专利名称：一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头，它适用于石油、天然气钻井和采矿钻 井中的从极软至中硬地层。
技术背景现有钢齿牙轮钻头主要是由牙掌和钢牙轮构成，牙轮上的齿通常是用铣削方式由钢质 牙轮本体铣出，并直接在齿顶及齿面上敷焊耐磨材料层而形成的；钻头工作时，齿顶总是 最先接触井底岩石且与岩石的接触时间最长，因而钢齿牙轮钻头的失效主要是齿的磨损， 而齿的磨损首先是从齿顶的磨损开始的；如果直接在整段齿顶匕加大敷焊的耐磨材料层的 厚度，由于耐磨材料硬而且脆，钻头工作时，齿承受冲击载荷，在冲击载荷的作用下，加 厚的齿顶耐磨材料层会折断或剥落，反而会降低齿的耐磨性；此外直接在齿顶上加大敷焊 的耐磨材料层的厚度，工艺上难以实现。美国专利US5152194采用在牙轮牙齿本体先铣出一个或一个以上的垂直于齿顶中线的 直槽，然后在齿顶及齿面上敷焊耐磨材料，这种方法能提高耐磨材料层与齿的粘接咬合性 能，从而提高齿的耐磨性，但由于槽是垂直于齿顶中线的， 一方面限制了齿顶上直槽的宽 度，因而耐磨性的提高程度有限；另一方面，如果加大直槽的宽度，在冲击载荷的作用下， 齿顶两端未被切除的牙齿本体及直槽内的齿顶耐磨材料层易于折断或剥落，从而降低了敷 焊齿的耐磨性。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种耐磨性 较高的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，以提高钢齿牙轮的有效使用寿命。本实用新型为解决上述问题所采用技术方案为包括有牙掌2和安设在牙掌下方轴颈上的钢齿牙轮3，其不同之处在于在钢齿牙轮牙齿的齿顶5上开设有槽边与齿顶中线7成 一倾斜角P的斜槽6，倾斜角p为5~85°或95~175° ，在斜槽和牙齿的表面敷焊耐磨材料， 形成牙齿的耐磨材料层。按上述方案，所述的斜槽6与齿顶中线7形成的倾斜角e通常为10 80。或100 17(T ; 斜槽在齿顶上可设置1~5条；斜槽的宽度W为1~40毫米，斜槽的深度H为1 20毫米。按上述方案，所述的斜槽底面与齿顶面成一角度o ， o的取值范围为0 45。。3本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果1、 斜槽的开设， 一方面扩大了齿顶凹槽敷焊耐磨层的区域，另一方面也增强了凹槽敷 焊层在牙齿刮削方向与齿的粘接咬合性能，从而增强了整个牙齿敷焊耐磨层的抗冲击、抗 剥落能力；2、 与开直槽的齿相比，本实用新型的齿顶耐磨性高于开直槽的齿的齿顶耐磨性；3、 与开直槽的齿相比，本实用新型的齿顶两端未被切除的牙齿本体的抗冲击能力强于 开直槽的齿的齿顶两端未被切除的牙齿本体的抗冲击能力，不易折断，因而夹在齿顶两端 未被切除的牙齿本体中间的斜槽内耐磨材料抗冲击能力也强，不易剥落，这样使钢齿牙轮 承受冲击载荷的能力进一步增强，从而提高了牙轮钻头的有效使用寿命。
图1为本实用新型第一个实施例的立体结构示意图。 图2为本实用新型第一个实施例的一个牙轮的结构示意图。 图3为本实用新型第一个实施例的一个牙轮的本体结构示意图。 图4为图3中的牙轮本体上一个牙齿的A向视图。 图5为图3中的牙轮本体上一个牙齿的B向视图。 图6为图5中的E-E剖视图。 图7为齿顶开直槽的牙轮的本体结构示意图。 图8为图7中的牙轮本体上一个牙齿的F向视图。 图9为本实用新型第二个实施例的一个牙轮的本体结构示意图。 图10为图9中的牙轮本体上一个牙齿的X向视图。 图11为图9中的牙轮本体上一个牙齿的Y向视图。 图12为图11中的Z-Z剖视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。第一个实施例如图1~6所示，为一个三牙轮钢齿牙轮钻头，包括有三个牙掌2，在每 个牙掌2下方的轴颈上安设一个钢齿牙轮3，在牙掌侧面安设有喷嘴9，三个牙掌焊接成一 体，构成齿顶强化的钢齿三牙轮钻头1。其不同之处在于，在钢齿牙轮本体的牙齿4本体的齿顶5上开设一个或二个与齿顶中线7成一倾斜角e的斜槽6，齿顶两端各有一段未被切除的牙齿本体8。然后在斜槽6内及牙齿本体的表面上敷焊耐磨材料层，形成耐磨性较 高的齿顶强化的钢齿牙轮3。所述的斜槽6与齿顶中线形成的倾斜角的取值范围为20°-70°或者11(T -160° ;斜槽的宽度W的取值范围为5-20毫米，斜槽的深度H的取值范 围为2-10毫米。斜槽底面6a与齿顶面平行。图4中，D为斜槽的等效宽度，T为齿顶宽度。当P的取值范围为2(T -70°时，从图 5可知，<formula>formula see original document page 5</formula>);当P的取值范围为110° -160°时，从图5可知， <formula>formula see original document page 5</formula>显然，斜槽的等效宽度D大于实际宽度W，即D〉W。图4中，L为被斜槽切开的齿顶的长度，显然l^D。如上所述，D〉W，故L〉W。由常识 可以知道，在斜槽的深度H—定的条件下，斜槽的等效宽度D越大，则被斜槽切开的齿顶 的长度L越大，即其上敷焊层加厚的那段齿顶的长度越长，齿顶的耐磨性越强。图4中，S为齿顶两端未被斜槽切开的齿顶的长度。由常识可以知道，S越大，齿顶两 端未被切除的牙齿本体8抗冲击能力越强，越不易折断。图4中，C为整段齿顶的长度。由图4可知，<formula>formula see original document page 5</formula>当e的取值范围为20。 -70°时，<formula>formula see original document page 5</formula>)，从而可推导出<formula>formula see original document page 5</formula> (1)<formula>formula see original document page 5</formula> (2)当P的取值范围为llO。 