CN104428484B - 切削元件、切削工具和在钻孔内切削的方法 - Google Patents
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Abstract
一种切削元件，包括：具有两个平面的本体，所述两个平面中的每个限定多个边缘；和从所述两个平面中的第一平面延伸的支撑件。所述支撑件和所述本体构造成，当所述多个边缘中的至少一个以及支撑件接触一平表面，所述两个平面中的第二平面上的所述多个边缘中的边缘形成切削刃，所述两个平面中的该第二平面与该平表面形成锐角。切削元件的所述两个平面中的第二平面种形成有凹部，所述凹部的尺寸和位置使得，当与所述切削元件基本相同的第二切削元件的两个平面中的第一平面抵接在所述切削元件的两个平面中的第二平面上时，所述凹部能够接收第二切削元件的支撑件。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年6月22日提交的美国申请No.13/530,942的优先权，该申请的全部内容通过引入结合在此。
背景技术
诸如在井下应用场合中使用的铣刀之类的切削工具例如可以利用粘附于工具表面的多个切削元件制造。这些切削元件可以是通过破碎更大物块而制成的随机形状的颗粒。作为替换，可以使用例如诸如机加工和模制之类的工艺将切削元件精确地成型成可重复的形状。不管制造单独的切削元件所使用的工艺如何，这些元件典型地以随机的取向粘附于铣刀。这些随机的取向相对于铣刀表面在最大高度产生不一致。此外，切削表面相对于目标材料的角度是随机的，因此很少会接近便于有效切削的最佳角度。除均匀性之外，常常需要比单层切削元件所能实现工具寿命更长的工具寿命。当相对于目标以有利的角度更精确地成型的元件叠置成多层时，第二层通常具有随机的取向。能够以有利的受控取向叠置的精确成型的元件将在工业上很受欢迎。
发明内容
在此公开了一种切削元件。该切削元件包括：具有两个平面的本体，所述两个平面中的每个平面限定多个边缘；和从所述两个平面中的第一平面延伸的支撑件。所述支撑件和所述本体构造成使得，当切削元件搁置在一平表面上使得所述多个边缘中的至少一个边缘以及支撑件接触所述平表面时，所述两个平面中的第二平面上的所述多个边缘中的边缘形成切削刃，所述两个平面中的所述第二平面与所述平表面形成锐角。切削元件的所述两个平面中的第二平面中形成有凹部，所述凹部的尺寸和位置使得，当与所述切削元件基本上相同的第二切削元件的两个平面中的第一平面抵靠在所述切削元件的两个平面中的第二平面上时，所述凹部能够接收第二切削元件的支撑件。
在此还公开了一种伸长切削元件。所述伸长切削元件包括两个上述切削元件，所述两个切削元件叠置并附接在一起，使得所述两个切削元件中的第一切削元件的支撑件接合在所述两个切削元件中的第二切削元件的凹部中。
在此还公开了一种切削工具。所述切削工具包括：带有表面的主体；和附接于所述表面的多个上述伸长切削元件，多个所述多个伸长切削元件定向成使得第一支撑件以及至少一个切削刃接触所述表面。
此外，在此还公开了在钻孔内切削的方法。该方法包括：使上述切削工具在钻孔内旋转；使所述多个伸长切削元件中的一个或多个接触钻孔中的目标；和切削所述目标。
附图简要说明
如下的描述不应该以任何方式被认为是限制。参照附图，同样的元件标号相同：
图1示出了在此所公开的切削元件的侧视图；
图2示出了图1的切削元件的俯视图；
图3示出了在此公开的三个切削元件的透视图，每个切削元件具有叠置在一起的图1和图2的两个切削元件。
图4示出了图3的切削元件中的一个切削元件的侧视图；和
图5示出了在此公开的切削工具的一部分的透视图。
具体实施方式
参照这些图，通过示例而不是限制的方式在此呈现了所披露的设备和方法的一个或多个实施例的详细说明。
参照图1和图2，以附图标记12示出了在此公开的切削元件的实施例。切削元件12包括本体16和支撑件28。本体16具有限定多个边缘24A的第一平面20A和限定多个边缘24B的第二平面20B。支撑件28延伸到第一平面20A之外，使得切削元件12能够搁置在一平表面32上，边缘24A中的至少一个边缘和支撑件28同时接触该平表面32。该平表面32可以位于切削元件12所附接的切削工具36上。应当指出，工具也可以具有切削元件12、48(参见图3-5)能附接在其上的不平的表面。在切削元件12搁置在平表面32上的情况下，第二平面20B与平表面32形成锐角40，第二平面20B上的边缘24B为切削刃。
