CN215057151U - 一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，包括齿基和齿冠，所述齿冠与齿基固定连接，齿冠呈圆锥形，在齿冠的顶部设有两组上切削面和下切削面，通过两组上切削面在齿冠的顶部形成偏向一侧的锥形齿尖，每组上切削面与下切削面相交，并在齿冠的顶部形成两组排屑槽，两组上切削面在轴向上的夹角为40°～70°，在横向上的夹角为30°～60°。由于锥形齿尖的存在，在犁削过程中，易于吃入地层，可使得切削阻力大大减小，从而实现了犁削切入岩层的高压强，高破岩效率，同时又保持了圆锥形齿冠锥型部分剖面夹角尽量大，保证了圆锥形齿冠的高抗冲击性能。

Description

一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿

技术领域

本实用新型涉及金刚石复合齿的技术领域，更具体地说是涉及聚晶金刚石硬质合金复合片的技术领域。

背景技术

聚晶金刚石硬质合金复合片在石油天然气钻井、地质钻探、工程掘进、煤炭开采等领域得到广泛应用，被认为是比较理想的耐磨材料，成为钻探、掘进等设备的主要切削部件。常规的聚晶金刚石复合片多为圆柱形，其工作端面为平面结构，以压剪方式为主要破岩机理，在钻进硬质及复杂地层时，破岩效率大大降低。球形齿、楔形齿、锥球齿等异型结构复合齿一定程度上缓解了这一问题，主要原理是将平面工作端面改进为弧面或球面，将压剪破岩方式改进为犁削方式。这在一定程度上提高了聚晶金刚石复合齿在工作时吃入地层的能力，尤其是锥球齿破岩效率更高。

根据犁削破岩机理，锥型复合齿的齿头越尖，齿顶部位越容易吃入地层，犁削岩石的压强越大，其破岩效率越高。而现有技术的锥型复合齿安装在PDC钻头体、截齿座上时，圆锥体部分完全露出。锥型复合齿工作时，其受到很大的横向力，因此存在锥型齿圆锥段和圆柱部分存在受强力冲击断裂的风险。因此，锥型复合齿的齿头夹角不能过小，常规锥型部分剖面夹角为75°～125°，较大的剖面夹角又会导致破岩效率较低，因此现有技术中的锥型复合齿在应用中普遍面临齿头高破岩效率和圆锥段高抗冲击性能难以兼得的矛盾。

实用新型内容

本实用新型提出一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，解决了现有技术中锥型复合齿在应用中面临的齿头高破岩效率和圆锥段高抗冲击性能难以兼得的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，包括齿基(1)和齿冠(2)，所述齿冠(2)与齿基(1)固定连接，齿冠(2)呈圆锥形，在齿冠(2)的顶部设有两组上切削面(3)和下切削面(4)，通过两组上切削面(3)在齿冠(2)的顶部形成偏向一侧的锥形齿尖(5)，每组上切削面(3)与下切削面(4)相交，并在齿冠(2)的顶部形成两组排屑槽(6)。

进一步地，所述两组上切削面(3)在轴向上的夹角为40°～70°，在横向上的夹角为30°～60°。

进一步地，所述两组下切削面(4)在轴向上的夹角为90°～120°，在横向上的夹角为30°～60°。

进一步地，所述两组上切削面(3)在轴向上的夹角为60°，在横向上的夹角为50°。

进一步地，所述两组下切削面(4)在轴向上的夹角为110°，在横向上的夹角为50°。

进一步地，所述齿冠(2)的上切削面(3)和下切削面(4)均为抛光面。

进一步地，在所述齿基(1)的下边缘设有倒角(7)。

进一步地，所述齿基(1)为硬质合金基体，齿冠(2)为聚晶金刚石材质。

本实用新型采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1、在钻进破岩过程中，通过齿冠对地层进行犁削，犁削方向为锥形齿尖尖头所指的方向，由于锥形齿尖的存在，在犁削过程中，易于吃入地层，可使得切削阻力大大减小，从而实现了犁削切入岩层的高压强，高破岩效率，同时又保持了圆锥形齿冠锥型部分剖面夹角尽量大，保证了圆锥形齿冠的高抗冲击性能，实现了高破岩效率和高抗冲击性能的共存，并且当两组上切削面在轴向上的夹角为60°，在横向上的夹角为50°时，保持齿冠锥型部分较大剖面夹角，破岩效率和抗冲击性能可实现最优配置，解决了传统锥型复合齿在应用中面临的齿头高破岩效率和圆锥段高抗冲击性能难以兼得的矛盾。

