专利名称：岩石钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分的岩石钻头，该岩石钻头用于进行冲击钻孔，特别是顶锤钻孔。
背景技术：
通过US-A-5,890,551，公知一种具有附属钻杆的岩石钻头。该岩石钻头在其前表面设置有硬质合金镶齿，该硬质合金通过在同步旋转期间在岩石上进行撞击而作用于岩石。在前表面中形成有空腔，并且流体通道贯穿该钻头，用于向空腔供应冲洗液。该空腔完全由环形联结区围住。一些镶齿安装在联结区中。其它镶齿安装在该空腔中，以便被形成于该空腔中的冲洗流体的缓冲所冷却和冲洗。US-A-4,598,779示出用于钻直孔的另一冲击岩石钻头。US-B2-6,494,275公开了一种用于冲击钻机的岩石钻头。该岩石钻头包括设置有前部岩石压碎镶齿的钻头头部和裙座。钻头头部设置有形成在裙座外侧中并沿钻头的轴向方向延伸的多个凹槽。在凹槽之间限定有突出的联结区，这些凸出的联结区同样沿轴向方向延伸。联结区的轴向向后端设置有伸出的、部分圆柱形的导向表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在序言部分中所限定类型的岩石钻头，其具有延长的使用寿命。
本发明的另一目的是提供一种用于产生直孔的岩石钻头。
本发明的又一目的是提供一种允许对岩石进行良好去除的岩石钻头。
通过一种具有在所附独立权利要求特征部分中所限定特征的岩石钻头，实现了本发明的上述目的。
下面将参考附图描述根据本发明的岩石钻头的实施例，其中图1A示出根据本发明的岩石钻头的透视正视图；图1B示出岩石钻头的前侧端视图；图1C示出岩石钻头前部部分的侧视图；图1D示出根据图1B中的线D-D通过岩石钻头的截面；图2A示出图1A所示岩石钻头的侧视图；图2B示出根据图1B中的线E-E通过岩石钻头的截面；和图2C示出图1A所示岩石钻头的后侧端视图。
具体实施例方式
图1A-1D和2A-2C所示冲击岩石钻头1包括钻头体2，该钻头体2具有头部部分或钻头头部3和杆部或裙座5。钻头头部3和裙座5彼此刚性地结合。通过螺纹联接，将未示出的钻杆连接到岩石钻头1。在钻杆中，贯通的冲洗导管以传统方式布置。图1D和2B示出岩石钻头1的纵向中心轴线CL。岩石钻头1设置有内部内螺纹16，用于接纳位于细长钻孔元件(例如未示出的杆部或管部)一端处的外部外螺纹。
根据本发明的岩石钻头1的钻头头部3设置有岩石去除构件，其优选地形成为硬质合金镶齿，例如前部镶齿4和周边镶齿6。或者，岩石去除构件可由楔形嵌入件构成。在岩石钻头1的内部空间与钻头头部3的前表面或岩石压碎表面8之间延伸有至少一条冷却介质通道7，所述岩石钻头1的内部空间被限定在内部内螺纹16之间。前表面8限定出平面P，该平面大致垂直于中心轴线CL。在所述内部空间中，称为底部止挡的第一止挡面17优选地布置用于钻杆的自由端。多个折返边沿9(retrac edges)优选地布置在岩石钻头1的后端。
从图1A和2A可尤为清楚地看出，岩石钻头1设置有多个大致直的、沿岩石钻头1的轴向方向延伸的、用于切割的外部前部凹槽10和外部后部凹槽11。每个前部凹槽10均连接到相关的后部凹槽11，以提供用于切割的凹槽，所述用于切割的凹槽沿着钻头1的整个长度延伸。每个用于切割的前部凹槽10均相对于平行于中心轴线CL的线对称地布置。前部凹槽10设置在钻头体中的每对周边镶齿6之间。在钻头头部3中安装有八个周边镶齿6，但在根据本发明所述的另一钻头中，可替代性地布置5至10中的任何个数的镶齿。每个周边镶齿6相对于中心轴线CL向外倾斜，以限定出钻头的最大直径。周边镶齿6的直径优选地大于前部镶齿4的直径。在钻头的轴向方向，每个周边镶齿6布置在相对于平面P至少部分地凸出的钢制部分或凸出部分12中。各凸出部分与主体2结合，并大致向前定向，也就是沿钻头的工作进给方向定向。在凸出部分中形成有未示出的孔，用以容纳一个周边镶齿6。或者，在每个凸出部分中可以设置两个周边镶齿。在周边镶齿的花冠部分或外部部分中，前表面8或附加的前部凹槽13(如图1D中的虚线所描绘的)将每个凸出部分12与另一个邻近凸出部分间隔开。该外部部分包括周向间隔开的、数量等于周边镶齿6的数量的凸出部分12，也就是每个凸出部分12带有一个周边镶齿6。各周边镶齿6向前伸出超过所有的前部镶齿4。前部镶齿4的轴向最前面的公共平面相对于周围的周边镶齿6的轴向最前面的公共平面向后间隔开。从而，通过使周边镶齿6的花冠凸起在前表面8和前部镶齿4之上，可实现较大的导向力矩。凸出部分12由前表面8的径向通道或部件14间隔开，以允许冲洗介质在其间畅通无阻地流动。
