一种超硬磨料切削元件，其包括金刚石或其他超硬磨料台，该台具有由在该台的切削面与侧表面之间的至少一个斜切面限定的周边切削边缘、在所述切削面与所述至少一个斜切面的最内斜切面之间延伸的弓形表面和在所述至少一个斜切面的最外斜切面与所述侧表面之间延伸的锐利角过渡部。还披露了制造这种超硬磨料切削元件和装备有这种超硬磨料切削元件的钻头的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式总体上涉及具有外周切削边缘并且用于地下钻进钻头的利用超硬磨料台的切削元件，尤其涉及对外周切削边缘的几何形状的修改，以获得增强的耐用性而没有切削效率损失。
技术介绍
聚晶金刚石复合片(PDC)结构形式的超硬磨料切削元件已经商业化大约三十年了，具有基本平面的切削面的、基底安装的PDC切削元件在商业上使用超过了二十年。后面这种PDC切削元件通常包括薄的、基本是圆形的盘(不过其他结构也是可用的)一通常称作“台”，包括由在超高温度和压力下相互连接的、并且限定了基本是平面的前切削面、后面和外周或圆周边缘的金刚石晶体构成的超硬磨料层，其至少一部分用作切削边缘来切削由上面安装有PDC切削元件的钻头钻进的地下地层。PDC切削元件在超硬磨料台形成期间通常在它们的后面上连接到由碳化钨硬质合金构成的支撑层或基底上——不过自支撑roc切削元件也是已知的，尤其是那些在更高温度下稳定的，它们称作热稳定产品，或者“TSP”。无论是哪一种roc切削元件一般都要固定地安装到旋转钻头一一一般称作刮刀钻头，其通过钻头的转动和钻柱重量的施加或其他轴向力的施加基本以剪切动作切削地层，这种重量或力称作作用其上的“钻压” (WOB)0多个任一种PDC切削元件或者甚至是这两种PDC切削元件安装在给定的钻头上，可以在相同钻头上使用具有各种尺寸的切削元件。刮刀钻头本体可以由金属(一般是钢)铸造和/或机加工而成，可以由在高温下被液体粘结剂渗透的粉末金属构成以形成基体式钻头本体，或者可以包括烧结的金属块。可以在炉中加热之后将PDC切削元件钎焊到基体式钻头本体，或者TSP可以甚至在用于基体式钻头渗透的炉中加热工艺期间粘结到钻头本体中。切削元件一般通过初步粘结到承载元件(通常称作栓钉)来紧固到铸造或加工的(钢本体)钻头上，然后插入到钻头本体的面上的孔中并机械地或通过冶金方式紧固其上。栓钉也与基体式钻头一起使用，正如经由它们的基底紧固到然后固定到基体式钻头本体的圆柱形承载元件一样。长期认为PDC切削元件不管它们连接到刮刀钻头的方法如何在使用中均经历相对快的退化，这是因为当刮刀钻头向前钻进时极高的温度和高的载荷，尤其是冲击载荷。这种退化的其中一个可观察到的现象是PDC切削元件切削边缘的断裂或层裂，其中大部分超硬磨料PDC层与切削元件分离。层裂可以在PDC切削元件的切削面下扩散，甚至导致超硬磨料层从基底的支撑层或者如果没有使用基底就从钻头本身分层。无论如何，切削边缘破坏降低了切削效率，这还降低了刮刀钻头穿透地层的速率(ROP)。甚至最小的断裂破坏都可以对切削元件寿命和性能具有负面影响。一旦在金刚石台的前缘(在切削元件运动的方向上)上削出尖角，对所述台的破坏量就持续增加，获得给定切削深度所需的轴向力，也称作法向力(WOB)也如此。因此当对切削边缘和切削面的破坏发生以及刮刀钻头的穿透速率降低时，传统的钻台对钻压增加的响应快速地导致进一步的退化以及碎裂的切削元件的最终惨重故障。在加工工具领域中已经意识到用于超声钻进或研磨的金刚石工具顶端的斜切减少了工具顶端的裂缝和碎裂。J. Grandia 和 J.C.Marinace，“DIAMOND TOOL-TIP FORULTRA-SONIC DRILLING”，IBM 技术披露期刊(IBM Technical Disclosure Bulletin)第 13卷，第11期，1971年4月，第3285页。在U. K.专利申请GB2193749A中也认可了在采矿设备中使用金刚石和立方氮化硼复合片的斜面或斜切来缓减切削元件边缘碎裂的趋势。