CN103437713B - 一种自锐式环齿孕镶金刚石钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有较高机械钻速、钻头寿命高的自锐式环齿孕镶金刚石钻头，解决了现有的硬岩钻进中金刚石钻头机械钻速不高和寿命偏低的缺陷。该钻头至少包括呈圆筒状的钻头体，钻头体的顶部沿圆周方向上镶嵌有2-16块弧形的切削块，所述的切削块的高度均相同，切削块的横截面为扇形，切削块的顶面为工作唇面，所述的工作唇面上均设有呈弧形的3-10条切削齿，设有切削齿的切削块的纵截面呈梳状，纵截面上的顶部尖锐处为切削齿的顶边，切削块上任一切削齿的顶边所在的圆周均与切削块所在的圆周同心，切削齿的顶角为50-120°，且位于同一圆周上的不同的切削块上的切削齿的顶角均不相同。<!--1-->
Description
技术领域
本发明提供了一种在中等硬度岩石至非常坚硬岩石中钻进使用的金刚石钻头，尤其涉及一种自锐式环齿孕镶金刚石钻头，属于地质勘探钻孔领域。
背景技术
目前在地质勘探中等硬度和硬岩钻进中，钻头选型一般都采用孕镶金刚石钻头。由于岩层属于中等硬度和坚硬岩石，可钻性等级较高，金刚石钻头在孔底工作过程中表现出金刚石不易出刃、机械钻速低和钻头寿命低的特征。因此为了提高机械钻速和钻头寿命，可以改变常规钻头的唇面结构，提出一种新的唇面结构，以提高钻头在孔底破碎岩石的效果。
目前已有多种带有梳状切削齿工作唇面结构的金刚石钻头，但是其缺点是这种梳状切削齿齿顶迅速磨损，工作唇面发生变化，形成平面。因为增加了金刚石与孔底的接触面积，要求使用大的轴载来破碎岩石。轴载的增加会引起钻头和钻具动载的增大，导致产生非正常磨损。因此，这种金刚石钻头的寿命不高，机械钻速低。
发明内容
本发明提供了一种具有较高机械钻速、钻头寿命高的自锐式环齿孕镶金刚石钻头，解决了现有的硬岩钻进中金刚石钻头机械钻速不高和寿命偏低的缺陷。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种自锐式环齿孕镶金刚石钻头，至少包括呈圆筒状的钻头体，钻头体的顶部沿圆周方向上镶嵌有2-16块弧形的切削块，所述的切削块的高度均相同，切削块的横截面为扇形，切削块的顶面为工作唇面，所述的工作唇面上均设有呈弧形的3-10条切削齿，设有切削齿的切削块的纵截面呈梳状，纵截面上的顶部尖锐处为切削齿的顶边，切削块上任一切削齿的顶边所在的圆周均与切削块所在的圆周同心，切削齿的顶角为50-120°，且位于同一圆周上的不同的切削块上的切削齿的顶角均不相同。
所述的切削块设有八个，且八个切削块的弧长均相同。
所述的切削块上均设有3条切削齿，分别为内切削齿、中切削齿和外切削齿，其中八条内切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条中切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条外切削齿的顶边均位于同一圆周上。
上述钻头的胎体结构目前是通过石墨模具采用热压方法烧结而成的。用这种石墨模具烧结的压力不够，不能使胎体中的金刚石得到有效包镶，产生的缝隙使钻头的耐磨性和强度降低，影响了其使用范围、钻进效率和钻头寿命指标的提高。
因此本发明中还提供了一种制备上述钻头胎体的方法，具体如下：把碳化钨钴和金刚石粉料一起在金属压模中冷压成型，压力为700kg/cm2以上，这样加强了金刚石的包镶。冷压完成后，钻头在保护气氛（如真空或惰性气体）中用粘结金属（例如铜粉）进行浸渍烧结，即可完成钻头胎体的制备。采用该方法能够排除钻头中有孔隙存在的情况，从而增加了所制造的金刚石钻头的使用范围，也提高了钻头的耐磨强度。
