CN220645839U - 一种聚晶金刚石复合片及pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于复合超硬材料技术领域，具体提供了一种聚晶金刚石复合片及PDC钻头。该聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体和金刚石层，金刚石层背离硬质合金基体的一面为切削面，切削面设有用于切削破岩的切削刃口，切削面设置有从切削刃口处延伸贯通金刚石层的排屑槽，排屑槽的上沿与切削面平齐。该PDC钻头包括上述聚晶金刚石复合片。本实用新型直接在切削面设置排屑槽，在钻井使用时，岩屑、泥浆等混合物可经排屑槽向后排出，提高了排屑效率。同时，本实用新型还保证了切削面具有较长的有效刃口长度，保证了切削破岩效率。
Description
技术领域
本实用新型属于复合超硬材料技术领域，特别是涉及一种聚晶金刚石复合片及PDC钻头。
背景技术
聚晶金刚石复合片(PDC)包括硬质合金基体和金刚石层，其兼顾韧性和耐磨性，广泛应用于石油、矿井钻头中。金刚石层切削上表面(背离硬质合金基体的一面)为平面的平面齿具有较长的刃口长度，切削破岩效率较高，仍然是目前应用最广泛的聚晶金刚石复合片。
但是，对于平面齿，在钻井过程中，泥浆、砂石、岩屑等混合物的会不断聚集，一旦排屑不及时，容易造成金刚石层上表面粘结泥包，影响正常切削破岩。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片，以解决现有技术中平面齿聚晶金刚石复合片排屑效率低的技术问题。本实用新型的目的还在于提供一种PDC钻头，以解决与上述相同的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的技术方案是：
一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和金刚石层，金刚石层背离硬质合金基体的一面为切削面，切削面设有用于切削破岩的切削刃口，所述切削面设置有从切削刃口处延伸且贯通金刚石层的排屑槽，所述排屑槽的上沿与切削面平齐。
有益效果是：本实用新型改进了现有技术中的平面齿聚晶金刚石复合片，直接在切削面设置排屑槽，在钻井使用时，岩屑、泥浆等混合物可经排屑槽向后排出，提高了排屑效率。同时，本实用新型还保证了切削面具有较长的有效刃口长度，保证了切削破岩效率。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，前端的槽宽小于后端的槽宽。
有益效果是：从前到后排屑槽的宽度逐渐增大，在保证聚晶金刚石复合片结构强度的前提下提高了排屑效率。
作为进一步地改进，前端槽宽为2mm-8mm，后端槽宽为4mm-12mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，所述排屑槽垂直延伸方向的纵截面呈弧形。
有益效果是：避免槽底位置出现集中应力，提升了聚晶金刚石复合片在加工制造以及使用过程中的可靠性。
作为进一步地改进，所述排屑槽纵截面的半径由前向后先逐渐减小、后逐渐增大，以在排屑槽中部形成缩颈部。
有益效果是：这时缩颈部可以形成弧形过渡，避免了排屑槽侧部出现集中应力，提升了聚晶金刚石复合片在加工制造以及使用过程中的可靠性。
作为进一步地改进，所述缩颈部的半径为8mm-20mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，排屑槽前端纵截面的半径为4mm-10mm，排屑槽后端纵截面的半径为8mm-20mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽沿金刚石层径向延伸，排屑槽左右两侧的结构相对于所述切削面的中心直径对称设置。
有益效果是：便于开设较宽的排屑槽，并且可以使排屑槽左右两侧受力更加均匀。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽的槽底从前到后沿远离所述切削面的方向倾斜延伸。
有益效果是：这样使排屑槽的深度从前到后逐渐加深，在保证聚晶金刚石复合片结构强度的前提下提高了排屑效率。
作为进一步地改进，排屑槽槽底的倾斜角度为10°-20°。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
为实现上述目的，本实用新型所提供的PDC钻头的技术方案是：
一种PDC钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有至少一片由聚晶金刚石复合片形成的切削齿，该聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体和金刚石层，金刚石层背离硬质合金基体的一面为切削面，切削面设有用于切削破岩的切削刃口，所述切削面设置有从切削刃口处延伸且贯通金刚石层的排屑槽，所述排屑槽的上沿与切削面平齐。