Bovenkerk的U. S.专利4，109，737相关部分披露了销形或嵌钉形切削元件在刮刀钻头上的应用，所述销在其自由端上包括聚晶金刚石层，金刚石的外表面构造为圆柱形、半球形或由截头圆锥台构成的半球近似体。 Dennis的U.S.专利Re32，036披露了在用在旋转刮刀钻头上的盘形的安装嵌钉的PDC切削元件上的倾斜切削边缘的应用。Gasan等人的U.S.专利4，987，800参考了之前提到的Dennis的再版专利并且提供了多种PDC切削元件的替代性边缘处理，包括凹槽、狭缝和多个临近的孔，所有这些据称阻止了超硬磨料PDC层超出由所述凹槽、狭缝或者临近切削边缘的孔列限定的边界的碎m οTandberg的U. S.专利5，016, 718披露了使用具有“可见”半径的轴向和径向外边缘的平面PDC切削元件的应用，该特征据称提高了元件的“机械强度”。Cooley等人的转让给本专利技术的受让人的U. S.专利5，437，343披露了具有金刚石台的切削元件，所述金刚石台具有由多个斜切面限定的周边切削边缘。披露了两个临近的斜切面(Cooley等人，图3)或者三个临近的斜切面(Cooley等人，图5)。发现两个和三个相邻的斜切面的使用产生了坚实的切削边缘，其仍然具有良好的钻进效率。据发现在切削边缘处比双斜切面几何结构更接近半径的三斜切面几何结构从耐用性观点出发是理想的。不幸的是，还确定了研磨三个斜切面花费额外的时间并且需要切削边缘和研磨工具的精确对准以沿着切削边缘提供一致的横截面结构。Lund等人的装让给本专利技术的受让人的U. S.专利6，935，444披露了具有金刚石台的切削元件，所述金刚石台具有由多个表面限定的周边切削边缘以及至少两个临近表面，当从切削元件的侧面看时这些表面直线地延伸，在所述至少两个临近表面之间具有弓形边界。这种边缘几何结构，象‘343专利一样，也花费显著的时间来生产，需要切削边缘与研磨工具的精确对准，并且实际上没有提供所需的更理想的切削边缘。总之，已经表明如果可以消除金刚石台切削边缘的最初碎裂，就可以显著增加切削元件的寿命。意识到对切削边缘几何结构的修改是有希望的以减少碎裂，但是在传统的结构中还没有完全将耐用性与理想的切削特征结合起来的可能性
技术实现思路
本专利技术的一个实施方式提供了一种超硬磨料切削元件的改进的切削边缘结构，该切削元件包括在超硬磨料台的切削面与侧表面之间的至少一个斜切面，其中在所述至少一个斜切面的最内斜切面的内边界与所述切削面之间布置有弓形表面，在所述至少一个斜切面的最外斜切面的外边界与所述侧表面之间具有锐利角过渡部。虽然这里是结合使用PDC切削元件的实施方式讨论本专利技术的，但是其同样适用于其他超硬磨料，比如TSP、立方氮化硼、金刚石薄膜和氮化硅以及类金刚石薄膜。在本专利技术的一个实施方式中，一种切削元件，包括超硬磨料台，该超硬磨料台具有由切削面和相邻的单个斜切面限定的周边切削边缘，在切削面与相邻的单个斜切面之间布置有弓形表面，所述超硬磨料台的所述单个斜切面与侧表面之间的边界包括锐利角过渡部。所述切削面和相邻的单个斜切面可以均以基本与所述弓形表面相切的关系接触所述弓形表面。在前面提到的实施方式中，所述斜切面和弓形表面可以具有至少基本是环形的结构，包括沿着所述切削边缘周向延伸的完整的或者部分的环面。在另一个实施方式中，该切削元件可以在超硬磨料台的侧表面与最内斜切面和切削面之间的弓形表面之间包括多个斜切面。本专利技术的实施方式还包括具有一个或多个根据本专利技术的切削元件的钻头。附图说明图1是根据本专利技术的实施方式的圆形PDC切削元件的正视图；图2是沿着线2-2的图1的切削元件的侧视本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·迪乔瓦尼，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：
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