鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及挖掘或鉆探設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種用于挖掘或鉆探用的鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]在地質(zhì)勘探中，尤其是在堅(jiān)硬巖層深孔鉆進(jìn)中，目前的鉆頭的工作部鉆齒主要是平面結(jié)構(gòu)鉆齒或鋸齒狀結(jié)構(gòu)鉆齒。在對特別堅(jiān)硬的巖層鉆進(jìn)時，平面狀結(jié)構(gòu)鉆齒的鉆頭常因與待鉆面的接觸面積較大而出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象或進(jìn)尺緩慢。為了解決上述問題，技術(shù)人員一般會使用鋸齒狀結(jié)構(gòu)鉆齒的鉆頭，通常是多圈鉆齒依次排列的設(shè)計(jì)，從而整體上減少了與待鉆面的接觸面積，并增加了鉆齒與待鉆面的接觸點(diǎn)，使得對堅(jiān)硬巖層鉆進(jìn)時不會出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，并有效提高了鉆進(jìn)效率。但是，鋸齒狀結(jié)構(gòu)鉆齒的鉆頭在工作時，由于受側(cè)壓力、凹槽深度、鉆齒唇面結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等因素的影響，鉆齒各部分受力不一與磨損不同步，容易造成鉆頭工作部內(nèi)外側(cè)鉆齒被打斷而縮短鉆頭的使用壽命，使得提鉆更換鉆頭等輔助鉆進(jìn)時間大幅增加，從而造成時間和資源上的大量浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鉆進(jìn)效率高、鉆齒不易磨損與折斷，且鉆頭使用壽命長的鉆頭。
[0004]本發(fā)明提供的鉆頭，包括圓柱形鉆頭本體和陣列設(shè)置于所述鉆頭本體的多個鉆齒，其特征在于，所述鉆齒包括工作層和填充層，沿著所述鉆頭本體的徑向方向，所述工作層陣列間隔設(shè)置，所述填充層夾設(shè)于相鄰二工作層之間，且所述工作層的硬度大于所述填充層的硬度。
[0005]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述工作層為硬質(zhì)合金層或金剛石層，所述填充層為軟質(zhì)合金層。
[0006]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述工作層由鐵、銅、鎳和鈷等單質(zhì)金屬粉末或者預(yù)合金粉末制備而成。
[0007]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述填充層的高度為所述鉆齒高度的20% -100%。
[0008]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述鉆頭本體與所述工作層的材質(zhì)相同。
[0009]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述工作層的硬度介于10HRC?45HRC之間。
[0010]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述鉆頭本體呈中空圓柱形，其包括相對設(shè)置的內(nèi)壁面、外壁面以及連接所述內(nèi)壁面和外壁面的二環(huán)狀端面，所述內(nèi)壁面圍成所述鉆頭本體的內(nèi)腔，所述多個鉆齒均勻陣列設(shè)置于所述鉆頭本體的其中一個環(huán)狀端面并圍成環(huán)狀。
[0011]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述相鄰兩個鉆齒之間設(shè)有過水槽，所述過水槽連通所述鉆頭本體的內(nèi)腔和外側(cè)。
[0012]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述鉆齒設(shè)有齒槽，所述齒槽呈開口狀，其開口端朝向所述鉆頭本體的外側(cè)。
