專利名稱：用于制造平底孔的鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方案中，鄰近該橫刃的這些切削刃 是曲線的并且該橫刃與這些鄰近的切削刃融匯。圖4是圖2所示的該平底鉆頭的切削末端的一個(gè)俯視圖。 [0019圖5是根據(jù)本主題發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施方案的一個(gè)平底
鉆頭的切削末端的一個(gè)俯視圖。

圖12是結(jié)合本主題發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)可替 換的鉆頭尖端的一個(gè)側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式每個(gè)工具半部分103、 104具有從橫刃141徑向延伸的一 個(gè)第一曲線切削刃部分136以及從第一切削刃部分136徑向地向外延 伸的一個(gè)第二切削刃部分135。當(dāng)從切削末端102 (圖8)觀察時(shí)，橫 刃141被彎曲以便與第一工具半部分103的第一曲線切削刃136以及 第二工具半部分104的第一曲線切削刃136融匯。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)觀 察圖6時(shí)，橫刃141與第一工具半部分103的第一曲線切削刃136以 及第二工具半部分104的第一曲線切削刃136平滑融匯，以^^在每個(gè) 第 一 曲線切削刃之間提供一個(gè)連續(xù)的"s"形連接部。
[0049本主題發(fā)明特別感興趣的事實(shí)是，鄰近橫刃141的每個(gè)工 具半部分103、 104的第一曲線切削刃部分136各自具有限定一個(gè)正的 軸向前角的多個(gè)鄰近的表面。具體地，第二修磨表面144用作第一曲 線切削部分136的前刀面。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在第二修磨表面144與中央 軸線A-A之間的正的軸向前角X可以在1-15度之間并且優(yōu)選為5 度。
[0050另夕卜，橫刃141的長(zhǎng)度L相對(duì)于切削工具200的外徑XD 是短的。具體的是，橫刃141的長(zhǎng)度L可以在切削工具100的外徑 XD的1%與4%之間，優(yōu)選為2.5%。[0051圖5示出了第一曲線切削刃136的一個(gè)曲率半徑R，并且 這個(gè)曲率半徑R可以在工具200的外徑XD的大約8%至20%之間。 如先前提到的并且參見圖6,橫刃141被彎曲以便與第一工具半部分 103和第二工具半部分104 二者的第一曲線切削刃部分136融匯。其 結(jié)果是，橫刃141與其鄰近第一曲線切削刃部分136呈現(xiàn)一個(gè)"s"形。 這個(gè)"s"形與第一曲線切削部分136的正的軸向前角X —起提供了使 該切削工具定中心的 一種增強(qiáng)的能力并且還給該切削工具提供了額外 的穩(wěn)定性。
[0052圖9至圖11對(duì)工具100進(jìn)行了更清晰的說明。在到目前 為止所討論的工具的兩個(gè)實(shí)施方案中，該工具被表示為一個(gè)整體鉆頭。圖12示出了一個(gè)可移動(dòng)的鉆頭尖端205，除本主題發(fā)明可能包括或不 包括的工具移除槽縫210外，該尖端具有根據(jù)圖5所討論的那些相同 的特征。然而，應(yīng)該注意，工具鉆頭尖端205具有一個(gè)肩臺(tái)215以及 一個(gè)柄220，該柄帶有被接收在一個(gè)鉆頭柄(未示出)的多個(gè)相配的 部件內(nèi)的一個(gè)導(dǎo)桿225。將一個(gè)可移動(dòng)的鉆頭尖端205與一個(gè)鉆頭的 柄相配合的這種設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的，然而，這些申 請(qǐng)人想要解釋的是，在此披露的設(shè)計(jì)是可以應(yīng)用到實(shí)心鉆頭以及使用 鉆頭柄的可移除的鉆頭尖端205上的。
