環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種油田鉆井用鉆具的制造技術(shù)，尤其涉及一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常規(guī)的鉆桿接頭防磨帶在井身結(jié)構(gòu)簡單、一般研磨性地層中可以實(shí)現(xiàn)防止鉆桿接頭磨損和保護(hù)套管的作用，但在研磨性較強(qiáng)的地層中或井身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的井中，常規(guī)防磨帶的耐磨性已經(jīng)不能滿足使用條件要求，鉆桿接頭磨損嚴(yán)重，鉆桿壽命明顯降低；同時常規(guī)防磨帶對套管的磨損還較嚴(yán)重。鑒于上述公知技術(shù)存在的缺陷，一種金剛石復(fù)合材料鉆桿接頭防磨帶已研制成功，該防磨帶成環(huán)狀，這種防磨帶不僅具有極強(qiáng)的耐磨性，增強(qiáng)了鉆桿接頭的耐磨能力，同時摩擦系數(shù)小，摩擦阻力低，對套管的磨損能力弱，對套管有良好的保護(hù)作用。
[0003]粉末冶金是金剛石工具制造中應(yīng)用最廣泛的方法，其中多數(shù)采用熱壓法。塊狀聚晶金剛石的耐熱溫度最高可達(dá)1200°C，而熱壓法的燒結(jié)溫度一般在1200°C以上，這對金剛石的性能、壽命等造成嚴(yán)重影響；熱壓法合成壓力一般為15-18Mpa，金剛石表面容易出現(xiàn)微小裂紋，影響材料的正常使用，嚴(yán)重時會使金剛石破損或崩碎；而且熱壓法也無法實(shí)現(xiàn)塊狀聚晶金剛石的優(yōu)化有序排布，人工排布好后再燒結(jié)也會因?yàn)閴毫^大而使金剛石排序混亂，如果塊狀聚晶金剛石在防磨帶中是隨機(jī)或無序分布，塊狀聚晶金剛石就會因?yàn)槭芰Σ痪仍蚨斐删劬Ы饎偸p不一致，而出現(xiàn)尖銳棱角，這會造成套管磨損嚴(yán)重，防磨帶也易出現(xiàn)剝落掉塊而失效。因此有必要提供一種加工方法來實(shí)現(xiàn)環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工，以及塊狀聚晶金剛石在這種防磨帶中的優(yōu)化有序排布。
[0004]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具，以實(shí)現(xiàn)環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工和塊狀聚晶金剛石在防磨帶中的優(yōu)化有序排布，提高防磨帶的加工質(zhì)量和效率，降低加工成本。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具，該方法操作方便，省工省時，缺陷少，塊狀聚晶金剛石排布質(zhì)量高，成型率好。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法，首先提供一加工模具，該加工模具包括有上模、下模和砂芯，所述下模為圓環(huán)體并水平放置在一平臺上，下模內(nèi)同心放置所述砂芯，砂芯與下模內(nèi)壁形成環(huán)形空間，在砂芯的外側(cè)套設(shè)一底部設(shè)有外緣的第一套筒，所述第一套筒的外緣抵靠于下模內(nèi)壁，在所述第一套筒外側(cè)且位于所述外緣上方設(shè)有一第二套筒，所述第二套筒的外壁抵靠于下模內(nèi)壁，所述第二套筒與第一套筒之間具有設(shè)置多個塊狀聚晶金剛石的環(huán)形間隙；在所述環(huán)形間隙上方且位于第一套筒頂部固定設(shè)有一套設(shè)在砂芯外側(cè)的套環(huán)體；所述上模為卡設(shè)在下模上方的一環(huán)形容器，該環(huán)形容器的底面設(shè)有多個連通于下模內(nèi)部的透孔；
[0008]所述加工方法包括以下步驟:
[0009](I)拌粉:將防磨基底材料配方中各種粉末按設(shè)計含量要求放入混料罐中，混料時間不少于兩小時，保證粉末的均勻混合；
[0010](2)清洗:對第二套筒和多個塊狀聚晶金剛石進(jìn)行清洗，確保塊狀聚晶金剛石的外表面和第二套筒的內(nèi)表面上無影響粘接性能的雜質(zhì)存在；
[0011](3)粘塊:將設(shè)計好的塊狀聚晶金剛石排布方案按實(shí)際尺寸制成雙面膠條，并將多個塊狀聚晶金剛石粘接在雙面膠條一面的對應(yīng)位置上；將粘有聚晶金剛石的雙面膠條的另一面貼在第二套筒的內(nèi)表面上；
