[发明专利]热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质工程学科领域所用钻头的制造方法，特别是一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法。

背景技术

目前，地质工程学科领域所用的金刚石钻头虽然具有较好的性能，可以获得较高的经济技术指标，但是，无论是地质找矿钻探，还是地质工程钻探，所钻遇的岩层越来越复杂和多变，特别是可钻性Ⅸ级以下的岩石占所钻岩石的75%左右；现代钻探要求金刚石钻头的钻进效率要高，使用寿命要长，还要求钻头对岩层的适应性要好。而现有的金刚石钻头的品种少，其性能很难满足上述多方面的要求。

碎聚晶材料是在合成热稳定性聚晶体过程中，由于工艺技术等原因，一部分聚晶体不能保持应有的规格与尺寸，一般均从中间断裂而形成次品，但其高硬度与高磨耗比等性能不变，具有较高的利用价值。通过研究与试验，认为碎聚晶可以用来制造孕镶碎聚晶钻头，实践证明完全可行，具有实用推广价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单易行的热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，使其制造的钻头钻进效率高，使用寿命长，从而满足地质工程学科领域多方面的需求。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种热压有序排列碎聚晶孕镶钻头的制造方法，其工艺步骤为：

一、选用破碎岩石的主体材料碎聚晶, 将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，用有机胶定位，将其移入冷压钢模内，再铺上含有金刚石的胎体粉料，形成一层含碎聚晶和金刚石胎体粉料的扇形切削单元层；按此方法，在冷压钢模内制作出上述多层扇形切削单元层；

二、将上述多层扇形切削单元层经冷压成型即可构成钻头的扇形切削单元体；

三、依据钻头的规格，将所需数量的扇形切削单元体置于钻头石墨模具中组装，加上焊接保径层材料，压上钢基体，再进行热压烧结，出炉后缓冷至室温，即可制成该钻头。

所述工艺中制作多层扇形切削单元层时优选六层。

所述制作扇形切削单元层及其扇形切削单元体工艺中，将碎聚晶按有序排列方式排布在铝合金网上，是指由不同排列的碎聚晶组成两种不同排列方式的扇形切削单元层，再相对应构成两种不同排列的扇形切削单元体；在钻头的整体布局中，两种不同排列的扇形切削单元体交替错开排布。每两个扇形切削单元体之间由水口隔开。

所述钻头破碎岩石的主体材料碎聚晶，其粒径为φ2.0~φ2.5 mm，碎聚晶高2.0~2.2mm，由它组成的的扇形切削单元层的厚度为2.2mm~2.6mm。

所述胎体粉料中含有25%浓度的金刚石，金刚石的粒度为30/40目，品级为SMD30。胎体的硬度达到HRC30～HRC32，耐磨性为（0.36～0.42）×10^-5ML。

所述冷压成型的工艺参数为：压力180~220MPa，保压5s。

所述胎体材料是：663-Cu占12%～15%，FeCuCr占4%～6%，FeCuNi占32%～35%，YG8占12%～16%，FeCuMn占12%～14%，CuCoSn占8%～10%，FeCu30占14%～17%。

所述热压工艺参数为：热压温度960~970℃，热压压力18~20MPa，保温时间5~6min，出炉温度820℃~850℃。

本发明的有益效果：

本发明工艺简单，操作方便，成本低廉，其原料采用碎聚晶作为破碎岩石的主体材料，其出刃高，必然会获得高的钻进效率。由于含有六层有序排列碎聚晶孕镶扇形切削单元层，其钻头的工作层可高达13mm，可获得较长的使用寿命。同时，钻头中孕镶有20%～25%单晶金刚石，不仅可以参与破碎岩石，更重要的是可以保持钻头工作层的平衡磨损，提高钻头的使用效果。本发明所制造的钻头的成本较低，与常规热压金刚石钻头相比，其性价比高15%以上。

附图说明

图1为本发明制造的钻头中的扇形切削单元层一种结构示意图。

图2为本发明制造的钻头中的扇形切削单元层另一种结构示意图。

图3为由图1中扇形切削单元层构成扇形切削单元体的结构示意图。

图4为由图2中扇形切削单元层构成扇形切削单元体的结构示意图。

图5为本发明制造的钻头中的底唇面结构示意图。

图6为图5的N-N方向剖视图。

以上附图中，各标号与零部件的对应关系为：

1-碎聚晶；2-铝合金网； 3-含金刚石的胎体粉料； 4-扇形切削单元体；5-水口；6-钢基体；7-保径焊接层粉料；8-切削工作层；9-保径材料。

具体实施方式