專利名稱：沖擊鉆頭及其鉆塊的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種在巖石上鉆孔的沖擊鉆頭。常用沖擊鉆頭由鋼制鉆頭體、在鉆頭體一端將鉆頭連接到?jīng)_擊單元的裝置、以及多個(gè)嵌入鉆頭體另一端內(nèi)的鉆塊構(gòu)成。上述沖擊單元可以是用于鑿巖錘或者潛孔錘的鉆桿柱。本發(fā)明還涉及一種用于上述鉆頭的可再磨銳鉆塊。
每一鉆塊均由一硬質(zhì)合金體構(gòu)成，該硬質(zhì)合金體具有嵌入在鉆頭體內(nèi)的后安裝部以及從鉆頭體突出的前端部。
如EP-B1-886 715所公開(kāi)的設(shè)置有非增強(qiáng)硬質(zhì)合金鉆塊的已知鉆頭，其缺點(diǎn)在于過(guò)早磨損，以及機(jī)械鉆速較低。而且通用鉆塊的再磨銳性也不穩(wěn)定。US-A-3,788,409和US-A-6,220,376公開(kāi)了其他已知的鉆頭。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的之一在于提供一種可沖擊鉆削的鉆頭，其鉆頭壽命得以延長(zhǎng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有提高的鉆速的沖擊鉆鉆頭。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種用以沖擊鉆削的可再磨銳硬質(zhì)合金鉆塊，能夠使壓制工具更加耐久。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種用以沖擊鉆削的可再磨銳硬質(zhì)合金鉆塊，該鉆塊能夠以穩(wěn)定的方式再磨銳。
附圖簡(jiǎn)述根據(jù)下列優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)，其中類似的附圖標(biāo)記表示相類似的元件，其中

圖1A為示出本發(fā)明中鉆頭的部分透視圖；圖1B為示出沿圖1A中I-I線的鉆頭剖視圖；圖2為示出本發(fā)明中鉆頭體的鉆塊以及短劃線所示現(xiàn)有技術(shù)鉆塊的幾何結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3以縱向截面示出了本發(fā)明中的鉆塊，圖4為示出本發(fā)明中鉆塊的側(cè)視圖，圖5為示出現(xiàn)有技術(shù)中鉆塊的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1A和1B中示出了巖石鉆頭，通常由鉆頭體和硬質(zhì)合金鉆塊構(gòu)成。上述鉆頭體由基本上為圓柱形的頭部1和較細(xì)的釬桿2構(gòu)成。鉆頭體由鋼制成。頭部1由如3所示的前表面或者前側(cè)面構(gòu)成，上面安裝有多個(gè)鉆塊。上述前表面可基本為平面。圓錐形的第一表面部6位于前表面3和頭部周邊之間。在該圓錐面6上還設(shè)置有多個(gè)在頭部形成一周圈的第一鉆塊或者測(cè)定鉆塊排7。這些鉆塊7向外稍微突出于頭部的周邊，以在鉆削過(guò)程中加工出這樣的鉆孔，其直徑稍微大于上述頭部的直徑。在相鄰周向鉆塊7之間的區(qū)域內(nèi)還設(shè)置有排屑部或者凹槽8，用作排出流體的通道。在周向鉆塊7內(nèi)的區(qū)域還設(shè)置有多個(gè)前鉆塊，根據(jù)它們的位置，分別以9和10標(biāo)示。上述巖石鉆頭由螺紋連接件(未示出)和鉆桿柱內(nèi)的鉆管或鉆桿相耦接，或者連接到潛孔錘的驅(qū)動(dòng)副(未示出)上，以便于由常用方式傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上述鉆管或者鉆桿包括輸送流體的通道。在鉆頭內(nèi)還設(shè)置有用于流體的主通道11。該主通道可在前端匯流多個(gè)分別終止在前表面3的凹槽4和返回槽5內(nèi)的分支通道12。在此處，應(yīng)該注意的是，還可以設(shè)置有一或多個(gè)終止在上述排屑部8內(nèi)的流體通道。上述流體在實(shí)踐中可以是水或者空氣。
