专利名称：一种镶齿变过盈结构的牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于石油、矿山及地质钻探的镶齿变过盈结构的牙轮钻头。
背景技术：
随着油气开发难度的加大，定向井、分支井、深井、超深井越来越多，勘探开发难度不断加大，直接导致对破岩工具的性能要求也越来越高。随着钻压、转速等钻井参数的提高，牙轮钻头承受了更大的钻压和扭矩，牙轮破裂、掉齿、断齿等问题时有发生；另一方面，为了获得更高的机械钻速，在硬地层，需要加大牙轮钻头的布齿密度。在现有牙轮钻头的镶齿过盈结构(过盈量一致)条件下，已经很难避免牙轮破裂、掉齿、断齿等问题，更不能轻易加大布齿密度。因此需要一种新的镶齿结构来提高牙轮钻头的牙轮结构强度，增大固齿能力，使牙轮能够承受更大的布齿密度。
发明内容·[0003]本实用新型的目的是通过设计牙齿与齿孔变过盈量镶装结构，不仅能够改善齿孔应力分布状况，提高牙轮钻头的固齿能力，同时还能够提高牙轮钻头的牙轮壳体结构强度，使牙轮钻头能够适应高钻压、高转速的工作条件，能够实现大布齿密度，特提供一种镶齿变过盈结构的牙轮钻头。为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种镶齿变过盈结构的牙轮钻头由钻头本体、牙轮壳体、密封圈、牙轮定位防脱装置和牙齿组成，其特征在于牙轮壳体的内孔设置在钻头本体的牙爪轴颈上，牙轮壳体和牙爪轴颈配合表面之间安装有密封圈和牙轮定位防脱装置，牙轮壳体上镶装有硬质合金牙齿，牙齿以变过盈配合形式镶入牙轮壳体上的齿孔中；牙齿为柱形，齿身部位直径由齿底向距离齿顶1/3处逐渐增大，过1/3处后再往齿顶方向逐渐减小，牙齿齿身部位母线为曲线；齿孔直径保持不变，其母线为直线，牙齿与齿孔以变过盈量形式镶装。这样牙轮在工作时齿孔所受到的最大应力不是在齿孔壁厚最薄的齿孔端面处，而是在与牙齿齿身最大直径配合的齿孔处，此处齿孔壁厚较厚，齿孔不易变形破裂，增大了固齿防脱能力；牙齿所受到的最大剪应力并非在与齿孔端面接触的地方，而是在齿身最大直径处，齿身最大直径部位已埋入齿孔中，减小了牙齿在齿孔端面处所受到的剪应力，从而减少断齿问题。变过盈配合形式镶装是指牙齿齿身的直径大于齿孔直径，并且过盈量是变化的；变过盈量形式的镶装结构是指牙齿和齿孔的过盈量由齿孔口向齿底方向逐渐减小。用变过盈配合的方式使牙齿固定在牙轮壳体上。本实用新型的有益效果在于(1)改善了齿孔应力分布，使固齿能力提高15% 30%，从而减少牙轮钻头掉齿断齿事故，延长牙轮钻头使用寿命；(2)牙轮钻头牙轮壳体结构强度提高10% 25%，能够适应高密度布齿，从而使牙轮钻头能够适应高钻压、高转速的工作条件，提高机械钻速。
图I是本牙轮钻头牙齿与齿孔变过盈量镶装结构的整体示意图。图2是牙齿与齿孔变过盈量镶装结构的局部示意图。图3是牙齿结构图。图中1、钻头本体，2、牙轮壳体，3、牙爪轴颈，4、密封圈，5、牙轮定位防脱装置，6、牙齿，7、齿孔,8、齿底,9、齿顶，10、齿身。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的结构。