一种三阶钻头及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种适合泥岩取芯钻探用的三阶钻头及其制造方法。本发明专利技术的三阶钻头及其制造方法具有导向性好，防粘能力强，钻探效率高的特点，其制造工艺无需将三阶台阶切削齿分别烧结和机加工再烧结，只需要一步烧结即可，工序简洁高效，生产出来的钻头同心度高，耐磨性好，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种三阶钻头及其制造方法
本专利技术属于地层钻探
，具体涉及一种适合粘性地层取芯钻探用的三阶钻头及其制造方法。
技术介绍
有些地层地质情况复杂，含很多可塑性强的泥岩，例如煤层，在钻探过程中泥土容易粘在钻头上，都会给钻探施工带来很大的麻烦，同时钻头在钻进的过程中容易发生偏心问题，导致钻进方向偏失。现有技术急需一种钻进方向不易偏，且排泥效果较好的三阶钻头及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种钻进方向不易偏，且排泥效果较好的三阶钻头及其制造方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种三阶钻头，包括由内而外依次设置的外管连接套和环形的钻头，所述外管连接套和钻头通过过渡粘结管连接；所述钻头由内而外包括外径依次减小的第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头，所述第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头相连为同心台阶圆柱体，所述第三阶钻头、所述第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿为单面斜齿，所述单面斜齿的表面包括齿端的切削平面和沿切削平面一侧倾斜向下至齿根的齿斜面；所述切削齿围绕圆柱体轴心均匀分布；第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿之间设有主水路。通过这样的设计，在钻头钻进的过程中，第三、二阶钻头和第一阶钻头的台阶结构可以起到较好的导向性，不容易偏心；较为宽大的主水路和冲水孔的设计能够及时冷却和润滑钻头，降低和防止粘钻风险。作为优选的，所述主水路由第三阶钻头延伸至第一阶钻头，并与第一阶钻头内壁连通。这样的设计水流可以通过主水路直接从钻头内排到钻头外，对钻头进行冷却和钻头唇面润滑。作为优选的，所述第三阶钻头和第二阶钻头的主水路的台阶面上还设有内排水孔，所述内排水孔内部与第三阶钻头内壁连通。这样的设计，水流可以直接从钻头内部通过内排水孔排出到钻头外(与从主水路的水流汇合)，并在齿斜面的导向作用下对切削平面进行充分的冲洗，进一步提高排泥效果。作为优选的，所述切削齿包括靠近切削平面的齿端部和支撑齿端部的齿基，所述齿端部和齿基一体烧结成型。这样的设计，通过将切削齿区分为齿端部和齿基，可以在烧结时对两者进行不同的材料进行烧结，对于和地质进行切削的齿端部使用耐磨性较强的胎体，对于齿基降低金刚石大颗粒的含量，可以控制成本。一种三阶钻头的制造方法包括如下步骤：第一步：胎体物料混合：将金属粉和金刚石粉末按一定比例混合，获得胎体的填充粉末；第二步：铺设第一阶钻头层：将填充粉末a均匀铺设在模具当中，厚度达到第一阶钻头高度1/5，并对第一阶钻头层进行预压，预压压强为20/3Mpa；再将填充粉末b均匀铺设在模具当中，厚度达到第一阶钻头的高度，并对第一阶钻头层进行预压，预压压强为20/3Mpa；第三步：铺设第二阶钻头层：步骤与第二步的铺设步骤相同；第四步：铺设第三阶钻头层：步骤与第二步的铺设步骤相同；第五步：铺设过渡粘结管层和放置外管连接套：将过渡粘结管层填充粉末c继续均匀铺设在模具当中，并将外管连接套定位放置在过渡粘结管层上。第五步：施加预压压力：对外管连接套施加10～20KN；第六步：保温扩散：从室温开始以250～300℃/min速度升温，至850℃～900℃；保温1～5分钟，并施加压强为10Mpa；第七步：加压烧结：迅速升温至970℃，并施加压强为20Mpa，保压1～5分钟后开始模具内冷却；第八步：取下工件：冷却至650℃左右时将工件模具中取出，并在室温中冷却；第九步：加工内冲水孔。通过保温扩散的工艺设计，在填充粉末均匀铺设的过程中，对每一层层进行预压，可以提高胎体的密度和结合强度，弥补由于模具高度增加而导致压力传导不足的缺陷；同时以往的大型钻头会通过烧结和机加工再烧结，加工较为繁琐，本申请，通过预压工艺一次成型后烧结工序简洁高效，生产出来的钻头同心度高，耐磨性好。作为优选的，所述步骤二中，填充粉末a为WC40％，YG615％，Ni5％，Mn5％，Cu66335％，金刚石粉35～40目的10％，金刚石40～45目的35％，金刚石45～50目的35％，金刚石50～60目的20％；填充粉末b为WC30％，YG625％，Ni5％，Mn5％，Cu66335％，金刚石粉35～40目的10％，金刚石40～45目的40％，金刚石45～50目的40％，金刚石50～60目的10％，胎体的金刚石浓度为90％(第三阶钻头至第一阶钻头总体)。通过这样的设计，在齿尖层填充WC含量高，金刚石50～60目高的粉末，而在齿根处填充WC含量较低，金刚石50～60目较少的粉末，可以在保障耐磨性的同时降低制造成本。作为优选的，所述步骤二中，填充粉末c质量分数配方为：WC30％，Fe25％，Ni5％，Mn5％，Cu66335％。