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1、10申请公布号CN102182405A43申请公布日20110914CN102182405ACN102182405A21申请号201110088009922申请日20110401E21B10/60200601E21B10/4620060171申请人龚宏伟地址332000江西省九江市庐山南路120号黄腊梅转72发明人龚宏伟杨凯华龚其伟付正群74专利代理机构南昌新天下专利商标代理有限公司36115代理人施秀瑾54发明名称一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺57摘要一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺，包括扇形工作块，扇形工作块之间设有水口，所述的扇形工作块为分层复合型，包括金刚石工作层和非金刚石层。
2、，所述的金刚石工作层和非金刚石层交替组合而成，所述的金刚石工作层和非金刚石层为多层。其制造工艺包括将钻头的扇形工作块采用钢模、冷压成型，将冷压成型的多个扇形工作块组装于石墨模具内，经热压成型制成金刚石钻头。对岩层的适应性大大提高，在常见的多数岩石中均可以取得好的钻进效果。同时，钻进速度能提高2025，钻头的使用寿命能提高1015，每米钻探成本下降了约15左右。具有岩层适应性能强、使用寿命长和成本低的特点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102182409A1/1页21一种分层复合型金刚石钻头，包括扇形工作块，扇形工作块之间设有水。
3、口1，其特征在于，所述的扇形工作块为分层复合型，包括金刚石工作层3和非金刚石层2，所述的金刚石工作层3和非金刚石层2交替组合而成，所述的金刚石工作层3和非金刚石层2为多层。2根椐权利要求1所述的一种分层复合型金刚石钻头，其特征在于，所述的金刚石工作层3的层宽为内层和外层为2032MM，中部层层宽为20MM；所述的非金刚石层2的层宽为12MM或15MM。3根椐权利要求1所述的一种分层复合型金刚石钻头，其特征在于，所述的金刚石工作层3占钻头工作层的7580，非金刚石层2占钻头工作层的2520。4根椐权利要求1所述的一种分层复合型金刚石钻头的制造工艺，包括热压成形，其特征在于，将所述的多层金刚石工作。
4、层3和非金刚石层2交替、相间装入钢模中，冷压成型，预制出钻头扇形工作块；再将预制出的扇形工作块组装于石墨模具中，通过中频电炉热压成型，制成金刚石钻头。5根椐权利要求3所述的一种分层复合型金刚石钻头的制造工艺，其特征在于，所述的冷压成型工艺技术参数为压力200MPA250MPA，稳定35S；所述的热压成型工艺技术参数为温度940，压力16MPA，保温时间5MIN，钻头出炉温度为820。权利要求书CN102182405ACN102182409A1/3页3一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺技术领域0001本发明涉及一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺，金刚石钻头广泛地用于地质勘探、石油钻井和水利水。
5、电等基础工程勘察以及地质灾害的治理中。背景技术0002进入21世纪，我国的地质勘探与深部找矿工作量迅速增加，金刚石钻头是必不可少的钻探工具，而且其消耗量极大。然而地壳中的岩石种类繁多，其性能千变万化；钻探实践中希望钻头对岩层的适应能力较强，不能因为岩层种类与性质发生变化，马上要换另一种性能的钻头钻进，这不仅影响钻探施工的进程，而且明显提高钻探成本。而目前的金刚石钻头其结构包括扇形工作块，扇形工作块之间设有水口，扇形工作块其结构为单一结构，对岩层的适应能力不强，普通钻头的工作层为均质型，金刚石在整个工作层中的分布均匀，钻进过程中由于钻头的受力和磨损不相同，必然造成工作层磨损不均匀，钻头的使用效果。
6、受到明显影响。发明内容0003本发明其目的就在于提供一种分层复合型金刚石钻头及其制造工艺，对岩层的适应性大大提高，在常见的多数岩石中均可以取得好的钻进效果。同时，钻进速度能提高2025，钻头的使用寿命能提高1015，每米钻探成本下降了约15左右。具有岩层适应性能强、使用寿命长和成本低的特点。0004实现上述目的而采取的技术方案，0005包括扇形工作块，扇形工作块之间设有水口，所述的扇形工作块为分层复合型，包括金刚石工作层和非金刚石层，所述的金刚石工作层和非金刚石层交替组合而成，所述的金刚石工作层和非金刚石层为多层。0006其制造工艺包括热压成形，将所述的多层金刚石工作层和非金刚石层交替、相间装。
7、入钢模中，冷压成型，预制出钻头扇形工作块；再将预制出的扇形工作块组装于石墨模具中，通过中频电炉热压成型，制成金刚石钻头。0007与现有技术相比，本发明的有益效果在于，0008由于采用了多层金刚石工作层和非金刚石层的结构设计及其相应的冷压和热压成型工艺，因而对岩层的适应性大大提高，在常见的多数岩石中均可以取得好的钻进效果。同时，钻进速度能提高2025，钻头的使用寿命能提高1015，每米钻探成本下降了约15左右。具有岩层适应性能强、使用寿命长和成本低的特点。附图说明0009下面结合附图对本发明作进一步详述。0010图1为本装置结构示意图；0011图2为本装置中扇形工作块的结构示意图；说明书CN10。
