聚晶金刚石复合片及聚晶金刚石复合片钻头的制作方法

1.本实用新型涉及石油天然气勘探开发钻井工具领域，尤其涉及一种聚晶金刚石复合片及聚晶金刚石复合片钻头。

背景技术：

2.聚晶金刚石复合片兼顾了金刚石的高硬度、高耐磨以及硬质合金的高抗冲击的综合性能，其被认为是比较理想的钻井材料。从上世纪八十年代左右，国内外在石油、天然气等钻探中逐渐采用聚晶金刚石复合片作为主要切削元件。
3.目前，聚晶金刚石复合片作为超耐磨切削元件已广泛使用于聚晶金刚石复合片钻头(pdc 钻头)，其广泛应用于石油、天然气钻探等领域。聚晶金刚石复合片作为pdc钻头上的主要切削元件，其工作角度是pdc钻头最主要的设计参数之一，聚晶金刚石复合片采用钎焊工艺固定于pdc钻头本体上，目前pdc钻头上的复合片工作角度主要有钻头本体上的齿孔确定，调整、优化工作角度需要重新设计、制造钻头本体，其成本高、周期长，不利于pdc钻头的优化。

技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可快速调节工作角度的聚晶金刚石复合片。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层设置在硬质合金基体的端部并形成端部的切削面，所述切削面沿着环向至少分为两个切削区域，至少有两个切削区域与硬质合金基体轴向的夹角互不相同。聚晶金刚石复合片通常为圆柱状，聚晶金刚石层位于切削端形成切削面。切削区域与硬质合金基体轴向的夹角的角度变化会导致后角变化，因此设置多个切削区域就可以使聚晶金刚石复合片的使用更加灵活，即通过不同的安装角度可以使得聚晶金刚石复合片的不同切削区域位于工作部位，从而获得不同的工作角度，满足各种需求。切削区域可以是切面、棱、凸起、曲面等刀具的切削部位形状。
6.一种优选的方案是，所述切削区域为切削棱，切削棱以切削面轴心为中点环形分布，并将切削面分成多个扇形区域。切削棱沿着切削面的径向从中心延伸至外沿，即覆盖其半径。切削棱的宽度可以根据情况调整，切削棱也有多种形成方式，例如直接设置凸起，或者两个面的交界处形成。切削棱的数量可以根据不同规格设置。
7.进一步的是，所述切削棱设置有8条，各条切削棱与硬质合金基体轴向的夹角分别为： 96
°
、93
°
、90
°
、87
°
、84
°
、87
°
、90
°
、93
°
。
8.进一步的是，相邻两条切削棱之间为平面或曲面，所述切削棱设置有8条并均匀分布，各条切削棱与硬质合金基体轴向的夹角分别为：87
°
、105
°
、93
°
、105
°
、96
°
、105
°
、 93
°
、105
°
。
9.进一步的是，所述夹角按逆时针依次分布。
10.另一种优选的方案是，所述切削区域为切面，所述切面沿切削区域的外沿环形分布。
11.进一步的是，所述切面设置有6个，各切面与硬质合金基体轴向的夹角分别为：95
°
、 100
°
、105
°
、110
°
、105
°
、100
°
。
12.进一步的是，所述夹角按逆时针依次分布。所述切面在径向方向的宽度为3mm。
13.再一种优选的方案是，所述切削区域为一个切削平面，所述切削平面与硬质合金基体轴向的夹角为84
°
至96
°
。即此时的切削平面是倾斜的，沿其环向不同的位置与硬质合金基体轴向的夹角都不同，
14.本实用新型另一个要解决的技术问题是提供一种可快速调节工作角度的聚晶金刚石复合片钻头。
15.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该聚晶金刚石复合片钻头采用前述的聚晶金刚石复合片。在焊接聚晶金刚石复合片时，通过旋转聚晶金刚石复合片至不同的角度，就可以获得不同的工作角，从而使得整个钻头可以快速调节工作角度，而无需专门再制造相应角度的聚晶金刚石复合片。
16.本实用新型的有益效果是：通过在切削面上设置多个切削区域，使得聚晶金刚石复合片钻在不同的角度有不同的工作角度，在不改变钻头本体设计和重新生产钻头体本体的前提下；钎焊时将复合片不同切削区域设置为工作区域，即可获得不同的工作角，从而实现调节、优化每个切削单元(聚晶金刚石复合片)的工作角。
附图说明
17.图1为本实用新型的聚晶金刚石复合片钻头示意图；
18.图2为实施例一的示意图；
19.图3为实施例一不同部位的截面视图；
20.图4为实施例二的示意图；