这样的比例配方，可以起到很好的连接支撑作用。作为优选的，所述步骤二中的模具为致密石墨模具。样的设计是对方案的进一步优化。本专利技术的优点和有益效果在于：通过这样的设计，在钻头钻进的过程中，第三、二阶钻头和第一阶钻头的台阶结构可以起到较好的导向性，不容易偏心；较为宽大的主水路和冲水孔的设计能够及时冷却和润滑钻头，降低和防止粘钻风险。附图说明图1为本专利技术三阶钻头结构示意图；图2为图1中A处结构放大示意图；图3为三阶钻头侧视图；图4为三阶钻头俯视图；图5为实施例中填充粉末的铺设流程简图。图中：1、外管连接套；2、钻头；3、过渡粘结管；4、第一阶钻头；5、第三阶钻头；6、切削齿；7、主水路；8、第二阶钻头；9、切削平面；10、齿斜面；11、内排水孔；12、齿端部；13、齿基；14、外壳体；15、空腔；16、芯棒；17、凹台；18、填充粉末a；19、填充粉末b；20、填充粉末c。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1和图5，一种三阶钻头，其特征在于：包括由内而外依次设置的外管连接套1和环形的钻头2，所述外管连接套1和钻头2通过过渡粘结管3连接；所述钻头2由内而外包括外径依次减小的第三阶钻头5、第二阶钻头8和第一阶钻头4，所述第三阶钻头5、第二阶钻头8和第一阶钻头4相连为同心台阶圆柱体，所述第三阶钻头5、所述第二阶钻头8和第一阶钻头4的切削齿6为单面斜齿，所述单面斜齿的表面包括齿端的切削平面9和沿切削平面9一侧倾斜向下至齿根的齿斜面10；所述切削齿6围绕圆柱体轴心均匀分布；第三阶钻头5、第二阶钻头8和第一阶钻头4的切削齿6之间设有主水路7。所述主水路7由第三阶钻头5延伸至第一阶钻头4，并与第一阶钻头4内壁连通。所述第三阶钻头5和第二阶钻头8的主水路7的台阶面上还设有内排水孔11，所述内排水孔11内部与第三阶钻头5内壁连通。所述切削齿6包括靠近切削平面9的齿端部12和支撑齿端部12的齿基13，所述齿端部12和齿基13一体烧结成型。在制作中，模具包括一个外壳体14，外壳体14内部为空腔15，空腔15中部为芯棒16，芯棒16和空腔15内壁之间的环形空腔15为填充空间，芯棒16可以分段设置，不同段的芯棒16之间螺纹连接；按照步骤一至步骤九进行加工，可以得到台阶状的钻头2，钻头2的切削齿6、主水路7的结构均通过模具内部结构成型，内排水孔11是在烧结之后通过机械钻头2打孔而成。制作完成的钻头2为同轴的台阶状钻头2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三阶钻头，其特征在于：包括由内而外依次设置的外管连接套和环形的钻头，所述外管连接套和钻头通过过渡粘结管连接；所述钻头由内而外包括外径依次减小的第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头，所述第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头相连为同心台阶圆柱体，所述第三阶钻头、所述第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿为单面斜齿，所述单面斜齿的表面包括齿端的切削平面和沿切削平面一侧倾斜向下至齿根的齿斜面；所述切削齿围绕圆柱体轴心均匀分布；第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿之间设有主水路。

【技术特征摘要】
1.一种三阶钻头，其特征在于：包括由内而外依次设置的外管连接套和环形的钻头，所述外管连接套和钻头通过过渡粘结管连接；所述钻头由内而外包括外径依次减小的第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头，所述第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头相连为同心台阶圆柱体，所述第三阶钻头、所述第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿为单面斜齿，所述单面斜齿的表面包括齿端的切削平面和沿切削平面一侧倾斜向下至齿根的齿斜面；所述切削齿围绕圆柱体轴心均匀分布；第三阶钻头、第二阶钻头和第一阶钻头的切削齿之间设有主水路。2.如权利要求1所述的三阶钻头，其特征在于：所述主水路由第三阶钻头延伸至第一阶钻头，并与第一阶钻头内壁连通。3.如权利要求2所述的三阶钻头，其特征在于：所述第三阶钻头和第二阶钻头的主水路的台阶面上还设有内排水孔，所述内排水孔内部与第三阶钻头内壁连通。4.如权利要求3所述的三阶钻头，其特征在于：所述切削齿包括靠近切削平面的齿端部和支撑齿端部的齿基，所述齿端部和齿基一体烧结成型。5.一种三阶钻头的制造方法包括如下步骤：第一步：胎体物料混合：将金属粉和金刚石粉末按一定比例混合，获得胎体的填充粉末；第二步：铺设第一阶钻头层：将填充粉末a均匀铺设在模具当中，厚度达到第一阶钻头高度1/5，并对第一阶钻头层进行预压，预压压强为20/3Mpa；再将填充粉末b均匀铺设在模具当中，厚度达到第一阶钻头的高度，并对第一阶钻头层进行预压，预压压强为20/3Mpa；第三步：铺设第二阶钻头层：步骤与第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颂贤，张世文，
申请(专利权)人：无锡锡钻地质装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32