用于冲击钻削的钻头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在冲击钻削中使用的钻头(1)，该钻头(1)包括具有前表面(4)的本体(2)、在该前表面上的至少一个球齿(下称“表面球齿”)(10)以及多个保径球齿(20)，所述球齿(10和20)中的每一个都具有工作面(10a和20a)。至少一个保径球齿(20)工作面(20a)的至少一部分的曲率比至少一个表面球齿(10)工作面(10a)的任何弯曲部分的曲率更多地偏离平坦，使得至少一个保径球齿(20)工作面(20a)的所述部分比至少一个表面球齿(10)工作面(10a)的所述部分凸出得更多。
【专利说明】
用于冲击钻削的钻头
【技术领域】
[0001]为了解释，将参考在对岩石的顶锤冲击钻削中钻头的使用，但钻头也可以在其它种类的冲击钻削中使用，例如在DTH中使用。
【背景技术】
[0002]用于这种类型的钻头的球齿或嵌入件一般具有包括相对置端部的圆柱形本体，所述相对置端部中的一个端部包括用于球齿的工作面，该工作面成型为从球齿的本体突出。更特别地，该工作面的形状为大体半球形(圆顶形)或抛物线形(弹道形)。
[0003]典型地，保径球齿(gauge buttons)具有大于或等于表面球齿的直径。这种实例尤其可以在文献US 3, 519, 092,US 3，997，011以及文献US 4，572，307中找到，同样地也在本文的图2中示出。
[0004]以上所描述类型的钻头的问题是，反射的能量(即，从岩面反射的能量)的程度太大，以至于这可损坏钻头以及其它相关联设备。
[0005]在US 5，947，215中，公开了一种钻头，该钻头具有单个位于中心的比保径球齿的直径大的前球齿，并且其中，保径球齿的最前部与前球齿位于共同平面中，或者前球齿更向前凸出。这样的目的是提供良好的钻头导向。
[0006]针对【背景技术】以及与之相关的问题和困难，已经作出本发明。
[0007]结合附图，本发明的目的和优点根据下面的描述将变得显而易见，其中，通过描述和实例，公开了本发明的实施例。
【发明内容】
[0008]一方面，本发明可以说是在于用于在冲击钻削中使用的钻头，该钻头包括具有前表面的本体、在前表面上的至少一个球齿(以下称“表面球齿”)以及多个保径球齿，球齿中的每一个都具有工作面，至少一个保径球齿工作面的至少一部分具有如下曲率，该曲率比至少一个表面球齿工作面的任何弯曲部分的曲率更多地偏离平坦(即，更明显、更尖或更锋利)，使得至少一个保径球齿工作面的所述部分比至少一个表面球齿工作面的所述部分凸出得更多。
[0009]本发明申请的上下文中，术语“工作面”应意指每个球齿的在钻削时与岩石相互作用的那一部分。
[0010]在一种形式中，至少一个保径球齿工作面的所述部分比至少一个表面球齿工作面的所述部分凸出得更多。
[0011]在一种形式中，表面球齿和保径球齿中每一个的工作面的至少一部分是弯曲的，在所述工作面(10a和20a)包括多个部分的情况下，每个部分可混入相邻的部分。
[0012]在一种形式中，表面球齿和保径球齿中的每一个的工作面的整体是弯曲的。
[0013]在一种形式中，至少一个保径球齿的工作面的曲率比至少一个表面球齿的工作面的曲率更明显。
[0014]在一种形式中，所述或每个保径球齿工作面比所述或每个表面球齿工作面凸出得更多。
[0015]在一种形式中，至少一个表面球齿的工作面的曲率半径比至少一个保径球齿的工作面的曲率半径大。
[0016]在一种形式中，表面球齿和保径球齿中的每一个都包括大致圆柱形本体。
[0017]在一种形式中，至少一个保径球齿的工作面是大致半球形(或圆顶形)。
[0018]在一种形式中，至少一个保径球齿的工作面的形状是大致抛物线形(或弹道形)。
[0019]在一种形式中，至少一个表面球齿的工作面成形为类似半球(或圆顶)的一段。
[0020]在一种形式中，至少一个表面球齿的工作面成形为类似抛物线形状(或弹道形形状)的一段。
[0021]在一种形式中，至少一个表面球齿的圆柱形本体的半径与所述至少一个表面球齿的工作面的弯曲部分的曲率半径不同。
[0022]在一种形式中，至少一个表面球齿的圆柱形本体的半径比所述至少一个表面球齿的工作面的弯曲部分的曲率半径小。