另外，参见图3和图4，第二平面20B中具有一凹部44，所述凹部44的构造和尺寸使得可接收另一切削元件12的支撑件28，使得该另一切削元件12的第二平面20B抵靠在切削元件的第一平面20A上。两个或更多个切削元件12可以相对于彼此定位成使得它们叠置并附接在一起而形成伸长切削元件48。在组合起来制成其中一个伸长切削元件48的切削元件12具有基本上相同的尺寸和形状的实施例中，支撑件28和凹部44可以构造成共同定向切削元件12，使得这两个切削元件12的第二平面20B与平表面32形成相同的锐角40。虽然在所示的实施例中凹部44和支撑件28看来似乎允许切削元件12中的一个切削元件相对于切削元件12中的另一个切削元件在它们附接在一起之前转动，但是，其中凹部44和支撑件28使切削元件12彼此可旋转地固定的实施例只是一个选择。支撑件28在凹部44内的配合也可以用来提供两个切削元件12在它们彼此附接之前的对齐。
另外，在示出的实施例中，平面20A和平面20B在几何上彼此相似并且具有相同的尺寸，从而使本体16为正多面体。其中平面20A和平面20B在几何上彼此不相似、尺寸也不相同的替换实施例也是可行的。限定边缘24A、24B的各个平面20A、20B的周界可以具有各种形状，包括多边形、以及具有偏离(例如附图所示的圆形拐角49和凹槽50)的近似多边形的形状。凹槽50的引入具有当切削元件12中的裂纹与凹槽50相交时中断所述裂纹在切削元件12中传播的附加特征。并且，从目标52上去除的碎屑形成物可能小于不存在凹槽50的情况下的碎屑形成物，这是因为凹槽50实质上将其中一个切削刃24B分成两个或更多个这样的切削刃24B。另外，尽管在附图的实施例中平面20A、20B显示为彼此平行，但也可以替换为彼此倾斜。通过使一个这样构造的元件相对于另一个类似构造的元件在附接在一起之前转动，可以使这样的平面相对于平表面32形成选定的锐角。
切削元件12的第一平面20A和支撑件28可以构造成使得锐角40具有特定值。经验表明，当锐角40处于10到30度之间时，切削刃24B能够有效地切削目标52或切削与切削元件12相对移动的工件。并且锐角40设定在约20度时显示了尤其有效的切削。经验还表明，当切削刃24B由第二平面20B与本体16的面56之间的90度角限定时能够有效切削。此外，切削元件12定向在切削工具36的平表面32上使得，切削元件12沿着箭头60的方向相对于目标52(目标52是不动的)的运动使得面56与目标52之间形成前角64，第二平面20B与目标52之间形成后角62，后角62对切削目标52相当有效。
定向切削元件12使得面56与目标52形成前角64还将施加于切削元件12、48的载荷沿着箭头68的方向通过本体16的尺寸72进行分布。由于元件12破裂得更少，这种定向能够提高切削元件12的耐用性，尤其是在尺寸72被设定成大于本体16的尺寸76的时候。
虽然在示出的实施例中在边缘24B与凹部44之间的平面20B上存在一平的刃带80，但是，也可以想到没有平的刃带80的其它实施例。在没有平的刃带80的情况下，一替代性的凹部(未显示)可一直延伸到切削刃，替代性的支撑件的壁可以与这样的凹部互补。
图5示出了在此公开的切削工具36的一部分的透视图。工具36包括主体84，主体84绕轴线88在箭头92的方向上旋转。多个切削元件48附接于工具36的表面32，使得它们相对于目标52运动，如图1和图4所示。作为替换，也可以在单个工具的表面上附接切削元件48和切削元件12的组合。元件48可以在表面32上沿着径向轮辐定向，或者有或者没有元件12定位在径向轮辐之间的间隔中的表面32上。
在此公开的切削工具36最适合用于切削目标52。在井下应用中，例如需要从地层钻孔去除目标52的井下应用，目标52可以由石块、泥土、金属、陶瓷、聚合物、单体和上述物质的组合构成。由例如钢、碳化钨、碳化钨基体、多晶体金刚石、陶瓷和它们的组合的硬质材料制造切削元件12、48，例如允许良好的切削性能，同时也提供了工具36和切削元件12、48的长寿命。
