金刚石切削齿的制作方法

专利2026-08-03  16


本技术涉及超硬材料制造领域,尤其涉及一种金刚石切削齿。


背景技术:

1、金刚石切削齿是利用高温高压技术将金刚石和硬质合金基体烧结在一起所形成的超硬材料复合体,它兼有金刚石层的高耐磨性能和硬质合金的高强度及可焊接性,广泛用作石油、天然气开采用金刚石钻头的切削齿。切削齿是金刚石钻头中最重要的工作部件,其耐磨性、耐热性和抗冲击性等性能是影响钻探作业的效率、成本、钻井质量的重要因素,特别是在钻探复杂地层,深部地层过程中对切削齿的各项性能尤其是抗冲击性能要求更为苛刻。由于金刚石是自然界目前已知硬度最高的物质,其优异的耐磨性能毋庸置疑,而韧性(抗冲击性能)不足恰恰是金刚石的短板。因为金刚石切削齿是一种上下结构的部件,如图1所示,上部的金刚石层1和下部的硬质合金基体2之间有一结合界面3,金刚石切削齿在钻探过程中承担切割,破碎地层岩石的重任,承受巨大的冲击,而金刚石层1和硬质合金基体2之间的结合界面3是最易受到冲击破坏的薄弱位置,因此,当金刚石层1和硬质合金基体2之间的结合强度不够时,易造成金刚石切削齿在结合界面处被破坏,使硬质合金基体2顶部的金刚石层1从结合界面处大块或整体剥落,金刚石切削齿一旦没有了金刚石层,即刻失效,整个金刚石钻头无法稳定工作。

2、为提高金刚石层和硬质合金基体之间的结合界面的结合力度,现有的解决方式是通过在结合界面上设置凸台或者凸块来增加结合界面的面积,如授权公开号为cn202380982u,专利名称为《圆台型金刚石硬质合金复合片》的实用新型专利,将金刚石层与硬质合金基体层的结合面设计为圆台型面,从而可以更好的提高抗冲击强度,然而圆台型面依然具备大面积的平面因此防金刚石层脱落效果不佳,此外,在该复合片中,位于金刚石层外周的工作位置的厚度与金刚石层其他位置的厚度一致,因此并未额外增加该复合片的利用率。


技术实现思路

1、因此,为解决上述问题,本实用新型提供了一种金刚石切削齿。

2、本实用新型是通过以下技术方案实现的:

3、一种金刚石切削齿,整体呈圆柱形,包括硬质合金基体以及共轴设置在所述硬质合金基体端部的金刚石层,所述硬质合金基体的直径与所述金刚石层的直径相同,且所述硬质合金基体的高度大于所述金刚石层的高度,所述硬质合金基体在与所述金刚石层的结合界面上规则排布有多个硬质合金凸起件,包括设置在所述硬质合金基体中心的一个硬质合金凸起件以及以该硬质合金凸起件为中心同心分布的多圈硬质合金凸起件,同一圈内的多个硬质合金凸起件之间等角度设置,每个硬质合金凸起件均与所述硬质合金基体一体设置,所述硬质合金凸起件均呈铆钉状,包括与硬质合金基体表面一体连接的杆部以及一体设置在所述杆部顶部的帽部,所述杆部与帽部共轴设置,且所述帽部沿杆部的周向延伸,使所述帽部的直径大于所述杆部的直径,所述硬质合金基体上所有硬质合金凸起件的帽部的外表面共同形成硬质合金基体的包络面。

4、优选的,所述硬质合金凸起件的杆部的直径为0.3mm-1.0mm,帽部的直径为0.5mm-3.0mm,所述硬质合金凸起件的高度为0.5mm-2.0mm。

5、优选的,所述硬质合金凸起件的帽部的外表面呈圆弧形。

6、优选的,所述硬质合金基体在与所述金刚石层的结合界面上的所有硬质合金凸起件的高度相同。

7、优选的,所述硬质合金凸起件的高度由中心向外周逐渐递减。

8、优选的,所有硬质合金凸起件的帽部的外表面共同在硬质合金基体顶部形成的包络面为球面,且该球面的半径为20mm-60mm。

9、优选的,相邻两圈硬质合金凸起件之间的间隔距相同。

10、优选的,靠近所述硬质合金基体中心的内圈的硬质合金凸起件的分布密度大于外圈的硬质合金凸起件的分布密度。

11、本实用新型技术方案的有益效果主要体现在:

12、1、硬质合金基体在与所述金刚石层的结合界面上通过规则地排布多个与硬质合金基体一体设置的硬质合金凸起件来增大金刚石层与硬质合金基体的结合面积,提高了结合强度和抗冲击性能,其中,每个硬质合金凸起件包括杆部和直径大于杆部的帽部,在工作过程中受到冲击时,硬质合金凸起件的几何形状进一步提高了金刚石层与硬质合金基体之间的啮合力和结合界面的结合强度,可有效抵抗金刚石层的大块或整体脱落,降低了金刚石层揭盖的风险。

