权利要求
1.一种复合型地质探矿自定芯钻具，包括有钻体(1)和钻头(2)，其特征在于：所述钻体(1)的尾部中心设有锥形孔(3)，钻体的头部设有连接螺纹(4)，钻体内腔中心设有高压风孔(5)，所述钻头(2)的尾部设有与钻体头部配合的连接螺纹，钻头尾部内腔中心设有与钻体配合的风孔，所述钻头端面中心位置处设置有设有定位芯(10)，所述定位芯(10)根部边缘设有排渣斜槽(11)和排渣孔(12)，所述定位芯(10)外侧的钻头端面上均布有多个径向设置的凿岩掘进刀片(9)，所述钻头头部上端侧圆周方向上均布多个异形翼(6)，每个异形翼的上端面上分别固定安装有合金柱齿(7)，两相邻异形翼之间设有排渣槽(8)。
2.根据权利要求1所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述钻体(1)的尾部中心设有锥形孔(3)为20°-30°。
3.根据权利要求1所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述钻体(1)和钻头(2)通过连接螺纹(4)连接，所述钻头为锥体结构，其钻头(2)工作部位最大直径与柄部直径之比为1.5:1。
4.根据权利要求1所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述高压风孔(5)出口处设收缩段，所述排渣斜槽(11)为螺旋式的斜槽结构，且高压风孔(5)出口位于排渣斜槽(11)的内端口处。
5.根据权利要求1所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述钻头头部均布的多个异形翼(6)整体分布呈风车状，单个异形翼(6)呈竖向设置的斜梯形结构。
6.根据权利要求5所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述凿岩掘进刀片(9)与排渣斜槽(11)圆周方向上错位间隔分布，且凿岩掘进刀片(9)和排渣斜槽(11)与异形翼(6)在钻头(2)的圆周方向上错位设置。
7.根据权利要求1所述的一种复合型地质探矿自定芯钻具，其特征在于：所述钻头(2)与钻体(1)的连接端面上分布有间隔设置的凹腔(13)，所述凹腔(13)中卡装有振动组件，所述振动组件包括有压电陶瓷(14)，所述压电陶瓷(14)卡装在绝缘壳体(15)内，且其底端通过下绝缘板(16)封装，所述绝缘壳体(15)的顶部内端面和下绝缘板(16)上分别卡装有用于弹性卡紧压电陶瓷(14)的弹簧(17)，所述压电陶瓷(14)的导电线(18)通过钻体内设置的贯穿通孔(19)从锥形孔(3)穿出。
说明书
技术领域
[0001]本实用新型涉及地质勘探钻具加工技术领域，具体是一种复合型地质探矿自定芯钻具。
背景技术
[0002]在地质勘探钻探作业中，钻具的固齿工艺和耐磨性能直接影响钻头的使用寿命和破岩效率。目前，国内广泛采用的热压镶齿工艺在高温高压条件下易导致齿孔孔壁发生热变形，进而影响合金齿的固结强度，造成柱齿合金脱落或片状合金过早磨损，严重制约了钻具的服役寿命。此外，常规钻具在复杂地层中的抗冲击性能和耐磨性不足，导致钻进效率低下，频繁更换钻头增加了勘探成本。
[0003]针对上述问题，现有技术已对热压镶齿工艺及固齿性能进行了优化研究。通过改进热镶固齿装置并优化工艺参数，可有效抑制齿孔热变形，提升合金齿的固结强度。实验数据表明，优化后的钻体经不同温度热处理后，其抗拉强度提升约25%，屈服强度提高约35%，冲击功增加约50%。同时，固齿强度和耐磨性的改善使钻头的凿岩寿命达到传统钻头的1.5倍以上。然而，现有钻具仍存在自定芯能力不足、合金齿抗冲击性能有限等问题，难以满足高效、长寿命钻探的需求。
