[实用新型]一种热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头，是一种地质工程学科领域所用的金刚石钻头，具体地说是一种钻进效率高、使用寿命长、对岩石适应性较强的广谱性热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头。

背景技术：

我国研制人造金刚石钻头至今已有近六十年的历史。由于岩层的种类是多种多样的，岩性复杂多变，对金刚石钻头不仅要求钻进效率要高，使用寿命要长，而且要求对岩层的适应性要好。目前的金刚石钻头虽然品种较多,但在性能上很难满足上述多方面的要求，仍存在一些问题，如金刚石钻头工作层底唇面大或底唇面面积调整较为复杂，钻进效率低；钻头排粉效果差，易产生重复破碎，降低钻进效率及钻头寿命；冷却效果差，钻头易产生微烧，影响使用寿命；钻头抗冲击韧性及抗弯强度差，钻头胎块易部分或整体崩落；钻头广谱性较差。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种工作层底唇面大小易调、具有良好排粉和冷却效果、可避免重复破碎和钻头微烧发生、具有良好的抗冲击韧性和抗弯强度的钻进效率高、使用寿命长、广谱性强的热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头，其特征在于，所述钻头破碎岩石的切削齿为弧面直角梯形齿，所述弧面直角梯形齿由弧面直角柱状体和弧面三角体构成，弧面直角柱状体是破碎岩石的主体部分，其金刚石的浓度高，达到75%~85%。弧面三角体起着辅助破碎岩石和支撑弧面直角柱状体的作用，其金刚石的浓度55%~65%。孕镶金刚石钻头的胎体材料采用单质金属粉，其耐磨性达到ML（0.4~0.6）×10^-5；其抗弯强度不低于700MPa。

所述弧面直角梯形齿的底角为α角（即直角梯形齿中斜腰底角），该α角的取值范围为50°~70°，通过改变所述α角的值可以调节钻头的碎岩效率。坚硬岩层相应减小α角和顶宽L，以增大比压，提高钻进效率。

所述弧面直角梯形齿的顶宽L取值范围为10~14mm，通过改变齿的顶宽L可以调节钻头的碎岩效率。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型钻头以弧面直角梯形齿破碎岩石，其与孔底岩石的接触面积较小，约为钻头环状面积的43%~55%（常规钻头工作层底唇面面积约占60%~70%），在相同的钻压条件下，钻压比大，有利于切入岩石，提高破碎岩石的效率；通过调节底角α与齿顶宽L，可方便调节钻头底唇面面积，适应不同硬度与研磨性的岩层钻进，提高效率；弧面直角梯形齿由弧面直角柱状体和弧面三角体构成，弧面直角柱状体破碎岩石的主体部分，而弧面三角体起辅助破碎岩石的作用，同时，有效支撑弧面直角柱状体，提高其抗冲击韧性与抗弯强度，提高了该钻头钻进不同岩层的适应性；水口较大，既可改善排粉效果，减少重复破碎，又能及时冷却钻头，避免钻头微烧，提高钻进效率，增强钻头寿命；本实用新型钻头的成本较低，与常规热压金刚石钻头相比，其性价比提高约18%~22%。

附图说明：

图1为本实用新型钻头底唇面局部结构示意图。

图2为图1中A视方向展开示意图。

图3为弧面直角梯形齿示意图。

以上附图中，各标号与零部件的对应关系为：

1-金刚石；2-弧面直角柱状体； 3-弧面三角体； 4-钻头水口； 5-钻头保径聚晶；6-钻头钢体。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：结合图1-3，附图所公开的结构就是本实用新型一个实施例的结构。

首先依据钻进可钻性Ⅷ级花岗岩的力学性质设计钻头的结构。该钻头破碎岩石的切削齿为弧面直角梯形齿，弧面直角梯形齿由弧面直角柱状体2和弧面三角体3构成。而弧面直角梯形齿主要参数为直角梯形齿的齿顶长度L和梯形齿底角α。

该弧面直角柱状体2是破碎岩石的主体部分；其金刚石的浓度高，达到80%。而弧面三角体3起着辅助破碎岩石和支撑弧面直角柱状体2的作用；其金刚石的浓度较低，为65%。

经过对可钻性Ⅷ级花岗岩的抗剪强度测试和对钻头胎体抗弯强度计算，确定齿顶长度L取值12mm，梯形齿底角α选择60°；在这种参数条件下，钻头的弧面直角梯形齿破碎岩石的效率高，直角梯形钻齿安全、可靠。

钻头胎体成分采用单质金属粉：WC含量27%，YG8含量5%，Ni含量12%，Co含量7%，Fe含量9%，Mn含量2%，663-Cu含量38%。钻头胎体的耐磨性能够达到ML0.5×10^-5；其抗弯强度不低于700MPa。