可开闭式钻头的制作方法

本发明涉及钻头的技术领域，尤其涉及一种可开闭式钻头，用于通过钻杆中心不提钻下套管或仪器等物品钻进工艺施工中，特别适用于松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工进行钻杆中心下筛管工艺。

背景技术：

本申请人早期申请的实用新型专利“钻探用内芯可脱式钻头”(ZL:200820028443.1)中解决了不提钻通过钻杆中心通孔下管的问题。该钻头可实现钻进成孔后，通过钻杆内孔下入筛管，以保持钻孔瓦斯抽采的通道畅通，但是涉及钻头的内芯是可脱式的，下管后会将内芯遗留在孔内，内芯不能重复利用，造成材料浪费。早期申请的实用新型专利“一种铰接型内心可开闭式钻头”(ZL201220238740.5)中解决了中心翼片遗留在孔内的问题，实现了中心翼片的可重复利用，避免了材料浪费。但其钻头体上的凹槽是一种通槽结构，导致钻头体整体强度降低，可靠性降低，当钻遇岩石较硬时钻头体受力较大容易发生变形而卡紧中心翼片，进而导致下筛管时中心翼片无法正常打开，筛管无法顺利下入孔底，制约了该钻头通过钻杆内孔下入筛管功能的实现。

钻头体容易变形问题一直是困扰和阻碍工艺推广的关键问题，期间我们也多次尝试更换不同的钻头体材料，同时钻头体材料进行多种工艺的热处理等，结果都不理想，其原因在于通槽式结构破坏了钻头体的整体性能，使得钻头体无法满足孔底碎岩过程中复杂的受力情况，部分能改善问题的方案都伴随着高昂的生产成本，不满足产品的工业推广。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种可开闭式钻头，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可开闭式钻头，其结构简单，装卸便利，用以解决钻杆内下筛管钻孔施工时，当钻遇岩石较硬时钻头体受力较大容易发生变形导致钻头中心翼片无法正常打开的技术问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种开闭式钻头，包括空心钻头体以及与该空心钻头体铰接的中心活动翼片，所述空心钻头体设有三个及以上的刀翼，所述刀翼上至少设有一个切削齿，其特征在于：

所述中心活动翼片设有至少一个切削齿且通过弹簧定位销定位于空心钻头体，所述空心钻头体上有安装中心活动翼片的凹槽，中心活动翼片的一端通过铰接结构连接在空心钻头体凹槽内，另一端设有一定位槽，所述定位槽供弹簧定位销在中心活动翼片闭合时卡在其内进行定位，所述凹槽为半开放式凹槽结构，所述铰接结构处于凹槽开放的一端，所述中心活动翼片实现绕铰接结构转动，以实现中心活动翼片的开闭。

其中：所述半开放式凹槽为U形结构，所述U形结构两侧面的平面互相平行，所述半开放式凹槽开放的一端为通槽，所述半开放式凹槽封闭的另一端为盲槽并带有圆角。

其中：所述中心活动翼片的一端设有与弹簧定位销配合的定位槽，另一端设有供铰接结构贯穿的铰接孔，且所述中心活动翼片的一侧上缘设有可供焊接切削齿的齿窝。

其中：所述U形结构的两侧面对应设有半球形凹槽，所述中心活动翼片的铰接孔的中部设有上通孔，所述铰接结构包含位于两侧的球形销以及位于中间的插销，所述两侧的球形销的端部为可伸入半球形凹槽内以实现铰接的半球形凸起，后部为可沿铰接孔滑动的柱体。

其中：所述销轴能插入U形结构的凹孔中，并贯穿中心活动翼片的铰接孔。

其中：所述弹簧定位销包括球形弹珠、圆柱状套筒和弹簧，所述圆柱状套筒的外缘设有外螺纹，以与安装孔的内螺纹啮合，并实现相对安装孔的移动，所述球形弹珠与弹簧位于圆柱状套筒内，所述球形弹珠位于圆柱状套筒收口一端，所述弹簧位于球形弹珠与圆柱状套筒另一端端面之间。

其中：所述中心活动翼片底部两端带有圆角或斜角。

通过上述内容，本发明在满足产品特殊设计需要的同时保持了钻头体的整体性，钻头体的整体结构没有被破坏，在孔底碎岩过程中复杂的受力情况下，该结构保持了较高的强度，从根本上解决了钻头体容易变形的技术问题，保障了中心翼片的正常开闭。

