CN104806171A - 钻头 - Google Patents

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CN104806171A CN201410505894.XA CN201410505894A CN104806171A CN 104806171 A CN104806171 A CN 104806171A CN 201410505894 A CN201410505894 A CN 201410505894A CN 104806171 A CN104806171 A CN 104806171A
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drill
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锁银飞
蒋文峰
邹锋
胡朝辉
刘若飞
于锦
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HUNAN FLYDISC NEW MATERIAL CO Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/54—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of the rotary drag type, e.g. fork-type bits

Abstract

本发明提供一种钻头。所述钻头包括圆柱形钻头本体和阵列设置于所述钻头本体的多个钻齿，所述钻齿包括工作层和填充层，沿着所述钻头本体的径向方向，所述工作层阵列间隔设置，所述填充层夹设于相邻二工作层之间，且所述工作层的硬度大于所述填充层的硬度。本发明提供的钻头具有钻进效率高、钻齿不易磨损与折断及钻头使用寿命长等优点，降低了施工人员的劳动强度，同时也减少了更换受损钻头的时间及资源上的浪费。

Description

钻头
技术领域
本发明涉及挖掘或钻探设备领域，尤其涉及一种用于挖掘或钻探用的钻头。
背景技术
在地质勘探中，尤其是在坚硬岩层深孔钻进中，目前的钻头的工作部钻齿主要是平面结构钻齿或锯齿状结构钻齿。在对特别坚硬的岩层钻进时，平面状结构钻齿的钻头常因与待钻面的接触面积较大而出现“打滑”现象或进尺缓慢。为了解决上述问题，技术人员一般会使用锯齿状结构钻齿的钻头，通常是多圈钻齿依次排列的设计，从而整体上减少了与待钻面的接触面积，并增加了钻齿与待钻面的接触点，使得对坚硬岩层钻进时不会出现“打滑”现象，并有效提高了钻进效率。但是，锯齿状结构钻齿的钻头在工作时，由于受侧压力、凹槽深度、钻齿唇面结构及材质等因素的影响，钻齿各部分受力不一与磨损不同步，容易造成钻头工作部内外侧钻齿被打断而缩短钻头的使用寿命，使得提钻更换钻头等辅助钻进时间大幅增加，从而造成时间和资源上的大量浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种钻进效率高、钻齿不易磨损与折断，且钻头使用寿命长的钻头。
本发明提供的钻头，包括圆柱形钻头本体和阵列设置于所述钻头本体的多个钻齿，其特征在于，所述钻齿包括工作层和填充层，沿着所述钻头本体的径向方向，所述工作层阵列间隔设置，所述填充层夹设于相邻二工作层之间，且所述工作层的硬度大于所述填充层的硬度。
在本发明的一种较佳实施例中，所述工作层为硬质合金层或金刚石层，所述填充层为软质合金层。
在本发明的一种较佳实施例中，所述工作层由铁、铜、镍和钴等单质金属粉末或者预合金粉末制备而成。
在本发明的一种较佳实施例中，所述填充层的高度为所述钻齿高度的20％-100％。
在本发明的一种较佳实施例中，所述钻头本体与所述工作层的材质相同。
在本发明的一种较佳实施例中，所述工作层的硬度介于10HRC～45HRC之间。
在本发明的一种较佳实施例中，所述钻头本体呈中空圆柱形，其包括相对设置的内壁面、外壁面以及连接所述内壁面和外壁面的二环状端面，所述内壁面围成所述钻头本体的内腔，所述多个钻齿均匀阵列设置于所述钻头本体的其中一个环状端面并围成环状。
在本发明的一种较佳实施例中，所述相邻两个钻齿之间设有过水槽，所述过水槽连通所述钻头本体的内腔和外侧。
在本发明的一种较佳实施例中，所述钻齿设有齿槽，所述齿槽呈开口状，其开口端朝向所述钻头本体的外侧。
在本发明的一种较佳实施例中，所述钻齿的截面形状为凹字形。
相较于现有技术，本发明提供的钻头的钻齿沿着所述钻头本体的径向方向包括多个间隔设置的工作层和夹设于相邻二工作层之间的填充层，且所述工作层的硬度大于所述填充层的硬度，在所述钻头的钻进过程中，所述填充层较先于所述工作层被磨损掉，形成凹槽，一方面，有利于所述钻齿各个位置的磨损同步、受力均匀，不易折断所述钻齿，另一方面，随着所述填充层被磨损掉而形成的凹槽的出现，可以增大所述钻齿与待钻面的接触点，同时还能减少所述钻齿与待钻面的接触面积，集中钻削力，提高钻进效率，而且形成的凹槽还可以用于容屑、排屑和冷却，进一步提高所述钻齿的容屑、排屑和冷却性能，从而提高所述钻头的钻进效率，并延长使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明提供的钻头的一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1所示钻头沿A-A线的剖视图；
图3是本发明提供的钻头的另一较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合参阅图1和图2，其中图1是本发明提供的钻头的一较佳实施例的结构示意图，图2是图1所示钻头沿A-A线的剖视图。所述钻头100包括圆柱形钻头本体1和阵列设置于所述钻头本体1的多个钻齿2。