[0053如先前所討論的，切削工具IOO具有一個(gè)橫刃141，該橫 刃帶有與工具100的縱向軸線A-A形成一個(gè)正的前角X的多個(gè)第一 曲線切削刃部分136。用于生產(chǎn)這個(gè)正的前角X的一種方法包括通過 一個(gè)研磨砂輪的至少一次來生產(chǎn)第一切削刃部分136，該研磨砂輪在 離開縱向軸線A-A的一個(gè)后方向中的峰表面45的一個(gè)開始的線性研 磨入手，并且持續(xù)進(jìn)入離開工具100的縱向軸線A-A的一個(gè)曲線向 后的研磨方向，以便形成鄰近帶有一個(gè)正的前刀面的橫刃141的第一 曲線切削刃部分136。這個(gè)過程是通過一個(gè)研磨砂輪的至少一個(gè)道次、 以該研磨砂輪的一個(gè)單步道次執(zhí)行的。此外，該研磨砂輪的至少一個(gè) 道次產(chǎn)生了該第一修磨表面138和第二修磨表面144 二者。
0054還有可能生產(chǎn)出這樣的一種切削工具，它沒有帶著一個(gè)正 的前刀面的橫刃141但具有與第一曲線刃部分136平滑融匯以產(chǎn)生一 個(gè)平滑的"s"形的橫刃141。
[00551在此說明的切削工具100生產(chǎn)的孔比缺少這些特征的常 規(guī)的鉆頭多近似38%。具體地說，在4340號(hào)鋼的一種工件中，使用 一個(gè)內(nèi)部冷卻的鉆頭以每分鐘262表面英尺旋轉(zhuǎn)并且以0.005英寸/旋 轉(zhuǎn)進(jìn)給來生產(chǎn)直徑為0.625英寸并且達(dá)到0.625英寸的深度的孔。這種 鉆頭生產(chǎn)大約4000個(gè)孔而一個(gè)常規(guī)的鉆頭在失效之前生產(chǎn)了大約 2500個(gè)孔。此外，這種鉆頭需要較小的扭矩和馬力來操作。
[0056本發(fā)明的平底鉆頭能夠由多種材料制造，例如由高速鋼 HSS 、碳化物以及本領(lǐng)域已知的在硬度和刃銳度保持方面具有類似性
17能的其他材料制造。然后，這些基底材料能夠被涂有多種硬質(zhì)涂層材
料，例如用來進(jìn)一步增加硬度和刃保持品質(zhì)的鈦氮化物(TiN)、鈦碳 氮化物(TiCN)、以及鈦鋁氮化物(TiAlN)或其他合適的涂層。能夠 將這些或其他合適的基底材料和涂層的多種組合用于適應(yīng)多種應(yīng)用。
[0057在遍及所有工業(yè)的許多應(yīng)用中，該平底切削鉆頭能夠用于 形成平底孔。例如，本發(fā)明的鉆頭能夠用于在如美國(guó)專利號(hào)3,788,409 所披露的一種井下探測(cè)鉆井裝置上形成盲底孔。這些盲孔接收由碳化 物或某種其他硬質(zhì)材料制成的多個(gè)裝填鑲齒。典型地，這些鑲齒被壓 配在這些盲底孔中。希望具有與該裝填鑲齒的一個(gè)平底表面相配合的 一個(gè)平底孔。該平坦的裝填表面與該盲孔底部平坦表面的接合限制了 潛在的由于具有不規(guī)則形狀的接觸表面可能以其他方式存在的應(yīng)力集 中。在鉆孔操作過程中，這些配合表面受到很大的應(yīng)力和壓力，該應(yīng) 力和壓力由這些鑲齒反抗泥土材料的碰撞引起。希望具有圍繞該圓形 平坦底部圓周的一個(gè)倒角的或圓形的刃部分。
[0058在此說明的其他應(yīng)用、實(shí)施方案和這些披露的實(shí)施方案的
需背離如附加權(quán)利要求中所限定:本發(fā)明的精神和范圍:'
權(quán)利要求