有益效果是：本实用新型改进了现有技术中的平面齿聚晶金刚石复合片，直接在切削面设置排屑槽，在钻井使用时，岩屑、泥浆等混合物可经排屑槽向后排出，提高了排屑效率。同时，本实用新型还保证了切削面具有较长的有效刃口长度，保证了切削破岩效率。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，前端的槽宽小于后端的槽宽。
有益效果是：从前到后排屑槽的宽度逐渐增大，在保证聚晶金刚石复合片结构强度的前提下提高了排屑效率。
作为进一步地改进，前端槽宽为2mm-8mm，后端槽宽为4mm-12mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，所述排屑槽垂直延伸方向的纵截面呈弧形。
有益效果是：避免槽底位置出现集中应力，提升了聚晶金刚石复合片在加工制造以及使用过程中的可靠性。
作为进一步地改进，所述排屑槽纵截面的半径由前向后先逐渐减小、后逐渐增大，以在排屑槽中部形成缩颈部。
有益效果是：这时缩颈部可以形成弧形过渡，避免了排屑槽侧部出现集中应力，提升了聚晶金刚石复合片在加工制造以及使用过程中的可靠性。
作为进一步地改进，所述缩颈部的半径为8mm-20mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，排屑槽前端纵截面的半径为4mm-10mm，排屑槽后端纵截面的半径为8mm-20mm。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽沿金刚石层径向延伸，排屑槽左右两侧的结构相对于所述切削面的中心直径对称设置。
有益效果是：便于开设较宽的排屑槽，并且可以使排屑槽左右两侧受力更加均匀。
作为进一步地改进，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽的槽底从前到后沿远离所述切削面的方向倾斜延伸。
有益效果是：这样使排屑槽的深度从前到后逐渐加深，在保证聚晶金刚石复合片结构强度的前提下提高了排屑效率。
作为进一步地改进，排屑槽槽底的倾斜角度为10°-20°。
有益效果是：在此范围内，可以满足几种常见尺寸的聚晶金刚石复合片的排屑需求。
附图说明
图1为本实用新型中聚晶金刚石复合片实施例1的立体轴侧图；
图2为本实用新型中聚晶金刚石复合片实施例1的正视图；
图3为本实用新型中聚晶金刚石复合片实施例1的后视图；
图4为本实用新型中聚晶金刚石复合片实施例1的俯视图；
图5为本实用新型中聚晶金刚石复合片实施例1的剖视图。
附图标记说明：
100、金刚石层；200、硬质合金基体；1、切削面；101、排屑槽；102、前端；103、后端；104、缩颈部。
具体实施方式
面对平面齿聚晶金刚石复合片排屑效率低的问题，本实用新型的基本技术构思是金刚石层的切削面向下(靠近硬质合金基体)延伸设置贯通的排屑槽，在切削过程中产生的岩屑、泥浆等混合物可从排屑槽向后排出，提高了排屑效率，并且这样设计也能有效保证聚晶金刚石复合片具有较长的刃口长度。
以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的具体实施例1：
本实用新型的目的在于提供一种兼顾高效排屑以及结构稳定的聚晶金刚石复合片。如图1所示，本实用新型中的聚晶金刚石复合片包括金刚石层100和硬质合金基体200，金刚石层100上表面为切削面1，切削面1设置有用于切削破岩的切削刃口，在使用时，硬质合金基体200安装在钻头本体上，切削面1直接与岩层接触，切削破岩。
切削面1向下延伸设置有从切削刃口延伸并且贯通金刚石层100的排屑槽101，排屑槽101的上沿(相对于槽底)与切削面1平齐。在使用时，聚晶金刚石复合片切削破岩产生的泥浆、岩屑等混合物可经排屑槽向后排出，避免了在切削面1形成泥包(团)，保证聚晶金刚石复合片可以高效切削。并且这样也能有效保证聚晶金刚石复合片具有较长的切削刃口长度，保证切削效率。
在径向上，定义排屑槽101靠近切削刃口的一端为前端102，远离切削刃口的一端为后端103，前端102的槽宽小于后端103的槽宽。考虑到岩屑、泥浆等混合物的排屑过程为从前向后排屑，这样就使得由排屑槽形成的排屑通道出口宽于入口，更便于岩屑的排出。提高了排屑效率。优选地，对于目前常用的直径为13mm级、16mm级、19mm级的聚晶金刚石复合片，如图4所示，前端102的槽宽H1可在2mm-8mm选择，后端103的槽宽H2可在4mm-12mm选择。
本实施例中排屑槽101的垂直延伸方向的纵截面呈弧形，即形成了一种槽底为弧形面的结构，这样避免了排屑槽101槽底位置出现应力集中现象。无论是切削破岩使用过程中，还是聚晶金刚石复合片加工过程中，均能够保证金刚石层100整体的结构稳定性。具体地，聚晶金刚石复合片可以在高温高压环境下直接合成，也可以利用现有的平面齿聚晶金刚石复合片，采用去除材料(电火花或者激光雕刻)的方式加工而成。
进一步地，本实施例中，如图2和图3所示，前端102纵截面的半径小于后端103纵截面的半径，这样设计也能够形成一种前端宽度小于后端宽度的排屑槽，便于排屑。优选地，前端102纵截面的半径R1可在4mm-10mm选择，后端103纵截面的半径R2可在8mm-20mm选择，在此范围内，基本可以满足常用的不同尺寸级别的聚晶金刚石复合片。
