專利名稱：熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法
技術領域：
本發明涉及地質工程學科領域所用鉆頭的制造方法，特別是一種熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法。
背景技術：
目前，地質工程學科領域所用的金剛石鉆頭雖然具有較好的性能，可以獲得較高的經濟技術指標，但是，無論是地質找礦鉆探，還是地質工程鉆探，所鉆遇的巖層越來越復雜和多變，特別是可鉆性IX級以下的巖石占所鉆巖石的75%左右；現代鉆探要求金剛石鉆頭的鉆進效率要高，使用壽命要長，還要求鉆頭對巖層的適應性要好。而現有的金剛石鉆頭的品種少，其性能很難滿足上述多方面的要求。碎聚晶材料是在合成熱穩定性聚晶體過程中，由于工藝技術等原因，一部分聚晶體不能保持應有的規格與尺寸，一般均從中間斷裂而形成次品，但其高硬度與高磨耗比等性能不變，具有較高的利用價值。通過研究與試驗，認為碎聚晶可以用來制造孕鑲碎聚晶鉆 頭，實踐證明完全可行，具有實用推廣價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種簡單易行的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，使其制造的鉆頭鉆進效率高，使用壽命長，從而滿足地質工程學科領域多方面的需求。實現本發明目的所采用的技術方案是一種熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其工藝步驟為一、選用破碎巖石的主體材料碎聚晶，將碎聚晶按有序排列方式排布在鋁合金網上，用有機膠定位，將其移入冷壓鋼模內，再鋪上含有金剛石的胎體粉料，形成一層含碎聚晶和金剛石胎體粉料的扇形切削單元層；按此方法，在冷壓鋼模內制作出上述多層扇形切削單元層；二、將上述多層扇形切削單元層經冷壓成型即可構成鉆頭的扇形切削單元體；三、依據鉆頭的規格，將所需數量的扇形切削單元體置于鉆頭石墨模具中組裝，力口上焊接保徑層材料，壓上鋼基體，再進行熱壓燒結，出爐后緩冷至室溫，即可制成該鉆頭。所述工藝中制作多層扇形切削單元層時優選六層。所述制作扇形切削單元層及其扇形切削單元體工藝中，將碎聚晶按有序排列方式排布在鋁合金網上，是指由不同排列的碎聚晶組成兩種不同排列方式的扇形切削單元層，再相對應構成兩種不同排列的扇形切削單元體；在鉆頭的整體布局中，兩種不同排列的扇形切削單元體交替錯開排布。每兩個扇形切削單元體之間由水口隔開。所述鉆頭破碎巖石的主體材料碎聚晶，其粒徑為(j52.(T(j52.5 mm，碎聚晶高
2.(T2. 2mm,由它組成的的扇形切削單元層的厚度為2. 2mnT2. 6mm。所述胎體粉料中含有25%濃度的金剛石，金剛石的粒度為30/40目，品級為SMD30。胎體的硬度達到HRC30 HRC32,耐磨性為(0. 36 0. 42) X 1(T5ML。
所述冷壓成型的工藝參數為壓力18(T220MPa，保壓5s。所述胎體材料是663-Cu占 12% 15%，FeCuCr 占 4% 6%，FeCuNi 占 32% 35%，YG8 占 12% 16%，FeCuMn 占 12% 14%，CuCoSn 占 8% 10%，FeCu30 占 14% 17%。所述熱壓工藝參數為熱壓溫度960 970 °C，熱壓壓力18 20MPa，保溫時間5 6min，出爐溫度 820°C "850°C。本發明的有益效果本發明工藝簡單，操作方便，成本低廉，其原料采用碎聚晶作為破碎巖石的主體材料，其出刃高，必然會獲得高的鉆進效率。由于含有六層有序排列碎聚晶孕鑲扇形切削單元層，其鉆頭的工作層可高達13mm，可獲得較長的使用壽命。同時，鉆頭中孕鑲有20% 25%單晶金剛石，不僅可以參與破碎巖石，更重要的是可以保持鉆頭工作層的平衡磨損，提高鉆頭的使用效果。本發明所制造的鉆頭的成本較低，與常規熱壓金剛石鉆頭相比，其性價比高15%以上。


圖I為本發明制造的鉆頭中的扇形切削單元層一種結構示意圖。圖2為本發明制造的鉆頭中的扇形切削單元層另一種結構示意圖。圖3為由圖I中扇形切削單元層構成扇形切削單元體的結構示意圖。圖4為由圖2中扇形切削單元層構成扇形切削單元體的結構示意圖。圖5為本發明制造的鉆頭中的底唇面結構示意圖。圖6為圖5的N-N方向剖視圖。以上附圖中，各標號與零部件的對應關系為I-碎聚晶；2_鋁合金網；3-含金剛石的胎體粉料；4-扇形切削單元體；5_水口 ；6_鋼基體；7_保徑焊接層粉料；8_切削工作層；9_保徑材料。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述I、本發明所制造的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭結構本發明所制造的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭結構特點是碎聚晶I按照不同排列方式(圖I、圖2)排列分布在鋁合金網2上，其上鋪有含金剛石的胎體粉料3 ;由六層排列的扇形切削單元層沿鉆頭徑向水平疊加組合而成，經冷壓成型制成有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的扇形切削單元體4，亦即圖3、圖4中所示的扇形切削單元體；每個鉆頭由多個扇形切削單元體4組合而成，每兩個扇形切削單元體4之間由水口 5隔開。在可鉆性IX級以下的巖石中鉆進，這種鉆頭的結構特點和優勢是其它類型金剛石鉆頭所不具有的。扇形切削單元層中含有25%濃度的金剛石，金剛石的粒度為30/40目，金剛石的品級為SMD30。扇形切削單元層中的金剛石為鉆頭破碎巖石的輔助材料。以075/49_規格鉆頭為例，鉆頭的水口 5為八個，即鉆頭有八個扇形切削單元體4，其中，圖3、圖4中所示的排列方式的扇形切削單元體各四個，在鉆頭的圓周方向交替錯開分布；每個扇形切削單元層厚2. 2mm,采用的碎聚晶的規格為直徑2mm,高2. 2_。2、熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造工藝
