切削元件以及定向方法
【专利说明】切削元件以及定向方法
[0001]本申请是申请日为2011年2月4日、国际申请号为PCT/US2011/023698、国家申请号为201180008197.8、名称为“切削元件以及定向方法”的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]交叉引用
[0003]本申请要求于2010年2月5日申请的名称是“切削元件以及定向方法(⑶TTINGELEMENT AND METHOD OF ORIENTING) ”的美国专利申请序列号12/700，845的申请日的优先权。
【背景技术】
[0004]比如用在井下应用场合中的铣刀之类的切削工具例如可以利用粘结到工具表面的多个切削元件制造。这些切削元件可以是通过破碎更大工件而制造的随机形状的颗粒。替代性地，可以使用例如诸如加工和模制之类的工艺将切削元件精确地成型成可重复的形状。不管制造单独的切削元件所使用的工艺如何，这些元件一般以随机的朝向粘结到铣刀。这些随机的朝向在相对于铣刀表面的最大高度上不一致。此外，切削元件的在切削操作期间接合目标材料的部分的高度之间可能存在很大的不一致性。此外，切削表面相对于目标材料的角度是随机的因此很少会接近便于有效切削的最佳角度。因此减少前述缺点的装置和方法将会在行业中被很好地接受。
【发明内容】
[0005]本文披露了一种切削元件。该切削元件包括其上具有多个切削边缘的基尔默德(gilmoid);以及自所述基尔默德延伸的至少一个支撑部，所述多个切削边缘的至少一个与所述至少一个支撑部能够同时与所述切削元件能搁靠于其上的表面接触。
[0006]本文还披露了一种定向切削元件的方法。该方法包括构造所述切削元件，使得抵靠于一表面作用于切削元件上的重力将切削元件相对于所述表面偏置到如下朝向:其中，至少一个支撑部和基尔默德的多边形的至少一边接触所述表面。
[0007]本文还披露了一种切削元件。该切削元件包括:本体，其具有构造为多边形棱柱的部分，所述本体的重量在纵向方向上相对于该部分不对称；在多边形棱柱的表面的相交处限定的多个切削边缘；以及在纵向上延伸超出所述部分的至少一个支撑部。
【附图说明】
[0008]如下的描述不应该以任何方式被认为是限制。参照附图，同样的元件标号相同:
[0009]图1示出了这里所披露的切削元件的侧视图；
[0010]图2示出了图1的切削元件的另一个侧视图，示出了以一种替代性的朝向搁靠在一个表面上；
[0011]图3示出了图1和2的切削元件的透视图，示出了以图2的所述朝向搁靠的情形；
[0012]图4示出了这里所披露的切削元件的替代性实施方式的透视图；
[0013]图5示出了切削元件的中心部分的透视图；以及
[0014]图6示出了图5的切削元件的中心部分的侧视图。
【具体实施方式】
[0015]这里参照附图通过举例和非限制性方式给出了所披露的装置和方法的一个或多个实施方式的详细描述。
[0016]参见图1，以10图示出了这里所披露的切削元件的一个实施方式。该切削元件10包括:中心部分20，其在本文中作为“基尔默德(gilmoid) ”被公开一一正如将在下面参照图5和6详细描述的那样，其限定了多个切削边缘16A，16B ;以及两个支撑部24A和24B，它们延伸超出限定了基尔默德20的特定体积边界的表面32A和32B。在该实施方式中，支撑部24A和24B彼此是非对称的，以响应于作用其上的重力产生朝向表面38的偏置力，从而使得支撑部24A，24B的其中一个和切削边缘16A，16B中的其中一个与表面38接触。
[0017]参见图2和3，偏置力倾向于使切削元件10从图1中图示出的位置定向为图2和3中图示出的位置。如图2和3中所示，切削元件10搁靠在表面38上，使得支撑部24B和其中一个切削边缘16B与该表面38接触。切削边缘16A在该位置以如下方式定向:表面32A相对于表面38具有大约45度(优选地在35和55度之间)的角度，并且其代表了优选的切削朝向，其可以比替代性角度以更高效率切削。相反，图1中的切削元件10定位成仅限定在两个切削边缘16A和16B之间的一个面42与表面38接触。在该位置上，基尔默德20的纵轴线基本与表面38平行。此外，尽管支撑部24A，24B的轴线40A，40B在这里是以它们之间呈180度的角度图示出的，但是可以想到120度或更大的角度。
[0018]切削元件10在几何形状上进一步构造成:当切削元件10搁靠在表面38上时，不管其朝向如何，切削元件10上的距离表面38最远的点的尺寸46是恒定的。这确保了粘结到该表面38上的多个切削元件10上的相对均匀的切削力分布。
[0019]前述的结构允许多个切削元件10在固定粘结到表面38之前在表面38上具有优选的定向。虽然每个切削元件10相对于切削运动的方向的朝向是随机的，但是上面讨论的偏置设置将大多数的切削元件10相对于表面38如图2和3中示出的那样定向。使大多数的切削元件10如图2和3中示出的那样定向提高了使用这些切削元件10的切削齿的切削特性--相对于使用非偏置切削兀件的切削齿而言。