虽然已经参照示例性实施方式对发明进行了描述，但是本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的范围的前提下可以做出各种修改并且其元件可以替换为各种等同元件。另外，在没有脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多改进，以使具体情形或材料适应本发明的教导。所以，本发明不局限于作为执行本发明的最佳方式的所公开的特定实施例，而是，本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施方式。而且，在附图和描述中，已经披露了本发明的示例性实施方式，尽管可能已经使用了特殊的术语，但是，除非另有说明，这些术语仅仅是作用一般描述性意义使用的，并不是出于限制的目的，因而本发明的范围不局限于此。此外，术语“第一”、“第二”等等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是术语“第一”、“第二”等等被用来将一个元件与另一个元件区分开来。此外，术语“一”的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。
Claims (17)
1.一种切削元件，其包括：
具有两个平面的本体，所述两个平面中的每个平面均限定多个边缘；和
从所述两个平面中的第一平面延伸的支撑件，所述支撑件和所述本体构造成使得，当切削元件搁置在一平表面上使得所述两个平面中的第一平面的多个边缘中的至少一个边缘以及支撑件接触所述平表面时，所述两个平面中的第二平面上的多个边缘中的边缘形成切削刃，所述两个平面中的所述第二平面与所述平表面形成锐角，切削元件的所述两个平面中的第二平面中形成有凹部，所述凹部的尺寸和位置使得，当与所述切削元件基本上相同的第二切削元件的两个平面中的第一平面抵靠在所述切削元件的两个平面中的第二平面上时，所述凹部能够接收第二切削元件的支撑件。
2.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述凹部和支撑件构造成使得这两个切削元件在位置上定向为使得，所述第二切削元件的两个平面中的第二平面与所述平表面形成基本上相同的锐角。
3.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述锐角在10到30度之间。
4.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述锐角为约20度。
5.如权利要求1所述的切削元件，其中，两个平面中的第二平面和限定切削刃的本体的面形成大体上90度的角度。
6.如权利要求1所述的切削元件，其中，在切削刃与凹部之间存在一平的刃带。
7.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述两个平面中的第一平面大体上平行于所述两个平面中的第二平面。
8.如权利要求1所述的切削元件，其中，所述两个平面中的第一平面的形状与所述两个平面中的第二平面的形状基本上相同。
9.一种伸长切削元件，其包括至少两个如权利要求1所述的切削元件，所述至少两个切削元件叠置并附接在一起，使得所述至少两个切削元件中的第二切削元件的支撑件接合在所述至少两个切削元件中的第一切削元件的凹部中。
10.如权利要求9所述的伸长切削元件，其中，所述至少两个切削元件中的每个切削元件均具有基本上相同的尺寸与形状。
11.如权利要求9所述的伸长切削元件，其中，所述至少两个切削元件中的第一切削元件的两个平面中的第二平面和平表面之间的锐角与所述至少两个切削元件中的第二切削元件的两个平面中的第二平面和平表面之间的锐角基本上相同。
12.一种切削工具，其包括：
带有至少一个表面的主体；和
多个如权利要求9所述的伸长切削元件，所述伸长切削元件附接于所述至少一个表面，所述多个伸长切削元件中的多个定向成使得第一支撑件以及至少一个切削刃接触所述至少一个表面。
13.如权利要求12所述的切削工具，其中，所述至少一个表面是平表面。
14.如权利要求12所述的切削工具，还包括多个如权利要求1所述的切削元件，所述切削元件附接于所述至少一个表面，所述多个切削元件中的多个定向成使得第一支撑件以及至少一个切削刃接触所述至少一个表面。
15.如权利要求14所述的切削工具，其中，所述多个伸长切削元件成组地定位在所述至少一个表面上并且与切削元件分开。
16.如权利要求15所述的切削工具，其中，成组的伸长切削元件沿着径向定向的轮辐定位在所述至少一个表面上。
17.一种在钻孔内切削的方法，所述方法包括：
使如权利要求12所述的切削工具在钻孔内旋转；
使所述多个伸长切削元件中的一个或多个伸长切削元件接触钻孔中的目标；和
切削所述目标。
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