[0013]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述鉆齒的截面形狀為凹字形。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的鉆頭的鉆齒沿著所述鉆頭本體的徑向方向包括多個間隔設(shè)置的工作層和夾設(shè)于相鄰二工作層之間的填充層，且所述工作層的硬度大于所述填充層的硬度，在所述鉆頭的鉆進(jìn)過程中，所述填充層較先于所述工作層被磨損掉，形成凹槽，一方面，有利于所述鉆齒各個位置的磨損同步、受力均勻，不易折斷所述鉆齒，另一方面，隨著所述填充層被磨損掉而形成的凹槽的出現(xiàn)，可以增大所述鉆齒與待鉆面的接觸點(diǎn)，同時還能減少所述鉆齒與待鉆面的接觸面積，集中鉆削力，提高鉆進(jìn)效率，而且形成的凹槽還可以用于容屑、排屑和冷卻，進(jìn)一步提高所述鉆齒的容屑、排屑和冷卻性能，從而提高所述鉆頭的鉆進(jìn)效率，并延長使用壽命。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0016]圖1是本發(fā)明提供的鉆頭的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是圖1所示鉆頭沿A-A線的剖視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明提供的鉆頭的另一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]請結(jié)合參閱圖1和圖2，其中圖1是本發(fā)明提供的鉆頭的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1所示鉆頭沿A-A線的剖視圖。所述鉆頭100包括圓柱形鉆頭本體I和陣列設(shè)置于所述鉆頭本體I的多個鉆齒2。
[0021]所述鉆頭本體I呈中空圓柱形，其包括相對設(shè)置的內(nèi)壁面11、外壁面12以及連接所述內(nèi)壁面11和外壁面12的二環(huán)狀端面13。所述內(nèi)壁面11及外壁面12均呈圓柱狀。所述內(nèi)壁面11圍成所述鉆頭本體I的內(nèi)腔。
[0022]所述多個鉆齒2均勻圓形陣列設(shè)置于所述鉆頭本體I的其中一個環(huán)狀端面并圍成環(huán)狀。相鄰兩個所述鉆齒2之間設(shè)有過水槽20。所述過水槽20即為相鄰兩個所述鉆齒2之間的間隙。所述過水槽20連通所述鉆頭本體I的內(nèi)腔和外側(cè)，能夠在所述鉆頭100工作時，通入冷卻水對所述鉆頭100進(jìn)行冷卻降溫，延長使用壽命。
[0023]每一鉆齒2包括工作層21和填充層22。沿著所述鉆頭本體I的徑向方向，所述工作層21陣列間隔設(shè)置，所述填充層22夾設(shè)于相鄰二工作層21之間，即所述工作層21與所述填充層22相鄰而設(shè)形成年輪狀的同心圓結(jié)構(gòu)。其中，所述工作層21的硬度大于所述填充層22的硬度。
[0024]所述工作層21的硬度通常優(yōu)選介于10HRC?45HRC之間，具體可以根據(jù)實(shí)際需要而定。所述工作層21可以為硬質(zhì)金屬層或金剛石層。
[0025]優(yōu)選的，所述工作層21可以由鐵、銅、鎳和鈷等單質(zhì)金屬粉末或者預(yù)合金粉末根據(jù)所述工作層21的硬度要求按照不同配比制備而成。其中，銅可以是紅銅、黃銅或青銅中的一種或者多種的組合。
[0026]所述填充層22可以為軟質(zhì)合金層。所述填充層22的形成過程可以簡單表述為:首先在所述鉆齒2形成多個間隔設(shè)置的凹槽(圖未示)，然后在所述凹槽內(nèi)填充硬度小于所述工作層21的硬度的材料。所述凹槽的深度和形狀取決于所述鉆齒2的高度，即所述填充層22的高度和形狀。優(yōu)選的，所述填充層22的高度h為所述鉆齒2的高度H的20% -100%。在本實(shí)施例中，所述填充層22的高度h為所述鉆齒2的高度H的100%，即所述填充層22與所述鉆齒2等高。為了使所述鉆齒2的工作層21受力均勻，所述凹槽的截面形狀優(yōu)選為類長方形，即所述填充層22的截面形狀優(yōu)選為類長方形。
[0027]所述鉆頭本體I與所述鉆頭2的工作層21的材質(zhì)相同。
[0028]在本實(shí)施方式中，所述鉆頭100的鉆齒2沿著所述鉆頭本體I的徑向方向包括多個間隔設(shè)置的工作層21和夾設(shè)于相鄰二工作層21之間的填充層22，且所述工作層21的硬度大于所述填充層22的硬度，在所述鉆頭100的鉆進(jìn)過程中，所述填充層22較先于所述工作層21被磨損掉，形成凹槽，一方面，有利于所述鉆齒2各個位置的磨損同步、受力均勻，不易折斷所述鉆齒2，另一方面，隨著所述填充層22被磨損掉而形成的凹槽的出現(xiàn)，可以增大所述鉆齒2與待鉆面的接觸點(diǎn)，同時還能減少所述鉆齒2與待鉆面的接觸面積，集中鉆削力，提高鉆進(jìn)效率，而且形成的凹槽還可以用于容屑、排屑和冷卻，進(jìn)一步提高所述鉆齒2的容屑、排屑和冷卻性能，從而提高所述鉆頭100的鉆進(jìn)效率，并延長使用壽命。
