一种用于牙轮钻头的扁锥球形齿的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井的牙轮钻头合金切削齿，特别涉及到一种用于牙轮钻头的扁锥球形齿。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，锥球齿是用于硬和中硬岩层，锥球齿吃入性较好，但在钻遇较硬夹层时容易折断。
[0003]球头齿是用于牙轮钻头的一种重要的切削齿形，用于钻凿研磨性地层。球头齿齿冠高通常较小，齿顶面积较大，很难吃入地层，在牙轮钻头的实际使用过程中球头齿通常是依靠磨削钻进，钻头机械钻速较慢，且因露高较小很容易磨秃。
【发明内容】
[0004]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了一种地层适应能力强、切削效率高和使用寿命长的用于牙轮钻头的扁锥球形齿。
[0005]本实用新型为解决上述存在的技术问题所采用的技术方案为:
[0006]包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交于齿冠顶点的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥球状光顺曲面，齿冠顶部的齿顶呈椭球或卵球面状，并与齿冠侧向光顺相接，且齿冠顶点离齿柱中心轴线距离为0~10mm。
[0007]按上述方案，所述的椭球或卵球面状齿顶沿其长轴方向一侧倾斜。
[0008]按上述方案，所述的齿冠顶点偏离齿柱中心轴线2~10 mm，所述的两条正交的空间曲线一条为非对称的正向空间曲线，另一条为对称的侧向空间曲线，所述的正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线和齿冠顶点轴线所形成的正向平面内，所述的侧向空间曲线位于经过齿冠顶点轴线且与正向平面正交的侧向平面内。
[0009]按上述方案，所述的正向空间曲线一侧由向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，另一侧由向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，正向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°，两侧的曲线不对称，且齿冠顶点所在位侧的曲线夹角大于另一侧曲线的夹角。
[0010]按上述方案，所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，两侧的曲线对称，侧向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°。
[0011]按上述方案，所述的齿冠顶点与齿柱中心轴线距离为0，所述的两条正交的空间曲线一条为自底圆面延伸至齿冠顶点的正向空间曲线，另一条为对称的侧向空间曲线，所述的正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线的正向平面内，所述的侧向空间曲线位于经过齿柱中心轴线且与正向平面正交的侧向平面内。
[0012]按上述方案，所述的正向空间曲线由一侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，正向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°。
[0013]按上述方案，所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，两侧的曲线对称，侧向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°。
[0014]按上述方案，所述的向上内倾的外凸曲线为圆弧或样条曲线。
[0015]按上述方案，所述的正向空间曲线顶部圆弧半径大于侧向空间曲线顶部圆弧半径；所述的侧向空间曲线下端切线与底面夹角小于正向空间曲线下端切线与底面夹角。
[0016]按上述方案，所述的扁锥球形齿由硬质合金制成，或由硬质合金与金刚石层复合
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[0017]本实用新型的有益效果在于:1、增大了齿沿牙轮旋转方向的横截面积，提高了牙齿的结构强度和抗冲击性能；2、减小齿的滑移剪切力臂，提高牙齿抗折断能力。3、齿顶呈椭球或卵球面状，改善齿的应力分布，延长齿的有效使用寿命。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型第一个实施例的立体视图。
[0019]图2为图1中正向空间曲线的正视图。
[0020]图3为图1中侧向空间曲线的正视图。
[0021]图4为本实用新型第二个实施例的立体视图。
[0022]图5为本实用新型第二个实施例的正视图。
[0023]图6为本实用新型第二个实施例的侧视图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
[0025]本实用新型的一个实施例如图1-3所示，包括齿柱I和齿冠2，齿柱为圆柱状，齿柱上端为齿冠，所述齿冠顶点3偏离齿柱中心轴线4的间距H=2 mm ;所述的齿冠表面是由两条正交于齿冠顶点的空间曲线和底圆5形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥球状光顺曲面，所述的两条正交的空间曲线一条为非对称的正向空间曲线7 (图1中虚线所示)，另一条为对称的侧向空间曲线6(图1中虚线所示)；正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线和齿冠顶点轴线所形成的正向平面内，由两侧向上内倾的弧线Rl、R4 (A1B1、E1D1,曲率半径 Rl=14.5mm，R4=13.5mm)与顶部圆弧曲线 R2、R3 (B1C1、D1C1，R2=4mm，R3=10mm)光顺连接而成。所述的侧向空间曲线位于经过齿冠顶点轴线且与正向平面正交的侧向平面内，所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的弧线R5 (A2B2、E2D2，R5=23.8mm)与顶部圆弧曲线R6(B2C1、D2C1，R6=5.5mm)光顺连接而成。