凹槽为半开放式结构，凹槽封闭的一端两侧钻头体没有被分割，在满足产品特殊设计需要的同时保持了钻头体的整体性，钻头体的整体结构没有被破坏，在孔底碎岩过程中复杂的受力情况下，该结构保持了较高的强度，从根本上解决了钻头体容易变形的技术问题，保障了中心翼片的正常开闭。

铰接结构也可以为球头铰接，凹槽内铰接凹槽为球形，铰接凹槽最大深度等于球形半径，对应铰接销与铰接凹槽配合面也为球面，铰接凹槽球形直径大于等于铰接销球头部位直径。常规的销轴铰接方式，铰接销轴与轴孔为线性接触，在中心翼片受到垂直于轴向的作用力时，由于结构限制，销轴偏细，在轴向力作用下很容易发生弯曲变形，进而导致钻头打开机构失效，为此前期我们也做了大量的工作，对销轴材料进行了优选并结合不同的处理工艺逐一进行了试用分析，但在孔底碎岩复杂的受力条件下，销轴的受力难以控制，试用效果不佳，部分能提高试用效果的方案中，销轴的材料及工艺方法加工成本高昂，不满足产品的工业推广。本发明涉及的球头铰接方式，解决了这一问题，由于球头铰接结构铰接销与凹槽开放一端凹槽接触为球面接触，使得翼片受力更加分散，避免了单一方向受力过大导致的变形，球面接触使得铰接机构更加灵活，同时减小了铰接销与钻头体的接触面积，减小了受力面，解决了由于销轴变形导致中心翼片无法打开的情况，提高钻头的可靠性。

定位装置通过弹簧定位销、中心活动翼片及空心钻头体共同实现。弹簧定位珠安装在空心钻头体凹槽封闭一端的定位孔内，中心活动翼片处于闭合状态时，弹簧定位销弹珠位置刚好伸入中心活动翼片一端的定位坑或定位槽实现定位。位置位于空心钻头体凹槽内的弹簧定位珠避免了翼片打开时接触孔壁或拧卸钻杆回转过程中接触孔壁或孔内岩粉，空心钻头体对弹簧定位珠形成了一种保护，使得定位珠减少了外力因素导致的磨损，定位珠寿命更长更耐用。

本发明在淮南矿区进行了现场试验，累计试验钻头3只，钻头平均寿命达590米，钻头寿命提高40-50％，钻进时效提高30％以上，试验产品在使用过程中均未出现变形情况，直到钻头切削齿失效时钻头打开机构依旧稳定可靠，本发明成功解决了钻头变形打不开的问题，充分验证了本发明的正确性及先进性。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的可开闭式钻头的结构示意图。

图2显示了本发明中空心钻头体的俯视图；

图3显示了图2的剖视图；

图4显示了本发明的球头铰接结构示意图；

图5显示了本发明的轴孔铰接结构示意图；

图6显示了本发明中心活动翼片的示意图；

图7显示了本发明弹簧定位销的示意图。

具体实施方式

参见图1，显示了本发明可开闭式钻头的一个实施例。

该开闭式钻头包括空心钻头体1以及与该空心钻头体1铰接在一起的中心活动翼片2，所述空心钻头体1设有三个及以上的刀翼，所述刀翼上至少设有一个切削齿5，所述中心活动翼片2设有至少一个切削齿5且通过弹簧定位销3定位于空心钻头体。

其中，所述空心钻头体1上加工有安装中心活动翼片2的凹槽4，中心活动翼片2的一端通过铰接结构连接在空心钻头体凹槽4内，另一端设有一定位槽17，所述定位槽供弹簧定位销3在中心活动翼片2闭合时卡在其内进行定位。优选的是，所述凹槽4为半开放式凹槽结构，所述铰接结构处于凹槽4开放的一端23，弹簧定位销3处于在凹槽4封闭的另一端22，所述中心活动翼片2可实现绕铰接结构转动，以实现中心活动翼片2的开闭。

所述铰接结构可采用销轴铰接结构或球头铰接结构。钻头使用时，钻孔施工完不从钻孔内不拔出钻杆钻头，从钻孔孔口钻杆的内孔向钻孔内下入筛管，当筛管到达钻头中心活动翼片2处时，继续下入捅开中心活动翼片2，使其处于张开状态，实现筛管顺利进入孔底，这时提出钻杆钻头，将筛管留入孔内。

通过图2可知，本发明的可开闭式钻头中，所述半开放式凹槽4为U形结构，所述U形结构两侧面的平面24、25互相平行，所述半开放式凹槽4开放的一端23为通槽，所述半开放式凹槽4封闭的另一端22为盲槽并带有圆角26，以便于加工。

