专利名称：抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及井下煤矿采掘巷道支护或工程隧道用的聚晶金刚石复合片(PDC)锚杆钻头，具体地说涉及了一种新型抗冲击性聚晶金刚石复合片锚杆钻头。
背景技术：
矿用PDC作为一种新型超硬材料的高端产品近几年才在煤矿采掘方面大量应用。但是作为切削工具必须与钻机相配套才能充分发挥其性能特点。PDC锚杆钻头作为新型工具还必须适应我国目前的气动和液压等多种型号的锚杆钻机。与大型钻探用地质钻机比较，煤矿锚杆钻机的特点是进给压力小，转速快，径向摆动度大，因此PDC受到较大的侧向 冲击力，而易于失效。目前国内煤矿井下使用的PDC锚杆钻机采用普通复合片作为切削刃，PDC锚杆钻头刚体的设计也没有充分考虑到钻头的抗冲击性能，只是机械的沿袭了传统硬质合金钻头刚体。由于这两种切削刃材料在冲击韧性方面相差较大，而工况方面差别不大，导致实际使用时PDC锚杆钻头上PDC切削齿局部冲击力集中容易首先破坏失效。锚杆钻机在钻孔过程中，钻进较软地层(f值在6左右)，质量好的PDC锚杆钻头能够达到硬质合金钻头寿命的10-20倍左右，但是随着可钻性系数上升，钻头失效迅速加快，在f大于10的地层上，PDC锚杆钻头甚至钻进不足I米即由于崩刃而失效不能使用。从而影响钻进效率并造成极大的资源浪费。
发明内容本实用新型的发明目的是针对现有产品技术的不足，从而提供一种结构简单、使用方便的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头。本实用新型为达到所述的目的，依据了如下技术方案抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，包括切削刃、刚体、螺纹及出水孔，切削刃与刚体采用温度不超过700°C的钎焊连接，且对称的分布2翼或3翼；刚体、螺丝和出水孔为一体，其特征在于切削刃选用专利号ZL200910273431. 4制备的冲击型聚晶金刚石复合片，冲击型聚晶金刚石复合片制备方法为金刚石粒径60微米用W60代表，金刚石粒径30微米用W30代表，金刚石粒径10微米用WlO代表，三种金刚石粒径用量按重量百分比计，W60为40-60%，W30为30% 50%，WlO为0_20%，添加石墨包裹的纳米钴粉占金刚石总量的质量百分比为4% 12%为催化剂，按上述取各物质及用量，将石墨包裹的纳米钴粉与金刚石微粉球磨300-900分钟，混合均匀放置真空干燥箱80-100°C下保存备用；称取O. 5-2. Og上述混合好的金刚石微粉与硬质合金基体压实组装后置于叶腊石合成模中，放入六面顶金刚石压机；在压力6. OGPa，温度1450-1650°C，合成2_5分钟，卸压后取出样品，经机械抛磨得到；并对切削刃设计为圆形复合片、圆弧形复合片、等腰直角三角形复合片、屋脊型复合片、凸台型复合片或五边型复合片。所述切削刃与刚体钎焊且对称的分布2翼时，钎焊连接的侧偏角α范围O 12°，后倾角β范围5 15°。所述的刚体外直径为28mm。所述的刚体一般使用45#钢材料制成。所述的切削刃为圆型复合片或圆弧型复合片的直径d范围在10_16mm的，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。所述的切削刃为等腰直角三角型复合片且直角边L取值范围10_16mm，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。所述的切削刃为五边型复合片，高度LI取值范围在10_16mm，宽度L2取值范围在10-16mm，外凸台高度a取值范围在7. 5_12mm，内凸台高度b取值范围在2_6mm，内凸台到最高点距离c取值范围在7. 5-12mm，侧偏角α范围在3-15°，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。 所述的切削刃为凸台型复合片，切削刃的总厚度H取值范围在4-5. 5mm，硬质合金基底层厚度h取值范围在3-3. 6mm。所述的切削刃为屋脊型复合片，切削刃的总厚度H取值范围在4-6_，硬质合金基底层厚度h取值范围在3-3. 2mm。本实用新型的优越之处在于具有传统锚杆钻头和抗冲击型复合片结合的特点。其特征在于锚杆钻头两翼的切削刃采用具有抗冲击性能的功能型聚晶金刚石复合片，功能型聚晶金刚石复合片的形状可以是平面型复合片、圆弧型复合片、三角型复合片、凸台型复合片、屋脊型复合片或五边型复合片。锚杆钻头两翼可以焊接两个整片(即抗冲击性能的功能型聚晶金刚石复合片)作为切削刃，也可以焊接两个半圆片(即抗冲击性能的功能型聚晶金刚石复合片沿其平面投影圆的直径切割为两半)作为切削刃。根据钻采设备和工况地质条件，采用不同形状的功能型复合片设计锚杆钻头对称分布的两翼(或三翼)切削刃，可以有效提高锚杆钻头的抗冲击性和不同岩石地层的适应性，延长钻头使用寿命1-3. 5倍。
图I为本实用新型的锚杆钻头-圆型复合片的侧视图。图2为本实用新型的锚杆钻头-圆弧型圆型复合片的侧视图。图3为本实用新型的锚杆钻头-五边型复合片的侧视图。图4为本实用新型的圆型复合片的主视图。图5为本实用新型的圆型复合片的侧视图。图6为本实用新型的三角型复合片主视图。图7为本实用新型的五边型复合片主视图。图8为本实用新型的五边型复合片主视图。图9为本实用新型的凸台型复合片侧视图。图10为本实用新型五边型复合片的侧视图。图11为图10的B — B视图。图12为本实用新型的圆型复合片的侧视图。图13为本实用新型的圆弧型复合片的侧视图。图14为本实用新型的三角型复合片的侧视图。[0030]图15为本实用新型的凸台型复合片的侧视图。图16为本实用新型的屋脊型复合片的侧视图。图17为本实用新型的五边型复合片的侧视图。
具体实施方式