1. 用于制造一個(gè)平底孔的一種總體上圓柱形的切削工具，所述工具具有一條中央軸線、以及一個(gè)切削末端，所述切削末端包括a)一個(gè)第一峰表面和一個(gè)第二峰表面，這些峰表面在所述中央軸線處相交并且總體上與其鄰近并且形成一個(gè)橫刃，其中一條二等分線徑向延伸經(jīng)過垂直于該橫刃的該中央軸線并且在該二等分線的一側(cè)上定義一個(gè)第一工具半部分并且在該二等分線的另一側(cè)上定義一個(gè)第二工具半部分，并且b)其中，每個(gè)工具半部分具有一個(gè)第一曲線切削刃部分，該曲線切削刃部分由一個(gè)第一修磨表面與一個(gè)峰表面相交而形成，所述第一曲線切削刃部分從所述橫刃徑向延伸；以及從所述第一切削刃部分徑向地向外延伸的一個(gè)第二切削刃部分，其中，當(dāng)從該切削末端觀察時(shí)，所述橫刃融匯以便與所述第一曲線切削刃部分形成一種平滑過渡。
2. 如權(quán)利要求1所述的切削工具，其中當(dāng)從該切削末端觀察時(shí)， 該橫刃與該第一工具半部分的第一曲線切削刃部分以及該第二工具半部分的第一曲線切削刃部分融匯，以便在每個(gè)第一曲線切削刃部分之 間提供一個(gè)連續(xù)的"s"形連接部。
3. 如權(quán)利要求l所述的切削工具，其中每個(gè)工具半部分的第一曲 線切削刃部分具有一個(gè)正的軸向前角。
4. 如權(quán)利要求3所述的切削工具，其中該正的前角對(duì)于每個(gè)工具 半部分是相同的。
5. 如權(quán)利要求3所述的切削工具，其中該正的前角是在大致1-15 度的范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求5所述的切削工具，其中該正的前角是大致5度。
7. 如權(quán)利要求1所述的切削工具，其中這些第一曲線切削刃部分 具有約在該工具外徑的8%至20%之間的一個(gè)曲率半徑。
8. 如權(quán)利要求1所述的切削工具，其中該第二切削刃部分垂直于 該縱向軸線。
9. 如權(quán)利要求1所述的切削工具，其中該橫刃的長(zhǎng)度是在該切削 工具的外徑的1%與4%之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的切削工具，其中該橫刃的長(zhǎng)度是大致該 切削工具外徑的2.5%。
11. 用于制造一個(gè)平底孔的一種總體上圓柱形的切削工具，所述 工具具有一條中央軸線、以及一個(gè)切削末端，所述切削末端包括a) —個(gè)第一峰表面和一個(gè)第二峰表面，這些峰表面在所述中央軸 線處相交并且總體上與其鄰近并且形成一個(gè)橫刃，其中 一條二等分線 徑向延伸經(jīng)過垂直于該橫刃的該中央軸線并且在該二等分線的一側(cè)上 定義一個(gè)第一工具半部分并且在該二等分線的另一側(cè)上定義一個(gè)第二 工具半部分，并且b) 其中，每個(gè)工具半部分具有一個(gè)第一曲線切削刃部分，該曲 線切削刃部分由一個(gè)第一修磨表面與一個(gè)峰表面相交而形成，所述第 一曲線切削刃部分從所述橫刃徑向延伸；以及從所述第 一 切削刃部分 徑向地向外延伸的一個(gè)第二切削刃部分，其中該第一曲線切削刃部分 具有一個(gè)正的軸向前角。
12. 如權(quán)利要求11所述的切削工具，其中該正的前角是在大致l 至15度的范圍內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求12所述的切削工具，其中該正的前角是大致5度。
14. 如權(quán)利要求11所述的切削工具，其中該橫刃被彎曲為與所述 第一曲線切削刃部分相融匯。
15. 如權(quán)利要求14所述的切削工具，其中當(dāng)從切削末端觀察時(shí)， 該橫刃與該第一工具半部分的第一曲線切削刃部分以及該第二工具半 部分的第一曲線切削刃部分相融匯，以便在每個(gè)第一曲線切削刃部分 之間提供一個(gè)連續(xù)的"s，，形連接部。
16. 如權(quán)利要求7所述的切削工具，其中這些第一曲線切削刃部 分具有在該工具外徑的大約8%至20%之間的一個(gè)曲率半徑。
17. 如權(quán)利要求11所述的切削工具，其中該第二切削刃部分垂直于該縱向軸線。
18. 如權(quán)利要求11所述的切削工具，其中該橫刃的長(zhǎng)度是在該切 削工具的外徑的1%與4%之間。
