專(zhuān)利名稱(chēng)：巖石鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的巖石鉆頭，該巖石鉆頭用于進(jìn)行沖擊鉆孔，特別是頂錘鉆孔。
背景技術(shù)：
通過(guò)US-A-5,890,551，公知一種具有附屬鉆桿的巖石鉆頭。該巖石鉆頭在其前表面設(shè)置有硬質(zhì)合金鑲齒，該硬質(zhì)合金通過(guò)在同步旋轉(zhuǎn)期間在巖石上進(jìn)行撞擊而作用于巖石。在前表面中形成有空腔，并且流體通道貫穿該鉆頭，用于向空腔供應(yīng)沖洗液。該空腔完全由環(huán)形聯(lián)結(jié)區(qū)圍住。一些鑲齒安裝在聯(lián)結(jié)區(qū)中。其它鑲齒安裝在該空腔中，以便被形成于該空腔中的沖洗流體的緩沖所冷卻和沖洗。US-A-4,598,779示出用于鉆直孔的另一沖擊巖石鉆頭。US-B2-6,494,275公開(kāi)了一種用于沖擊鉆機(jī)的巖石鉆頭。該巖石鉆頭包括設(shè)置有前部巖石壓碎鑲齒的鉆頭頭部和裙座。鉆頭頭部設(shè)置有形成在裙座外側(cè)中并沿鉆頭的軸向方向延伸的多個(gè)凹槽。在凹槽之間限定有突出的聯(lián)結(jié)區(qū)，這些凸出的聯(lián)結(jié)區(qū)同樣沿軸向方向延伸。聯(lián)結(jié)區(qū)的軸向向后端設(shè)置有伸出的、部分圓柱形的導(dǎo)向表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在序言部分中所限定類(lèi)型的巖石鉆頭，其具有延長(zhǎng)的使用壽命。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于產(chǎn)生直孔的巖石鉆頭。
本發(fā)明的又一目的是提供一種允許對(duì)巖石進(jìn)行良好去除的巖石鉆頭。
通過(guò)一種具有在所附獨(dú)立權(quán)利要求特征部分中所限定特征的巖石鉆頭，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的上述目的。


下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的巖石鉆頭的實(shí)施例，其中圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的巖石鉆頭的透視正視圖；圖1B示出巖石鉆頭的前側(cè)端視圖；圖1C示出巖石鉆頭前部部分的側(cè)視圖；圖1D示出根據(jù)圖1B中的線D-D通過(guò)巖石鉆頭的截面；圖2A示出圖1A所示巖石鉆頭的側(cè)視圖；圖2B示出根據(jù)圖1B中的線E-E通過(guò)巖石鉆頭的截面；和圖2C示出圖1A所示巖石鉆頭的后側(cè)端視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A-1D和2A-2C所示沖擊巖石鉆頭1包括鉆頭體2，該鉆頭體2具有頭部部分或鉆頭頭部3和桿部或裙座5。鉆頭頭部3和裙座5彼此剛性地結(jié)合。通過(guò)螺紋聯(lián)接，將未示出的鉆桿連接到巖石鉆頭1。在鉆桿中，貫通的沖洗導(dǎo)管以傳統(tǒng)方式布置。圖1D和2B示出巖石鉆頭1的縱向中心軸線CL。巖石鉆頭1設(shè)置有內(nèi)部?jī)?nèi)螺紋16，用于接納位于細(xì)長(zhǎng)鉆孔元件(例如未示出的桿部或管部)一端處的外部外螺紋。
根據(jù)本發(fā)明的巖石鉆頭1的鉆頭頭部3設(shè)置有巖石去除構(gòu)件，其優(yōu)選地形成為硬質(zhì)合金鑲齒，例如前部鑲齒4和周邊鑲齒6。或者，巖石去除構(gòu)件可由楔形嵌入件構(gòu)成。在巖石鉆頭1的內(nèi)部空間與鉆頭頭部3的前表面或巖石壓碎表面8之間延伸有至少一條冷卻介質(zhì)通道7，所述巖石鉆頭1的內(nèi)部空間被限定在內(nèi)部?jī)?nèi)螺紋16之間。前表面8限定出平面P，該平面大致垂直于中心軸線CL。在所述內(nèi)部空間中，稱(chēng)為底部止擋的第一止擋面17優(yōu)選地布置用于鉆桿的自由端。多個(gè)折返邊沿9(retrac edges)優(yōu)選地布置在巖石鉆頭1的后端。
