專利名稱：仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于各種基巖地質體的鉆探的金剛石鉆頭，尤其是采用生物非光滑形態仿生金剛石鉆頭。
背景技術：
生物非光滑形態仿生技術由于防粘、減阻、耐磨等特性成為節省材耗、提高效率、降低成本的一個新型技術，正在起著革命性作用，是有悖常理的新思想。生物非光滑形態仿生技術防止把土壤動物的體表非光滑形態應用到孕鑲金剛石鉆頭的結構設計上，以此來實現孕鑲金剛石鉆頭的泥包現象、降低孕鑲金剛石鉆頭的摩擦阻力、提高孕鑲金剛石鉆頭的壽命和鉆進效率的目的。生物非光滑防粘減阻已被眾多試驗所證實，量化機理還在進一步探索。目前，仿生技術以其獨特的創新思維與豐富的創造原型已在軍事、農業、化學、電子、航海、航空、航天、自動控制和衛星導航等諸多領域得到了廣泛的應用。
目前國內外孕鑲金剛石鉆頭種類很多，金剛石濃度、粒度、強度和胎體材料的硬度和耐磨性等是所有鉆頭設計的根本，是所有鉆頭設計者都需考慮的內在因素。在同一內在條件下，孕鑲金剛石鉆頭多是針對特殊堅硬研磨性強的地層和鉆頭的不均勻磨損對鉆頭底唇面形狀進行設計，如鋸齒形、梯齒形和多水口形等。但這些孕鑲金剛石鉆頭在鉆進堅硬、研磨性強的地層時有一共同的缺點鉆頭在其底唇面形狀磨損后就失去了其本來具有的功能，與普通的平底和圓弧形底唇面的孕鑲金剛石鉆頭一樣。而普通平底形孕鑲金剛石鉆頭的不足之處是使用壽命短、鉆進效率低、加工成本高和單位進尺費用高等，尤其在鉆進深孔或超深孔時由于鉆頭的磨損報廢需不斷提取鉆具而用去了大量的時間，造成了大量的人力、財力的消耗。
發明內容
本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種運用生物體表非光滑形態特征的仿生孕鑲金剛石鉆頭。
本發明的另一目的是提供一種仿生孕鑲金剛石鉆頭的制造方法。
本發明的再一目的是仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法可在金剛石鋸片和金剛石磨頭制造中應用本發明的目的是通過以下的技術方案實現的工作層3包括占底面積60-85％、占體積70-75％的耐磨材料4和占底面積15-40％、占體積25-30％的非光滑型態材料5。
先將25-35％的非光滑型態材料5做成柱或與耐磨材料4均勻混合、隨機混合，并按鉆頭底唇面分布形態和比例要求放入石墨模具中，再將占體積40-60％的胎體材料與15-30％的70-80目金剛石充分混合成耐磨材料4后倒入模具中壓實，再將過度層2裝入模具壓實，之后放上剛體1，在900-10000C，壓力在140-160Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，放在保溫材料中緩慢冷卻至室溫后，加工水口和螺紋。
仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法也可以應用于金剛石鋸片和金剛石磨頭制造。
本發明的目的還可以通過以下的技術方案實現耐磨材料4是由占體積10-25％的70-80目金剛石和50-55％的胎體材料混合而成；非光滑型態材料5可以是石英、石墨、陶瓷或金剛石聚晶；非光滑型態材料5的底唇面分布形態可以是菱形、正三角形、同心圓形、放射狀形、隨機或均勻分布。
有益的效果本發明提供的孕鑲金剛石仿生鉆頭，經鉆進試驗，具有壽命長、鉆速高、能耗低、防粘能力強等特點，極大地節約能耗、降低成本、提高產品質量。
及
附圖1為仿生孕鑲金剛石鉆頭結構圖附圖2為附圖1中3的非光滑形態材料底唇面菱形分布圖；附圖3為附圖1中3的非光滑形態材料底唇面同心圓形分布圖；附圖4為附圖1中3的非光滑形態材料底唇面放射狀形分布圖；附圖5為附圖1中3的非光滑形態材料底唇面隨機分布圖；1鋼體，2過渡層，3工作層，4耐磨材料，5非光滑形態材料具體實施方式
下面結合附圖和實施例作進一步詳細說明實施例1按體積取80目金剛石20％與50％胎體材料充分混合成耐磨材料4，再將30％直徑為2mm的石英顆粒混合均勻，按占底面積15％的比例使石英顆粒隨機分布于金剛石和胎體材料的混料中成為工作層3材料，將工作層3材料均勻裝入石墨模具中壓實后上面加上過渡層2，再壓實，放入鋼體1，烘干后在溫度900℃，壓力在160Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，在保溫材料中緩慢冷卻至室溫后加工水口和螺紋，即為孕鑲金剛石仿生鉆頭。鉆頭、鋸片、磨頭規格可任意設計。