19. 如權(quán)利要求18所述的切削工具，其中該橫刃的長(zhǎng)度是該切削 工具外徑的大致2.5%。
20. 生產(chǎn)具有 一條縱向中央軸線的 一種螺旋切削工具的 一種方法， 其中該切削工具具有一個(gè)前切削末端并且具有至少一個(gè)槽，所述切削 末端具有一個(gè)頂部側(cè)面、 一個(gè)切削刃以及一個(gè)橫刃，所述橫刃形成在 鄰近所述中央軸線的兩個(gè)傾斜的峰表面的相交處，其中所述頂部側(cè)面 包括多個(gè)對(duì)稱的前表面段以及多個(gè)后表面段，所述切削刃包括一個(gè)第 二切削刃部分以及位于所述橫刃與所述第二切削刃部分之間的一個(gè)第 一切削刃部分，其中鄰近該橫刃的切削刃被彎曲，并且其中該方法包 括以下步驟在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次來生產(chǎn)所述第一切削刃部分，這 起始于在向后的方向中的一種初始線性研磨而延續(xù)進(jìn)入遠(yuǎn)離該工具的 中央軸線的一個(gè)曲線向后的研磨方向，以便在該橫刃與這些鄰近的曲 線切削刃之間形成一種連續(xù)的融匯。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述在一個(gè)研磨砂輪上通過 至少一次是該研磨砂輪的一種單步的通過。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中在一個(gè)研磨砂輪上通過至少 一次產(chǎn)生了 一個(gè)第 一修磨表面以及一個(gè)第二修磨表面。在具有 一條縱向中央軸線的 一種螺旋切削工具的鉆尖中生產(chǎn) 一個(gè)正的軸向前角的一種方法，其中該切削工具具有一個(gè)前切削末端 并且具有至少一個(gè)槽，所述切削末端具有一個(gè)頂部側(cè)面、 一個(gè)切削刃 以及一個(gè)橫刃，所述橫刃形成于鄰近所述中央軸線的兩個(gè)傾斜的峰表 面的相交處，其中所述頂部側(cè)面包括多個(gè)對(duì)稱的前表面段以及多個(gè)后 表面段，所述切削刃包括一個(gè)第二切削刃部分以及位于所述橫刃與所 述第二切削刃部分之間的一個(gè)第 一切削刃部分，其中鄰近該橫刃的這 些切削刃被彎曲并且該橫刃與該工具的中央軸線形成一個(gè)正的前角，并且其中該方法包括以下步驟
23. 在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次來生產(chǎn)所述第一切削刃，這起始 于在向后方向中的一種初始線性研磨而延續(xù)進(jìn)入遠(yuǎn)離該工具的中央軸 線的一個(gè)曲線向后的研磨方向，以使該橫刃形成與其鄰近的一個(gè)正前角表面。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述在一個(gè)研磨砂輪上通過 至少一次是該研磨砂輪的一種單步的通過。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述在一個(gè)研磨砂輪上通過 至少一次產(chǎn)生了一個(gè)第一修磨表面以及一個(gè)第二修磨表面。
26. 生產(chǎn)具有一條縱向中央軸線的一種螺旋切削工具的一種方法， 其中該切削工具具有一個(gè)前切削末端，并且具有至少一個(gè)槽，所述切 削末端具有一個(gè)頂部側(cè)面、 一個(gè)切削刃以及一個(gè)橫刃，所述橫刃形成 在鄰近所述中央軸線的兩個(gè)傾斜的峰表面的相交處，其中所述頂部側(cè) 面包括多個(gè)對(duì)稱的前表面段以及多個(gè)后表面段，所述切削刃包括一個(gè) 第二切削刃部分以及位于所述橫刃與所述第二切削刃部分之間的 一 個(gè) 第一切削刃部分，并且其中該方法包括以下步驟在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次來產(chǎn)生所述第一切削刃，這起始 于在向后方向中的一種初始線性研磨而延續(xù)進(jìn)入指向離開該切削工具 的中央軸線的一個(gè)曲線向后的研磨。