21.图5为实施例二的俯视图；
22.图6为实施例二的截面视图；
23.图7为实施例三的示意图；
24.图8是实施例三的俯视图；
25.图9是实施例三的不同部位的截面视图；
26.图10是实施例四的示意图；
27.图11是实施例四的半剖图；
28.图12是图10的俯视图；
29.图13是本实用新型切削时的示意图；
30.图中零部件、部位及编号：钻头1、硬质合金基体2、切削面3、切削棱4、切面旋转轴线5、聚晶金刚石层6、切面7。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
32.所有实施例的工作状态图可参考图13所示。
33.实施例一
34.参见图2和图3所示，聚晶金刚石层6的切削区域为切削棱4，切削棱4为相邻的两个面的交接处形成，切削棱4以切削面3轴心为中点环形分布，并将切削面3分成多个扇形区域。切削棱4设置有8条，在图2和图3中逆时针方向，各条切削棱4与硬质合金基体(2)轴向的夹角分别为：96
°
、93
°
、90
°
、87
°
、84
°
、87
°
、90
°
、93
°
，焊接复合片时，将不同的棱置于工作区域，将使得工作角度发生变化；使用96
°
切削棱将增大6
°
后角，93
°
切削棱将增大3
°
后角，90
°
切削棱和齿孔设计的后角一样；87
°
切削棱将减小3
°
后角，84
°
棱将减小6
°
后角；焊接复合片时，将不同的面置于工作区域时，将使得工作角度发生变化；使用96
°
棱与93
°
棱之间的面后角可增大3-6
°
，使用93
°
棱与90
°
棱之间的面后角可增大0-3
°
，使用90
°
棱与87
°
棱之间的面后角可减小0-3
°
，使用87
°
棱与84
°
棱之间的面后角可减小3-6
°
。在硬质合金基体2上可以有角度变化标记，从而方便安装时调节角度。
35.实施例二
36.参见图4、图5和图6所示，切削区域为切削棱4，该切削棱4具有一定宽度，切削棱4 以切削面3轴心为中点环形分布，并将切削面3分成多个扇形区域，相邻两条切削棱4之间为平面或曲面，所述切削棱4设置有8条并均匀分布，在图示的逆时针方向，各条切削棱4 与硬质合金基体2轴向的夹角分别为：87
°
、105
°
、93
°
、105
°
、96
°
、105
°
、93
°
、105
°
。复合片的聚晶金刚石层上有8条角度各异的切削棱4，切削棱4与切削棱4之间为平面或曲面，各条切削棱4与复合片轴线的夹角如剖面图6所示，使用87
°
切削棱4可减小3
°
后角，使用93
°
切削棱4可增大3
°
后角，使用96
°
切削棱4可增大6
°
后角，使用105
°
切削棱可增大15
°
后角。
37.实施例三
38.参见图7、图8、图9所示，切削区域为切面7，所述切面7沿切削区域的外沿环形分布。所述切面7设置有6个，各切面7与硬质合金基体2轴向的夹角分别为：95
°
、100
°
、105
°
、 110
°
、105
°
、100
°
。所述夹角按逆时针依次分布。所述切面(7)在径向方向的宽度为3mm。聚晶金刚石层6上有六个方向和硬质合金基体2轴线成一定角度的切面7，切面7和聚晶金刚石层6的切削面3相交于切面旋转轴5，切面旋转轴5与聚晶金刚石层6边缘距离3mm，这样在聚晶金刚石层6厚度不变的情况下，可获得更大的角度变化。如本例的6个切面增大的后角分别为5
°
，10
°
，15
°
，20
°
。
39.实施例四
40.如图10、图11、图12所示，所述切削区域为一个切削平面，所述切削平面的法向与硬质合金基体2轴向的夹角为6
°
，过硬质合金基体2轴线并绕其旋转的虚拟平面可与切削平面形成无数的交线，其交线与硬质合金基体2轴线形成的夹角为84
°
至96
°
，聚晶金刚石层 6的端面为一个切削平面，但其方向和硬质合金基体2轴向不平行，使用其不同的周向位置，可获得不同的后角变化，如图11所示，聚晶金刚石层2的端面法向与硬质合金基体2轴线夹角为6
°
，可不限于该角度。如图12所示，使用a点区域切削地层时，可减小6
°
后角；使用b点区域切削时，后角变化为零；使用c点区域切削时，后角增大6
°
；使用a至b点之间的周向位置时，从a点至b点后角变化为减小6
°
至减小0
°
变化；使用b至c点之间的周向位置时，从b点至c点后角变化为增大0
°
至增大6
°
变化。