按照設計，將碎聚晶I排列分布在鋁合金網2上，碎聚晶按照五個同心圓環帶排列分布，并用有機膠定位，然后置入鋼模中，均勻鋪上一層含金剛石的定量胎體粉料3，構成扇形切削單元層；依據這種方法，在冷壓鋼模中疊加六層同一類型排列的切削單元層；通過冷壓機壓制而成有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的扇形切削單元體4 ;再將扇形切削單元體4置于燒結鉆頭的石墨模具中，此時，兩種不同類型的扇形切削單元體4交錯排布于石墨模具中，兩扇形切削單元體4之間由水口 5隔開，然后，用膠粘上保徑材料9，并均勻鋪撒保徑焊接層粉料7，壓上鉆頭的鋼基體6，置于中頻電爐中熱壓成該鉆頭。以cj575/49mm規格鉆頭為例，設計八個水口 5，對應有八個扇形切削單元體4，兩種不同類型的扇形切削單元體4交錯排列分布；選用碎聚晶的規格為直徑為2mm，高2. 2mm ;切削單元層的厚度為2. 2mm。扇形切削單元層中包鑲金剛石的胎體粉料及配比663_Cu占14%，FeCuCr占5%， FeCuNi 占 33%, YG8 占 12%, FeCuMn 占 12%, CuCoSn 占 9%, FeCu30 占 15%。切削單元層中金剛石的含量為25%的濃度，金剛石的粒度為30/40目，金剛石的品級為SMD30。扇形切削單元體4成型冷壓壓力為200MPa，保壓5s。熱壓工藝參數為溫度960°C，壓力18MPa，保溫時間5min ;820°C出爐。出爐后的鉆頭緩冷至室溫，最后通過機加工，完成鉆頭的后期加工，本鉆頭即制造完成。
權利要求
1.一種熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于，它的工藝步驟為 一、選用破碎巖石的主體材料碎聚晶，將碎聚晶按有序排列方式排布在鋁合金網上，用有機膠定位，將其移入冷壓鋼模內，再鋪上含有金剛石的胎體粉料，形成一層含碎聚晶和金剛石胎體粉料的扇形切削單元層；按此方法，在冷壓鋼模內制作出上述多層扇形切削單兀層; 二、將上述多層扇形切削單元層經冷壓成型即可構成鉆頭的扇形切削單元體； 三、依據鉆頭的規格，將所需數量的扇形切削單元體置于鉆頭石墨模具中組裝，加上焊接保徑層材料，壓上鋼基體，再進行熱壓燒結，出爐后緩冷至室溫，即可制成該鉆頭。
2.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述工藝中制作多層扇形切削單元層時優選六層。
3.根據權利要求I或2所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述制作扇形切削單元層及其扇形切削單元體工藝中，將碎聚晶按有序排列方式排布在鋁合金網上，是指由不同排列的碎聚晶組成兩種不同排列方式的扇形切削單元層，再相對應構成兩種不同排列的扇形切削單元體；在鉆頭的整體布局中，兩種不同排列的扇形切削單元體交替錯開排布。
4.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述鉆頭破碎巖石的主體材料碎聚晶，其粒徑為Φ2. (ΓΦ2. 5 mm，碎聚晶高為2. (Γ2. 2mm。
5.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述胎體粉料中含有25%濃度的金剛石，金剛石的粒度為30/40目，品級為SMD30。
6.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述冷壓成型的工藝參數為壓力18(T220MPa，保壓5s。
7.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述胎體材料是663-Cu 占 12% 15%, FeCuCr 占 4% 6%, FeCuNi 占 32% 35%, YG8 占 12% 16%, FeCuMn 占 12% 14%，CuCoSn 占 8% 10%，FeCu30 占 14% 17%。
8.根據權利要求I所述的熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法，其特征在于所述熱壓工藝參數為熱壓溫度96(T970°C，熱壓壓力18 20MPa，保溫時間5飛min，出爐溫度8200C 850O。
全文摘要
本發明公開了一種熱壓有序排列碎聚晶孕鑲鉆頭的制造方法。工藝中，首先將碎聚晶按照有序排列方式分布、固定在鋁合金網上，再移入預先加工好的鋼模內，在其上面鋪上一層含金剛石的胎體粉料，而構成扇形切削單元層；依照這種方法，在鋼模內鋪設多層含碎聚晶有序排列的孕鑲扇形切削單元層；然后采用冷壓法，預制出含有序排列孕鑲碎聚晶鉆頭的扇形切削單元體；最后將多個扇形切削單元體裝入石墨模具中，經熱壓而制成碎聚晶有序排列孕鑲鉆頭。本發明工藝簡單，操作方便，成本低廉，其制造出的鉆頭性能良好，碎聚晶可維持很高的出刃，能提高切入巖石的深度，鉆頭破碎巖石的效率高。
文檔編號B22F1/00GK102767336SQ20121025796
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者葉宏煜, 楊凱華 申請人:武漢萬邦激光金剛石工具有限公司