[0029]作為上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，如圖3所示，是本發(fā)明提供的鉆頭的另一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。所述鉆齒2還設(shè)有齒槽23。所述齒槽23呈開口狀，其開口端朝向所述鉆頭本體I的外側(cè)，與所述鉆頭本體I的內(nèi)腔相對。所述齒槽23可以自所述鉆齒2最外層的工作層21沿徑向方向貫穿至與之相鄰的填充層22。所述鉆齒2的截面形狀大致為凹字形。通過所述齒槽23的設(shè)計(jì)，能夠使所述鉆齒2沿圓周方向進(jìn)一步細(xì)分，從而增大所述鉆齒2與待鉆面的接觸點(diǎn)，同時減少所述鉆齒2與待鉆面的接觸面積，提高單位鉆壓，進(jìn)而提高鉆進(jìn)效率。而且隨著所述填充層22被磨損掉而形成的凹槽的出現(xiàn)，所述齒槽23、凹槽以及過水槽20相互貫通，進(jìn)一步提高所述鉆齒2的冷卻性能，延長使用壽命。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉆頭，包括圓柱形鉆頭本體和陣列設(shè)置于所述鉆頭本體的多個鉆齒，其特征在于，所述鉆齒包括工作層和填充層，沿著所述鉆頭本體的徑向方向，所述工作層陣列間隔設(shè)置，所述填充層夾設(shè)于相鄰二工作層之間，且所述工作層的硬度大于所述填充層的硬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述工作層為硬質(zhì)合金層或金剛石層，所述填充層為軟質(zhì)合金層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述工作層由鐵、銅、鎳和鈷等單質(zhì)金屬粉末或者預(yù)合金粉末制備而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述填充層的高度為所述鉆齒高度的20% -100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆頭本體與所述工作層的材質(zhì)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述工作層的硬度介于10HRC?45HRC之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆頭本體呈中空圓柱形，其包括相對設(shè)置的內(nèi)壁面、外壁面以及連接所述內(nèi)壁面和外壁面的二環(huán)狀端面，所述內(nèi)壁面圍成所述鉆頭本體的內(nèi)腔，所述多個鉆齒均勻陣列設(shè)置于所述鉆頭本體的其中一個環(huán)狀端面并圍成環(huán)狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆頭，其特征在于，所述相鄰兩個鉆齒之間設(shè)有過水槽，所述過水槽連通所述鉆頭本體的內(nèi)腔和外側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆齒設(shè)有齒槽，所述齒槽呈開口狀，其開口端朝向所述鉆頭本體的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆齒的截面形狀為凹字形。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鉆頭。所述鉆頭包括圓柱形鉆頭本體和陣列設(shè)置于所述鉆頭本體的多個鉆齒，所述鉆齒包括工作層和填充層，沿著所述鉆頭本體的徑向方向，所述工作層陣列間隔設(shè)置，所述填充層夾設(shè)于相鄰二工作層之間，且所述工作層的硬度大于所述填充層的硬度。本發(fā)明提供的鉆頭具有鉆進(jìn)效率高、鉆齒不易磨損與折斷及鉆頭使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，降低了施工人員的勞動強(qiáng)度，同時也減少了更換受損鉆頭的時間及資源上的浪費(fèi)。
【IPC分類】E21B10-46
【公開號】CN104806171
【申請?zhí)枴緾N201410505894
【發(fā)明人】鎖銀飛, 蔣文峰, 鄒鋒, 胡朝輝, 劉若飛, 于錦
【申請人】湖南飛碟新材料有限責(zé)任公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年9月28日