13、2、结合界面上的硬质合金凸起件包括设置在所述硬质合金基体中心的一个硬质合金凸起件以及以该硬质合金凸起件为中心同心分布的多圈硬质合金凸起件,且同一圈内的硬质合金凸起件之间等角度设置,使得金刚石切削齿承受冲击力的能力各向同性,从而确保金刚石切削齿各处抗冲击性能的均衡性,同时便于后续布齿。

14、3、硬质合金凸起件的高度由中心向外周逐渐递减且靠近所述硬质合金基体中心的内圈的硬质合金凸起件的分布密度大于外圈的硬质合金凸起件的分布密度,因此,当硬质合金基体与金刚石层结合后,位于金刚石层外周的工作位置的厚度较高,使得靠近圆周附近的金刚石的量相对多于中心位置的金刚石的量,切削齿的靠外区域更加耐磨,更容易满足实际使用工况,提高复合件的利用率和使用寿命。

15、4、硬质合金凸起件的帽部的外表面呈圆弧形且所有硬质合金凸起件的帽部的外表面共同在硬质合金基体顶部形成的包络面为球面,确保结合界面处的各结构间平滑过渡,避免硬质合金基体与金刚石层之间出现尖角,进一步分散硬质合金基体与聚金刚石层的结合面的应力。



技术特征:

1.金刚石切削齿,整体呈圆柱形,包括硬质合金基体(2)以及共轴设置在所述硬质合金基体(2)端部的金刚石层(1),所述硬质合金基体(2)的直径与所述金刚石层(1)的直径相同,且所述硬质合金基体(2)的高度大于所述金刚石层(1)的高度,其特征在于:所述硬质合金基体(2)在与所述金刚石层(1)的结合界面(3)上规则排布有多个硬质合金凸起件(4),包括设置在所述硬质合金基体(2)中心的一个硬质合金凸起件(4)以及以该硬质合金凸起件(4)为中心同心分布的多圈硬质合金凸起件(4),同一圈内的多个硬质合金凸起件(4)之间等角度设置,每个硬质合金凸起件(4)均与所述硬质合金基体(2)一体设置,所述硬质合金凸起件(4)均呈铆钉状,包括与硬质合金基体(2)表面一体连接的杆部以及一体设置在所述杆部顶部的帽部,所述杆部与帽部共轴设置,且所述帽部沿杆部的周向延伸,使所述帽部的直径大于所述杆部的直径,所述硬质合金基体(2)上所有硬质合金凸起件(4)的帽部的外表面共同形成硬质合金基体(2)的包络面。

2.根据权利要求1所述的金刚石切削齿,其特征在于:所述硬质合金凸起件(4)的杆部的直径为0.3mm-1.0mm,帽部的直径为0.5mm-3.0mm,所述硬质合金凸起件(4)的高度为0.5mm-2.0mm。

3.根据权利要求1所述的金刚石切削齿,其特征在于:所述硬质合金凸起件(4)的帽部的外表面呈圆弧形。

4.根据权利要求2所述的金刚石切削齿,其特征在于:所述硬质合金基体(2)在与所述金刚石层(1)的结合界面(3)上的所有硬质合金凸起件(4)的高度相同。

5.根据权利要求3所述的金刚石切削齿,其特征在于:所述硬质合金凸起件(4)的高度由中心向外周逐渐递减。

6.根据权利要求5所述的金刚石切削齿,其特征在于:所有硬质合金凸起件(4)的帽部的外表面共同在硬质合金基体(2)顶部形成的包络面为球面,且该球面的半径为20mm-60mm。

7.根据权利要求1所述的金刚石切削齿,其特征在于:相邻两圈硬质合金凸起件(4)之间的间隔距相同。

8.根据权利要求1所述的金刚石切削齿,其特征在于:靠近所述硬质合金基体(2)中心的内圈的硬质合金凸起件(4)的分布密度大于外圈的硬质合金凸起件(4)的分布密度。


技术总结
本技术公开了一种金刚石切削齿,包括硬质合金基体和金刚石层,所述硬质合金基体在与所述金刚石层的结合界面上规则排布有多个硬质合金凸起件,包括设置在所述硬质合金基体中心的一个硬质合金凸起件以及以该硬质合金凸起件为中心同心分布的多圈硬质合金凸起件,同一圈内的多个硬质合金凸起件之间等角度设置,每个硬质合金凸起件均与所述硬质合金基体一体设置,所述硬质合金凸起件均呈铆钉状,包括与硬质合金基体表面一体连接的杆部以及一体设置在所述杆部顶部的帽部。本方案提高了金刚石层与硬质合金基体之间的啮合力和结合界面的结合强度,可有效抵抗金刚石层的大块或整体脱落,降低了金刚石层揭盖的风险。

技术研发人员:卞中佩,戴伟华,何水良
受保护的技术使用者:苏州思珀利尔工业技术有限公司
技术研发日:20231205
技术公布日:2024/7/25
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