實施例2按體積取25％石墨，制成直徑為2mm，長度等于工作層3厚度的石墨柱，按占底面積30％的比例將石墨柱同心圓狀地固定在石墨模具中，取75目金剛石25％與50％胎體材料充分混合成耐磨材料4填入石墨柱間，壓實后上面加上過渡層2，再壓實，放入鋼體1，烘干后在溫度950℃，壓力在150Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，在保溫材料中緩慢冷卻至室溫后加工水口和螺紋，即為孕鑲金剛石仿生鉆頭。鉆頭、鋸片、磨頭規格可任意設計。
實施例3按體積取25％金剛石聚晶制成直徑為2mm，長度等于工作層3厚度的金剛石聚晶柱，按占底面積40％的比例將金剛石聚晶柱以菱形分布固定在模具中，按體積取70目金剛石17％與58％胎體材料充分混合成耐磨材料4填入金剛石聚晶柱間，壓實后上面加上過渡層2，再壓實，放入鋼體1，烘干后在溫度1000℃，壓力在140Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，在保溫材料中緩慢冷卻至室溫后加工水口和螺紋，即為孕鑲金剛石仿生鉆頭。鉆頭、鋸片、磨頭規格可任意設計。
實施例4按體積取35％陶瓷制成直徑為2mm，長度等于工作層3厚度的陶瓷柱，按占底面積20％的比例將陶瓷柱以放射狀分布固定在模具中，按體積取70目金剛石15％與50％胎體材料充分混合成耐磨材料4后填入陶瓷柱間，壓實后上面加上過渡層2，再壓實，放入鋼體1，烘干后在溫度1000℃，壓力在140Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，放在保溫材料緩慢冷卻至室溫后，加工水口和螺紋，即為孕鑲金剛石仿生鉆頭。鉆頭、鋸片、磨頭規格可任意設計。
權利要求
1.一種適用于鉆探多種基巖地質體的仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法，是由鋼體(1)、過渡層(2)和工作層(3)構成，其特征在于工作層(3)包括占底面積60-85％、占體積70-75％的耐磨材料(4)和占底面積15-40％、占體積25-30％的非光滑型態材料(5)。
2.按照權利要求1所說的仿生孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于耐磨材料(4)是由占體積15-30％的70-80目金剛石和40-60％的胎體材料混合而成。
3.按照權利要求1所說的仿生孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于非光滑型態材料(5)可以是石英、石墨、陶瓷或金剛石聚晶。
4.按照權利要求1所說的仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法，其特征在于先將25-35％的非光滑型態材料(5)做成柱或與耐磨材料(4)均勻混合、隨機混合，并按鉆頭底唇面分布形態和比例要求放入石墨模具中，再將占體積40-60％的胎體材料與15-30％的70-80目金剛石充分混合后倒入模具壓實，再將過度層(2)裝入模具壓實，之后放上剛體(1)，在900-1000℃，壓力在140-160Kgf/Cm2的條件下熱壓成型，放在保溫材料中緩慢冷卻至室溫后，加工水口和螺紋。
5.按照權利要求4所說的仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法，其特征在于非光滑型態材料(5)的底唇面分布形態可以是菱形、正三角形、同心圓形、放射狀形、隨機或均勻分布。
6.按照權利要求1、4所說的仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法，其特征在于也可以應用于金剛石鋸片和金剛石磨頭制造。
全文摘要
本發明公開一種運用生物體表非光滑形態特征，適用于各種金剛石鋸片、金剛石磨頭、基巖地質體鉆探的仿生孕鑲金剛石鉆頭及其制造方法，是由鋼體、過渡層、表面非光滑形態材料、金剛石和胎體構成。表面非光滑形態材料是按要求形態分布于工作層中，減輕了切削粘附性、降低了切削摩擦阻力、提高切削工具的壽命和切削效率。與普通金剛石制品比較，經試驗，具有壽命長、鉆速快、能耗低、防粘巖粉能力強等特點，極大地節約能耗、降低成本、提高了產品質量。
文檔編號B22F3/12GK1896451SQ20061001692
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月7日 優先權日2006年6月7日
發明者孫友宏, 任露泉, 高科 申請人:吉林大學