一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及切削工具領域，其具體涉及一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片。
【背景技術】
[0002]聚晶金剛石復合片(以下簡稱為roc)自問世以來，以其超高的硬度和耐磨性等突出性能，被視為較理想的鉆進材料和切削加工材料等。目前，PDC作為超耐磨切削元件已在牙輪鉆頭、固定齒鉆頭等工具中使用，其廣泛應用于石油天然氣鉆探、煤炭開采等鉆采業(yè)領域。隨著鉆采業(yè)的發(fā)展，對鉆探工具的鉆進效率、耐磨性、抗沖擊性等提出更高需求。因此，PDC作為鉆采工具的主要切削元件，其需更高的耐磨性、抗沖擊性以及耐熱性等，才能滿足于市場需求。其中，改善聚晶金剛石(以下簡稱為PCD)層的上表面結構是提高roc的耐磨性、抗沖擊性以及降低切削阻力的重要途徑之一。
[0003]目前，鉆采業(yè)鉆頭用PDC切削元件一般采用平面PCD層和球頭形、錐形頭等異形PCD層。上述PDC在實際鉆探使用中，平面結構roc的鉆進切削阻力較異形結構PDC小，但其易出現(xiàn)PCD層邊緣崩刃甚至脫層等現(xiàn)象；異形結構PDC雖然改善PCD層崩刃或脫層問題，但在使用中鉆進切削阻力較大，鉆進效率低等。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于通過改善PCD層上表面結構，提供一種降低切削阻力的曲面結構聚晶金剛石復合片，使得此類PDC在使用中延長鉆頭壽命，提高鉆進工作效率以及鉆井平臺的操作平穩(wěn)性。
[0005]本實用新型采用以下具體方案:一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層和粘結在聚晶金剛石層下方的硬質合金基體；所述聚晶金剛石層為曲面結構；所述曲面結構為兩斜面成一定夾角構成的屋脊形。
[0006]進一步，所述的兩斜面間的夾角為80° ~179°。
[0007]進一步，所述的兩斜面之間以弧面或非弧面過渡。
[0008]進一步，所述的聚晶金剛石層設有倒角或不設倒角。
[0009]進一步，所述的聚晶金剛石層的厚度至少為1.0mm。
[0010]進一步，所述的聚晶金剛石層設有無低熔點金屬層或不設無低熔點金屬層。
[0011]進一步，所述的聚晶金剛石層與硬質合金基體之間的粘接面為平面、凸起或溝槽。
[0012]本實用新型的有益效果為:本實用新型利用此類曲面結構聚晶金剛石復合片，較之平面結構以及球頭形、錐形頭等異形結構的聚晶金剛石復合片，在實際用于鉆頭鉆進過程中曲面結構上不存在受力集中區(qū)域且切削鋒利，達到提高鉆頭鉆進效率和鉆井平臺的操作平穩(wěn)性，大幅度降低復合片的聚晶金剛石層崩刃或脫層現(xiàn)象，而從另一面也起到了延長鉆頭壽命的作用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的立體結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0016]如附圖1、圖2所示，本實用新型包括聚晶金剛石層100及與其相粘結的硬質合金基體105，聚晶金剛石層100是由兩斜面101、101’成一定夾角構成的屋脊形狀曲面結構，兩斜面101、101’間以一定半徑的弧面102過渡相連。此外，聚晶金剛石層100存在一定的倒角103和脫低熔點金屬層104。
[0017]實施例1:
[0018]本實施例的PDC直徑為13.44 mm，總高度為13.2 mm。此曲面結構聚晶金剛石層的制造工藝采用直接燒結成型方法。此曲面結構的兩斜面間夾角為169.5°，兩斜面間過渡弧面半徑為2.87 _，倒角為0.25 _，最低聚晶金剛石層厚度為1.98 mm。硬質合金基體采用凸起表界面。上述曲面結構聚晶金剛石復合片的PCD層經混合酸將部分或全部低熔點金屬脫去，厚度約為225 ym。此曲面結構聚晶金剛石復合片與同尺寸的平面結構聚晶金剛石復合片進行實驗室對比試驗。試驗結果表明，此曲面結構聚晶金剛石復合片的切削阻力遠遠小于對照實例，且遞增幅度較小。同時，與對照實例相比，此曲面結構聚晶金剛石復合片的耐磨性、抗沖擊性分別提高約50 %和600 %。
[0019]實施例2:
[0020]本實施例的PDC直徑為13.44 mm，總高度為13.2 mm。此曲面結構聚晶金剛石層的制造工藝采用電火花加工成型方法。此曲面結構的兩斜面間夾角為153.2°，兩斜面間過渡弧面半徑為2.87 _，倒角為0.25 _，最低聚晶金剛石層厚度為1.56 _。硬質合金基體采用凸起表界面。上述曲面結構聚晶金剛石復合片的PCD層經經混合酸將部分或全部低熔點金屬脫去，厚度約為225 ym。此曲面結構聚晶金剛石復合片與同尺寸的球頭結構聚晶金剛石復合片進行實驗室對比試驗。試驗結果表明，此曲面結構聚晶金剛石復合片的切削阻力遠遠小于對照實例，且遞增幅度較小。同時，與對照實例相比，此曲面結構聚晶金剛石復合片的耐磨性、抗沖擊性分別提高約70 %和30 %。
[0021]實施例3:
[0022]本實施例的PDC直徑為15.88 mm,總高度為13.2 mm。此曲面結構聚晶金剛石層的制造工藝采用直接燒結成型方法。此曲面結構的兩斜面間夾角為174.7°，兩斜面間過渡弧面半徑為3.25 _，倒角為0.35 _，最低聚晶金剛石層厚度為2.12 mm。硬質合金基體采用凸起表界面。上述曲面結構聚晶金剛石復合片的PCD層經經混合酸將部分或全部低熔點金屬脫去，厚度約為225 ym。此曲面結構聚晶金剛石復合片與同尺寸的平面結構聚晶金剛石復合片進行實驗室對比試驗。試驗結果表明，此曲面結構聚晶金剛石復合片的切削阻力遠遠小于對照實例，且遞增幅度較小。同時，與對照實例相比，此曲面結構聚晶金剛石復合片的耐磨性、抗沖擊性分別提高約50 %和570 %。
[0023]實施例4:
[0024]本實施例的PDC直徑為15.88 mm,總高度為13.2 mm。此曲面結構聚晶金剛石層的制造工藝采用電火花加工成型方法。此曲面結構的兩斜面間夾角為160.2°，兩斜面間過渡弧面半徑為3.35 mm，倒角為0.35 mm，最低聚晶金剛石層厚度為1.79 mm。硬質合金基體采用凸起表界面。上述曲面結構聚晶金剛石復合片的PCD層經混合酸將部分或全部低熔點金屬脫去，厚度約為225 ym。此曲面結構聚晶金剛石復合片與同尺寸的球頭結構聚晶金剛石復合片進行實驗室對比試驗。試驗結果表明，此曲面結構聚晶金剛石復合片的切削阻力遠遠小于對照實例，且遞增幅度較小。同時，與對照實例相比，此曲面結構聚晶金剛石復合片的耐磨性、抗沖擊性分別提高約60 %和50 %。
[0025]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的技術方案前提下，還可做出若干修改或等同替代，這均視為本實用新型的保護范疇。
【主權項】
1.一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:包括聚晶金剛石層和粘結在聚晶金剛石層下方的硬質合金基體；所述聚晶金剛石層為曲面結構；所述曲面結構為兩斜面成一定夾角構成的屋脊形。2.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的兩斜面間的夾角為80° -179°。3.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的兩斜面之間以弧面或非弧面過渡。4.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的聚晶金剛石層設有倒角或不設倒角。5.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的聚晶金剛石層的厚度至少為1.0mm。6.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的聚晶金剛石層設有無低熔點金屬層或不設無低熔點金屬層。7.根據(jù)權利要求1所述的一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，其特征在于:所述的聚晶金剛石層與硬質合金基體之間的粘接面為平面、凸起或溝槽。
【專利摘要】本實用新型公開一種低切削阻力曲面結構聚晶金剛石復合片，包括聚晶金剛石層及與其相粘結的硬質合金基體；所述聚晶金剛石層為曲面結構；所述曲面結構是由兩斜面成一定夾角構成的屋脊形。本實用新型結構簡單、制造成本較低，且其可有效大幅度降低鉆進切削阻力，延長鉆頭壽命，提高鉆井鉆進效率及鉆井平臺的操作平穩(wěn)性。同時，本實用新型結構進一步可提高復合片的聚晶金剛石層的抗崩裂，有較高的抗沖擊性。
【IPC分類】E21B10/46
【公開號】CN204729011
【申請?zhí)枴緾N201520471001
【發(fā)明人】趙東鵬, 牛同健, 陳偉峰, 張春林, 馬姍姍, 方海江
【申請人】河南四方達超硬材料股份有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月3日