在上述鉆頭體的圓錐面6和前表面3內(nèi)還設(shè)置有多個(gè)無(wú)覆層鉆塊7、9、10。上述鉆塊完全由硬質(zhì)合金制成，且最好通過(guò)壓配合固定到孔中。在鉆頭10周邊還設(shè)置有多個(gè)鉆塊7，該鉆塊徑向外部限定了鉆頭的直徑，即所要鉆孔的直徑。至少每排鉆塊7在安裝時(shí)都從鉆頭體2的相連緣面23突出一最大距離L2(圖2)。該距離L2大于如圖2中短劃線所示的現(xiàn)有技術(shù)中鉆塊的距離，即大約為鉆塊直徑D的53％，而現(xiàn)有技術(shù)鉆塊中的距離為上述直徑的49％。換句話說(shuō)，本發(fā)明中的距離L2不小于鉆塊直徑D的50％，最好是不小于52％。
鉆塊7以如下方式傾斜，即在鉆頭的前向方向，每一鉆塊7的縱向中心線(中軸線)CL2從鉆頭的縱向中軸線CL1以最好是銳角的角度叉開(kāi)。
所有的鉆塊7，9，10都嵌入在鉆頭體的前表面內(nèi)。每一鉆塊均由非增強(qiáng)硬質(zhì)合金體構(gòu)成，該硬質(zhì)合金體具有嵌入在鉆頭體內(nèi)的圓柱形夾緊部或安裝部20以及從鉆頭體突出的前會(huì)聚端部。半徑R1限定了安裝部20的包絡(luò)面25。每一硬質(zhì)合金鉆塊的會(huì)聚端都形成上述鉆塊的切割端18。參看圖2，該切割端18的表面18A起始于基本上位于平面P內(nèi)的邊緣22。該邊緣22最好是設(shè)置在硬質(zhì)合金鉆塊的圓錐中間面21和圓柱包絡(luò)面25結(jié)合處。在圖2的截面中，上述圓錐中間面21和后安裝部20的包絡(luò)面25之間形成大約為13°-19°的銳角α，最好是大約15°。這里，上述圓錐中間面在壓實(shí)碳化物和粘接劑粉末時(shí)用以壓制用途，可使壓制工具內(nèi)的上沖頭或下沖頭更加耐久。上述邊緣22平行于相關(guān)的緣面23，它們以距離L1相間隔，L1的大小為0.5-2mm。
上述鉆頭的縱向中心線CL1和鉆塊7的縱向中心線CL2之間相夾一個(gè)角度，該角度范圍為大約13°-163°，最好是20°-55°。
上述鉆塊切割端18的表面18A基本為由中軸線CL2上的半徑R2所限定的半球形曲面，半徑R2的起點(diǎn)C位于在平面P軸向向后的位置上。平面P和中軸線CL2在一點(diǎn)相交。該點(diǎn)和半徑起點(diǎn)C之間的距離A為半徑R1的5％-10％。而上述半徑R2約為后安裝部20的半徑R1的85％-115％。
由于半球硬質(zhì)合金前端部的半徑R2小于迄今已知的鉆塊，所以本發(fā)明中的新型鉆頭在需要重新磨銳之前，將比現(xiàn)有技術(shù)中的鉆頭鉆削更長(zhǎng)時(shí)間，即在本發(fā)明中硬質(zhì)合金鉆塊(相比較于圖2中的短劃線)的切割端18內(nèi)存有更多的硬質(zhì)合金。而且，由于每一鉆塊在鉆孔內(nèi)巖石表面上施加更高的接觸壓力，上述鉆頭將具有更高的鉆速。另外，由于與通常情況相比，鉆塊在鋼制鉆頭體上更為突出，使得相應(yīng)的磨削軸套的磨削凹槽要深于已有磨削軸套的磨削凹槽，因此本發(fā)明硬質(zhì)合金鉆塊能夠以穩(wěn)定的方式重新磨銳。所以上述磨削軸套具有適于磨削上述鉆塊的大致半球形凹槽，其中該凹槽的深度不小于凹槽最大直徑的50％，優(yōu)選為不小于52％。上述半球形凹槽的半徑大約為上述后安裝部20的半徑R1的85％-115％。這里，術(shù)語(yǔ)“可再磨銳的”意為，單獨(dú)的磨削軸套在上述鉆塊端部上轉(zhuǎn)動(dòng)和回旋可基本上復(fù)原上述鉆塊端部的原始形狀。
試驗(yàn)表明在沖擊鉆削過(guò)程中，本發(fā)明鉆頭的使用壽命是常用鉆頭壽命的兩倍?？蛇x擇本發(fā)明鉆頭中鉆塊的直徑，在鉆頭周邊設(shè)置直徑最大的鉆塊7，內(nèi)部的鉆塊9直徑稍小一點(diǎn)，最靠?jī)?nèi)的鉆塊10直徑最小，緣面23上的突出部以相類似的方式變化，即分別從9.4mm到8.6mm以及7.6mm。
而且，鉆頭設(shè)計(jì)者可自由選擇本發(fā)明中鉆塊的形狀，原因在于上述鉆塊可相對(duì)鉆頭軸線CL1以某一傾角安裝到上述鉆頭上，該傾角可在起始于13°且以150°為區(qū)間長(zhǎng)度的范圍內(nèi)變動(dòng)。
本發(fā)明中鉆塊的幾何形狀相比現(xiàn)有鉆塊具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如延長(zhǎng)了使用壽命，提高了鉆速以及可穩(wěn)定進(jìn)行再磨銳操作。
