CN108222847B - 一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头及其制作工艺，钻头包括胎体，胎体中设有多组磨粒，每组磨粒包括金刚石磨粒和硬脆性磨粒，金刚石磨粒和硬脆性磨粒相互搭接。制作工艺包括以下步骤：1）对硬脆性磨粒整形筛分，2）在模板上打孔，3）预压制胎体薄片，4）在胎体薄片上铺排粗粒径磨粒，5）在胎体薄片上铺排细粒径磨粒，6）将多层胎体薄片组合冷压成型。本发明的金刚石钻头解决了由于硬脆性磨粒与金刚石在胎体中的相对位置差异因素所引起的钻头性能不稳定的问题，提高了钻头的批量性能稳定性和钻进效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种金刚石钻头，尤其是涉及一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头及其制作工艺。
背景技术
通过钻探手段获取地下深部岩矿心是评价地质矿产储量的直接方法，而要有效获取岩矿心则要求钻头必须具有优良的使用性能。近年来，随着围绕地球深部能源高效勘查与评价研究的展开，钻遇坚硬致密复杂地层的情况越来越普遍。此外，近年来随着环保意识的增强和生态建设的深入推进，勘探作业也朝着绿色钻探的方向发展，将“绿色、协调”贯穿于整个钻探过程中，具体则体现在提高钻进效率、减少施工过程中对环境的扰动等方面。因此，对金刚石钻头的性能提出了更高的要求。 通过向胎体中添加适当浓度的硬脆性磨粒，能够改善钻头的钻进性能。目前，现有的技术方案中硬脆性磨粒与金刚石颗粒是随机分布于胎体中，因此，无法解决由于硬脆性磨粒与金刚石在胎体中的相对位置差异因素所引起的钻头性能不稳定的问题，钻头性能批次稳定性差，且无法对钻进性能进行有效预测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够解决由于硬脆性磨粒与金刚石在胎体中的相对位置差异因素所引起的钻头性能不稳定的问题，提高了钻头的批量性能稳定性和钻进效率的含硬脆性磨粒的金刚石钻头及其制作工艺。
本发明采用的技术方案是：
一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头，包括胎体，胎体中设有多组磨粒，其特征在于：每组磨粒包括金刚石磨粒和硬脆性磨粒，金刚石磨粒和硬脆性磨粒相互搭接。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头中，每组磨粒中包括一个硬脆性磨粒和一个金刚石磨粒，硬脆性磨粒位于金刚石磨粒的前方或后方，硬脆性磨粒的粒度小于金刚石磨粒的粒度。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头中，每组磨粒中包括两个硬脆性磨粒及一个金刚石磨粒，两个硬脆性磨粒分别位于金刚石磨粒的前后两侧，硬脆性磨粒的粒度大于金刚石磨粒的粒度。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头中，金刚石磨粒的粒度为420μm - 590μm，硬脆性磨粒的粒度为300μm - 710μm，硬脆性磨粒材质为碳化硅、刚玉、立方碳化硼或硬质合金颗粒，所述的胎体硬度为HRC 15 - HRC 30。
一种上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头的制作工艺，包括以下步骤：
1）对硬脆性磨粒整形筛分，2）在模板上打孔，3）预压制胎体薄片，4）在胎体薄片上铺排粗粒径磨粒，5）在胎体薄片上铺排细粒径磨粒，6）将多层胎体薄片组合冷压成型。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头的制作工艺中，步骤1）中经过整形的硬脆性磨粒，使得球状的硬脆性颗粒占总数量的70% - 85%，带有尖角的硬脆性磨粒占总数量的15%- 30%。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头的制作工艺中，步骤2）中的模板上按设计开设两种不同孔径的孔，大孔径的孔的尺寸不大于粗粒径磨粒的平均粒径，小孔径的孔的尺寸不大于细粒径磨粒的平均粒径的0.5倍。