從圖1A和2A可尤為清楚地看出，巖石鉆頭1設(shè)置有多個(gè)大致直的、沿巖石鉆頭1的軸向方向延伸的、用于切割的外部前部凹槽10和外部后部凹槽11。每個(gè)前部凹槽10均連接到相關(guān)的后部凹槽11，以提供用于切割的凹槽，所述用于切割的凹槽沿著鉆頭1的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。每個(gè)用于切割的前部凹槽10均相對(duì)于平行于中心軸線CL的線對(duì)稱(chēng)地布置。前部凹槽10設(shè)置在鉆頭體中的每對(duì)周邊鑲齒6之間。在鉆頭頭部3中安裝有八個(gè)周邊鑲齒6，但在根據(jù)本發(fā)明所述的另一鉆頭中，可替代性地布置5至10中的任何個(gè)數(shù)的鑲齒。每個(gè)周邊鑲齒6相對(duì)于中心軸線CL向外傾斜，以限定出鉆頭的最大直徑。周邊鑲齒6的直徑優(yōu)選地大于前部鑲齒4的直徑。在鉆頭的軸向方向，每個(gè)周邊鑲齒6布置在相對(duì)于平面P至少部分地凸出的鋼制部分或凸出部分12中。各凸出部分與主體2結(jié)合，并大致向前定向，也就是沿鉆頭的工作進(jìn)給方向定向。在凸出部分中形成有未示出的孔，用以容納一個(gè)周邊鑲齒6?；蛘撸诿總€(gè)凸出部分中可以設(shè)置兩個(gè)周邊鑲齒。在周邊鑲齒的花冠部分或外部部分中，前表面8或附加的前部凹槽13(如圖1D中的虛線所描繪的)將每個(gè)凸出部分12與另一個(gè)鄰近凸出部分間隔開(kāi)。該外部部分包括周向間隔開(kāi)的、數(shù)量等于周邊鑲齒6的數(shù)量的凸出部分12，也就是每個(gè)凸出部分12帶有一個(gè)周邊鑲齒6。各周邊鑲齒6向前伸出超過(guò)所有的前部鑲齒4。前部鑲齒4的軸向最前面的公共平面相對(duì)于周?chē)闹苓呰傹X6的軸向最前面的公共平面向后間隔開(kāi)。從而，通過(guò)使周邊鑲齒6的花冠凸起在前表面8和前部鑲齒4之上，可實(shí)現(xiàn)較大的導(dǎo)向力矩。凸出部分12由前表面8的徑向通道或部件14間隔開(kāi)，以允許沖洗介質(zhì)在其間暢通無(wú)阻地流動(dòng)。
周邊鑲齒6以徑向地位于假想圓C外側(cè)的方式安裝在鉆頭頭部3中，該假想圓C與大致環(huán)形地布置在鉆頭1的中心軸線CL周?chē)闹辽賰蓚€(gè)前部鑲齒4和至少兩個(gè)沖洗通道7相交。前部鑲齒12安裝在前表面8中周邊鑲齒6的內(nèi)側(cè)。流體通道7的出口布置在凸出部分12下方的平面P中。凸出部分12布置成徑向地位于假想圓C地外側(cè)，該假想圓C與大致環(huán)狀地外繞鉆頭1的中心軸向CL布置的四個(gè)或至少兩個(gè)前部鑲齒4和四個(gè)或至少兩個(gè)沖洗通道7相交。前表面8終止于鉆頭體2中的周邊凹槽10處。與流體通道7相交的假想圓C還與相等數(shù)量的前部鑲齒4相交。周邊鑲齒6的主要部件通常是5至10片，它們被安裝在前表面8中圓C的徑向外側(cè)。附加的前部凹槽形成在每個(gè)周邊凹槽10與前表面8之間。前部凹槽是相對(duì)于縱向中心軸線CL向外傾斜并相對(duì)于前表面向后傾斜的斜面13。前部凹槽可替代性地順著相對(duì)于CL大致地向外和向后傾斜的曲線。
在實(shí)際中，所有鑲齒都有利地由硬質(zhì)合金制成，可能地由金剛石增強(qiáng)。鑲齒的形狀可以是球形、圓錐形、彈道形、半彈道形或鑿子形的。