[0004]为此，亟需开发一种新型复合型地质探矿自定芯钻具，通过优化结构设计，解决柱齿合金易脱落、片状合金易磨损，从而显著提升钻具的稳定性和使用寿命，满足地质勘探的高效、低耗需求。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种复合型地质探矿自定芯钻具，解决了现有技术中存在的种种问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0007]一种复合型地质探矿自定芯钻具，包括有钻体和钻头，所述钻体的尾部中心设有锥形孔，钻体的头部设有连接螺纹，钻体内腔中心设有高压风孔，所述钻头的尾部设有与钻体头部配合的连接螺纹，钻头尾部内腔中心设有与钻体配合的风孔，所述钻头端面中心位置处设置有设有定位芯，所述定位芯根部边缘设有排渣斜槽和排渣孔，所述定位芯外侧的钻头端面上均布有多个径向设置的凿岩掘进刀片，所述钻头头部上端侧圆周方向上均布多个异形翼，每个异形翼的上端面上分别固定安装有合金柱齿，两相邻异形翼之间设有排渣槽。
[0008]所述钻体的尾部中心设有锥形孔为20°-30°。
[0009]所述钻体和钻头通过螺纹连接，所述钻头为锥体结构，其钻头工作部位最大直径与柄部直径之比为1.5:1。
[0010]所述高压风孔出口处设收缩段，所述排渣斜槽为螺旋式的斜槽结构，且高压风孔出口位于排渣斜槽的内端口处。
[0011]所述钻头头部均布的多个异形翼整体分布呈风车状，单个异形翼呈竖向设置的斜梯形结构。
[0012]所述凿岩掘进刀片与排渣斜槽圆周方向上错位间隔分布，且凿岩掘进刀片和排渣斜槽与异形翼在钻头的圆周方向上错位设置。
[0013]所述钻头与钻体的连接端面上分布有间隔设置的凹腔，所述凹腔中卡装有振动组件，所述振动组件包括有压电陶瓷，所述压电陶瓷卡装在绝缘壳体内，且其底端通过下绝缘板封装，所述绝缘壳体的顶部内端面和下绝缘板上分别卡装有用于弹性卡紧压电陶瓷的弹簧，所述压电陶瓷的导电线通过钻体内设置的贯穿通孔从锥形孔穿出。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0015](1)本实用新型钻头和钻体分两级设计，以螺纹连接，方便更换，节约成本。有效提高了钻头上合金的利用率和钻体的使用寿命;
[0016](2)本实用新型钻头头部边缘均布多个异形翼为风车状，钻头端面挫折设有凿岩掘进刀片和排渣斜槽;
[0017](3)钻体尾部与钻杆以20°-30°锥体连接，方便装卸;
[0018](4)钻头设有风孔，两异形翼之间设有排渣槽，定位芯根部边缘设有排渣斜槽和排渣孔，减小了钻头钻进时的摩擦阻力，能够迅速进尺，易排渣，旋转平衡，切削均匀，开孔规则。
附图说明
[0019]图1为本实用新型的主视图;
[0020]图2为本实用新型的俯视图;
[0021]图3为本实用新型的剖视图;
[0022]图4为图3中A处的结构放大图。
[0023]附图标记：1、钻体;2、钻头;3、锥形孔;4、连接螺纹;5、高压风孔;6、异形翼;7、合金柱齿;8、排渣槽;9、凿岩掘进刀片;10、定位芯;11、排渣斜槽;12、排渣孔;13、凹腔;14、压电陶瓷;15、绝缘壳体;16、下绝缘板;17、弹簧;18、导电线;19、贯穿通孔。
具体实施方式
[0024]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025]参见附图1-4;
[0026]一种复合型地质探矿自定芯钻具，包括有钻体1和钻头2，钻体1的尾部中心设有锥形孔3，钻体的头部设有连接螺纹4，钻体内腔中心设有高压风孔5，钻头2的尾部设有与钻体头部配合的连接螺纹，钻头尾部内腔中心设有与钻体配合的风孔，钻头端面中心位置处设置有设有定位芯10，定位芯10根部边缘设有排渣斜槽11和排渣孔12，定位芯10外侧的钻头端面上均布有多个径向设置的凿岩掘进刀片9，在定位芯10根部设置凿岩掘进刀片，防止大颗粒岩屑堵塞斜槽，钻头头部上端侧圆周方向上均布多个异形翼6，每个异形翼的上端面上分别固定安装有合金柱齿7，两相邻异形翼之间设有排渣槽8。
[0027]进一步，钻体1的尾部中心设有锥形孔3为20°-30°。以20°-30°锥体连接，方便装卸，钻体1和钻头2通过连接螺纹4连接，钻头为锥体结构，其钻头(2)工作部位最大直径与柄部直径之比为1.5:1。钻头和钻体分两级设计，以螺纹连接，方便更换，节约成本;有效提高了钻头上合金的利用率和钻体的使用寿命，且钻头与钻体连接采用双头梯形螺纹，并可在螺纹根部设置O形密封圈，防止松动和漏风，连接寿命可提高3倍，适用于高频冲击工况。
