齒形金剛石複合片的製作方法
2023-05-15 21:44:36
專利名稱：齒形金剛石複合片的製作方法
技術領域：
本發明涉及超硬材料領域，具體涉及一種齒形金剛石複合片。
背景技術：
金剛石複合片是一種由聚晶金剛石層和硬質合金基體在高溫高壓條件下複合而 成的複合材料。由於金剛石複合片兼具有聚晶金剛石層硬度高、耐磨性好，以及硬質合金基體的金屬性能，因而被廣泛應用於石油鑽井、地質勘探、煤田鑽採鑽頭上和機械加工工具等行業。安裝時，首先將金剛石複合片嵌入鑽齒表面的安裝孔內；然後通過加熱釺焊或冷壓等方式將金剛石複合片固定於鑽具表面的安裝孔內形成鑽具工件。雖然加熱焊固定方式具有較高的固定可靠性，金剛石複合片在長時間使用後依舊能夠穩定地固定在鑽齒安裝孔內而不會脫出；但是由於加熱焊需要將鑽具工件放入其加熱焊接設備的內部才能夠進行加熱焊接，因此只適合於半裸露、開孔不深或體積較小的鑽具。而對於體積較大的鑽具而言，則不能使用加熱釺焊的固定方式，而只能將讓金剛石的外側面輪廓形狀與鑽齒的安裝孔過盈配合，並藉助外力即冷壓固定方式將金剛石複合片和壓入鑽齒安裝孔內。由於傳統的金剛石複合片呈圓柱形狀，且金剛石複合片的外側面輪廓形狀為規則的圓形、金剛石複合片的側表面為一個光滑的弧形面。因此傳統結構的金剛石複合片在採用冷壓固定方式時，會存在以下不足1、由於安裝孔與金剛石複合片之間為過盈配合，因此在壓入過程中，安裝孔底部會留有空氣而形成空氣墊，鑽具工件長時間使用後，由於溫度升高，金剛石複合片容易被空氣墊頂出；此時，若金剛石複合片為徑向安裝在柱形鑽齒的側表面時(如復振器的鑽齒)，會導致鑽具工件的直徑變大，從而使鑽具工件的扭矩加大、阻力加大、耗能增多，最終使得鑽具工件無法工作；2、由於金剛石複合片的側表面與鑽齒安裝孔的內側表面，即兩者的相接面均為光滑的表面，因此鑽具工件在長時間轉動和振動過程中，2個光滑的弧形相接面之間極易產生鬆動，進而使得鑽具工件的工作效率降低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種齒形金剛石複合片，其通過自身簡單的結構改進能讓該金剛石複合片更為可靠地固定在鑽齒的安裝孔內。為解決上述問題，本發明所設計的一種齒形金剛石複合片，包括一個圓片狀的複合片本體，該複合片本體由聚晶金剛石層和硬質合金基體複合而成。所述複合片本體呈圓柱齒輪形，即複合片本體的側表面具有多個呈輻射狀排列，並沿複合片本體徑向外凸的輪齒。上述方案中，輪齒最好呈等間距分布。上述方案中，2個輪齒之間的距離最好等於輪齒厚度的2倍。上述方案中，輪齒的齒頂處最好倒角。上述方案中，輪齒的高度最好介於Imm 3mm之間。上述方案中，複合片本體的齒頂圓半徑最好大於鑽齒安裝孔的半徑，且複合片本體的齒根圓半徑最好小於鑽齒安裝孔的半徑。作為上述方案的改進，複合片本體的分度圓半徑最好等於鑽齒安裝孔的半徑。上述方案中，輪齒的硬度最好高於鑽齒安裝孔的硬度。與現有技術相比，本發明將金剛石複合片的外輪廓形狀由傳統的正圓形變為了帶齒的圓形，通過這一簡單的結構變化使得金剛石複合片具有如下的特點I、金剛石複合片壓入鑽齒安裝孔的過程中，安裝孔底部的空氣可以從齒槽處排出，這避免了鑽齒安裝孔與複合片底部之間空氣墊的形成，保證鑽具工件在長時間使用後，金剛石複合片依舊能夠穩定地嵌在安裝孔內而不會被空氣墊頂出；2、金剛石複合片的側表面上的輪齒與鑽齒安裝孔的內側光滑表面相接，能夠有效 增大兩相接面之間的摩擦，保證鑽具工件在長時間轉動和振動過程中，金剛石複合片依舊能夠穩定地固定在安裝孔內而不易廣生竄動；3、輪齒的硬度高於鑽齒安裝孔的硬度，使得金剛石複合片在冷壓的過程中能夠嵌入鑽齒安裝孔的內表面，從而能夠進一步防止金剛石複合片在鑽齒安裝孔內的竄動；4、由於圓柱齒輪形的金剛石複合片能夠更為穩定地固定在鑽齒安裝孔內，因此既可避免鑽具工件的形狀與尺寸的改變所導致的鑽具工件扭矩加大、耗能增多等問題，也可避免鑽具工件竄動所導致的鑽具工件效率降低等問題；5、工藝簡單、易於實現。
圖I為一種齒形金剛石複合片的立體結構示意圖；圖2為一種齒形金剛石複合片的剖視圖。圖中標號1、聚晶金剛石層；2、硬質合金基體；3、輪齒；3_1、齒頂；3_2、齒槽；4、安裝孔。