技术特征：

1.聚晶金刚石复合片，包括硬质合金基体(2)和聚晶金刚石层(6)，所述聚晶金刚石层(6)设置在硬质合金基体(2)的端部并形成端部的切削面(3)，其特征在于：所述切削面(3)沿着环向至少分为两个切削区域，至少有两个切削区域与硬质合金基体(2)轴向的夹角互不相同。2.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述切削区域为切削棱(4)，切削棱(4)以切削面(3)轴心为中点环形分布，并将切削面(3)分成多个扇形区域。3.如权利要求2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述切削棱(4)设置有8条，各条切削棱(4)与硬质合金基体(2)轴向的夹角分别为：96
°
、93
°
、90
°
、87
°
、84
°
、87
°
、90
°
、93
°
。4.如权利要求2所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：相邻两条切削棱(4)之间为平面或曲面，所述切削棱(4)设置有8条并均匀分布，各条切削棱(4)与硬质合金基体(2)轴向的夹角分别为：87
°
、105
°
、93
°
、105
°
、96
°
、105
°
、93
°
、105
°
。5.如权利要求3或4所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述夹角按逆时针依次分布。6.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述切削区域为切面(7)，所述切面(7)沿切削区域的外沿环形分布。7.如权利要求6所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述切面(7)设置有6个，各切面(7)与硬质合金基体(2)轴向的夹角分别为：95
°
、100
°
、105
°
、110
°
、105
°
、100
°
。8.如权利要求6所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述夹角按逆时针依次分布,所述切面(7)在径向方向的宽度为3mm。9.如权利要求1所述的聚晶金刚石复合片，其特征在于：所述切削区域为一个切削平面，所述切削平面与硬质合金基体(2)轴向的夹角为84
°
至96
°
。10.聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于：采用如权利要求1至9任一权利要求所述的聚晶金刚石复合片。

技术总结

本实用新型涉及石油天然气勘探开发钻井工具领域，其公开了一种可快速调节工作角度的聚晶金刚石复合片及聚晶金刚石复合片钻头，聚晶金刚石复合片包括硬质合金基体和聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层设置在硬质合金基体的端部并形成端部的切削面，所述切削面沿着环向至少分为两个切削区域，至少有两个切削区域与硬质合金基体轴向的夹角互不相同。聚晶金刚石复合片通常为圆柱状，聚晶金刚石层位于切削端形成切削面。切削区域与硬质合金基体轴向的夹角的角度变化会导致后角变化，因此设置多个切削区域就可以使聚晶金刚石复合片的使用更加灵活，即通过不同的安装角度可以使得聚晶金刚石复合片的不同切削区域位于工作部位，从而获得不同的工作角度。得不同的工作角度。得不同的工作角度。