盡管參考其優(yōu)選實(shí)施例敘述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以進(jìn)行沒(méi)有特別敘述的添加、刪減、修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種用以鉆孔的沖擊鉆頭，由鉆頭體和多個(gè)嵌入鉆頭體前端內(nèi)的可再磨銳硬質(zhì)合金鉆塊(7，9，10)構(gòu)成，上述鉆頭體在其后端具有用以和沖擊單元相連的連接部，且限定有上述鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線(CL1)，上述鉆頭體前端比上述連接部堅(jiān)硬，而每一鉆塊均由硬質(zhì)合金體構(gòu)成，該硬質(zhì)合金體具有嵌入鉆頭體內(nèi)的后安裝部(20)和突出于鉆頭體的前端部(18)，其中上述硬質(zhì)合金鉆塊的前端部基本上為半球形曲面且由半徑(R2)所限定，該半徑(R2)的起點(diǎn)(C)軸向向后地設(shè)置在平面(P)內(nèi)，該平面基本上包含有邊緣(22)，上述前端部具有從上述邊緣(22)起始的表面(18A)，其特征在于，上述鉆塊(7，9，10)從上述鉆頭體上突出一段距離(L2)，該距離不小于上述鉆塊直徑(D)的50％，在截面上，上述表面(18A)和邊緣(22)之間的圓錐中間面(21)和上述后安裝部(20)的包絡(luò)面(25)形成大約為13°-19°的銳角(α)。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其中上述距離(L2)不小于上述鉆塊直徑(D)的52％。
3.如權(quán)利要求2所述的鉆頭，其中上述硬質(zhì)合金鉆塊的曲面前端部(18)和圓錐面(22)相連，該圓錐面在包含平面(P)的位置處又連接到鉆塊(7，9，10)的包絡(luò)面(25)上，該平面限定上述鉆塊的最大直徑(D)。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其中上述半徑(R2)為上述后安裝部(20)的半徑(R1)的大約85％-115％。
5.一種鉆巖沖擊鉆頭的可再磨銳硬質(zhì)合金鉆塊，包括嵌入鉆頭體內(nèi)的后安裝部(20)和突出于鉆頭體的前端部(18)，其中上述硬質(zhì)合金鉆塊的前端部(18)基本上為半球形曲面且由半徑(R2)所限定，該半徑(R2)的起點(diǎn)(C)軸向向后地設(shè)置在平面(P)內(nèi)，該平面基本上包含有邊緣(22)，上述前端部具有從上述邊緣(22)起始的表面(18A)，其特征在于，上述鉆塊從上述鉆頭體上突出一段距離(L2)，該距離不小于上述鉆塊直徑(D)的50％，在截面上，上述表面(18A)和邊緣(22)之間的圓錐中間面(21)和上述后安裝部(20)的包絡(luò)面(25)形成大約為13°-19°的銳角(α)。
6.如權(quán)利要求5所述的可再磨銳鉆塊，其中上述距離(L2)不小于上述鉆塊直徑(D)的52％。
7.如權(quán)利要求6所述的可再磨銳鉆塊，其中上述硬質(zhì)合金鉆塊的曲面前端部(18)和圓錐面(22)相連，該圓錐面在包含平面(P)的位置處又連接到鉆塊(7，9，10)的包絡(luò)面(25)上，該平面限定上述鉆塊的最大直徑(D)。
8.如權(quán)利要求5所述的可再磨銳鉆塊，其中上述半徑(R2)為上述后安裝部(20)的半徑(R1)的大約85％-115％。
全文摘要
一種用以鉆孔的沖擊鉆頭，由鉆頭體和多個(gè)嵌入鉆頭體前端內(nèi)的硬質(zhì)合金鉆塊(7，9，10)構(gòu)成，上述鉆頭體在其后端具有一用以和沖擊單元相連的連接部，且限定有上述鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線(CL1)。上述鉆頭體前端相對(duì)上述連接部較為堅(jiān)硬，而每一鉆塊均由一硬質(zhì)合金體構(gòu)成，其具有嵌入鉆頭體內(nèi)的后安裝部(20)和突出于鉆頭體的前端部(18)。其中上述硬質(zhì)合金鉆塊的前端部基本上為半球形曲面且由半徑(R2)所限定，該半徑的起點(diǎn)(C)軸向向后地設(shè)置在平面(P)內(nèi)，該平面限定上述鉆塊的最大直徑(D)。上述鉆塊從上述鉆頭體上突出一段距離(L2)，該距離不小于上述鉆塊直徑(D)的50％，在截面上，圓錐中間面(21)和上述后安裝部(20)的包絡(luò)面(25)形成大約為13°－19°的銳角(α)。本發(fā)明還涉及一種用于沖擊鉆頭的鉆塊本身，即硬質(zhì)合金鉆塊。
文檔編號(hào)E21B10/46GK1643232SQ03807305
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者弗雷德里克·比約克 申請(qǐng)人:山特維克公司