周边镶齿6以径向地位于假想圆C外侧的方式安装在钻头头部3中，该假想圆C与大致环形地布置在钻头1的中心轴线CL周围的至少两个前部镶齿4和至少两个冲洗通道7相交。前部镶齿12安装在前表面8中周边镶齿6的内侧。流体通道7的出口布置在凸出部分12下方的平面P中。凸出部分12布置成径向地位于假想圆C地外侧，该假想圆C与大致环状地外绕钻头1的中心轴向CL布置的四个或至少两个前部镶齿4和四个或至少两个冲洗通道7相交。前表面8终止于钻头体2中的周边凹槽10处。与流体通道7相交的假想圆C还与相等数量的前部镶齿4相交。周边镶齿6的主要部件通常是5至10片，它们被安装在前表面8中圆C的径向外侧。附加的前部凹槽形成在每个周边凹槽10与前表面8之间。前部凹槽是相对于纵向中心轴线CL向外倾斜并相对于前表面向后倾斜的斜面13。前部凹槽可替代性地顺着相对于CL大致地向外和向后倾斜的曲线。
在实际中，所有镶齿都有利地由硬质合金制成，可能地由金刚石增强。镶齿的形状可以是球形、圆锥形、弹道形、半弹道形或凿子形的。
钻头的后端在基本背离岩石钻头的岩石去除端包括若干折返齿9(retrac teeth)，这些折返齿设置在钻头的最大直径处，并从该最大直径处径向向内延伸。钻头后端的用途是借助于位于与岩石钻头1的端部相关的部分确保实现钻头1在钻孔中的导向，并降低抵抗钻屑尘释放的阻力。用于钻屑的凹槽10、11用于将产生于岩石钻头1的前部的钻孔尘输送走。裙座的圆周外表面形成有若干圆周地间隔开的凹槽11，这些凹槽11其间形成联结区15。钻头1在其中间部分具有腰部15A。腰部15A的尺寸小于在引导钻头处的后部部分1A的直径。腰部15A可包括凹槽11或大致光滑的例如圆柱形形状。凹槽和联结区基本沿轴向方向延伸。至少一个联结区15的轴向向后部分设置有径向向外的导向表面。导向表面包括都位于腰部15A假想延长线21径向外侧的第一导向部分19和第二导向部分20。第一导向部分19相对于钻头的中心轴线CL径向向外伸出得比第二导向部分20远。各导向部分19、20具有部分圆柱形的形状。第一导向部分19由第一直径DG1限定，而第二导向部分20由第二直径DG2限定。头部部分的直径比第一导向部分19得第一直径DG1大3％至6％，优选地大大约4％。导向部分19、20的延长线与周边镶齿6相交。
在现有技术的钻头上，导向件或后部部分1A上的导向直径磨损更多(例如US-B2-6,494,275)，也就是说，所述钻头获得比根据本发明的钻头大的公称直径DN1和导向部分的原始第一直径DG1之间的间隙。在根据本发明的钻头1中，公称直径DN1和导向部分的原始第一直径DG1之间的间隙23优选地大于2.5mm，但优选地小于4mm，更优选地大约为3mm。
根据本发明的钻头的导向部分1A的构造允许镶齿形状维持较长时间的钻进，并且该构造解释了根据本发明的钻头容易重新研磨和使用寿命增长以及该钻头钻进更直的原因。在根据本发明的钻头的优选实施例的钻头处，所有八个联结区变成导向表面，并且能够将这描述成圆。这给出关于孔的平直度、工具使用寿命和重新研磨的简单性的优点。
导向部分19、20设置在联结区15径向外侧的台阶中。各部分具有20至30mm长的轴向长度。导向部分的数量能够是两个或多于两个，以便分别在根据本发明的钻头的后部部分1A处，优化磨损并保持公称直径DN1、DN2(如图2B所示)和直径DG1和DG2之间的间隙。DN1描绘在钻头头部部分3处的公称直径，也就是由周边镶齿6径向外部部分限定的最大直径。DN2描绘当镶齿6已被重新研磨时钻头头部部分的直径。DG1描绘在钻头后部部分1A处的所述第一直径，也就是由第一导向部分19的径向外部部分限定的最大直径。DG2描绘在钻头后部部分1A处的所述第二直径，也就是由第一导向部分20的径向外部部分限定的最大直径。由联结区15形成的直径小于DG1和DG2。桥接导向部分19和20的台阶沿径向方向的高度为2至3mm。该额外的“紧的”导向部分在钻头的使用寿命期间提供钻较直的孔的钻头。或者，取代台阶22优选地凸形或圆锥形，倾斜表面能够设置成从第一直径DG1到腰部15A的直径朝着头部部分3连续轴向向前地减少沿直径方向的尺寸。
优选地，加工或铣削钻头头部，以产生前表面8和凸出部分12。与传统钻头相比较，铣削试验已证明用于铣削根据本发明的钻头的前部的时间能够减少大约20％。
根据本发明的钻头具有许多优点。易于重新研磨钻头和增长使用寿命以及该钻头钻进更直。附加的优点是因为台阶构造能够在用于硬的和松散的岩石的钻头中使用，所以根据本发明的钻头的台阶构造允许较少的钻头的原料。