[0028]进一步，高压风孔5出口处设收缩段，排渣斜槽11为螺旋式的斜槽结构，且高压风孔5出口位于排渣斜槽11的内端口处。在实际使用过程中高压风孔的直径8mm到5mm，风压在收缩段进行加速，气流加速后与螺旋斜槽交汇，形成局部真空区有利于排屑。钻头头部均布的多个异形翼6整体分布呈风车状，单个异形翼6呈竖向设置的斜梯形结构。
[0029]进一步，凿岩掘进刀片9与排渣斜槽11圆周方向上错位间隔分布，且凿岩掘进刀片9和排渣斜槽11与异形翼6在钻头2的圆周方向上错位设置。凿岩掘进刀片9和异形翼6均是切削刃，通过改变切削刃的几何分布，优化切屑形成和排出过程，错位齿结构使切屑分段、卷曲方向不同，减少相互粘连，便于排屑，同时切屑顺利排出可减少二次摩擦，显著改善排屑效率，尤其适用于深孔、高粘性材料及高精度加工。
[0030]进一步，钻头2与钻体1的连接端面上分布有间隔设置的凹腔13，凹腔13中卡装有振动组件，振动组件包括有压电陶瓷14，压电陶瓷14卡装在绝缘壳体15内，且其底端通过下绝缘板16封装，绝缘壳体15的顶部内端面和下绝缘板16上分别卡装有用于弹性卡紧压电陶瓷14的弹簧17，压电陶瓷14的导电线18通过钻体内设置的贯穿通孔19从锥形孔3穿出,且锥形孔处侧壁上设有卡装导电线的卡槽。该钻头采用螺纹连接方式将钻头与钻体紧密结合，形成封闭的钻头体结构;这种设计具有以下优势：首先，通过密闭空间有效保护内部振动组件，既能确保压电陶瓷产生的高频振动直接传递至钻头工作面，又能防止钻井泥浆渗入核心振动部件;其次，针对压电陶瓷材料抗拉性能较弱的特点，创新性地采用弹簧预压紧机构，使压电陶瓷在工作中持续保持受压状态，显著降低拉伸应力导致的损伤，从而大幅提升元件使用寿命。基于这些优化设计，该钻头在实现常规回转钻进功能的同时，还能持续产生与岩层固有频率相匹配的高频振动，显著提升破岩效率。
[0031]上述结构自定芯钻具采用热压镶齿工艺，工艺步骤：
[0032]步骤1：在机械加工成型的钻体上钻出初孔，预留铰孔量0.08-0.12mm，放入盐浴炉，升温至700℃-900℃加热保温30min-90min;
[0033]步骤2：将经过调质处理后的钻体放入液温为60℃-100℃的恒温淬火装置中进行淬火，来回晃动10min-30min后，取出悬挂空冷;
[0034]步骤3：将经过淬火处理后的钻体放入箱式炉中，在400℃-600℃回火1h-3h，随炉冷却，钻头体表面硬度HRC保持在52-56之间;
[0035]步骤4：将经过回火处理后的钻头体进行铰孔，孔的余量过盈量为0.02-0.06mm，孔内光洁度0.6以上;
[0036]步骤5：抗氧化处理，铰孔后孔内喷涂抗氧化剂;
[0037]步骤6：将柱体状合金放入滚筒滚磨，消除表层残余应力，磨床磨至外径大于要求尺寸0.04-0.08mm，移动至压柱装置上，将钻体加热至200-220℃时利用钻体膨胀将柱状合金利用压柱装置压入孔内，形成合金柱齿和定位芯，钻体冷却后自然将柱状合金紧固在孔内，有效避免了冷压球齿时挤压切削孔壁，防止球齿因外力敲击损伤，固齿坚固可靠;采用喷丸处理使钻体表层产生残余压应力，这对抑制钻体疲劳裂纹的产生和有效固齿有重要意义;
[0038]步骤7：将装齿完毕后的钻体整体放入真空箱静置止冷却，放入喷砂机进行喷砂处理，明显提高了钻体的疲劳寿命、耐磨性能、表面硬度等，避免了钻体在使用过程中脆性破损频繁、固齿不牢固，掉齿碎齿严重，疲劳寿命短的缺陷。
[0039]虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
[0040]故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围;即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
说明书附图(4)
