[发明专利]用于工程勘察的金刚石钻头及其制备方法

说明书

本发明提供了一种结用于工程勘察的金刚石钻头，它包括钻头钢体和设置在所述钻头钢体前端的钻头扇形切削齿，相邻两扇形切削齿之间设置有水口，所述扇形切削齿由扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿组合而成，所述扇形梯状切削齿的前端切削面为斜坡面，所述扇形切削齿上开设有钻头环形槽。该金刚石钻头的结构科学合理、对地层的适应性广、钻进效果优良。同时本发明还提供所述金刚石钻头的制备方法，该方法把热压法与冷压法结合起来，发挥热压方法与冷压方法的双重优势，确保钻头性能稳定，提高钻头对地层的适应性。

技术领域

本发明涉及地质工程技术领域，具体是指一种用于工程勘察的金刚石钻头及其制备方法。

背景技术

目前，我国用于工程勘察的金刚石钻头市场份额占整个钻头领域约30％。工程勘察的特点是钻孔浅，一般不超过150m，但该深度的地层与岩性变化大。为适应钻机频繁移动，多采用小型轻便钻机，轻便钻机的加压能力小和回转扭矩小。而现有普通金刚石钻头表现出钻进时效低，钻进效果不理想，钻头的使用寿命也不长。

现有制造金刚石钻头常采用热压方法或电镀方法。由于这两种方法制造的钻头结构较简单和单一，对于钻进硬而致密岩层和用于工程勘察却表现出效果不好。电镀方法制造的钻头虽然适应性较广，钻进速度较高，但由于钻头的保径效果不理想而降低了使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构科学合理、对地层的适应性广、钻进效果优良的用于工程勘察的金刚石钻头，同时本发明还提供所述金刚石钻头的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉。

为实现上述目的，本发明的用于工程勘察的金刚石钻头，包括钻头钢体和设置在所述钻头钢体前端的钻头扇形切削齿，相邻两扇形切削齿之间设置有水口，其特殊之处在于：所述扇形切削齿由扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿组合而成，所述扇形梯状切削齿的前端切削面为斜坡面，所述扇形切削齿上开设有钻头环形槽。

以下方案的任意一种可作为本发明金刚石钻头的优选方案：

所述柱状切削齿与所述梯状切削齿的齿底唇面的投影面积之比为0.30～0.45︰1。

所述前端切削面(5.1)与钻头切削平面形成扇形切削齿后角(6)，所述扇形切削齿后角(6)的取值在15°～30°范围。

所述钻头环形槽的数量为1～3条。

所述扇形柱状切削齿中，金刚石的浓度为80～100％，金刚石中粒度为30/40目的占金刚石重量的15～35％，粒度为40/50目的占金刚石重量的65～85％。此处金刚石的浓度制采用“金刚石制品国际浓度标准”，即100％的浓度表示每立方厘米中含金刚石4.39克拉。

所述扇形梯状切削齿中，金刚石的浓度为65～75％，金刚石中粒度为30/40目的占金刚石重量的30～50％，粒度为40/50目的占金刚石重量的50～70％。

所述扇形柱状切削齿的胎体硬度为HRC12～HRC25，耐磨性在210～250mg之间；所述扇形梯状切削齿的胎体硬度为HRC10～HRC18，耐磨性在270～320mg之间。扇形柱状切削齿的胎体硬度与耐磨性较高，而扇形梯状切削齿的硬度与耐磨性较低；并在钻头扇形工作齿中部开设环形槽，这样钻头起到复合片钻头和普通金刚石钻头的双重破岩作用，从根本上改变了普通金刚石钻头的不足，有利于提高破碎岩石的效果。

本发明还公开了所述的用于工程勘察的金刚石钻头的制备方法，包括以下步骤：

1)按照设计好的配方，分别将扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿的金刚石、胎体粉末与粘结剂在球磨机中混合均匀，分别装入预制扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿的钢模中，送入压力机中冷压成形，预制成扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿；

2)将扇形柱状切削齿和扇形梯状切削齿按序排列在石墨模具中组装，随后装入保径层粉料与保径聚晶材料，压上钻头钢体后，送入中频炉中热压处理；