鉆頭的后端在基本背離巖石鉆頭的巖石去除端包括若干折返齒9(retrac teeth)，這些折返齒設(shè)置在鉆頭的最大直徑處，并從該最大直徑處徑向向內(nèi)延伸。鉆頭后端的用途是借助于位于與巖石鉆頭1的端部相關(guān)的部分確保實(shí)現(xiàn)鉆頭1在鉆孔中的導(dǎo)向，并降低抵抗鉆屑?jí)m釋放的阻力。用于鉆屑的凹槽10、11用于將產(chǎn)生于巖石鉆頭1的前部的鉆孔塵輸送走。裙座的圓周外表面形成有若干圓周地間隔開(kāi)的凹槽11，這些凹槽11其間形成聯(lián)結(jié)區(qū)15。鉆頭1在其中間部分具有腰部15A。腰部15A的尺寸小于在引導(dǎo)鉆頭處的后部部分1A的直徑。腰部15A可包括凹槽11或大致光滑的例如圓柱形形狀。凹槽和聯(lián)結(jié)區(qū)基本沿軸向方向延伸。至少一個(gè)聯(lián)結(jié)區(qū)15的軸向向后部分設(shè)置有徑向向外的導(dǎo)向表面。導(dǎo)向表面包括都位于腰部15A假想延長(zhǎng)線21徑向外側(cè)的第一導(dǎo)向部分19和第二導(dǎo)向部分20。第一導(dǎo)向部分19相對(duì)于鉆頭的中心軸線CL徑向向外伸出得比第二導(dǎo)向部分20遠(yuǎn)。各導(dǎo)向部分19、20具有部分圓柱形的形狀。第一導(dǎo)向部分19由第一直徑DG1限定，而第二導(dǎo)向部分20由第二直徑DG2限定。頭部部分的直徑比第一導(dǎo)向部分19得第一直徑DG1大3％至6％，優(yōu)選地大大約4％。導(dǎo)向部分19、20的延長(zhǎng)線與周邊鑲齒6相交。
在現(xiàn)有技術(shù)的鉆頭上，導(dǎo)向件或后部部分1A上的導(dǎo)向直徑磨損更多(例如US-B2-6,494,275)，也就是說(shuō)，所述鉆頭獲得比根據(jù)本發(fā)明的鉆頭大的公稱(chēng)直徑DN1和導(dǎo)向部分的原始第一直徑DG1之間的間隙。在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭1中，公稱(chēng)直徑DN1和導(dǎo)向部分的原始第一直徑DG1之間的間隙23優(yōu)選地大于2.5mm，但優(yōu)選地小于4mm，更優(yōu)選地大約為3mm。
根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的導(dǎo)向部分1A的構(gòu)造允許鑲齒形狀維持較長(zhǎng)時(shí)間的鉆進(jìn)，并且該構(gòu)造解釋了根據(jù)本發(fā)明的鉆頭容易重新研磨和使用壽命增長(zhǎng)以及該鉆頭鉆進(jìn)更直的原因。在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的優(yōu)選實(shí)施例的鉆頭處，所有八個(gè)聯(lián)結(jié)區(qū)變成導(dǎo)向表面，并且能夠?qū)⑦@描述成圓。這給出關(guān)于孔的平直度、工具使用壽命和重新研磨的簡(jiǎn)單性的優(yōu)點(diǎn)。
導(dǎo)向部分19、20設(shè)置在聯(lián)結(jié)區(qū)15徑向外側(cè)的臺(tái)階中。各部分具有20至30mm長(zhǎng)的軸向長(zhǎng)度。導(dǎo)向部分的數(shù)量能夠是兩個(gè)或多于兩個(gè)，以便分別在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的后部部分1A處，優(yōu)化磨損并保持公稱(chēng)直徑DN1、DN2(如圖2B所示)和直徑DG1和DG2之間的間隙。DN1描繪在鉆頭頭部部分3處的公稱(chēng)直徑，也就是由周邊鑲齒6徑向外部部分限定的最大直徑。DN2描繪當(dāng)鑲齒6已被重新研磨時(shí)鉆頭頭部部分的直徑。DG1描繪在鉆頭后部部分1A處的所述第一直徑，也就是由第一導(dǎo)向部分19的徑向外部部分限定的最大直徑。DG2描繪在鉆頭后部部分1A處的所述第二直徑，也就是由第一導(dǎo)向部分20的徑向外部部分限定的最大直徑。由聯(lián)結(jié)區(qū)15形成的直徑小于DG1和DG2。橋接導(dǎo)向部分19和20的臺(tái)階沿徑向方向的高度為2至3mm。該額外的“緊的”導(dǎo)向部分在鉆頭的使用壽命期間提供鉆較直的孔的鉆頭?；蛘?，取代臺(tái)階22優(yōu)選地凸形或圓錐形，傾斜表面能夠設(shè)置成從第一直徑DG1到腰部15A的直徑朝著頭部部分3連續(xù)軸向向前地減少沿直徑方向的尺寸。