如图4所示，本实施例中排屑槽纵截面的半径由前向后先逐渐减小、后逐渐增大，排屑槽中部形成缩颈部104，即形成一种排屑槽侧壁也是弧形过渡的过渡面的作用，同样能够起到避免排屑槽101内壁产生接触应力的作用。优选地，本实施例中的缩颈部104的半径可在8mm-20mm选择。
另外，本实施例中的排屑槽101沿金刚石层100径向贯通，并且左右对称，这里的左右对称指的是相对于前端102和后端103所形成的前后方向的左右方向对称，并且对称轴为切削面1中心直径轴线。这样就保证了排屑槽101左右两侧的结构的受力均匀性。
作为一种可选的技术方案，本实施例中的排屑槽101槽底从前到后倾斜布置。这里说的倾斜布置指的是排屑槽101槽底从前到后向远离切削面1的方向延伸。如图5所示，本实施例中排屑槽101槽底从前端102到后端103的连线与切削面1的夹角即倾斜夹角A为10°-20°。这样同样是为了满足不同尺寸级别的聚晶金刚石复合片。
本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的具体实施例2，其与实施例1的区别主要在于：本实施例的目的在于提供一种前后等宽的排屑槽，具体地，本实施例中的排屑槽为等宽的矩形槽。
本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的具体实施例3，其与实施例1的区别主要在于：本实施例的目的在于提供一种槽底为平面的排屑槽，具体地，本实施例中的排屑槽的纵截面不是弧形结构，同样能够起到排屑作用。
本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的具体实施例4，其与实施例1的区别主要在于：本实施例的目的在于提供一种槽底与切削面平行的排屑槽，具体地，本实施例中的排屑槽槽底纵截面可以是弧形或者平面，其弧底或者平面底面与切削面平行。
本实用新型所提供的聚晶金刚石复合片的具体实施例5，其与实施例1的区别主要在于：本实施例的目的在于提供一种不完全沿径向延伸的排屑槽，具体地，本实施例中的排屑槽沿偏移径向的方向延伸即偏心延伸，此时同样能够实现排屑。
本实用新型中的PDC钻头的实施例：
PDC钻头包括钻头本体，钻头本体上设置有至少一片由聚晶金刚石复合片形成的切削齿，聚晶金刚石复合片即上述聚晶金刚石复合片的实施例1-5的任一实施例中记载的聚晶金刚石复合片，此处不再具体说明。
最后需要说明的是，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，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (11)
1.一种聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体和金刚石层，金刚石层背离硬质合金基体的一面为切削面，切削面设有用于切削破岩的切削刃口，其特征在于，所述切削面设置有从切削刃口处延伸且贯通金刚石层的排屑槽，所述排屑槽的上沿与切削面平齐。
2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，前端的槽宽小于后端的槽宽。
3.根据权利要求2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，前端槽宽为2mm-8mm，后端槽宽为4mm-12mm。
4.根据权利要求2或3所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述排屑槽垂直延伸方向的纵截面呈弧形。
5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述排屑槽纵截面的半径由前向后先逐渐减小、后逐渐增大，以在排屑槽中部形成缩颈部。
6.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述缩颈部的半径为8mm-20mm。
7.根据权利要求4所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，排屑槽前端纵截面的半径为4mm-10mm，排屑槽后端纵截面的半径为8mm-20mm。
8.根据权利要求1-3任一项所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽沿金刚石层径向延伸，并且左右两侧的结构相对于所述切削面的中心直径对称设置。
9.根据权利要求1-3任一项所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，定义排屑槽靠近切削刃口的一端为前端，远离切削刃口的一端为后端，排屑槽的槽底从前到后沿远离所述切削面的方向倾斜延伸。
10.根据权利要求9所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于，排屑槽槽底的倾斜角度为10°-20°。
11.一种PDC钻头，包括钻头本体，钻头本体上设置有至少一片由聚晶金刚石复合片形成的切削齿，其特征在于，该聚晶金刚石复合片为权利要求1-10任一项中的聚晶金刚石复合片。
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