上述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头的制作工艺中，步骤6）中多层胎体薄片压制成型后，放入还原炉在300-350℃的条件下放置10-15分钟，确保压敏胶充分挥发。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的硬脆性磨粒与金刚石搭接的形式能够直接改善单颗粒金刚石的切削性能，沿切削方向，位于金刚石两侧的硬脆性磨粒粒径大于金刚石粒径，有利于钻进时利用其硬脆特性在金刚石两侧形成沟槽，改善单颗粒金刚石冷却效果；位于金刚石前、后方的硬脆性磨粒粒径小于金刚石粒径，有利于钻进时利用其脆性破碎特性对金刚石产生修锐效果，同时避免由于金刚石出刃过高或背部支撑力下降所导致的钻头提前磨损失效，本发明解决了由于硬脆性磨粒与金刚石在胎体中的相对位置差异因素所引起的钻头性能不稳定的问题，提高了钻头的批量性能稳定性；此外，通过金刚石与硬脆性磨粒不同搭接形式比例的调整，能够使钻头钻进性能的调节更加有针对性，提高钻进性能预测的准确性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的金刚石磨粒与硬脆性磨粒在胎体中的分布规律结构图。
图2为本发明的实施例2的金刚石磨粒与硬脆性磨粒在胎体中的分布规律结构图。
图3为本发明的实施例3的金刚石磨粒与硬脆性磨粒在胎体中的分布规律结构图。
图中：1 - 金刚石；2 - 硬脆性磨粒；3 - 水口，箭头为切削方向。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的含硬脆性磨粒的金刚石钻头，包括胎体4，胎体4中设有多组磨粒，每组磨粒中包括一个硬脆性磨粒2和一个金刚石磨粒1，金刚石磨粒1和硬脆性磨粒2相互搭接，硬脆性磨粒2位于金刚石磨粒1的前方，硬脆性磨粒2的粒度小于金刚石磨粒1的粒度。硬脆性磨粒2也可以位于金刚石磨粒1的后方，如图2所示。
如图3所示，每组磨粒中的硬脆性磨粒2的数量可以是两颗，分别位于金刚石磨粒1的前后两侧，硬脆性磨粒2的粒度大于金刚石磨粒1的粒度。
金刚石粒度为420μm - 590μm，硬脆性磨粒的粒度为300μm - 710μm，硬脆性磨粒材质可以为碳化硅、刚玉、立方碳化硼、硬质合金颗粒，胎体硬度为HRC 15 - HRC 30。
一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头制作工艺，包括如下步骤
（1）对硬脆性磨粒整形筛分
通过整形筛分工序确保添加至钻头胎体中的硬脆性磨粒，使得球状硬脆性磨粒的占总数量的70% - 85%，带有尖角的硬脆性磨粒占总数量的15% - 30%。
（2）在模板上打孔
按照设计要求在模板上进行2种不同孔径的打孔，大孔径的打孔尺寸不大于粗粒径磨粒的平均粒径，小孔径的打孔尺寸不大于细粒径磨粒的平均粒径的0.5倍，以确保粗粒径磨粒无法落入小孔径的打孔中。
（3）预压制胎体薄片
按照设计要求称取混合均匀的胎体粉料，放至冷压模具中进行压制成型，压制力可根据不同胎体的性能进行调整。
（4）在胎体薄片上铺排粗粒磨粒
在胎体上喷洒适当热敏胶，将打好孔的模板覆盖在胎体薄片上，将粗粒径磨粒洒在模板表面，用软刷均匀挂刷，直至粗粒径磨粒全部落入模板中的大孔径的孔中。
（5）在胎体薄片上铺排细粒径磨粒
铺排完粗粒径磨粒后，将细粒径磨粒洒在模板表现，用软毛刷均匀挂刷，直至细粒径磨粒全部落入模板中的小孔径的孔中。
（6）多层胎体薄片组合冷压成型
将已压制完成的单层胎体薄片叠加组合放入钻头切削齿冷压钢模内，利用油压机进行钻头切削齿冷压成型。将冷压成型后的切削齿放入还原炉中在300-350℃的条件下放置10-15分钟，确保压敏胶挥发。
（7）钻头烧结及机加工
将冷压成型的钻头切削齿，放入石墨模具中，首先进行上层装填非工作层粉料及保径聚晶，然后放置钻头刚体，利用中频烧结炉进行热压烧结钻头半成品，最后进行钻头半成品机加工，完成钻头成品制作。
Claims (2)
1.一种含硬脆性磨粒的金刚石钻头，包括胎体，胎体中设有多组磨粒，其特征在于：每组磨粒包括金刚石磨粒和硬脆性磨粒，金刚石磨粒和硬脆性磨粒相互搭接；
每组磨粒中包括一个硬脆性磨粒和一个金刚石磨粒，硬脆性磨粒位于金刚石磨粒的前方或后方，硬脆性磨粒的粒度小于金刚石磨粒的粒度；
或每组磨粒中包括两个硬脆性磨粒及一个金刚石磨粒，两个硬脆性磨粒分别位于金刚石磨粒的前后两侧，硬脆性磨粒的粒度大于金刚石磨粒的粒度。
2.根据权利要求1所述的含硬脆性磨粒的金刚石钻头，其特征在于：金刚石磨粒的粒度为420μm - 590μm，硬脆性磨粒的粒度为300μm - 710μm，硬脆性磨粒的材质为碳化硅、刚玉、立方碳化硼或硬质合金颗粒，所述的胎体硬度为HRC 15 - HRC 30。
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