削元件。切削元件132和切削元件凹部130可以定位在例如刮刀120的旋转前表面处或附近。切削元件132可以使用例如诸如硬钎焊合金的结合材料固定到切削元件凹部130内。表面硬化材料140可以设置在钻头本体110的刮刀120的外表面上，邻近或贴近切削元件132和切削元件凹部130。如下面更加详细地公开的，依照本发明的实施例，钻头100的成形可以包括:在钻头本体110的表面上沉积或其它方式设置表面硬化材料140，使用等离子体喷射装置刨削出穿过表面硬化材料140并进入钻头本体110的凹处，根据需要加工所述凹处以由此形成切削元件凹部130，以及然后将至少一个切削元件132至少部分地在切削元件凹部130内而固定到钻头本体110上。
[0027]图2是钻头100的钻头本体110的一个刮刀120的一部分在对刮刀120的外表面123施加表面硬化材料140(图1)之前的局部截面图。正如前面提到的那样，在有些实施例中，钻头本体110(包括刮刀120)的材料可以在此时已经进行了热处理，以便改善形成钻头本体110的材料的一种或更多种性能或特性。
[0028]参照图3，表面硬化材料140的层可以沉积或其它方式形成在刮刀120的一个或更多个表面(例如刮刀120的地层接合外表面123)上。表面硬化材料140的层可以在刮刀120上形成任何切削元件凹部130 (图1)之前施加，并可以在整个外表面123上延伸至刮刀120的旋转前表面122。为简单起见，表面硬化材料140被显示为仅仅覆盖刮刀120的单个表面。表面硬化材料140可以在钻头本体110的刮刀120的任何一个或更多个表面上完全地或部分地延伸，不过表面硬化材料140可以至少部分地施加在刮刀120上的随后即将形成切削元件凹部130的区域上，如下所述。
[0029]表面硬化材料140可以通过例如在刮刀120的一个或更多个表面上沉积抗磨耐磨颗粒基体复合材料而形成。不同类型的表面硬化材料在本领域都是已知的，可以使用任何适合的表面硬化材料。作为非限制性的例子，表面硬化材料140可以选择成包括诸如烧结碳化钨的材料，其具有以重量计5%到25%的铁基合金粘合剂、镍基合金粘合剂或钴基合金粘合剂，粘合剂中嵌入有硬颗粒例如碳化钨。在有些实施例中，可以使用引起表面硬化材料140与刮刀120或钻头本体110之间金相结合的工艺，例如等离子体弧焊接、等离子体转移弧焊接、熔炉熔合、压力辅助烧结和反应结合，将表面硬化材料140施加于刮刀120的表面或钻头本体110的表面。在其它实施例中，使用不会引起这种金相结合的工艺而可将表面硬化材料140施加于刮刀120的表面或钻头本体110的表面，例如高速含氧燃料(HVOF)喷射、高速空气燃料(HVAF)喷射、火焰喷射和非转移弧等离子体喷射工艺。在另外的其它实施例中，表面硬化材料140可以使用引起硬钎焊连结例如炉内硬钎焊等的方法施加。因而，在有些实施例中，表面硬化材料140可以金相结合到刮刀120的一个或更多个表面上。此外，表面硬化材料140可以施加为在整个刮刀120上延伸的具有大体均一的层厚的层。
[0030]参照图4，等离子体喷射装置150可用来通过使用由等离子体喷射装置150发射的等离子体穿过表面硬化材料140的层并进入钻头本体110的刮刀120中而加工出至少一个凹处200。等离子体喷射装置150可以包括在本领域中被称作等离子体弧刨削(PAG)装置或热刨削(TG)装置的装置。如下面进一步所述的，由等离子体喷射装置150形成的凹处200的至少一部分将至少部分地限定切削元件凹部130 (图1)。这种商业上使用的喷射装置150可在市场上买到。例如，等离子体喷射装置150可以包括外本体152、可以供保护气体162流过的气体管线160、可以供等离子体气体172穿过的腔室170、喷嘴182和电极190。