27. 如權(quán)利要求26所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，其中所 述在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次是一個(gè)研磨砂輪的一種單步的通 過。
28. 如權(quán)利要求26所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，其中所 述在一個(gè)研磨砂輪上通過至少 一次產(chǎn)生了 一個(gè)第 一修磨表面以及第二 修磨表面。
29. 如權(quán)利要求28所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，其中所 述在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次產(chǎn)生了一個(gè)扁平的并且平面的第二 修磨表面，該第二修磨表面相對(duì)于該中央軸線以一個(gè)向后的角度^定 向。
30. 如權(quán)利要求29所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，所述角 ^是在30度與50度之間。
31. 如權(quán)利要求26所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，其中所 述在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次產(chǎn)生了一個(gè)曲線第一修磨表面并且 所述第 一修磨表面形成為基本上平行于所述中央軸線。
32. 如權(quán)利要求26所述的生產(chǎn)一種螺旋切削工具的方法，其中所 述在一個(gè)研磨砂輪上通過至少一次產(chǎn)生了 一個(gè)第一修磨表面并且所述 第一修磨表面形成為具有一個(gè)曲線形狀。
全文摘要
本發(fā)明是針對(duì)允許加工出基本上平底的孔的一種螺旋鉆頭構(gòu)造。在本體構(gòu)件的切削末端處有至少兩個(gè)切削刃，它們?cè)阢@頭旋轉(zhuǎn)軸線的相對(duì)側(cè)上對(duì)稱地定向。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，第一切削刃部分與第二切削刃部分形成一個(gè)連續(xù)的表面，該表面提供強(qiáng)度和工具穩(wěn)定性。每個(gè)切削刃的第二部分的高度沿水平線保持相對(duì)地一致，用于形成一個(gè)大體上平底的孔。在該實(shí)施方案中，一個(gè)中心點(diǎn)是由兩個(gè)傾斜的峰表面定義的。這兩個(gè)傾斜的峰表面的相交處形成一個(gè)中央的直的橫刃。第一切削刃段從該橫刃延伸到第二切削刃段。用于兩個(gè)切削刃的第一切削刃段是由對(duì)稱修磨的兩個(gè)峰表面形成。在本發(fā)明中，該螺旋切削工具的中央部分處的應(yīng)力受到該橫刃以及在該中央部分附近具有一種平衡的幾何形狀的切削刃的多個(gè)第一段的限制。該螺旋鉆頭的平衡的幾何形狀還防止在正在形成的孔內(nèi)發(fā)生搖擺和產(chǎn)生偏差。該橫刃可以與一個(gè)第一曲線切削刃融匯并且該第一曲線切削刃還可以具有一個(gè)正的前角以促進(jìn)切削。
文檔編號(hào)B23B51/02GK101534983SQ200780042273
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者D·L·福特, M·D·舒而茨, R·E·莫林, S·M·喬治 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司