[0026]本实用新型第二个实施例如图4-6所示，其与上一个实施例的不同之处在于所述的齿冠顶点3与齿柱中心轴线4距离为0，所述的正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线的正向平面内，所述的侧向空间曲线位于经过齿柱中心轴线且与正向平面正交的侧向平面内。所述的正向空间曲线7(图4中虚线所示)自底圆面延伸至齿冠顶点3，由一侧向上内倾的的弧线R7 (F1G1，曲率半径R7=30mm)与顶部圆弧曲线R8 (G1H1，R8=9mm)光顺连接而成，弧度为90° ;所述的侧向空间曲线6 (图4中虚线所示)由两侧向上内倾弧线R9 (J1K1、NlMl，R9=15mm)与顶部圆弧曲线RlO (K1LUL1M1，R10=6.5mm)光顺连接而成，弧度为180°。通过三维设计软件曲面造型构成向上收缩、齿冠呈半锥半扁锥状光顺曲面，齿冠顶点3在齿柱轴线4上。
【主权项】
1.一种用于牙轮钻头的扁锥球形齿，包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交于齿冠顶点的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥球状光顺曲面，齿冠顶部的齿顶呈椭球或卵球面状，并与齿冠侧向光顺相接，且齿冠顶点离齿柱中心轴线距离为0~10mm。2.按权利要求1所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的椭球或卵球面状齿顶沿其长轴方向一侧倾斜。3.按权利要求1或2所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的齿冠顶点偏离齿柱中心轴线2~10 mm，所述的两条正交的空间曲线一条为非对称的正向空间曲线，另一条为对称的侧向空间曲线，所述的正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线和齿冠顶点轴线所形成的正向平面内，所述的侧向空间曲线位于经过齿冠顶点轴线且与正向平面正交的侧向平面内。4.按权利要求3所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的正向空间曲线一侧由向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，另一侧由向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，正向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°，两侧的曲线不对称，且齿冠顶点所在位侧的曲线夹角大于另一侧曲线的夹角。5.按权利要求4所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，两侧的曲线对称，侧向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°。6.按权利要求1所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的齿冠顶点与齿柱中心轴线距离为O，所述的两条正交的空间曲线一条为自底圆面延伸至齿冠顶点的正向空间曲线，另一条为对称的侧向空间曲线，所述的正向空间曲线位于经过齿柱中心轴线的正向平面内，所述的侧向空间曲线位于经过齿柱中心轴线且与正向平面正交的侧向平面内。7.按权利要求6所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的正向空间曲线由一侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，正向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85° ;所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的外凸曲线与顶部圆弧光顺连接而成，两侧的曲线对称，侧向空间曲线下端切线与底圆面夹角为57°?85°。8.按权利要求5或7所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的向上内倾的外凸曲线为圆弧或样条曲线。9.按权利要求5或7所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的正向空间曲线顶部圆弧半径大于侧向空间曲线顶部圆弧半径；所述的侧向空间曲线下端切线与底面夹角小于正向空间曲线下端切线与底面夹角。10.按权利要求1所述的用于牙轮钻头的扁锥球形齿，其特征在于所述的扁锥球形齿由硬质合金制成，或由硬质合金与金刚石层复合而成。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于牙轮钻头的扁锥球形齿，包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交于齿冠顶点的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥球状光顺曲面，齿冠顶部的齿顶呈椭球或卵球面状，并与齿冠侧向光顺相接，且齿冠顶点离齿柱中心轴线距离为0~10mm。本实用新型的有益效果在于：1、增大了齿沿牙轮旋转方向的横截面积，提高了牙齿的结构强度和抗冲击性能；2、减小齿的滑移剪切力臂，提高牙齿抗折断能力。3、齿顶呈椭球或卵球面状，改善齿的应力分布，延长齿的有效使用寿命。
【IPC分类】E21B10/16
【公开号】CN204782773
【申请号】CN201520478435
【发明人】朱明 , 郭忠志, 宋满华, 童金旺
【申请人】江汉石油钻头股份有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月6日