[0012](4)組裝:將粘有聚晶金剛石的第二套筒放入下模中的相應(yīng)位置，將上述混合好的防磨基底材料粉末倒入下模內(nèi)，在震動機(jī)上震實(shí)后，將上?？ㄔO(shè)在下模上，并在上模內(nèi)部放入適量的粘結(jié)合金；
[0013](5)燒結(jié):將組裝好的模具放入燒結(jié)爐中采用無壓浸滲工藝進(jìn)行燒結(jié)，得到鉆桿接頭防磨帶；
[0014](6)機(jī)加工:將燒結(jié)后的防磨帶從燒結(jié)爐中取出，并對防磨帶進(jìn)行機(jī)加工，使防磨帶的實(shí)用尺寸滿足使用要求。
[0015]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述塊狀聚晶金剛石為石油、地質(zhì)用熱穩(wěn)定聚晶金剛石，其形狀為圓柱體、棱柱體、長方體、弧面長方體或長圓形柱體。
[0016]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案為單列、雙列或多列排布；
[0017]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，每列上的多個塊狀聚晶金剛石按等距離設(shè)置。
[0018]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，每列上的多個塊狀聚晶金剛石按等角度設(shè)置。
[0019]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，每列上的多個塊狀聚晶金剛石按交錯方式設(shè)置。
[0020]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述防磨基底材料是由鑄造碳化鎢粉末與銅粉末、鈷粉末、鎳粉末、磷粉末中的一種粉末或任意幾種粉末按照一定比例混合而成；所述粘結(jié)合金為銅基合金、镲基合金、鈷基合金中的一種或任意幾種的混合。
[0021]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，在步驟(5)中，在燒結(jié)爐空腔內(nèi)放入適量的塊狀石墨，開始燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1040°C?1100°C，使熔融的粘結(jié)合金逐漸從透孔浸滲到下模中，保溫30?50分鐘；然后隨爐冷卻至將至900°C，取出空冷，制得環(huán)式金剛石復(fù)合材料鉆桿接頭防磨帶，燒結(jié)后的材料之間的粘結(jié)強(qiáng)度多60MPa。
[0022]本發(fā)明的目的還可以這樣實(shí)現(xiàn)，一種環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工模具，該加工模具包括有上模、下模和砂芯，所述下模為圓環(huán)體并水平放置在一平臺上，下模內(nèi)同心放置所述砂芯，砂芯與下模內(nèi)壁形成環(huán)形空間，在砂芯的外側(cè)套設(shè)一底部設(shè)有外緣的第一套筒，所述第一套筒的外緣抵靠于下模內(nèi)壁，在所述第一套筒外側(cè)且位于所述外緣上方設(shè)有一第二套筒，所述第二套筒的外壁抵靠于下模內(nèi)壁，所述第二套筒與第一套筒之間具有設(shè)置多個塊狀聚晶金剛石的環(huán)形間隙；在所述環(huán)形間隙上方且位于第一套筒頂部固定設(shè)有一套設(shè)在砂芯外側(cè)的套環(huán)體；所述上模為卡設(shè)在下模上方的一環(huán)形容器，該環(huán)形容器的底面設(shè)有多個連通于下模內(nèi)部的透孔。
[0023]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述砂芯的頂面為中間高、四周低的錐面；所述套環(huán)體與第一套筒頂部焊接固定；所述第二套筒的上端由其內(nèi)壁向外壁形成一漸擴(kuò)的斜面。
[0024]由上所述，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工和塊狀聚晶金剛石在防磨帶中的優(yōu)化有序排布，提高防磨帶的加工質(zhì)量和效率，降低加工成本；該加工方法操作方便，省工省時，缺陷少，塊狀聚晶金剛石排布質(zhì)量高，成型率高。
【附圖說明】
