專利名稱：分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉆頭的制造技術，特別是涉及一種加工工藝簡單、加工周期短、成 本低、性能穩(wěn)定、工作效率高的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法。
背景技術：
由于金剛石復合片(polycrystalline diamond composite, PDC)鉆頭具有機械 鉆速快、壽命長、進尺多的優(yōu)點，作為石油鉆井行業(yè)常用的一種鉆井工具已經(jīng)得到廣泛的應用?，F(xiàn)有技術中制造金剛石復合片鉆頭的方法普遍采用燒結(jié)的工藝，即將粉末或粉末 壓坯加熱到低于其中基本成分的熔點的溫度，然后以一定的方法和速度冷卻到室溫，從而 獲得所需的物理、機械性能的金剛石復合片鉆頭。由于燒結(jié)的工藝中，模具的加工尤為繁瑣 及復雜，例如模具設計、模具組裝、干燥模具等諸多環(huán)節(jié)，且該類模具大多又都是在手工制 作，在手工制作模具的工藝過程中極易出現(xiàn)尺寸和角度偏差，造成保徑尺寸不符合技術要 求而引發(fā)的鉆速不高、憋泵、進尺不明顯或者鉆頭使用壽命短等問題；再者，鑄造金剛石復 合片鉆頭所用的粉料在燒結(jié)過程中也很容易出現(xiàn)氣蝕或者裂縫的情況，造成鉆頭試壓不成 功，影響鉆頭質(zhì)量。因而，現(xiàn)有技術中的鑄造金剛石復合片鉆頭的加工工藝復雜、生產(chǎn)周期 長、而且常規(guī)鑄造金剛石復合片鉆頭的生產(chǎn)成本亦很高，影響經(jīng)濟效益。所以，如何提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法，以避免以上所 述的種種缺點，已經(jīng)成為為相關領域之業(yè)者目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種分體式鋼體金剛石復 合片鉆頭及其加工方法，以使其加工工藝簡單、加工周期短、制造成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工 作效率高，而且鉆頭具有抗研磨性強使用壽命長等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭 及其加工方法，其中，所述分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于首先將基 材進行鍛壓，并經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板；然后將所述鉆頭 基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理；接著，利用數(shù)控銑床在所述鉆頭基體上形成多個噴嘴 孔和翼板槽，以及在所述刀翼板上形成多個呈排列結(jié)構的復合片齒穴；將所述多個刀翼板 分別鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)；然后于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；最后于所述刀 翼板復合片齒穴上釬焊金剛石復合片并保溫及打磨成品。在本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法中，用于進行鍛壓的基材為 42CrMnMo園鋼及鋼板；于實施方式中，將所述鉆頭基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理以使 其硬度達到270 290HB ；將所述多個刀翼板分別鑲?cè)脬@頭基體槽座內(nèi)后將其加溫450°C， 所述刀翼板經(jīng)由堿性506焊條鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)；所述耐磨材料為合金焊 粉，具體地，所述合金焊粉為F105焊粉。
本發(fā)明還提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，包括接頭，內(nèi)扣連接于所述接 頭的鉆頭基體，開設于所述鉆頭基體上的多個噴嘴孔及翼板槽，以及排列有多個復合片齒 穴的刀翼板，其特征在于所述鉆頭基體及刀翼板經(jīng)由銑床或線切割加工形成；所述鉆頭 基體上的多個噴嘴孔和翼板槽以及所述刀翼板上的復合片齒穴經(jīng)由數(shù)控銑床銑出成型；所 述刀翼板鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)，且所述刀翼板上敷焊有耐磨材料。如上所述，本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法主要是通過鍛壓 并經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板，并利用數(shù)控銑床精加工所述鉆 頭基體及刀翼板，以提高鉆頭的尺寸及角度的精確程度，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的加工工 藝簡單、加工周期短、制造成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工作效率高，而且分體式鋼體鉆頭具有抗 研磨性強，使用壽命長等優(yōu)點，即有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點。