[0023]在一种形式中，至少一个保径球齿的圆柱形本体的半径与所述至少一个保径球齿的工作面的弯曲部分的曲率半径大致相等或者至少类似。
[0024]在一种形式中，该钻头包括多个表面球齿。
[0025]在一种形式中，至少一个表面球齿的工作面是平坦的或者大致接近平坦。
[0026]在进一步方面中，本发明可以说是在于用于在冲击钻削中使用的钻头，该钻头包括具有前表面的本体、在前表面上的至少一个球齿(以下称“表面球齿”)以及多个保径球齿，球齿中的每一个都具有工作面，该钻头的特征在于，与至少一个表面球齿工作面的任何弯曲部分的顶点相比，至少一个保径球齿的至少一部分具有带有更多凸出的顶点的曲率。
[0027]在一种形式中，所述或每个表面球齿相对于钻头的中心轴线偏移。
[0028]本发明的一个或多个实施例的详细描述随同通过根据本发明原理的实例示出的附图一起提供。尽管本发明和这些实施例一起描述，但是应理解的是，本发明不局限于任何实施例。相反地，本发明的范围仅受所附的权利要求书的限制，并且本发明包含多个替代例、修改例和等同例。为了示例性目的，多个具体细节在以下的描述中提出，以便提供对本发明的透彻理解。
[0029]本发明可以以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下而根据权利要求书实施。为了清楚，在与本发明相关的【技术领域】内公知的技术资料没有详细描述，使得本发明不会被非必要地模糊。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了使更好理解本发明，现将参考在本文中借助于附图描述的示例性实施例来描述本发明，在附图中:
[0031]图1是穿过钻头的本体的纵截面；并且
[0032]图2是穿过现有技术钻头的本体的横截面图。
[0033]在下面的描述中，遍及附图的几个示图，相同的附图标记表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0034]现在参考图1，其中描述了用于在冲击钻削中使用的钻头⑴。所述钻头⑴包括由合适的工具钢等级制成的钻头本体(2)，该钻头本体(2)具有:前表面(4)，该前表面(4)相对于钻头本体(2)纵向轴线基本横向延伸；以及后螺纹部￠)，该后螺纹部(6)使得钻头
(1)能够以可螺纹连接的方式附接到具有相应螺纹的钻杆(未示出)。
[0035]从前表面(4)凸出并轴向突出的多个表面球齿(10)位于前表面(4)上。
[0036]相对于钻头(1)的纵向轴线以一定角度倾斜的多个保径球齿(20)绕着前表面(4)的外周布置。所述保径球齿(20)凸出并突出，使得由保径球齿(20)限定钻削孔的直径。
[0037]球齿(10和20)压配合或收缩配合到所述的钻头本体(2)中，并且通常称为且甚至另称为嵌入件。球齿(10和20)由硬度比钻头本体(2)的材料硬的材料制成。
[0038]在一种情况中，每个球齿(10和20)都具有带有工作面(10a)的圆柱形本体，而在另一种情况中，工作面是每个球齿(10和20)的在钻削时与岩石相互作用的那一部分。在该实施例中，这些工作面(10a和20a)中的每一个都是凸形弯曲的。从如图1所示的相关联本体部分，测量表面球齿工作面(10a)的凸出距离F和保径球齿工作面(20a)的突出距离G，其中G大于F。
[0039]每个保径球齿(20)工作面(20a)的曲率比至少一个表面球齿(10)工作面(10a)的曲率更明显。这就是说，表面球齿(10)的工作面(10a)的曲率半径(RF)明显比保径球齿(20)的工作面(20a)的曲率半径(RG)大。
[0040]进一步地，在表面球齿(10)的情形中，工作面的曲率半径(RF)显著大于表面球齿
(10)的圆柱形本体的半径(R')。与此对照，对于保径球齿(20)中的每一个球齿，工作面的曲率半径(RG)基本等于保径球齿(20)的圆柱形本体的半径(R")。
[0041]然后，在表面球齿(10)的情形中，工作面(10a)的曲率半径(RF)大到使得工作面接近平坦表面或者成为大致平坦表面，因此表面球齿(10)工作面(10a)没有凸起或具有很小的凸起，并且当然比保径球齿(20)工作面(20a)的凸起小。
[0042]所进行的试验显示出，使用较尖的球齿例如保径球齿(20)的穿透岩石所需要的力小于使用较钝的球齿例如表面球齿(10)所需的力。