通过图3可知，本发明可开闭式钻头中，所述铰接结构位于空心钻头体1中附图标记10的位置，所述弹簧定位销3安装于空心钻头体1的安装孔11的位置。

图6显示了本发明的中心活动翼片2的结构示意图，所述中心活动翼片2的一端设有与弹簧定位销3配合的定位槽17，另一端设有供铰接结构贯穿的铰接孔15，且所述中心活动翼片2的一侧上缘设有可供焊接切削齿5的齿窝9，为了提供开闭运动的避免干涉，所述中心活动翼片2的两端下缘均设有圆角27、28，以在中心活动翼片2绕铰接结构旋转做开闭运动时与空心钻头体1之间更为灵活，也不会干涉。

图4和图5分别显示出本发明可开闭式钻头中优选的两种铰接结构，所述图4显示了球头铰接，所述U形结构的两侧面对应设有半球形凹槽10，所述中心活动翼片2的铰接孔15的中部设有上通孔14，所述铰接结构包含位于两侧的球形销12以及位于中间的插销13，所述两侧的球形销12的端部为可伸入半球形凹槽10内以实现铰接的半球形凸起，后部为可沿铰接孔15滑动的柱体，所述插销13可插入两球形销12中间，以将球形销12顶入半球形凹槽，而一旦拔出插销13，则可方便的取消球形销12，以拆除中心活动翼片2。

所述图5显示了销轴铰接，所述销轴12可插入U形结构的凹孔16中，并贯穿中心活动翼片2的铰接孔15，以同样实现中心活动翼片2铰接于空心钻头体1上，使中心活动翼片2可以绕铰接结构旋转，实现中心活动翼片2的打开及闭合。

图7示出本发明可开闭式钻头用于实现中心活动翼片2在闭合时与空心钻头体1之间定位用的弹簧定位销3的结构，所述弹簧定位销3主要包括球形弹珠19、圆柱状套筒20和弹簧21，所述圆柱状套筒20的外缘可设有外螺纹，以与所述安装孔11的内螺纹啮合，并实现相对安装孔11的移动，所述球形弹珠19与弹簧21位于圆柱状套筒20内，所述球形弹珠19位于圆柱状套筒20收口一端，所述弹簧21位于球形弹珠19与圆柱状套筒20另一端端面之间，工作时，弹簧21压住球形弹珠19，由于球形弹珠19位于圆柱状套筒20收口的一端，球形弹珠19并不会脱离圆柱状套筒20，而是露出球形弹珠19的一部分，当中心活动翼片2闭合时，球形弹珠19露出的一部分在弹簧21的作用下会伸入中心活动翼片2的定位槽17中实现定位，给予中心活动翼片2一定的预紧力，使其在正常钻进是不会张开。

可选的是，所述凹孔16为带有圆柱面的孔，对应铰接的销轴12与凹孔16的配合面也为圆柱面，这种设置有效提高了铰接强度和耐磨效果。

本领域技术人员可知的是，弹簧定位销3可通过螺纹连接、紧配合连接或粘接连接方式安装于空心钻头体1上，中心活动翼片2上有与弹簧定位销3对应的定位槽17。

由此可见，本发明公开了一种通过钻杆中心下入筛管或其他仪器设备、或通过钻杆中心实现孔内灭火功能的可开闭钻头。钻头包括带有切削齿5的空心钻头体1以及与该空心钻头体1铰接在一起的带有切削齿5的中心活动翼片2、定位中心活动翼片2的弹簧定位销3。空心钻头体1上加工有安装中心活动翼片2的凹槽4，中心活动翼片2一端通过铰接方式连接在空心钻头体凹槽4内，另一端通过弹簧定位销3进行定位。中心活动翼片2通过铰接销12实现在空心钻头体1上的开闭。空心钻头体1上凹槽4为半开放式凹槽结构，铰接结构处于凹槽4开放的一端23，定位装置处于在凹槽4封闭的一端22。采用这样结构的钻头使得空心钻头体1的整体强度更好，相比开放式凹槽结构，空心钻头体1不容易变形而卡死中心活动翼片2，从而提高了钻头中心活动翼片打开的成功率，提高了可开闭钻头的可靠性。开放式凹槽4整体为U形结构，凹槽4两侧平面相互平行，凹槽4封闭一端22为圆角，便于加工。中心活动翼片2底部两端带有圆角或斜角，能减少闭合运动时与空心钻头体1的干涉。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。