参看图1，一种镶齿变过盈结构的牙轮钻头由钻头本体I、牙轮壳体2、密封圈4、牙轮定位防脱装置5和牙齿6组成，牙轮壳体2的内孔设置在钻头本体I的牙爪轴颈3上，牙轮壳体2和牙爪轴颈3配合表面之间有密封圈4和牙轮定位防脱装置5，牙轮壳体2上镶装有硬质合金牙齿6，牙齿6以变过盈配合形式镶入牙轮壳体2上的齿孔7中。参看图2，牙齿6被埋入牙轮壳体2上的齿孔7中。参看图3，结合图1，齿孔7直径保持不变，其母线为直线；牙齿6为柱形，齿身10采用直径由齿底8向距齿顶9三分之一处逐渐增大再沿齿顶9方向逐渐减小并且齿身10部位母线为曲线的几何结构，牙齿6和齿孔7采用变过盈量结构配合。这样牙轮钻头在工作时齿孔7所受到的最大应力不是在齿孔7壁厚最薄的齿孔7端面处，而是在与牙齿6齿身10最大直径处配合的齿孔7上，此处齿孔7壁厚较厚，齿孔7不易变形破裂，增大了固齿防脱能力；牙齿6所受到的最大剪应力并非在与齿孔7端面接触的地方，而是在牙齿6齿身10最大直径处，牙齿6齿身10最大直径部位已埋入齿孔7中，减小了牙齿6在齿孔7端面处所受到的剪应力，从而减少断齿问题，达到增大固齿力，减小牙轮受力，提高牙轮结构强度，增大布齿密度的目的。
权利要求1.一种镶齿变过盈结构的牙轮钻头，由钻头本体、牙轮壳体、密封圈、牙轮定位防脱装置和牙齿组成，其特征在于牙轮壳体(2 )的内孔设置在钻头本体(I)的牙爪轴颈(3 )上，牙轮壳体(2)和牙爪轴颈(3)配合表面之间安装有密封圈(4)和牙轮定位防脱装置(5);牙轮壳体(2)上镶装有硬质合金牙齿(6)，牙齿(6)以变过盈配合形式镶入牙轮壳体(2)上的齿孔(7)中；牙齿(6)为柱形，齿身(10)部位直径由齿底(8)向距离齿顶(9)三分之一处逐渐增大，过1/3处后再往齿顶(9)方向逐渐减小，牙齿(6)的齿身(10)部位母线为曲线；齿孔(7)直径保持不变，齿孔(7)的母线为直线。
2.根据权利要求I所述的变过盈量镶齿的牙轮钻头，其特征是上述变过盈配合形式是指一牙齿(6)的直径大于齿孔(7)的直径，其过盈量是变化的。
3.根据权利要求I所述的变过盈量镶齿的牙轮钻头，其特征是上述变过盈量形式镶装结构是指牙齿(6)和齿孔(7)的过盈量由齿孔(7) 口向齿底(8)方向逐渐减小，用变过盈配合的方式使牙齿(6 )固定在牙轮壳体(2 )上。
专利摘要本实用新型涉及一种用于石油、矿山及地质钻探的镶齿变过盈结构的牙轮钻头，其技术方案是牙轮壳体内孔设置在钻头本体的牙爪轴颈上，牙轮壳体和牙爪轴颈配合表面之间安装密封圈和牙轮定位防脱装置；牙轮壳体上镶装有硬质合金牙齿，牙齿以变过盈量结构镶入牙轮壳体的齿孔中；牙齿为柱形，齿身部位直径由齿底向距离齿顶1/3处逐渐增大，再往齿顶方向逐渐减小，齿身部位母线为曲线；齿孔的直径保持不变，其母线为直线。本实用新型改善了齿孔的应力分布，使固齿能力提高15-30%，牙轮壳体结构强度提高10%～25%，从而能够适应高密度布齿，延长牙轮钻头的寿命，提高牙齿抗冲击性能及机械钻速，使牙轮钻头能适应高钻压高转速的工作条件。
文档编号E21B10/52GK202510035SQ201220098589
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者刘佳良, 李斌, 杨春雷, 查世玉 申请人:西南石油大学