在根据本发明的钻头的优选实施例中，前表面8相对地“敞开”，使得不会阻碍冲洗介质(空气和/或水)在凸出部分12之间流动。这意味着前部表面8的冲洗是有效的。通过使周边镶齿伸出得比前部镶齿远，在钻孔期间将形成导向岩石中心，使得能够实现甚至更直的孔。前部表面的相对对称性使前表面8适于用于左手钻进和右手钻进的钻头，其中所述左手钻进和右手钻进分别是顶锤钻孔和潜孔钻孔的情形。此外，能够减少用于加工根据本发明的钻头的前部的时间。
与现有技术钻头相比较，根据本发明的钻头至少给出以下的优点延长钻头的使用寿命并钻孔更直的孔。
权利要求
1.一种适于冲击钻孔的岩石钻头，该钻头包括钻头体(2)和限定纵向中心轴线(CL)的头部部分(3)，该头部部分(3)包括轴向向前的岩石压碎表面(8)和从该岩石压碎表面(8)轴向向后延伸的裙座(5)，所述岩石压碎表面包括多个岩石压碎装置(4、6)，所述裙座的圆周外表面形成有圆周间隔开的凹槽(11)，这些凹槽在其间形成联结区(15)，所述凹槽和联结区基本沿轴向方向延伸，联结区(15)的轴向向后部分设置有导向表面(19、20)，所述导向表面(19、20)径向向外面向，所述钻头(1)在其中间部分具有腰部(15A)，其特征在于，所述导向表面包括至少一个台阶(23)或倾斜表面，从而分别阶梯状地或连续地减小沿直径方向的尺寸，并且所述导向表面包括位于所述腰部(15A)的假想延长线(21)径向外侧的第一导向部分(19)和第二导向部分(20)，并且相对于所述钻头的中心轴线(CL)，所述第一导向部分(19)径向向外伸出得比第二导向部分(20)远。
2.根据权利要求1所述的钻头，其中每个导向部分(19、20)具有部分圆柱形形状，并且所述第一导向部分(19)由第一直径(DG1)限定，而所述第二导向部分(20)由第二直径(DG2)限定。
3.根据权利要求1或2所述的钻头，其中所述钻头的公称直径(DN1)比所述第一导向部分(19)的第一直径(DG1)大3％至6％，优选地大大约4％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中至少一些所述联结区的轴向后部部分(1A)形成折返齿，以在所述钻头从孔退出期间压碎岩石，并且至少一个流体通道(7)贯穿所述头部部分并与前表面(8)连通，以引导冲洗介质到该前表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中所述头部部分(3)包括外部部分，所述外部部分包括多个圆周间隔开的凸出钢制部分(12)，所述部分(12)中的每个包括最多两个周边镶齿(6)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中每个凸出部分(12)带有至少一个周边镶齿(6)，并且所述导向部分(19、20)的延长线与周边镶齿(6)相交。
7.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中所述凸出部分(12)由所述前表面(8)的径向通道(14)间隔开，以允许冲洗介质在它们之间畅通无阻地流动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中所述前表面(8)终止于所述钻头体中的周边凹槽(10)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中有附加的前部凹槽形成在每个周边凹槽(10)和所述前表面(8)之间，所述前部凹槽大致地向外向后倾斜。
全文摘要
本发明涉及用于冲击钻孔的岩石钻头(1)。该钻头包括钻头体(2)、限定纵向中心轴线(CL)的头部部分(3)。该头部部分(3)包括轴向向前的岩石压碎表面(8)和从岩石压碎表面(8)轴向向后延伸的裙座(5)。该岩石压碎表面包括多个岩石压碎装置(4、6)。该裙座的圆周外表面设置有圆周地间隔开的若干凹槽(11)，这些凹槽其间形成联结区(15)。凹槽和联结区基本沿轴向方向延伸。联结区(15)的轴向向后部分设置有导向表面(19、20)。导向表面(19、20)径向向外面向。导向表面包括至少一个台阶(23)或倾斜表面，从而分别阶梯状地或连续地减小沿直径方向的尺寸。导向表面包括都位于腰部(15A)的假想延长线(21)径向的外侧的第一导向部分(19)和第二导向部分(20)。相对于钻头的中心轴线(CL)，第一导向部分(19)径向向外伸出得比第二导向部分(20)远。
文档编号E21B17/10GK101061290SQ200580039361
公开日2007年10月24日 申请日期2005年10月24日 优先权日2004年11月17日
发明者佩尔-奥拉·哈迪 申请人:山特维克知识产权股份有限公司