[0025]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0026]圖1:為采用本發(fā)明加工方法制作的鉆桿接頭防磨帶的成品結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2A:為本發(fā)明中加工模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2B:為加工模具中第一套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2C:為加工模具中第二套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2D:為加工模具中套環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2E:為加工模具中上模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3:為本發(fā)明加工方法的流程示意圖。
[0033]圖4A:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案一示意圖(三角柱體金剛石三排排列)。
[0034]圖4B:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案二示意圖(長圓形柱體金剛石兩排平行排列)。
[0035]圖4C:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案三示意圖(長圓形柱體金剛石兩排等角度傾斜排列)。
[0036]圖4D:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案四示意圖(長圓形柱體金剛石兩排等角度傾斜交錯排列)。
[0037]圖4E:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案五示意圖(多種形狀的金剛石多排規(guī)則排列)。
[0038]圖4F:為塊狀聚晶金剛石在雙面膠條上的排布方案六示意圖(圓柱體金剛石四排交錯排列)。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0040]如圖1所示，為采用本發(fā)明環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法制作的防磨帶9，該防磨帶9呈環(huán)狀，由鋼襯底91、防磨基底材料層92和在鋼襯底91外表面有序排布的多個塊狀聚晶金剛石93構(gòu)成；這種防磨帶9不僅具有極強(qiáng)的耐磨性，可以增強(qiáng)鉆桿接頭的耐磨能力，同時摩擦系數(shù)小，摩擦阻力低，對套管的磨損能力弱，對套管有良好的保護(hù)作用。
[0041]如圖2A?圖2E所示，本發(fā)明的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法，首先要提供(制作)一套加工模具100，該加工模具100包括有上模1、下模2和砂芯3，所述下模2為圓環(huán)體并水平放置在一平臺8上，下模2內(nèi)同心放置所述砂芯3，砂芯3與下模2內(nèi)壁形成環(huán)形空間，在砂芯3的外側(cè)套設(shè)一底部設(shè)有外緣41的第一套筒4，所述第一套筒的外緣41抵靠于下模2內(nèi)壁，在所述第一套筒4外側(cè)且位于所述外緣41上方設(shè)有一第二套筒5，所述第二套筒5的外壁抵靠于下模2的內(nèi)壁，所述第二套筒5與第一套筒4之間具有設(shè)置多個塊狀聚晶金剛石93的環(huán)形間隙；在所述環(huán)形間隙上方且位于第一套筒4頂部固定設(shè)有一套設(shè)在砂芯3外側(cè)的套環(huán)體6 ;所述上模I為卡設(shè)在下模2上方的一環(huán)形容器，該環(huán)形容器的底面設(shè)有多個連通于下模2內(nèi)部(內(nèi)腔)的透孔11，所述透孔11以環(huán)形排布方式設(shè)置多個，用作焊料注入口使用；在本實(shí)施方式中，所述砂芯3的頂面為中間高、四周低的錐面31 ;所述第二套筒5的上端由其內(nèi)壁向外壁形成一漸擴(kuò)的斜面51。
[0042]如圖3所示，本發(fā)明的加工方法包括以下具體步驟:
[0043](I)拌粉:將防磨基底材料配方中各種粉末按設(shè)計含量要求放入混料罐中，混料時間不少于兩小時，保證粉末的均勻混合；
[0044]所述防磨基底材料是由鑄造碳化鶴粉末與銅粉末、鈷粉末、镲粉末、磷粉末中的一種粉末或任意幾種粉末按照一定比例混合而成；該防磨基底材料配方為現(xiàn)有技術(shù)；
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