一160°时，<formula>formula see original document page 5</formula>从而可推导出 <formula>formula see original document page 5</formula>(3) <formula>formula see original document page 5</formula>(4)当{3等于90°时，齿顶开斜槽的牙轮本体就变成齿顶开直槽的牙轮本体，如图7-8所 示。在钢齿牙轮本体23的牙齿本体24的齿顶25上开设与齿顶中线27成9(T的直槽26， 齿顶两端各有一段未被切除的牙齿本体28;D'为直槽的等效宽度，W'为直槽的实际宽度， 则D、W'，即直槽的等效宽度D'等于其实际宽度W' ; L'为被直槽切开的齿顶的长度， 则L' =W'。设整段齿顶的长度仍为C，齿顶两端未直槽被切除的牙齿本体28的长度为S', 由图8可知，L' +S' +S' =C，从而可推导出<formula>formula see original document page 5</formula> (5)<formula>formula see original document page 5</formula>)/2 (6)与开直槽的齿相比，当开斜槽的齿的齿顶两端未被切除的牙齿本体8的抗冲击能力与 开直槽的齿的齿顶两端未被切除的牙齿本体28的抗冲击能力相同时，即当S4'时，比较 (1)式和(5)式，或比较(3)式和(5)式，可知L〉L'，即被斜槽切开的齿顶的长度L 大于被直槽切开的齿顶的长度L，，即开斜槽的齿的齿顶耐磨性高于开直槽的齿的齿顶耐 磨性。与开直槽的齿相比，当开斜槽的齿的齿顶耐磨性等于开直槽的齿的齿顶耐磨性，即当 L=L'，时，比较(2)式和(6)式，或比较(4)式和(6)式，可知，S〉S'，即开斜槽 的齿的齿顶两端未被切除的牙齿本体8的抗冲击能力强于开直槽的齿的齿顶两端未被切除 的牙齿本体28的抗冲击能力，不易折断，因而夹在齿顶两端未被切除的牙齿本体8中间的 斜槽肉耐磨材料抗冲击能力也强，不易剥落。因此，这种齿顶开斜槽强化的钢齿牙轮钻头工作时，具有以下的积极效果1、由于开 斜槽的那段齿顶的敷焊厚度加大，长度加大，因而齿顶的耐磨性提高；2、开斜槽的齿的齿 顶两端未被切除的牙齿本体8的抗冲击能力增强，不易折断，因而夹在齿顶两端未被切除 的牙齿本体8中间的斜槽内耐磨材料抗冲击能力也强，不易剥落。第二个实施例如图9-12所示，与第一个实施例的主要不同之处在于斜槽底面6a与齿 顶面成一角度o， o的取值范围为5。 -30° ，其它部分与第一实施例相同。
权利要求1、一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头，包括有牙掌(2)和安设在牙掌下方轴颈上的钢齿牙轮(3)，其特征在于在钢齿牙轮牙齿的齿顶(5)上开设有槽边与齿顶中线(7)成一倾斜角β的斜槽(6)，倾斜角β为5～85°或95～175°，在斜槽和牙齿的表面敷焊耐磨材料，形成牙齿的耐磨材料层。
2、 按权利要求1所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜槽(6) 与齿顶中线(7)形成的倾斜角e为10~8(T或100~170° 。
3、 按权利要求1或2所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜 槽在齿顶上设置1 5条。
4、 按权利要求1或2所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜 槽的宽度W为1~40毫米。
5、 按权利要求1或2所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜 槽的深度H为1~20毫米。
6、 按权利要求1或2所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜 槽底面(6a)与齿顶面成一角度o ， o的取值范围为0~45° 。
7、 按权利要求2所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜槽(6) 与齿顶中线形成的倾斜角e的取值苑围为20° -70°或者110° -160° ;斜槽的宽 度W的取值范围为5-20毫米，斜槽的深度H的取值范围为2-10毫米。
8、 按权利要求6所述的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，其特征在于所述的斜槽底 面(6a)与齿顶面成倾斜的角度o的取值范围为5° -30° 。
专利摘要本实用新型涉及一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头，包括有牙掌和安设在牙掌下方轴颈上的钢齿牙轮，其不同之处在于在钢齿牙轮牙齿的齿顶上开设有槽边与齿顶中线成一倾斜角β的斜槽，倾斜角β为5～85°或95～175°，在斜槽和牙齿的表面敷焊耐磨材料，形成牙齿的耐磨材料层。本实用新型通过在牙轮牙齿齿顶开设斜槽，一方面扩大了齿顶凹槽敷焊耐磨层的区域，另一方面也增强了凹槽敷焊层在牙齿刮削方向与齿的粘接咬合性能，从而增强了整个牙齿敷焊耐磨层的抗冲击、抗剥落能力；齿顶耐磨性高于开直槽的齿的齿顶耐磨性；使钢齿牙轮承受冲击载荷的能力进一步增强，从而提高了钢齿牙轮钻头的有效使用寿命。
文档编号E21B10/16GK201110129SQ20072030001
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者卢显圣, 樊孝兵 申请人:江汉石油钻头股份有限公司