8、2182405ACN102182409A2/3页40012图3为本装置中非金刚石层结构示意图；0013图4为本装置中金刚石层结构示意图。具体实施方式0014包括扇形工作块，扇形工作块之间设有水口1，如图1所示，所述的扇形工作块为分层复合型，包括金刚石工作层3和非金刚石层2，所述的金刚石工作层3和非金刚石层2交替组合而成，所述的金刚石工作层3和非金刚石层2为多层。0015所述的金刚石工作层3的层宽为内层和外层为2032MM，中部层层宽为20MM；所述的非金刚石层2的层宽为12MM或15MM。0016所述的金刚石工作层3占钻头工作层的7580，非金刚石层2占钻头工作层的2520。0017其制造工艺。
9、，包括热压成形，将所述的多层金刚石工作层3和非金刚石层2交替、相间装入钢模中，冷压成型，预制出钻头扇形工作块；再将预制出的扇形工作块组装于石墨模具中，通过中频电炉热压成型，制成金刚石钻头。0018所述的冷压成型工艺技术参数为压力200MPA250MPA，稳定35S；所述的热压成型工艺技术参数为温度940，压力16MPA，保温时间5MIN，钻头出炉温度为820。0019实施例00201、钻头的结构0021分层复合型热压金刚石钻头的特征在于钻头工作层由性能与规格各异的多层金刚石工作层和非金刚石层组合而成。0022金刚石工作层的层宽内层和外层的为2032MM，普通规格钻头采用2025MM，绳索取芯钻。
10、头采用2532MM。居中部位的层宽均采用20MM。见图4所示。0023非金刚石层的层宽采用12MM或15MM。对于脆性大的岩石，采用12MM；而对于塑性为主的塑脆性岩石，采用15MM。见图3所示。00242、钻头制造工艺0025冷压成型工艺为采用100T液压机和工具钢模具。冷压压力200MPA250MPA，稳定5S。0026热压成型工艺采用智能中频电炉自动烧结。0027终温温度940，升温速度在600前采用80/MIN，600之后采用120/MIN升至设定温度，820时保温1MIN。0028初压设定为23MPA，终压设定为16MPA。0029当温度升至设定终温时，开始保温，保温时间设定5MIN。
11、；保温1MIN后压力升至设定的最终压力。0030钻头出炉温度设为820。当保温时间到即停电停止保温，压力仍然处于保压状态；当炉温降至出炉温度时即停电卸压，钻头出炉。00313、特点0032钻头工作层由多层含金刚石层和不含金刚石层组成，且相互间隔开；0033含金刚石工作层宽为20MM32MM，可以依据钻头类型和岩石种类不同优选工作层宽度；说明书CN102182405ACN102182409A3/3页50034不含金刚石层宽为12MM和15MM两种，依据岩石种类不同选择；0035采用钢模先冷压成型复合层工作单元，然后把多个复合层工作单元组装在石墨模具中热压成金刚石钻头；0036可以针对岩石种类和性。
12、质，调整各层的宽度，使之达到最佳的钻进效果。0037本装置从提高热压金刚石钻头对岩层的适应性能出发，设计出一种分层复合型金刚石钻头。钻头的工作层中由多层金刚石层与多层非金刚石层交替相间组合而构成钻头的工作层。金刚石工作层是钻头破碎岩石的主体，占钻头工作层的7580；而非金刚石层占钻头工作层的2520，不能直接破碎岩石，而是利用破碎穴效应，在钻头的轴向与径向振动作用下破碎岩石，破碎下的岩粉较粗，有利于磨损钻头的胎体，使得金刚石能够维持良好的出刃而提高钻进效率，提高对岩层的适应性。0038由此可知，相同金刚石含量的钻头，其工作层的高度约提高2025，有利于提高钻头的使用寿命；若相同工作层高度的钻头。
13、，则金刚石的含量约降低2025，等于降低了钻头的成本约20左右。0039以绳索取芯钻头77/49MM钻头和钻进可钻性VIIIX级、中等研磨性的岩石为例0040钻头的工作层可设计为4层，靠近钻头内外径的两层，其宽度为32MM；中间两层设计为20MM；而不含金刚石层宽设计为12MM。这样，钻头共由7层组合而成，见图1所示。00412钻头制造工艺设计0042以钻进可钻性VIIIX级、中等研磨性岩石的绳索取芯钻头制造工艺为例0043钻头的冷压成型工艺设计每模冷压10个扇形工作单元，其面积约20CM2，采用200MPA成型，其总压力为40T，保压5S，卸压脱模，10个扇形工作单元即成型，备用。0044钻。
14、头的热压工艺设计0045将冷压成型的扇形工作单元按照钻头的需要量组装于石墨模具中，送入中频电炉内热压烧结。0046热压终温温度940，升温速度在600前采用80/MIN，600之后采用120/MIN升至设定温度，800时保温1MIN。0047初压设定为3MPA，终压设定为16MPA。0048当温度升至设定终温时，开始保温，保温时间设定5MIN；保温1MIN后压力逐步升至设定的最终压力43KN钻头受热压的面积约27CM2，采用16MPA的压强，得出最终压力约为43KN。0049钻头出炉温度设为820。当保温时间到即停电停止保温，压力仍然处于保压状态；当炉温降至出炉温度时即停电卸压，钻头出炉，出炉后在保温条件下缓冷至室温。说明书CN102182405ACN102182409A1/1页6图1图2图3图4说明书附图CN102182405A。