[0043]那么，假设在岩面是平坦的情况下，对于任何岩石以及文中的钻孔，在孔的一端和侧面之间的角部处的穿透阻力将会比在孔的该端处要高，按照本发明，如果保径球齿(20)的工作面(20a)比表面球齿(10)的工作面(10a)更尖，则是有利的，这是因为这将需要较小的穿透力，从而导致冲击能的浪费较小以及反过来反射的能量较小。越小的反射能量意味着对钻削设备及相关联设备的损坏越小。
[0044]与现有技术的钻头例如图2所示的钻头相比，以上描述的钻头(1)的进一步优点在于，钻削速度更高以及钻削效率提高。
[0045]在钻头中的所有保径球齿的形状可以是基本相同的，所述钻头或一钻头中的所有表面球齿的形状可以是基本相同的。
[0046]遍及说明书以及所附的权利要求书，除非文本以其它方式需要，词语“包含”和“包括”以及变体例如“包含着”和“包括着”应理解为意味着包括所述的整体或所述的整体组，但不排除任何其它整体或整体组。
[0047]本说明书中的参考的任何现有技术不是，也不应该理解为，承认任何形式的如下建议，即，这些现有技术成为公知常识的一部分。
[0048]本领域技术人员应该理解，本发明不局限于本发明的对所描述的具体应用的使用。本发明也不局限于本发明的关于本文描述的或记载的具体元件和/或特征的具体实施例。应该理解，在不脱离本发明的原理的情况下，可以作出各种变型。因此，本发明应理解为包括在本发明范围内的所有这些变型。
【权利要求】
1.一种用于在冲击钻削中使用的钻头(I)，所述钻头(I)包括具有前表面(4)的本体(2)、位于所述前表面上的至少一个球齿(以下称为“表面球齿”)(10)以及多个保径球齿(20)，所述球齿(10和20)中的每一个都具有工作面(1a和20a)，其特征在于，至少一个所述保径球齿(20)工作面(20a)的至少一部分具有如下曲率，该曲率比至少一个所述表面球齿(10)工作面(1a)的任何弯曲部分的曲率更多地偏离平坦，使得至少一个所述保径球齿(20)工作面(20a)的所述部分比至少一个所述表面球齿(10)工作面(1a)的所述部分凸出得更多。
2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述表面球齿和保径球齿(10和20)中的每一个的所述工作面(1a和20a)的至少一部分是弯曲的。
3.根据权利要求2所述的钻头，其特征在于，所述表面球齿和保径球齿(10和20)中的每一个的所述工作面(1a和20a)的整体是弯曲的。
4.根据权利要求3所述的钻头，其特征在于，至少一个所述保径球齿(20)的所述工作面(20a)的曲率比至少一个表面球齿(10)的所述工作面(1a)的曲率更多地偏离平坦。
5.根据权利要求3或4所述的钻头，其特征在于，每个保径球齿(20)工作面(20a)从与之相关联的本体部分比所述或每个表面球齿(10)工作面(1a)凸出得更多。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的钻头，其特征在于，至少一个保径球齿(20)的所述工作面(20a)是基本半球形。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的钻头，其特征在于，至少一个表面球齿(10)的所述工作面(1a)大致成形为类似半球的一段。
8.根据前述任一项权利要求中任一项所述的钻头(I)，其特征在于，所述表面球齿和保径球齿(10和20)中的每一个包括大致圆柱形本体。
9.根据前述任一项权利要求中任一项所述的钻头(I)，其特征在于，所述钻头(I)包括多个表面球齿(10)。
10.根据前述任一项权利要求中任一项所述的钻头(I)，其特征在于，所述钻头(I)具有中心轴线，并且所述或每个表面球齿(10)相对于所述中心轴线偏移。
11.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，至少一个表面球齿(10)的所述工作面(1a)是平坦的或者接近基本平坦。
【文档编号】E21B10/36GK104302862SQ201380015884
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】肯尼斯·拉尔森 申请人:山特维克知识产权股份有限公司