本发明所提供的自锐式环齿孕镶金刚石钻头，由于位于同一圆周上的不同的切削块上的切削齿的顶角均不相同，这样切削块的切削齿在钻进过程中，按照切削回转的次序，利用每切削块上的齿顶角的角度差来破碎孔底岩石，切削齿的两个侧面与岩石接触，破碎岩石，破碎孔底，使位于一个同心圆上的切削齿的角度产生自锐。同时，不同切削块上的切削齿的顶部都位于相应的同心圆周上，因此提高了在同一个圆周切削线上的耐磨性，从而保持了钻头工作唇面的给定形状，直到胎体磨光为止。
附图说明
图1为本发明提供的自锐式环齿孕镶金刚石钻头的整体结构示意图；
图2为各个切削块的纵截面剖视图。
图中：1-钻头体，2-切削块，3-切削齿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本发明所提供的自锐式环齿孕镶金刚石钻头的整体结构如图1所示，至少包括呈圆筒状的钻头体1，钻头体1的顶部沿圆周方向上镶嵌有2-16块弧形的切削块2，根据钻头体1的直径不同，所设有的切削块2的数量也不同，在本实施例中设有八块切削块2。所述的切削块2的高度和弧长均相同，切削块2的横截面为扇形，切削块2的顶面为工作唇面。
工作唇面上均设有呈弧形的3-10条切削齿3，在本实施例中，切削块2上均设有3条切削齿3，分别为内切削齿、中切削齿和外切削齿，设有切削齿3的切削块2的纵截面呈梳状，如图2所示，由图2中可以得知，纵截面上的顶部尖锐处为切削齿的顶边，所述的切削块上任一切削齿的顶边所在的圆周均与切削块所在的圆周同心，并且，其中八条内切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条中切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条外切削齿的顶边均位于同一圆周上。
由图2可知，切削齿的顶角为50-120°，且位于同一圆周上的不同的切削块上的切削齿的顶角均不相同，如在本实施例中八块切削块上的内切削齿的顶角分别为：30°+25°、40°+15°、30°+30°、40°+25°、30°+35°、40°+25°、30°+40°、40°+30°。这样一来，在钻头工作时，切削齿的顶部吃入岩石，破碎孔底。切削齿的顶部以其两侧破碎岩石，在其两侧被磨损后形成新的齿顶。新的齿顶再以其两个侧面破碎岩石，形成新的齿顶，依此循环齿顶角自锐，而唇面的形状始终不变，使钻头始终保持锋利状态，直到胎体磨光为止。
因此，本发明所提供的钻头机械钻速稳定，钻头寿命提高，钻探工程可以取得很高的技术经济指标。
同时，使用这种钻头，在复杂的岩层地质条件下，在中等硬度到非常坚硬岩石互层的地层中进行钻进，可以得到高而稳定的机械钻速，较长的钻头寿命，并大大提高钻探工程的技术经济指标。
Claims (1)
1.一种自锐式环齿孕镶金刚石钻头，其特征在于：至少包括呈圆筒状的钻头体，钻头体的顶部沿圆周方向上镶嵌有八块弧形的切削块，且八个切削块的弧长均相同，所述的切削块的高度均相同，切削块的横截面为扇形，切削块的顶面为工作唇面，所述的工作唇面上均设有呈弧形的三条切削齿，分别为内切削齿、中切削齿和外切削齿，设有切削齿的切削块的纵截面呈梳状，纵截面上的顶部尖锐处为切削齿的顶边，切削块上任一切削齿的顶边所在的圆周均与切削块所在的圆周同心，其中八条内切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条中切削齿的顶边均位于同一圆周上，八条外切削齿的顶边均位于同一圆周上；切削齿的顶角为50-120°，且位于同一圆周上的不同的切削块上的切削齿的顶角均不相同。
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