2、由于排屑槽的存在，且齿冠的上切削面和下切削面均为抛光面，使犁削形成的岩石碎屑可以快速沿排屑槽上切削面和下切削面排出，使得切削阻力进一步减小，破岩效率进一步提升，同时，高效排削对齿冠冷却效果提升，有助于齿冠长时间高负荷工作，延长齿冠使用寿命，并且当两组下切削面在轴向上的夹角为110°，在横向上的夹角为50°时，排屑效果和齿冠的抗冲击性能实现最优配置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为图2的俯视图。

附图中，各标号所对应的部件如下：

1-齿基，2-齿冠，3-上切削面，4-下切削面，5-锥形齿尖，6-排屑槽，7-倒角。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。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。

参照图1至图3，一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，包括齿基1和齿冠2，所述齿冠2与齿基1固定连接，齿基1为硬质合金基体，齿冠2为聚晶金刚石材质，在齿基1的下边缘设有倒角7，齿冠2呈圆锥形，在齿冠2的顶部设有两组上切削面3和下切削面4，通过两组上切削面3在齿冠2的顶部形成偏向一侧的锥形齿尖5，两组上切削面3在轴向上的夹角为40°～70°，在横向上的夹角为30°～60°，在本实施例中，两组上切削面3在轴向上的夹角为60°，在横向上的夹角为50°。每组上切削面3与下切削面4相交，并在齿冠2的顶部形成两组排屑槽6，两组下切削面4在轴向上的夹角为90°～120°，在横向上的夹角为30°～60°，在本实施例中，两组下切削面4在轴向上的夹角为110°，在横向上的夹角为50°，齿冠2的上切削面3和下切削面4均为抛光面。

本实用新型的锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿在使用时，将齿基1通过钎焊的方式固定安装在钻探、掘进等设备的钻头体或截齿座上，在钻进破岩过程中，通过齿冠2对地层进行犁削，犁削方向为锥形齿尖5尖头所指的方向，由于锥形齿尖5的存在，在犁削过程中，易于吃入地层，可使得切削阻力大大减小，从而实现了犁削切入岩层的高压强，高破岩效率，同时又保持了圆锥形齿冠2锥型部分剖面夹角尽量大，保证了圆锥形齿冠2的高抗冲击性能，实现了高破岩效率和高抗冲击性能的共存，在本实施例中，两组上切削面3在轴向上的夹角为60°，在横向上的夹角为50°，在此角度下，破岩效率和抗冲击性能可实现最优配置。另外，由于排屑槽6的存在，且齿冠2的上切削面3和下切削面4均为抛光面，使犁削形成的岩石碎屑可以快速沿排屑槽6上切削面3和下切削面4排出，使得切削阻力进一步减小，破岩效率进一步提升，同时，高效排削对齿冠2冷却效果提升，有助于齿冠2长时间高负荷工作，延长齿冠2使用寿命，在本实施例中，两组下切削面4在轴向上的夹角为110°，在横向上的夹角为50°，在此角度下，排屑效果和齿冠2的抗冲击性能可实现最优配置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (8)

1.一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，包括齿基(1)和齿冠(2)，所述齿冠(2)与齿基(1)固定连接，齿冠(2)呈圆锥形，在齿冠(2)的顶部设有两组上切削面(3)和下切削面(4)，通过两组上切削面(3)在齿冠(2)的顶部形成偏向一侧的锥形齿尖(5)，每组上切削面(3)与下切削面(4)相交，并在齿冠(2)的顶部形成两组排屑槽(6)。

2.如权利要求1所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述两组上切削面(3)在轴向上的夹角为40°～70°，在横向上的夹角为30°～60°。

3.如权利要求1所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述两组下切削面(4)在轴向上的夹角为90°～120°，在横向上的夹角为30°～60°。

4.如权利要求2所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述两组上切削面(3)在轴向上的夹角为60°，在横向上的夹角为50°。

5.如权利要求3所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述两组下切削面(4)在轴向上的夹角为110°，在横向上的夹角为50°。

6.如权利要求1所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述齿冠(2)的上切削面(3)和下切削面(4)均为抛光面。

7.如权利要求1所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，在所述齿基(1)的下边缘设有倒角(7)。

8.如权利要求1所述的一种锥形结构聚晶金刚石硬质合金复合齿，其特征在于，所述齿基(1)为硬质合金基体，齿冠(2)为聚晶金刚石材质。

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