本实用新型的一种结构请参见附图1，它由切削刃、刚体2、螺纹3及出水孔4构成，切削刃与刚体采用温度不超过700°C的钎焊连接，且对称的分布2翼；刚体2、螺纹3和出水孔4为一体，其特征在于切削刃选用专利号ZL200910273431. 4制备的冲击型聚晶金刚石复合片1，并对切削刃设计为圆形复合片。其中刚体一般使用45#钢材料制成。本实用新型使用的抗冲击型复合片请参见附图12、图13、图14、图15、图16和图17，它们分别为圆型、圆弧型、等腰直角三角型、凸台型、屋脊型和五边型复合片。圆型和圆弧型复合片直径d参见附图4，范围在10-16_，切削刃的总厚度参见附图5，H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。等腰直角三角型复合片参见附图6，直角边L取值范围10-16_，切削刃的总厚度参见附图5，!1取值范围在4-5111111，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。五边型复合片参见图7，LI和L2取值范围在10_16mm，a取值范围在7. 5-12mm，b取值范围在2-6mm，c取值范围在7. 5_12mm，角α取值范围在3-10°，切削刃的总厚度参见附图5，H取值范围在4-5_，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2_。凸台型复合片参见图8，切削刃的总厚度H取值范围在4-5. 5_，硬质合金基底层厚度h取值范围在3-3. 6mm。屋脊型复合片参见图_9，切削刃的总厚度H取值范围在4_6mm，硬质合金基底层厚度h取值范围在3-3. 2_。本实用新型的实施方式实例请参见附图I、图2和图3在普通的锚杆上焊接圆型复合片和圆弧型复合片。如附图10复合片钎焊在锚杆两翼上,侧偏角Ct范围O 12°，后倾角β范围5 15°，B-B面的俯视图参见图11，刚体外直径为28mm。本实用新型可以根据具体使用环境的不同选用不同的抗冲击型复合片，如圆型、圆弧型、等腰直角三角型、凸台型、屋脊型和五边型复合片。参见图-2，例如选用圆弧型复合片钎焊在锚杆的两翼上，主要用在砂砾石、砂卵石岩层，破碎带，多边形片和平面圆片主要在中硬和硬岩层。参见图-3，选用五边型复合片钎焊在锚杆的两翼上，主要用在中硬岩层。
权利要求1.抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，包括切削刃、刚体、螺纹及出水孔，切削刃与刚体采用钎焊连接，且对称的分布2翼或3翼；刚体、螺丝和出水孔为一体，其特征在于切削刃选用冲击型聚晶金刚石复合片，并对切削刃设计为圆形复合片、圆弧形复合片、等腰直角三角形复合片、屋脊型复合片、凸台型复合片或五边型复合片。
2.根据权利要求I所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述切削刃与刚体钎焊且对称的分布2翼时，钎焊连接的侧偏角α范围O 12° ,后倾角β范围5 15°。
3.根据权利要求I所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的刚体外直径为28mm。
4.根据权利要求I所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的刚体使用45#钢材料制成。
5.根据权利要求I一 4之一所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的切削刃为圆型复合片或圆弧型复合片的直径d范围在10-16_，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。
6.根据权利要求I一 4之一所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的切削刃为等腰直角三角型复合片且直角边L取值范围10-16mm，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。
7.根据权利要求I一 4之一所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的切削刃为五边型复合片，高度LI取值范围在10-16mm，宽度L2取值范围在10_16mm，外凸台高度a取值范围在7. 5-12mm，内凸台高度b取值范围在2_6mm，最高点到内凸台距离c取值范围在7. 5-12mm，侧偏角角α取值范围在3-15°，切削刃的总厚度H取值范围在4-5mm，聚晶金刚石层厚度h取值范围O. 8-1. 2mm。
8.根据权利要求I一 4之一所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的切削刃为凸台型复合片，切削刃的总厚度H取值范围在4-5. 5mm,硬质合金基底厚度h取值范围在3-3. 6mm。
9.根据权利要求I一 4之一所述的抗冲击型聚晶金刚石复合片锚杆钻头，其特征在于所述的切削刃为屋脊型复合片，切削刃的总厚度H取值范围在4-6_，硬质合金基底厚度h取值范围在3-3. 2mm。
专利摘要本实用新型涉及一种抗冲击型击性聚晶金刚石复合片锚杆钻头，包括切削刃、刚体、螺纹及出水孔，切削刃与刚体采用温度不超过700℃的钎焊连接，且对称的分布2翼或3翼；刚体、螺丝和出水孔为一体，其特征在于切削刃选用专利号ZL200910273431.4制备的冲击型聚晶金刚石复合片，并对切削刃设计为圆形复合片、圆弧形复合片、等腰直角三角形复合片、屋脊型复合片、凸台型复合片或五边型复合片。本实用新型的优越之处在于根据钻采设备和工况地质条件，采用不同形状的功能型复合片设计锚杆钻头对称分布的两翼或三翼切削刃，提高锚杆钻头的抗冲击性和不同岩石地层的适应性，延长钻头使用寿命。
文档编号E21B10/46GK202596583SQ20112055743
公开日2012年12月12日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者孙振亚, 王晓军, 黎明发, 王青龙 申请人:武汉六吉科技有限公司