優(yōu)選地，加工或銑削鉆頭頭部，以產(chǎn)生前表面8和凸出部分12。與傳統(tǒng)鉆頭相比較，銑削試驗(yàn)已證明用于銑削根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的前部的時(shí)間能夠減少大約20％。
根據(jù)本發(fā)明的鉆頭具有許多優(yōu)點(diǎn)。易于重新研磨鉆頭和增長(zhǎng)使用壽命以及該鉆頭鉆進(jìn)更直。附加的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榕_(tái)階構(gòu)造能夠在用于硬的和松散的巖石的鉆頭中使用，所以根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的臺(tái)階構(gòu)造允許較少的鉆頭的原料。
在根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的優(yōu)選實(shí)施例中，前表面8相對(duì)地“敞開(kāi)”，使得不會(huì)阻礙沖洗介質(zhì)(空氣和/或水)在凸出部分12之間流動(dòng)。這意味著前部表面8的沖洗是有效的。通過(guò)使周邊鑲齒伸出得比前部鑲齒遠(yuǎn)，在鉆孔期間將形成導(dǎo)向巖石中心，使得能夠?qū)崿F(xiàn)甚至更直的孔。前部表面的相對(duì)對(duì)稱(chēng)性使前表面8適于用于左手鉆進(jìn)和右手鉆進(jìn)的鉆頭，其中所述左手鉆進(jìn)和右手鉆進(jìn)分別是頂錘鉆孔和潛孔鉆孔的情形。此外，能夠減少用于加工根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的前部的時(shí)間。
與現(xiàn)有技術(shù)鉆頭相比較，根據(jù)本發(fā)明的鉆頭至少給出以下的優(yōu)點(diǎn)延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命并鉆孔更直的孔。
權(quán)利要求
1.一種適于沖擊鉆孔的巖石鉆頭，該鉆頭包括鉆頭體(2)和限定縱向中心軸線(CL)的頭部部分(3)，該頭部部分(3)包括軸向向前的巖石壓碎表面(8)和從該巖石壓碎表面(8)軸向向后延伸的裙座(5)，所述巖石壓碎表面包括多個(gè)巖石壓碎裝置(4、6)，所述裙座的圓周外表面形成有圓周間隔開(kāi)的凹槽(11)，這些凹槽在其間形成聯(lián)結(jié)區(qū)(15)，所述凹槽和聯(lián)結(jié)區(qū)基本沿軸向方向延伸，聯(lián)結(jié)區(qū)(15)的軸向向后部分設(shè)置有導(dǎo)向表面(19、20)，所述導(dǎo)向表面(19、20)徑向向外面向，所述鉆頭(1)在其中間部分具有腰部(15A)，其特征在于，所述導(dǎo)向表面包括至少一個(gè)臺(tái)階(23)或傾斜表面，從而分別階梯狀地或連續(xù)地減小沿直徑方向的尺寸，并且所述導(dǎo)向表面包括位于所述腰部(15A)的假想延長(zhǎng)線(21)徑向外側(cè)的第一導(dǎo)向部分(19)和第二導(dǎo)向部分(20)，并且相對(duì)于所述鉆頭的中心軸線(CL)，所述第一導(dǎo)向部分(19)徑向向外伸出得比第二導(dǎo)向部分(20)遠(yuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其中每個(gè)導(dǎo)向部分(19、20)具有部分圓柱形形狀，并且所述第一導(dǎo)向部分(19)由第一直徑(DG1)限定，而所述第二導(dǎo)向部分(20)由第二直徑(DG2)限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆頭，其中所述鉆頭的公稱(chēng)直徑(DN1)比所述第一導(dǎo)向部分(19)的第一直徑(DG1)大3％至6％，優(yōu)選地大大約4％。