[0020]这里图示出的支撑部24A和24B在几何形状上是非对称的，正如分别通过支撑部24A和24B的宽度50A和50B的显著不同所导致的那样。这种非对称性响应于沿平行于表面32A，32B的方向作用在切削元件10上的重力而产生了上面讨论的非对称偏置。可以预期到如下的替代性实施方式:其具有在几何形状上对称、而利用重力提供了非对称偏置的支撑部。这些支撑部之间的密度差别是利用几何形状对称的支撑部产生这种非对称重力偏置的一种方式。
[0021]限定在平面28A和28B之间的中心部20的宽度54可以设置成足够大，以提供足够的强度来在切削期间防止破裂；同时又足够小，以允许作用于该切削元件10上的重力非对称偏置使切削元件10相对于所述表面38能容易地定向并且能有效地用作切削元件。
[0022]另外，在该实施方式中，通过基底尺寸55 (其被定义为支撑部24A，24B与表面32A，32B相连之处的尺寸)小于尺寸46，在切削边缘16A，16B处限定出了直角相交部。支撑部24A，24B与表面32A，32B的交叉点和表面42，58，62之间的距离56提供了一空间，正在切掉的材料可以在该空间内流动并且可以对在切削边缘16A，16B之一中形成的裂缝超出交叉点57的连续传播形成障碍。优选地，所述基底尺寸55设计成在尺寸46的40%和80%之间的尺寸，更优选地是大约60 %。
[0023]参见图3，还可以设置限定在切削边缘16A和16B之间的另外的面58。事实上，在切削边缘16A和16B之间可以设置任何数量的面42，58，从而形成多边形棱柱的中心部分20，其在这里所披露的切削元件110的替代性实施方式中如图4中所示仅包括四个面62。
[0024]这里所披露的切削元件10，110可以由能很好地适于切削多种材料(包括例如那些通常在井下井眼环境中常见的材料，比如石头、泥土和金属)的硬质材料制成。这些硬质材料非排他地包括钢、碳化钨、碳化钨基质、多晶金刚石、陶瓷以及它们的组合。
[0025]尽管上面讨论的实施方式涉及的是本身为多边形棱柱的中心部分20，但是替代性实施方式可以包括比多边形棱柱需要的限制更少的中心部分20。同样地，术语“基尔默德”被引入用来限定中心部分20的需求。参见图5和6，图示出的基尔默德20没有支撑部24A，24B。基尔默德20是由两个多边形70A，70B限定的，其具有将多边形70A的边78A连接到另一多边形70B的边78B的表面74。这两个多边形70A，70B彼此可以具有不同数量的边78A，78B，并且可以彼此可以具有不同的面积。另外，两个多边形70A，70B所在的平面82A，82B可以彼此平行或者可以彼此不平行，如图所示。
[0026]虽然已经参照示例性实施方式对发明进行了描述，但是本领域技术人员可以理解的是在不脱离本发明的范围的前提下可以做出各种修改并且其元件可以替换为各种等同元件。此外，在不脱离其实质范围的前提下可以做出许多修改以使特殊的情况和材料适应本发明的教导。因此，本发明并不旨在将所披露的【具体实施方式】限制为可以预见的用于实施该发明的最佳方式，而是，本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施方式。还有，在附图和描述中，已经披露了本发明的示例性实施方式，尽管可能已经使用了特殊的术语，但是它们除非另有说明，否则仅是作为普通的描述性的意思使用的，并不是出于限制的目的，因此本发明的范围并不因此受限。此外，术语“第一”、“第二”等等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是术语“第一”、“第二”等等被用来将一个元件与另一个元件区分开来。另夕卜，术语“一”的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。
【主权项】
1.一种切削工具，包括: 表面； 布置在表面上的多个切削元件，所述多个切削元件包括:限定了多个边缘的基尔默德，所述边缘由所述基尔默德的表面的相交部形成；以及自所述基尔默德延伸的至少一个支撑部，所述多个边缘中的至少一个与所述至少一个支撑部能够同时与所述切削元件仅在重力作用下能搁靠于其上的搁靠表面接触，使得所述至少一个支撑部中的至少一个从其延伸的基尔默德的至少一个表面相对于所述搁靠表面形成在35度至55度之间的角度。
【专利摘要】一种切削元件，包括：其上具有多个切削边缘的基尔默德；以及自所述基尔默德延伸的至少一个支撑部，所述多个切削边缘的至少一个与所述至少一个支撑部能够同时与所述切削元件能搁靠于其上的表面接触。
【IPC分类】E21B10/46
【公开号】CN104975811
【申请号】CN201510377900
【发明人】C·J·斯托二世
【申请人】贝克休斯公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2011年2月4日
【公告号】CA2788804A1, CA2788804C, CN102741495A, CN102741495B, US8887838, US20110192653, US20150000983, WO2011097446A2, WO2011097446A3