阶梯型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头制造技术

本申请公开一种阶梯型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，该复合片包括：沿轴向延伸的硬质合金基座，基座在轴向的一端具有第一表面，第一表面不是平面；固定在基座第一表面上的聚晶金刚石层，聚晶金刚石层具有与第一表面相配合的第二表面，第二表面不是平面；聚晶金刚石层具有远离第二表面的第三表面；第三表面上具有脊线，聚晶金刚石层沿脊线延伸；在脊线所在且与轴向平行的平面内，第一表面沿脊线所在方向具有第一端和第二端，第一端至第二端呈上升或下降的趋势，第一表面两端点的连线与基座外轮廓的夹角不等于90°。该复合片具有更好的冲击韧性、耐磨性、导热性、热稳定性和更长的使用寿命，有利于复合片内残余应力的管理和弱化。

Step type polycrystalline diamond composite sheet and drill bit provided with the composite plate

【技术实现步骤摘要】
阶梯型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头
本申请涉及钻探设备
，尤其涉及一种阶梯型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。聚晶金刚石复合片(PDC)是由聚晶金刚石层与硬质合金基体在高温高压下烧结成的复合材料。由于它既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，同时又兼具硬质合金的强度与抗冲击韧性，故PDC是制造切削刀具、钻井钻头及其他耐磨工具的理想材料，在石油钻探、地质勘探和机械加工等领域中获得了广泛的应用。常规PDC的金刚石层为平面状且厚度在其延伸方向上一致。当PDC边缘刮削岩石时，金刚石层边缘所受的旋转冲击和向下的压力，其分力正好沿金刚石平面方向，全部作用在金刚石层上，容易造成金刚石层的崩缺，特别是遇到破碎岩层，钻头抖动等情况，PDC的金刚石层由于结构关系极易从边缘沿平面崩缺，造成PDC较早失效，使PDC的寿命大幅下降。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本申请的目的之一是提供一种阶梯型聚晶金刚石复合片及设有该复合片的钻头，该复合片具有更好的冲击韧性、耐磨性、导热性、热稳定性和更长的使用寿命，有利于复合片内残余应力的管理和弱化。为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种阶梯型聚晶金刚石复合片，包括：沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸；所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述第一表面沿所述脊线延伸方向具有第一端和第二端，所述第一端至所述第二端呈上升或下降的趋势，所述第一端和第二端的连线与所述基座外轮廓的夹角不等于90°，所述脊线两端点的连线与所述基座外轮廓的夹角等于90°作为一种优选的实施方式，所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同；所述第一表面第一端至所述第二端呈下降的趋势，所述第一端的凸起和/或凹陷具有更小的波峰波谷差，所述第二端的凸起和/或凹陷具有更大的波峰波谷差。作为一种优选的实施方式，所述第一线条为弧线或直线，所述第二线条为弧线或直线，所述第三线条为弧线或直线；所述脊线为直线或弧线。作为一种优选的实施方式，所述第一线条和第三线条为直线，所述第二线条为直线，所述第一线条、第二线条和第三线条共线。作为一种优选的实施方式，所述第一线条和第三线条为直线，所述第二线条为弧线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°。作为一种优选的实施方式，所述第一线条和第三线条为弧线，所述第一线条和所述第三线条的曲率在0.1mm-1以下；所述第二线条为弧线或直线；所述第一线条两端点的连线与所述第三线条两端点的连线的夹角范围为89°-179°。作为一种优选的实施方式，所述基座由单晶碳化钨粉末与第一粘结剂烧结而成，所述第一粘结剂为金属，所述第一粘结剂的含量为5-15％；所述聚晶金刚石层包括金刚石颗粒和第二粘结剂，所述第二粘结剂为金属及其碳化物或者非金属。作为一种优选的实施方式，所述第二表面的最低点至所述第三表面的最高点沿所述轴向的距离是2mm-10mm；所述聚晶金刚石层的外边缘具有倒角，所述倒角包括单倒角、双倒角、多重倒角中的一种或多种。一种设有阶梯型聚晶金刚石复合片的钻头，所述钻头包括如上任一实施方式所述的阶梯型聚晶金刚石复合片。作为一种优选的实施方式，所述钻头具有沿周向均匀分布的多个刀翼，所述刀翼上设有前排齿和后排齿，所述前排齿和/或后排齿包括所述阶梯型聚晶金刚石复合片，所述前排齿的齿尖点位于所述钻头的冠部曲线上；所述第一表面第一端至所述第二端呈下降的趋势，所述第二端位于所述冠部曲线上；所述阶梯型聚晶金刚石复合片沿所述轴向的轮廓与所述冠部曲线的切线与所述脊线垂直。有益效果：本申请实施方式所提供的阶梯型聚晶金刚石复合片，由于基座第一表面的第一端至第二端呈上升或下降的趋势，且第一端和第二端的连线与所述基座外轮廓的夹角不等于90°，使聚晶金刚石层具有最厚的一端和最薄的一端，第一表面呈阶梯型变化。当使用聚晶金刚石层最厚的一端与地层相互作用时，由于聚晶金刚石层厚度的提高，复合片将表现出更好的冲击韧性，有助于装有该复合片的钻头钻进非均质地层和硬地层。同时，由于聚晶金刚石层厚度的提高，复合片将表现出更好的耐磨性和使用寿命，将延迟基座和聚晶金刚石层的结合面与地层的直接作用，避免了聚晶金刚石层的剥落。由于聚晶金刚石层厚度的提高，复合片还将表现出更好的导热性和热稳定性。现有技术中，聚晶金刚石层在切削岩石时，并不与地层呈正交关系，因此聚晶金刚石层的内部会产生不均匀的应力，使得聚晶金刚石层易发生损坏。而本申请提供的阶梯型聚晶金刚石复合片由于聚晶金刚石层厚度呈阶梯变化，有利于复合片内残余应力的管理和弱化。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施方式中所提供的一种阶梯型聚晶金刚石复合片在垂直于所述脊线且与所述轴向平行的平面内的结构示意图；图2为图1所示复合片的左视图；图3为实施例②提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；图4为实施例③提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；图5为实施例④提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；图6为实施例⑤提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；图7为实施例⑥提供的一种弧形聚晶金刚石复合片的结构示意图；图8为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阶梯型聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括：/n沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；/n固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸；所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述第一表面沿所述脊线延伸方向具有第一端和第二端，所述第一端至所述第二端呈上升或下降的趋势，所述第一端和第二端的连线与所述基座外轮廓的夹角不等于90°，所述脊线两端点的连线与所述基座外轮廓的夹角等于90°。/n