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中至少一些所述聯(lián)結(jié)區(qū)的軸向后部部分(1A)形成折返齒，以在所述鉆頭從孔退出期間壓碎巖石，并且至少一個(gè)流體通道(7)貫穿所述頭部部分并與前表面(8)連通，以引導(dǎo)沖洗介質(zhì)到該前表面。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中所述頭部部分(3)包括外部部分，所述外部部分包括多個(gè)圓周間隔開(kāi)的凸出鋼制部分(12)，所述部分(12)中的每個(gè)包括最多兩個(gè)周邊鑲齒(6)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中每個(gè)凸出部分(12)帶有至少一個(gè)周邊鑲齒(6)，并且所述導(dǎo)向部分(19、20)的延長(zhǎng)線與周邊鑲齒(6)相交。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中所述凸出部分(12)由所述前表面(8)的徑向通道(14)間隔開(kāi)，以允許沖洗介質(zhì)在它們之間暢通無(wú)阻地流動(dòng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中所述前表面(8)終止于所述鉆頭體中的周邊凹槽(10)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆頭，其中有附加的前部凹槽形成在每個(gè)周邊凹槽(10)和所述前表面(8)之間，所述前部凹槽大致地向外向后傾斜。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于沖擊鉆孔的巖石鉆頭(1)。該鉆頭包括鉆頭體(2)、限定縱向中心軸線(CL)的頭部部分(3)。該頭部部分(3)包括軸向向前的巖石壓碎表面(8)和從巖石壓碎表面(8)軸向向后延伸的裙座(5)。該巖石壓碎表面包括多個(gè)巖石壓碎裝置(4、6)。該裙座的圓周外表面設(shè)置有圓周地間隔開(kāi)的若干凹槽(11)，這些凹槽其間形成聯(lián)結(jié)區(qū)(15)。凹槽和聯(lián)結(jié)區(qū)基本沿軸向方向延伸。聯(lián)結(jié)區(qū)(15)的軸向向后部分設(shè)置有導(dǎo)向表面(19、20)。導(dǎo)向表面(19、20)徑向向外面向。導(dǎo)向表面包括至少一個(gè)臺(tái)階(23)或傾斜表面，從而分別階梯狀地或連續(xù)地減小沿直徑方向的尺寸。導(dǎo)向表面包括都位于腰部(15A)的假想延長(zhǎng)線(21)徑向的外側(cè)的第一導(dǎo)向部分(19)和第二導(dǎo)向部分(20)。相對(duì)于鉆頭的中心軸線(CL)，第一導(dǎo)向部分(19)徑向向外伸出得比第二導(dǎo)向部分(20)遠(yuǎn)。
文檔編號(hào)E21B17/10GK101061290SQ200580039361
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者佩爾-奧拉·哈迪 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司