一种硬岩用球齿、应用该球齿制作的钻头及球齿制作方法
技术领域
本发明属于煤矿机械技术领域，涉及一种硬岩用球齿、应用该球齿制作的钻头及球齿制作方法。
背景技术
随着煤矿开采深度增加，穿层孔、电缆孔等施工过程中面临着更多硬岩钻进难题，PDC钻头因PDC复合片性能限制无法高效、长寿命碎岩；冲击-回转工艺虽可提高机械钻速，但因地层中石英等矿物含量偏高，钻头的硬质合金球齿因研磨磨损造成边齿无法保径而失效，最终导致钻头整体寿命过低。
目前，针对煤矿井下硬岩冲击钻进用的球齿钻头的产品较少，大多直接参照地矿、石油领域的气动潜孔锤配套钻头，其技术虽较为成熟，但其地质条件及钻孔施工工况与煤矿的差异较大，最终导致钻头的寿命过低，不能满足煤矿井下硬岩冲击-回转钻进工艺对长寿命球齿钻头的需求，因此需要设计一种新型超硬球齿。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种硬岩用球齿、应用该球齿制作的钻头及球齿制作方法，以延长球齿的使用寿命，解决硬岩用球齿钻头使用寿命短的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种硬岩用球齿，包括芯体和外护筒，芯体的材质为金刚石，芯体包括切削段和连接段，切削段的端面直径不小于外护筒的外径，连接段的外径与外护筒的内径相匹配，连接段位于外护筒内。
可选地，所述芯体与所述外护筒之间的连接方式为银钎焊或铜钎焊。
可选地，所述芯体由粘结剂和具有不同粒度的金刚石微粉混合后，经高温高压烧结而成。
可选地，所述粘结剂的组分包括钴或镍硅。
可选地，所述切削段呈半球型。
可选地，所述切削段和所述连接段的相接处设有倒角或圆角。
可选地，所述切削段与所述外护筒的相接处填满焊料。
可选地，所述外护筒的材质为碳化钨或优质合金钢。
一种硬岩用球齿钻头，包括钻头本体和设置在其钻进端的若干球齿，所述球齿应用上述所述的球齿。
一种硬岩用球齿的制作方法，将含有钴或镍硅的粘结剂与具有不同粒度的金刚石微粉混合，经高温高压烧结制成具有切削段和连接段的芯体，将芯体的连接段插入由硬度低于金刚石的材料制成的外护筒内，采用银钎焊或铜钎焊的方式将芯体与外护筒固定连接。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用了硬度高的金刚石作为钻进端，提高了球齿的耐磨性，延长了球齿的使用寿命，解决了硬岩用球齿钻头使用寿命短的问题。
2.本发明采用套筒式的结构，芯体和外护筒由不同性能的材质制作，兼具了两种材料的优势，便于球齿的制作，与现有技术相比，耐磨性更高、性能更稳定、寿命更长，同时减少了辅助作业时间。
3.本发明结合冲击-回转钻进工艺，可实现硬岩的快速、长时间的钻进，填补了相关金刚石超硬球齿技术产品的空白，解决了煤矿井下硬岩钻进过程中钻头寿命降低快的问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为硬岩用金刚石球齿钻头的结构示意图；
图2为图1的A处局部放大图；
图3为图1的B处局部放大图。
附图标记：芯体1、外护筒2。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明设计了一种硬岩地层用的套筒式金刚石超硬球齿，填补了相关金刚石超硬球齿技术产品的空白，结合冲击-回转钻进工艺实现硬岩快速、长寿命的钻进，解决煤矿井下硬岩钻进过程中钻头寿命降低快的问题。
参阅图1～图3，一种硬岩用球齿，包括硬度超高的芯体1和综合力学性能好的外护筒2，芯体1的材质优选金刚石，外护筒的材质优选碳化钨或优质合金钢，芯体1包括切削段和连接段，切削段的形状优选半球型，切削段的端面直径不小于外护筒2的外径，连接段的外径与外护筒2的内径相匹配，连接段位于外护筒2内，芯体1与外护筒之间的连接方式为银钎焊或铜钎焊。
本发明的芯体1由粘结剂和具有不同粒度的金刚石微粉混合后，经高温高压烧结而成；粘结剂的组分包括钴或镍硅。
为了减少应力集中，切削段和连接段的相接处设有圆角或倒角。
优选地，切削段与外护筒的相接处填满焊料。
一种硬岩用球齿钻头，包括钻头本体和设置在其钻进端的若干球齿，球齿应用上述的球齿。
一种硬岩用球齿的制作方法，将含有钴或镍硅的粘结剂与具有不同粒度的金刚石微粉混合，经高温高压烧结制成具有切削段和连接段的芯体1，将芯体1的连接段插入由硬度低于金刚石的材料制成的外护筒内，采用银钎焊或铜钎焊的方式将芯体1与外护筒固定连接。
实施例
一种硬岩用球齿，为金刚石超硬球齿，采用套筒式结构，由金刚石超硬芯体1、外护筒2两部分组成，金刚石超硬芯体1由不同粒度金刚石微粉混合后在粘结剂(钴或镍硅)的作用下经高温高压烧结而成，金刚石超硬芯体1成品的外圆直径可能不规整；外护筒2由优质中低碳钢或碳化钨加工而成，其内外圆直径规整；金刚石超硬芯体1装入外护筒2后，1与2之间通过银钎焊或铜钎焊固定；焊接完成后磨削外护筒2的外圆，使其直径在一定公差范围内，最后再通过一定方式(冷压入、热镶或钎焊等)装入球齿钻头体，加工成钻头成品。
本实施例的金刚石超硬芯体1由不同粒度的金刚石微粉混合后经高温高压烧结而成，通过装入外护筒2后焊接固定，形成金刚石复合超硬球齿，外护筒2磨削后再次通过镶嵌工艺装入钻头本体的齿孔，形成金刚石复合超硬球齿钻头。从而使金刚石复合球齿钻头在硬岩冲击-回转钻进工艺中实现快速、长寿命钻进。
本实施例的金刚石超硬芯体1包括呈蘑菇头的切削段和呈圆柱体的连接段，变径处有两处圆角r3与r4，减少应力集中。外护筒2的外圆经磨削后具有规则的外径，外护筒2的肩部的内外圆处有圆角r1与r2，待金刚石超硬芯体1装入后r1处填满焊料；底部的内外圆有倒角，圆角r5、倒角1与倒角2，减少球齿在使用过程中的应力集中。
本申请的球齿的尺寸为：外径D1介于10mm～22mm，D2介于9mm～21mm，其中外护筒的壁厚介于0.5mm～2.5mm；高度L1介于20mm～45mm；SR1介于5.25mm～11.5mm；L2介于15mm～35mm；L3介于-0.7mm～+0.7mm。
与现有球齿产品相比，本发明可用在煤矿井下硬岩用钻头，套筒式金刚石超硬球齿钻头在使用过程中将更加耐磨、性能更稳定、寿命更长，减少辅助作业时间等。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
