结构2的数量设置有一个，凸起结构2的高度为0.3mm，在半径方向上的长度为0.7mm，顶部SR为0.2mm，夹角为115°，凸起结构2内侧平面圆台的锥角为140°，凸起结构2外侧与聚晶金刚石层1锥面的锥角为157.2°。

该实例切削刃3的夹角特别尖锐，钻井中吃入岩层的能力很强，钻井机速快。而切削刃3顶部倒圆角，可以降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，提高抗冲击性能；一个凸起结构2，可以影响冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，导致钻头的报废。

实施例4

请参阅图4，本实用新型提供一种技术方案：一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片可以通过高温、高压烧结一次成型，也可以通过激光雕刻加工成型，且该聚晶金刚石复合片的直径15.875mm，高度13.2mm，包括硬质合金基体8，硬质合金基体8的顶部固定连接聚晶金刚石层1的底部，聚晶金刚石层1的厚度3.4mm，聚晶金刚石层1的顶部固定连接切削刃3，切削刃3的数量设置有三个，切削刃3顶部为平面，平面宽度0.4mm，切削刃3的两侧设有第一连接面6与第二连接面7，第一连接面6的夹角为70°，第二连接面7的夹角为170°，第一连接面6与第二连接面7之间的圆弧过渡半径为1.2mm，聚晶金刚石层1为圆弧面，圆弧半径为1.5mm。

切削刃3顶部设置有第二倒角5，聚晶金刚石层1顶部的中心位置固定连接中心平台，中心平台的外侧固定连接平面圆台，圆台半径为1.5mm，凸起结构2的数量设置有一个，凸起结构2的高度为0.3mm，在半径方向上的长度为0.7mm，顶部SR为0.2mm，夹角为115°，凸起结构2内侧平面圆台的锥角为140°，凸起结构2外侧与聚晶金刚石层1锥面的锥角为157.2°。

该实例切削刃3的夹角特别尖锐，钻井中吃入岩层的能力很强，钻井机速快，而切削刃3顶部倒圆角，可以降低冲击点附近的应力水平和应力集中趋势，提高抗冲击性能。1个圆环状凸起，可以影响冲击应力的分布，在其内部始终保持较低的应力水平，即使切削刃冲击破坏，仍可以保持中心区域的金刚石继续工作，避免金刚石层整体破坏而导致环磨，导致钻头的报废。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体（8），其特征在于：所述硬质合金基体（8）的顶部固定连接聚晶金刚石层（1）的底部，所述聚晶金刚石层（1）的顶部连接切削刃（3），所述切削刃（3）呈沿聚晶金刚石层（1）的径向由中心延伸至聚晶金刚石层（1）的边缘，所述切削刃（3）的两侧设有第一连接面（6）和第二连接面（7），所述第一连接面（6）和第二连接面（7）均至少设置有一个，所述第一连接面（6）和第二连接面（7）通过连接弧或棱的方式连接，所述切削刃（3）顶部设置有第二倒角（5）。

2.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层（1）顶部的中心位置有中心平台，所述中心平台的外侧有平面圆台。

3.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层（1）顶部的中心至边缘之间设有任意数量环状的凸起结构（2），且连接聚晶金刚石层（1）的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层（1）的顶部形状为平面、弧面以及凹面中的任意一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层（1）顶部的切削刃（3）设置有一个或一个以上，且切削刃（3）的顶部设置为平面或带有SR的弧面。

6.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述聚晶金刚石层（1）厚度不低于0.8mm。

7.根据权利要求1所述的一种非平面复杂切削刃聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述第一连接面（6）和第二连接面（7）均为曲面、平面、及其组合。

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