[0031]等离子体喷射装置150可用来生成高温等离子体气体的压缩射流，该压缩射流用来熔融和移除表面硬化140和钻头本体122的部分。图4中示出的等离子体喷射装置150仅仅作为示例性技术给出，不应当看作是对本发明方法的限制。在本发明的实施例中可以利用其它类型的装置，这些其它类型的装置构造成生成可用来穿过表面硬化140并进入刮刀120中而热刨削出凹处200的等离子体。
[0032]在等离子体喷射装置150操作期间，表面硬化材料140中和刮刀120中可以诱导正电荷。电极190可以利用外部电源(诸如带有开路电压的负直流电极系统)而带负电。当等离子体气体172进入腔室170时，等离子体气体172可以以旋流模式绕电极190运动。流动的等离子体气体到达喷嘴182并在这里被压缩。等离子弧可以形成在带负电的电极190与带正电的表面硬化材料140及刮刀120之间，等离子体弧可用来生成和/或保持来自流动的等离子体气体的等离子体。从喷嘴182射出的等离子体射流刨削走表面硬化材料140和刮刀120的材料而形成凹处200。保护气体162可以穿过外本体152中的气体管线160围绕等离子体射流行进。保护气体162起到引导等离子体射流的流动以及保护钻头100 (图1)的周围表面不被氧化或防止可能的刨削材料飞溅的作用。
[0033]等离子体喷射装置150可以定向成使得等离子体射流基本上沿着待形成的切削元件凹部130的纵向轴线所在的平面定向。等离子体喷射装置150还可以定向成使得等离子体射流从其邻近刮刀120的旋转前表面122 (且在竖向上，在该旋转前表面122上方)的那一侧冲击刮刀120。等离子体喷射装置150可以相对于与刮刀120的外表面123相切的平面以在例如10度到60度之间的角度倾斜。更陡的角度可能在表面硬化材料140中和/或刮刀120中引起更深的刨削。而更小的角度可能引起较浅的刨削，并且可能从表面硬化材料140和/或刮刀120移除较少的材料。
[0034]等离子体喷射装置150利用等离子体气体172，等离子体射流由该等离子体气体生成。等离子体气体172可以通过等离子体喷射装置150经由腔室170引导。等离子体气体172可以包括诸如氮气、氧气、氩气、氢气等等的气体或这些气体的混合物。保护气体162可以通过等离子体喷射装置150经由气体管线162引导。保护气体162可以包括例如惰性气体。
[0035]图5示出了使用如图4所示的等离子体喷射装置150形成的粗制凹处200。粗制凹处200穿过表面硬化材料140延伸并进入刮刀120中。凹处200的内表面210的粗制且未完工的轮廓不适用于在其中接收和结合切削元件132。因而，凹处200总体上小于待形成的切削元件凹部130的最终尺寸。为了使用凹处200来形成切削元件凹部130，在使用等离子体喷射装置150形成被刨削的粗制凹处200之后，还可以进一步加工该凹处200，以从凹处200的内表面210移除另外的材料。
[0036]参照图6，作为非限制性的例子，可以使用电火花加工(EDM)工艺(例如轨道EDM工艺)加工至少一个凹处200 (图5)的内表面210，以通过从内表面210移除材料而加工所述至少一个凹处200的内表面210。在进一步的实施例中，可以使用传统机械加工工艺来加工所述至少一个凹处200的内表面210。这种机械加工工艺可以包括对内表面210进行研磨、铣削和钻削中的一种或多种。
[0037]图6示出了加工凹处200的内表面(图5)的轨道EDM装置220。许多这样的EDM装置220可在市场上买到并可用于本发明的实施例中。作为非限制性的例子，轨道EDM装置220可以包括外部电源和箱子236，该箱子容纳带正电的夹具234以保持并支撑工件诸