圖1顯示為本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法的流程示意圖。圖2顯示為本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭的結(jié)構示意圖。圖3顯示為本發(fā)明中鉆頭基體結(jié)構示意圖。圖4顯示為本發(fā)明中刀翼板結(jié)構示意圖。元件標號的簡單說明S11 S172122221222232312具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在不背離本 發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1，圖1顯示為本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法的流程 示意圖。如圖所示，本發(fā)明提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，如圖所示，其 具體流程包括以下的步驟在步驟S11中，將基材進行鍛壓，于本實施方式中，用于進行鍛壓的基材為 42CrMnMo園鋼及42CrMnMo鋼板；接著進至步驟S2 ；在步驟S12中，經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板；具體地， 是按依據(jù)預先設計之圖形尺寸，通過數(shù)控銑床按設計數(shù)據(jù)銑出所述鉆頭基體及多個刀翼 板，或者是按依據(jù)預先設計之圖形尺寸，通過線切割加工分別形成所述鉆頭基體及多個刀
步驟 接頭
鉆頭基體 噴嘴孔 翼板槽 刀翼板 復合片齒穴 金剛石復合片翼板。接著進至步驟S13;在步驟S13中，將所述鉆頭基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理，以使其硬度達到 270 290HB。接著進至步驟S14 ；在步驟S14中，利用數(shù)控銑床在所述鉆頭基體上形成多個噴嘴孔和翼板槽，以及 在所述刀翼板上形成多個呈排列結(jié)構的復合片齒穴；于本實施方式中，利用數(shù)控銑床依據(jù) 預先設定之數(shù)據(jù)將多個噴嘴孔和翼板槽銑出，具體地，所述預先設定之數(shù)據(jù)包括噴嘴孔的 中心距、向心角、徑側(cè)角、孔直徑的尺寸或角度參數(shù)；利用數(shù)控銑床依據(jù)預先設定之數(shù)據(jù)在 所述刀翼板上形成多個呈排列結(jié)構的復合片齒穴銑出，具體地，所述預先設定之數(shù)據(jù)包括 復合片齒穴的切削角、側(cè)傾角、孔直徑的角度參數(shù)。接著進至步驟S15 ；在步驟S15中，將所述多個刀翼板分別鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)；于本實 施方式中，將所述多個刀翼板分別鑲?cè)脬@頭基體槽座內(nèi)后將其加溫450°C，所述刀翼板經(jīng)由 堿性506焊條鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)。接著進至步驟S16 ；在步驟S16中，于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；具體地，所述耐磨材料為合金焊 粉，更詳盡地，所述合金焊粉為F105焊粉。接著進至步驟S17 ；在步驟S17中，于所述刀翼板復合片齒穴上釬焊金剛石復合片，并經(jīng)過保溫及打 磨工序，以最終形成本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭。請參閱圖2至圖4，圖2顯示為本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭的結(jié)構示 意圖；圖3顯示為本發(fā)明中鉆頭基體結(jié)構示意圖；圖4顯示為本發(fā)明中刀翼板結(jié)構示意圖。 如圖所示，本發(fā)明提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，包括接頭21、鉆頭基體22、刀翼 板23、以及金剛石復合片24。所述鉆頭基體22內(nèi)扣連接于所述接頭21，具體地，所述鉆頭基體22與所述接頭 21之間形成有V型槽，并藉由焊封所述V型槽使二者緊密連接。所述鉆頭基體22上具有多 個噴嘴孔221及翼板槽222。所述鉆頭基體22經(jīng)由銑床或線切割加工形成，具體地，所述鉆 頭基體22為42CrMnM0園鋼的材質(zhì)。更為詳細地，所述鉆頭基體22的噴嘴孔221及翼板槽 222是依據(jù)預先設定之數(shù)據(jù)利用數(shù)控銑床銑出，所述預先設定之數(shù)據(jù)包括噴嘴孔的中心距、 向心角、徑側(cè)角、孔直徑的具體尺寸或角度參數(shù)。所述刀翼板23鑲焊于所述鉆頭基體22的翼板槽222內(nèi)，于本實施方式中，所述刀 翼板經(jīng)由堿性506焊條鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)。所述刀翼板23上排列有用于焊 接金剛石復合片24的多個復合片齒穴231，所述刀翼板23經(jīng)由銑床或線切割加工形成，具 體地，所述刀翼板23為42CrMnM0鋼板的材質(zhì)。更為詳細地，所述刀翼板23上的復合片齒 穴231經(jīng)由數(shù)控銑床依據(jù)預先設定之數(shù)據(jù)銑出成型，所述預先設定之數(shù)據(jù)包括復合片齒穴 的切削角、側(cè)傾角、孔直徑的角度參數(shù)。所述刀翼板23上敷焊有耐磨材料，所述耐磨材料為 合金焊粉，更詳盡地，所述合金焊粉為F105焊粉。于本實施方式中，所述金剛石復合片24藉由釬焊的方式焊接于所述刀翼板23的 復合片齒穴231中。