[發明專利]凸臺式金剛石復合材料防磨帶的加工方法、模具和防磨帶

在審

• 申請號: 201510923718.2
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105537586A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 王鎮全;張凱;王德國
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B22F3/10
• 分類號: B22F3/10;B22F7/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 朱坤鵬

技術領域

本發明涉及油田鉆井用鉆具及其制造技術領域，具體是一種凸臺式金剛石復合材 料防磨帶的加工方法、模具和防磨帶。

背景技術

為了提高鉆桿接頭在研磨性較強的地層中或井身結構較復雜的井中的耐磨性，一 種金剛石復合材料鉆桿接頭防磨帶已研制成功，該防磨帶成環狀，這種防磨帶不僅具 有極強的耐磨性，增強了鉆桿接頭的耐磨能力，同時摩擦系數小，摩擦阻力低，對套 管的磨損能力弱，對套管有良好的保護作用。鉆桿接頭耐磨帶與套管接觸示意圖如圖 1所示。環式金剛石復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，環式金剛石復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重，雖然這種 金剛石復合材料防磨帶性能已經很優異，但是存在這種摩擦副會在一定程度上影響這 種金剛石復合材料防磨帶的防磨性能。因此有必要在現有的環式金剛石復合材料防磨 帶技術的基礎上進行改進，以克服上述技術缺陷。

如圖3所示，如果防磨環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，這就使得環式金剛石復合材料防磨帶在與套管發生接觸時僅 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合材料防磨帶。采用如圖3所示金剛石復合材料防磨 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生磨損的問題，而且還可 以進一步提升其耐磨性，摩擦系數也會進一步降低，摩擦阻力進一步降低，從而提升 金剛石復合材料防磨帶的整體性能。

粉末冶金是金剛石工具制造中應用最廣泛的方法，中國專利公開號為 CN104588647A，公開日期為2015-5-6，公開了《環式金剛石復合材料防磨帶的加工 方法及模具》，但是現有的環式金剛石復合材料防磨帶的加工方法無法實現金剛石的 凸出出露，如采用現有技術先做出為出露的環式金剛石復合材料防磨帶，再使用精拋 等方式進行后續加工，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1mm的大出露也實現不了。并且 采用這種出露加工方式，費時費力。

發明內容

為了克服現有的環式金剛石復合材料防磨帶的金剛石無法出露或出露量不足的 缺陷，本發明提供了一種凸臺式金剛石復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。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種凸臺式金剛石復合材料防磨帶 的加工方法，該凸臺式金剛石復合材料防磨帶的加工方法采用了凸臺式金剛石復合材 料防磨帶的模具，該模具包括有下模和套筒，下模含有內外套設的砂模和圓環體，砂 模和圓環體均為筒狀，圓環體的軸線沿豎直方向設置，砂模的內表面設置有多個用于 嵌設聚晶金剛石的凹槽，套筒同軸套設于砂模內，套筒的外表面與砂模的內表面之間 形成用于容納聚晶金剛石的環形間隙；該凸臺式金剛石復合材料防磨帶的加工方法包 括以下步驟：步驟1、制作內表面具有該凹槽的砂模；步驟2、將多個聚晶金剛石一 一對應的嵌入砂模的該凹槽內；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；步驟5、將該模具燒結，得到凸臺式金剛石復合材料防磨帶毛坯；步 驟6、對該凸臺式金剛石復合材料防磨帶毛坯進行機加工，得到凸臺式金剛石復合材 料防磨帶。

進一步地，該模具還包括有上模、砂芯和套環體，上模為卡設在下模的圓環體上 方的一個環形容器，該環形容器的底面設有多個連通于砂模內部的透孔，砂芯設置于 套筒內，砂芯的外徑等于套筒的內徑，套筒的底部設有外緣，外緣的外徑等于圓環體 的內徑，砂模的外徑等于圓環體的內徑，套環體設置于套筒的頂部并套設在砂芯外， 上模內與該環形間隙連通。

進一步地，步驟1包括：步驟1.1、根據實際鉆井環境制作凸臺式金剛石復合材 料防磨帶的硅橡膠模型；步驟1.2、將該凸臺式金剛石復合材料防磨帶的硅橡膠模型 同軸套置于該圓環體中，在圓環體與該凸臺式金剛石復合材料防磨帶的模型之間注入 精鑄粉末砂，并在10℃～60℃下待該精鑄粉末砂成型后取出該凸臺式金剛石復合材料 防磨帶的硅橡膠模型，形成砂模。