凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法、模具和防磨帶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油田鉆井用鉆具及其制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法、模具和防磨帶。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高鉆桿接頭在研磨性較強(qiáng)的地層中或井身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的井中的耐磨性，一種金剛石復(fù)合材料鉆桿接頭防磨帶已研制成功，該防磨帶成環(huán)狀，這種防磨帶不僅具有極強(qiáng)的耐磨性，增強(qiáng)了鉆桿接頭的耐磨能力，同時摩擦系數(shù)小，摩擦阻力低，對套管的磨損能力弱，對套管有良好的保護(hù)作用。鉆桿接頭耐磨帶與套管接觸示意圖如圖1所示。環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶摩擦表面與套管接觸示意圖如圖2所示。從圖2可以看出，環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶在與套管接觸時，金剛石表面與胎體表面同時與套管表面接觸。由于胎體材料為碳化鎢材料，其對套管的磨損比較嚴(yán)重，雖然這種金剛石復(fù)合材料防磨帶性能已經(jīng)很優(yōu)異，但是存在這種摩擦副會在一定程度上影響這種金剛石復(fù)合材料防磨帶的防磨性能。因此有必要在現(xiàn)有的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以克服上述技術(shù)缺陷。
[0003]如圖3所示，如果防磨環(huán)外表面金剛石成凸出分布，包鑲金剛石的胎體材料的外表面低于金剛石外表面，這就使得環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶在與套管發(fā)生接觸時僅存在金剛石表面與套管的接觸，從而從根本上避免了胎體對套管的磨損，于是這就形成了一種新型的凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶。采用如圖3所示金剛石復(fù)合材料防磨帶摩擦表面形式，不僅可以從根本上解決胎體材料與套管發(fā)生磨損的問題，而且還可以進(jìn)一步提升其耐磨性，摩擦系數(shù)也會進(jìn)一步降低，摩擦阻力進(jìn)一步降低，從而提升金剛石復(fù)合材料防磨帶的整體性能。
[0004]粉末冶金是金剛石工具制造中應(yīng)用最廣泛的方法，中國專利公開號為CN104588647A，公開日期為2015-5-6，公開了《環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法及模具》，但是現(xiàn)有的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法無法實(shí)現(xiàn)金剛石的凸出出露，如采用現(xiàn)有技術(shù)先做出為出露的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶，再使用精拋等方式進(jìn)行后續(xù)加工，雖然也可使金剛石微出露(微米級別)，但是金剛石的出露量不可控，不能保證所有金剛石均勻出露，而且大于Imm的大出露也實(shí)現(xiàn)不了。并且采用這種出露加工方式，費(fèi)時費(fèi)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶的金剛石無法出露或出露量不足的缺陷，本發(fā)明提供了一種凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法、模具和防磨帶，以使金剛石能夠保證足夠的出露量。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法，該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法采用了凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的模具，該模具包括有下模和套筒，下模含有內(nèi)外套設(shè)的砂模和圓環(huán)體，砂模和圓環(huán)體均為筒狀，圓環(huán)體的軸線沿豎直方向設(shè)置，砂模的內(nèi)表面設(shè)置有多個用于嵌設(shè)聚晶金剛石的凹槽，套筒同軸套設(shè)于砂模內(nèi)，套筒的外表面與砂模的內(nèi)表面之間形成用于容納聚晶金剛石的環(huán)形間隙；該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法包括以下步驟:步驟1、制作內(nèi)表面具有該凹槽的砂模;步驟2、將多個聚晶金剛石一一對應(yīng)的嵌入砂模的該凹槽內(nèi)；步驟3、組裝成該模具;步驟4、將防磨基底材料粉料倒入下模內(nèi)；步驟5、將該模具燒結(jié)，得到凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶毛還;步驟6、對該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶毛還進(jìn)行機(jī)加工，得到凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶。
[0007]進(jìn)一步地，該模具還包括有上模、砂芯和套環(huán)體，上模為卡設(shè)在下模的圓環(huán)體上方的一個環(huán)形容器，該環(huán)形容器的底面設(shè)有多個連通于砂模內(nèi)部的透孔，砂芯設(shè)置于套筒內(nèi)，砂芯的外徑等于套筒的內(nèi)徑，套筒的底部設(shè)有外緣，外緣的外徑等于圓環(huán)體的內(nèi)徑，砂模的外徑等于圓環(huán)體的內(nèi)徑，套環(huán)體設(shè)置于套筒的頂部并套設(shè)在砂芯外，上模內(nèi)與該環(huán)形間隙連通。