綜上所述，本發(fā)明的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法主要是通過鍛壓 并經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板，并利用數(shù)控銑床精加工所述鉆 頭基體及刀翼板，以提高鉆頭的尺寸及角度的精確程度，即合理的設計切削齒的切削角及 側(cè)傾角以降低切削阻力，延長鉆頭使用壽命；再者，精確的設計所述噴嘴孔的方位角、中心軸線夾角(向心角)、徑側(cè)角以使其調(diào)整到最佳狀態(tài)，達到有效地即能冷卻切削齒，又能降 低水力對鉆頭基體的沖蝕，最大發(fā)揮水馬力作用，達到提高機械鉆速的目的，與現(xiàn)有技術相 比，本發(fā)明的加工工藝簡單、加工周期短、制造成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工作效率高，而且分 體式鋼體鉆頭具有抗研磨性強，使用壽命長等優(yōu)點，即有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點 而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 習此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于將基材進行鍛壓，并經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板；將所述鉆頭基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理；利用數(shù)控銑床在所述鉆頭基體上形成多個噴嘴孔和翼板槽，以及在所述刀翼板上形成多個呈排列結(jié)構的復合片齒穴；將所述多個刀翼板分別鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)；于所述刀翼板上敷焊耐磨材料；以及于所述刀翼板復合片齒穴上釬焊金剛石復合片并保溫及打磨成品。
2.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于所述基 材為42CrMnMo園鋼及鋼板。
3.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于將所述 鉆頭基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理以使其硬度達到270 290HB。
4.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于將所述 多個刀翼板分別鑲?cè)脬@頭基體槽座內(nèi)后將其加溫450°C。
5.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于所述刀 翼板經(jīng)由堿性506焊條鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)。
6.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭加工方法，其特征在于所述耐 磨材料為合金焊粉。
7.—種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，包括接頭，內(nèi)扣連接于所述接頭的鉆頭基體，開 設于所述鉆頭基體上的多個噴嘴孔及翼板槽，以及排列有多個復合片齒穴的刀翼板，其特 征在于所述鉆頭基體及刀翼板經(jīng)由銑床或線切割加工形成；所述鉆頭基體上的多個噴嘴 孔和翼板槽以及所述刀翼板上的復合片齒穴經(jīng)由數(shù)控銑床銑出成型；所述刀翼板鑲焊于所 述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)，且所述刀翼板上敷焊有耐磨材料。
8.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，其特征在于所述鉆頭基體及 刀翼板為42CrMnMo材質(zhì)。
9.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，其特征在于所述刀翼板經(jīng)由 堿性506焊條鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)。
10.如權利要求1所述的分體式鋼體金剛石復合片鉆頭，其特征在于所述耐磨材料為 合金焊粉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分體式鋼體金剛石復合片鉆頭及其加工方法，其中該加工方法是首先將基材進行鍛壓，并經(jīng)由銑床或線切割加工分別形成鉆頭基體及多個刀翼板，然后將所述鉆頭基體及多個刀翼板進行調(diào)質(zhì)熱處理，再利用數(shù)控銑床在精加工所述鉆頭基體及刀翼板，將所述多個刀翼板分別鑲焊于所述鉆頭基體的翼板槽內(nèi)，然后于所述刀翼板上敷焊耐磨材料，最后于所述刀翼板復合片齒穴上釬焊金剛石復合片并保溫及打磨成品，如此以確保鉆頭尺寸及提高其結(jié)構角度的精確程度，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的加工工藝簡單、加工周期短、制造成本低、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工作效率高，而且鉆頭具有抗研磨性強使用壽命長等優(yōu)點。
文檔編號E21B10/46GK101864898SQ20091005709
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權日2009年4月20日
發(fā)明者于振忠, 何櫻子, 張興建, 張振峰, 李文珍, 李朋, 閆雙雙, 陳淮剛 申請人:上海中盟石油天然氣有限公司;上海中曼金剛石鉆頭有限公司