具體實施例方式參見圖I和圖2, —種齒形金剛石複合片,包括一個圓片狀的複合片本體。該複合片本體由聚晶金剛石層I和硬質合金基體2複合而成。複合片本體的上、下表面形狀與現有技術相同。為了讓金剛石複合片能夠更穩定的嵌入鑽齒的安裝孔4內，所述複合片本體呈圓柱齒輪形，即複合片本體的側表面具有多個呈輻射狀排列、並沿複合片本體徑向外凸的輪齒3。複合片本體的橫向剖面呈齒輪狀。考慮到金剛石複合片主要是硬質合金基體2部分嵌入鑽齒的安裝孔4內，因此本發明可以僅是複合片本體的硬質合金基體2部分為圓柱齒輪狀，而聚晶金剛石層I部分為傳統的圓形。但為了能夠簡化生成工藝，同時也為了讓複合片本體的2部分結合更為緊密，在本發明優選實施例中，金剛石複合片整體即聚晶金剛石層I和硬質合金基體2均為圓柱齒輪狀，此時聚晶金剛石層I部分的輪齒3採用聚晶金剛石製成，硬質合金基體2部分的輪齒3採用硬質合金製成。為了能夠讓金剛石複合片在冷壓過程中能夠順利地嵌入鑽齒安裝孔4內，所述輪齒3的硬度包括聚晶金剛石層I部分的輪齒3和硬質合金基體2部分的輪齒3均高於鑽齒安裝孔4的硬度。開設在複合片本體側表面上的輪齒3可以根據其在安裝孔4內所受應力進行布設，如輪齒3設置在複合片本體側表面承受應力較大處。但為了能夠讓複合片整體分散受力、以防止複合片的崩裂，同時也為了簡化工藝，所述輪齒3呈等間距分布在複合片本體側表面上。即每2輪齒3之間的距離P均相等。設置在複合片本體側表面上的輪齒3可呈固定間距進行分布，該固定間距可以大於或等於2倍的輪齒3厚度S。當每2個輪齒3之間的距離P大於2倍的輪齒3厚度S時，輪齒3的分布較稀疏，此時輪齒3的厚度大於齒槽3-2的厚度。當每2個輪齒3之間的距離P等於2倍的輪齒3厚度S時，輪齒3的分布最為密集，此時輪齒3的厚度等於齒槽3-2的厚度。在本發明中，每個輪齒3的齒頂3-1連線所形成的輪齒3縱向延伸線可根據需要進行選擇。如為了能夠最大限度的防止竄動，每個輪齒3縱向延伸線可以為一條螺旋線、此時輪齒3均為螺旋輪齒3。但為了加工方便，同時也為了能夠讓金剛石複合片更容易壓入鑽齒安裝孔4內，在本發明優選實施例中，每個齒輪的縱向延伸線應為直線，且該直線與複合片本體的軸線平行，此時輪齒3為直輪齒3。輪齒3的齒頂3-1處可以是尖角或小平面，但無論是何種形狀的齒頂3-1，其齒頂3-1處均採用倒角方式來實現平滑過渡。此外，輪齒3的高度h因具有一個恰當的範圍。若輪齒3的高度h過高，則金剛石複合片與鑽齒安裝孔4的結合力會變小，使得輪齒3易於竄動；若輪齒3的高度h過小，則達不到本發明所需的目的。因此在本發明優選實施例中，所述輪齒3的高度h應介於Imm 3mm之間。為了實現金剛石複合片與鑽齒安裝孔4的過盈配合，所述鑽齒安裝孔4的半徑應小於複合片本體的齒頂3-1圓半徑dl。但若鑽齒安裝孔4的半徑過小，即小於複合片本體的齒根圓半徑d2則無法實現本發明的目的。因此本發明所設計的金剛石複合片所適用的鑽齒安裝孔4的半徑應介於複合片本體的齒根圓半徑d2和齒頂3-1圓半徑dl之間；也就是說複合片本體的齒頂3-1圓半徑dl大於鑽齒安裝孔4的半徑，且複合片本體的齒根圓半徑d2小於鑽齒安裝孔4的半徑。在本發明優選實施例中，所述複合片本體的分度圓d半徑等於鑽齒安裝孔4的半徑。權利要求
1.齒形金剛石複合片，包括一個圓片狀的複合片本體，該複合片本體由聚晶金剛石層(I)和硬質合金基體(2)複合而成，其特徵在於所述複合片本體呈圓柱齒輪形，即複合片本體的側表面具有多個呈輻射狀排列、並沿複合片本體徑向外凸的輪齒(3)。
2.根據權利要求I所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於輪齒(3)呈等間距分布。
3.根據權利要求2述的齒形金剛石複合片，其特徵在於2個輪齒(3)之間的距離(P)等於輪齒⑶厚度⑶的2倍。
4.根據權利要求I所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於輪齒(3)的齒頂(3-1)處倒角。
5.根據權利要求I所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於輪齒(3)的高度(h)介於1mm 3mm之間。
6.根據權利要求I所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於複合片本體的齒頂(3-1)圓半徑(dl)大於鑽齒安裝孔(4)的半徑，且複合片本體的齒根圓半徑(d2)小於鑽齒安裝孔⑷的半徑。
7.根據權利要求6所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於複合片本體的分度圓(d)半徑等於鑽齒安裝孔(4)的半徑。
8.根據權利要求I所述的齒形金剛石複合片，其特徵在於輪齒(3)的硬度高於鑽齒安裝孔⑷的硬度。
全文摘要
本發明公開一種齒形金剛石複合片，包括一個圓片狀的複合片本體，該複合片本體由聚晶金剛石層和硬質合金基體複合而成。所述複合片本體呈圓柱齒輪形，即複合片本體的側表面具有多個呈輻射狀排列，並沿複合片本體徑向外凸的輪齒。本發明通過自身簡單的結構改進能讓該金剛石複合片更為可靠地固定在鑽齒的安裝孔內。
文檔編號B32B15/04GK102632652SQ20121011808
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者周付坤 申請人:桂林星鑽超硬材料有限公司