[0008]進(jìn)一步地，步驟I包括:步驟1.1、根據(jù)實(shí)際鉆井環(huán)境制作凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的硅橡膠模型;步驟1.2、將該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的硅橡膠模型同軸套置于該圓環(huán)體中，在圓環(huán)體與該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的模型之間注入精鑄粉末砂，并在10°C?60°C下待該精鑄粉末砂成型后取出該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的硅橡膠模型，形成砂模。
[0009]進(jìn)一步地，步驟1.1包括:步驟1.1a、根據(jù)實(shí)際鉆井環(huán)境設(shè)計凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的結(jié)構(gòu)參數(shù);步驟1.1b、利用三維造型軟件進(jìn)行凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的三維造型；步驟1.lc、根據(jù)該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的三維造型的結(jié)構(gòu)繪制三維的薄壁外殼，利用3D打印技術(shù)打印出該薄壁外殼;該薄壁外殼呈筒狀，該薄壁外殼的內(nèi)徑與該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的三維造型的外徑相同，沿該薄壁外殼的徑向，該薄壁外殼的壁厚大于該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶上的聚晶金剛石凸出的高度，該薄壁外殼的內(nèi)表面設(shè)有多個與該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶上的聚晶金剛石93相匹配的嵌入槽;步驟
1.ld、將硅橡膠注入該薄壁外殼，室溫成型后取出并形成圓柱狀的凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的硅橡膠模型。
[0010]進(jìn)一步地，該聚晶金剛石為石油和/或地質(zhì)用熱穩(wěn)定聚晶金剛石，該聚晶金剛石的形狀為圓柱體、棱柱體、長方體、弧面長方體或長圓形柱體。
[0011 ]進(jìn)一步地，步驟4還包括在該防磨基底材料上放粘結(jié)合金，該粘結(jié)合金為銅基合金、鎳基合金、鈷基合金中的一種或多種的混合。
[0012]進(jìn)一步地，該步驟5包括:步驟5.1、將該模具放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，在燒結(jié)爐空腔內(nèi)放入塊狀石墨，開始燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1040°C?1100°C，使熔融的粘結(jié)合金逐漸從透孔浸滲到下模中，保溫分鐘30?50分鐘。
[0013]進(jìn)一步地，該步驟5還包括:步驟5.2、隨爐冷卻至將至900°C，取出空冷，制得凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶毛坯，在該防磨帶坯料中，該防磨基底材料粉料固化成防磨基底材料層，套筒、套環(huán)體、聚晶金剛石以及防磨基底材料層燒結(jié)成一體，燒結(jié)后的聚晶金剛石與基底材料層之間的粘結(jié)強(qiáng)度大于或者等于60MPa。
[0014]本發(fā)明還提供了一種凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的模具，該模具包括有下模和套筒，下模含有內(nèi)外套設(shè)的砂模和圓環(huán)體，砂模和圓環(huán)體均為筒狀，圓環(huán)體的軸線沿豎直方向設(shè)置，砂模的內(nèi)表面設(shè)置有多個用于嵌設(shè)聚晶金剛石的凹槽，套筒同軸套設(shè)于砂模內(nèi)，套筒的外表面與砂模的內(nèi)表面之間形成用于容納聚晶金剛石的環(huán)形間隙。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶，該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶采用上述的凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工方法制成，該凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶包括環(huán)形襯底、防磨基底材料層和多個聚晶金剛石，防磨基底材料層設(shè)置在環(huán)形襯底的外表面，每個塊狀聚晶金剛石的一端鑲嵌于防磨基底材料層內(nèi)，每個塊狀聚晶金剛石的另一端置于防磨基底材料層外，并且每個塊狀聚晶金剛石的另一端的端面相對于防磨基底材料層凸出的距離均大于Imm且小于或者等于2mm。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，采用內(nèi)表面具有凹槽的砂模，可以實(shí)現(xiàn)凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工和塊狀聚晶金剛石在防磨帶中的凸出出露，提高凸臺式金剛石復(fù)合材料防磨帶的加工質(zhì)量和效率，使塊狀聚晶金剛石能夠保證足夠的出露量。
[0017]打印制作的外殼可以多次使用，降低了加工成本，并且該加工方法操作方便，省工省時，缺陷少，在保證塊狀聚晶金剛石排布質(zhì)量的同時實(shí)現(xiàn)了塊狀聚晶金剛石的出露，成型率高。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中鉆桿接頭耐磨帶與套管接觸示意圖；
[0020]圖2為環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶摩擦表面與套管接觸示意圖；
[0021]圖3防磨環(huán)外表面凸出的環(huán)式金剛石復(fù)合材料防磨帶摩擦表面與套管接觸示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明凸臺式金剛石復(fù)合材料加工方法的流程示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明凸臺式金剛石復(fù)合材料模具的剖視圖；
[0024]圖6