【技术特征摘要】
1.一种阶梯型聚晶金刚石复合片，其特征在于，包括：
沿轴向延伸的硬质合金基座，所述基座在轴向的一端具有第一表面，所述第一表面不是平面；
固定在所述基座第一表面上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有与所述第一表面相配合的第二表面，所述第二表面不是平面；所述聚晶金刚石层具有远离所述第二表面的第三表面；所述第三表面上具有脊线，所述聚晶金刚石层沿所述脊线延伸；所述脊线延伸方向与所述轴向垂直；在垂直于所述脊线延伸方向且与所述轴向平行的平面内，所述第三表面包括第一线条、第二线条和第三线条，所述第二线条用于连接所述第一线条和第三线条；所述第二线条具有中点，所述脊线由所述中点组成；所述第一表面沿所述脊线延伸方向具有第一端和第二端，所述第一端至所述第二端呈上升或下降的趋势，所述第一端和第二端的连线与所述基座外轮廓的夹角不等于90°，所述脊线两端点的连线与所述基座外轮廓的夹角等于90°。


2.根据权利要求1所述的阶梯型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一表面上设有多个凸起和/或凹陷，所述凸起和/或凹陷的起伏趋势与所述第三表面的起伏趋势相同；所述第一表面第一端至所述第二端呈下降的趋势，所述第一端的凸起和/或凹陷具有更小的波峰波谷差，所述第二端的凸起和/或凹陷具有更大的波峰波谷差。


3.根据权利要求1所述的阶梯型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条为弧线或直线，所述第二线条为弧线或直线，所述第三线条为弧线或直线；所述脊线为直线或弧线。


4.根据权利要求1所述的阶梯型聚晶金刚石复合片，其特征在于，所述第一线条和第三线条为直线，所述第二线条为直线，所述第一线条、第二线条和第三线条共线。


5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维，高德利，未九森，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11