所述钻头本体1呈中空圆柱形，其包括相对设置的内壁面11、外壁面12以及连接所述内壁面11和外壁面12的二环状端面13。所述内壁面11及外壁面12均呈圆柱状。所述内壁面11围成所述钻头本体1的内腔。
所述多个钻齿2均匀圆形阵列设置于所述钻头本体1的其中一个环状端面并围成环状。相邻两个所述钻齿2之间设有过水槽20。所述过水槽20即为相邻两个所述钻齿2之间的间隙。所述过水槽20连通所述钻头本体1的内腔和外侧，能够在所述钻头100工作时，通入冷却水对所述钻头100进行冷却降温，延长使用寿命。
每一钻齿2包括工作层21和填充层22。沿着所述钻头本体1的径向方向，所述工作层21阵列间隔设置，所述填充层22夹设于相邻二工作层21之间，即所述工作层21与所述填充层22相邻而设形成年轮状的同心圆结构。其中，所述工作层21的硬度大于所述填充层22的硬度。
所述工作层21的硬度通常优选介于10HRC～45HRC之间，具体可以根据实际需要而定。所述工作层21可以为硬质金属层或金刚石层。
优选的，所述工作层21可以由铁、铜、镍和钴等单质金属粉末或者预合金粉末根据所述工作层21的硬度要求按照不同配比制备而成。其中，铜可以是红铜、黄铜或青铜中的一种或者多种的组合。
所述填充层22可以为软质合金层。所述填充层22的形成过程可以简单表述为：首先在所述钻齿2形成多个间隔设置的凹槽(图未示)，然后在所述凹槽内填充硬度小于所述工作层21的硬度的材料。所述凹槽的深度和形状取决于所述钻齿2的高度，即所述填充层22的高度和形状。优选的，所述填充层22的高度h为所述钻齿2的高度H的20％-100％。在本实施例中，所述填充层22的高度h为所述钻齿2的高度H的100％，即所述填充层22与所述钻齿2等高。为了使所述钻齿2的工作层21受力均匀，所述凹槽的截面形状优选为类长方形，即所述填充层22的截面形状优选为类长方形。
所述钻头本体1与所述钻头2的工作层21的材质相同。
在本实施方式中，所述钻头100的钻齿2沿着所述钻头本体1的径向方向包括多个间隔设置的工作层21和夹设于相邻二工作层21之间的填充层22，且所述工作层21的硬度大于所述填充层22的硬度，在所述钻头100的钻进过程中，所述填充层22较先于所述工作层21被磨损掉，形成凹槽，一方面，有利于所述钻齿2各个位置的磨损同步、受力均匀，不易折断所述钻齿2，另一方面，随着所述填充层22被磨损掉而形成的凹槽的出现，可以增大所述钻齿2与待钻面的接触点，同时还能减少所述钻齿2与待钻面的接触面积，集中钻削力，提高钻进效率，而且形成的凹槽还可以用于容屑、排屑和冷却，进一步提高所述钻齿2的容屑、排屑和冷却性能，从而提高所述钻头100的钻进效率，并延长使用寿命。
作为上述实施方式的进一步改进，如图3所示，是本发明提供的钻头的另一较佳实施例的结构示意图。所述钻齿2还设有齿槽23。所述齿槽23呈开口状，其开口端朝向所述钻头本体1的外侧，与所述钻头本体1的内腔相对。所述齿槽23可以自所述钻齿2最外层的工作层21沿径向方向贯穿至与之相邻的填充层22。所述钻齿2的截面形状大致为凹字形。通过所述齿槽23的设计，能够使所述钻齿2沿圆周方向进一步细分，从而增大所述钻齿2与待钻面的接触点，同时减少所述钻齿2与待钻面的接触面积，提高单位钻压，进而提高钻进效率。而且随着所述填充层22被磨损掉而形成的凹槽的出现，所述齿槽23、凹槽以及过水槽20相互贯通，进一步提高所述钻齿2的冷却性能，延长使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻头，包括圆柱形钻头本体和阵列设置于所述钻头本体的多个钻齿，其特征在于，所述钻齿包括工作层和填充层，沿着所述钻头本体的径向方向，所述工作层阵列间隔设置，所述填充层夹设于相邻二工作层之间，且所述工作层的硬度大于所述填充层的硬度。
2.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述工作层为硬质合金层或金刚石层，所述填充层为软质合金层。
3.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述工作层由铁、铜、镍和钴等单质金属粉末或者预合金粉末制备而成。
4.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述填充层的高度为所述钻齿高度的20％-100％。
5.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头本体与所述工作层的材质相同。
6.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述工作层的硬度介于10HRC～45HRC之间。
7.根据权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述钻头本体呈中空圆柱形，其包括相对设置的内壁面、外壁面以及连接所述内壁面和外壁面的二环状端面，所述内壁面围成所述钻头本体的内腔，所述多个钻齿均匀阵列设置于所述钻头本体的其中一个环状端面并围成环状。
8.根据权利要求7所述的钻头，其特征在于，所述相邻两个钻齿之间设有过水槽，所述过水槽连通所述钻头本体的内腔和外侧。
9.根据权利要求8所述的钻头，其特征在于，所述钻齿设有齿槽，所述齿槽呈开口状，其开口端朝向所述钻头本体的外侧。
10.根据权利要求9所述的钻头，其特征在于，所述钻齿的截面形状为凹字形。
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