CN106574485B - 切削元件、工具及在钻孔内切削的方法 - Google Patents

Abstract

一种切削元件，其包括主体和支撑部，该主体具有两个平面，两个平面的每一个均限定多个边缘，该支撑部从两个平面的第一个延伸。该支撑部和主体被配置以使当切削元件抵靠平坦表面时使得多个边缘中的至少一个和支撑部与平坦表面相接触，两个平面的第二个与平坦表面形成锐角。另外，突出部从主体的至少一个面侧向地延伸并且凹陷部形成在主体的至少一个面中。突出部和凹陷部彼此互补以使得第一个切削元件的突出部可定位在第二个切削元件的凹陷部内。

Description

切削元件、工具及在钻孔内切削的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2014年7月提交的第14/337829号美国申请的权益，该申请被整体引入本文作为参考。

背景技术

切削工具，诸如在井下应用中使用的磨机，可以例如由多个粘附至工具表面的切削元件制成。切削元件可以为通过使较大块破裂而制成的随机成形的颗粒。可替换地，例如，使用诸如压制和烧结的方法可以将切削元件精确成形为可重复的形状。不管用来制造单独的切削元件的方法如何，该元件通常以随机定向粘附至磨机。这些随机定向在相对于磨机表面的最大高度上造成不一致。此外，切削表面相对于目标材料的角度被随机化并且因此很少接近利于有效切削的优选角度。除了一致性，通常期望可以以切削元件的单个层获得更大的工具使用寿命。如果这些元件以期望角度倾斜，则当第二层堆叠在顶部时，顶部的元件将由于重力趋向于滑落。元件通常通过熔融铜焊材料彼此相粘附，该材料润滑两个元件之间的界面，由此进一步加剧顶部元件从底部元件滑落。针对该不期望出现的状况的元件可以改进制造方法。具有期望定向和倾斜角度的多层将是有效、持久并能很好被产业所接受的。

发明内容

本申请公开了一种切削元件。切削元件包括主体和支撑部，该主体具有两个平面，两个平面的每一个均限定多个边缘，该支撑部从两个平面的第一个延伸。该支撑部和主体被配置成使当切削元件抵靠平坦表面时使得多个边缘中的至少一个和支撑部与平坦表面相接触，并且在两个平面的第二个上的多个边缘中的至少一个为切削边缘，两个平面的第二个与平坦表面形成锐角。另外，突出部从主体的至少一个面侧向地延伸并且凹陷部形成在主体的至少一个面中。突出部和凹陷部彼此互补以使得第一个切削元件的突出部可定位在第二个切削元件的凹陷部内。

本申请还公开了一种切削工具。切削工具包括具有至少一个表面的主干和以上所公开的多个切削元件，该多个切削元件附接至该至少一个表面并被定向以使得多个切削元件的每一个切削元件的第一支撑部和至少一个切削边缘均与该至少一个表面接触。

附图说明

以下描述无论如何都不应视作限制性的。参照附图，相同的元件被相同地标记：

图1示出了本文公开的切削元件的侧视图；

图2示出了图1的切削元件的顶视图；

图3示出了本文公开的三切削元件的透视图，其每一个具有两个堆叠在一起的图1和图2的切削元件；

图4示出了图3的切削元件中的一个的侧视图；

图5示出了本文公开的切削工具的部分的侧视图；

图6示出了本文公开的两切削元件的顶视图；

图7示出了图6的两切削元件的侧视图；

图8示出了三个图6的切削元件的透视图；以及

图9示出了本文公开的两切削元件的顶视图。

具体实施方式

本文通过举例而非限制的方式参考附图给出了对所公开的装置和方法的一个或多个实施例的详细描述。

参考图1和图2，本文公开的切削元件的实施例以12示出。切削元件包括主体16和支撑部28。主体具有限定多个边缘24A的第一平面20A和限定多个边缘24B的第二平面20B。支撑部28延伸超出第一平面20A以使得切削元件12以至少一个边缘24A和支撑部28同时与平坦表面32接触而置于平坦表面32上。平坦表面32可以在切削元件12可附接的切削工具36上。应当注意的是，工具也可以具有非平坦的表面，切削元件12、48(参见图3至图5)可附接至该表面。随着切削元件12置于平坦表面32上第二平面20B与平坦表面32形成锐角40，并且第二表面20B上的边缘24B为切削边缘。

另外参考图3和图4，第二平面20B具有在其中的凹部44，凹部44配置和尺寸设计为可以容纳另一切削元件12的支撑部28以使得另一切削元件12的第二平面20B抵靠其第一平面20A。两个或更多个切削元件12可以以此方式相对于彼此定位以使得它们被堆叠和附接在一起以形成延伸型切削元件48。在其中被组合以制造一个延伸型切削元件48的切削元件12为基本上相同的尺寸和形状的实施例中，支撑部28和凹部44可以配置为将切削元件12一起定向以使得两个切削元件12的第二平面20B与平坦表面32形成相同的锐角40。尽管在所示的实施例中，凹部44和支撑部28呈现为允许一个切削元件12相对于另一个切削元件12在它们被附接在一起之前旋转，其中凹部44和支撑部28将切削元件12可旋转地彼此固定的实施例是可选方案。支撑部28配合在凹部44内还可以用于在两个切削元件12彼此附接之前在它们之间提供对准。

另外，所示的实施例的平面20A和20B几何上彼此类似并且具有相同的尺寸，由此造成主体16为规则立体。替换实施例是可能的，其中平面20A和20B几何上彼此并不类似并且它们也不具有相同的尺寸。限定了边缘24A、24B的每个平面20A、20B的周边可以具有各种形状，包括多边形以及具有诸如图中所示的圆角49和凹槽50的偏差的近似多边形的形状。对凹槽50的包含具有下述附加特征：当裂纹与凹槽50相交时，中断了裂纹在切削元件12中的扩展。此外，相比于不存在凹槽50，从目标52移除的碎屑的形成会更小，因为凹槽50实质上将一个切削边缘24B分离为两个或更多个此类的切削边缘24B。另外，尽管在图中的实施例中示出为彼此平行，作为替代平面20A、20B可以相对于彼此倾斜。通过将一个这样配置的元件相对于另一个类似配置的元件在附接在一起之前先旋转，可以使这样的平面相对于平坦表面32形成选定的锐角。

切削元件12的第一平面20A和支撑部28可以配置为使得锐角40具有特定值。经验显示，当锐角40在10°和30°之间时，切削边缘24B在切削目标52或该切削元件12相对于移动的加工件时是有效的。并且将锐角40设定在大约20°显示出随其尤其有效的切削。经验显示，当切削边缘24B由在第二平面20B和主体16的面56之间的90°的角度限定时，会获得更有效的切削。进一步，将切削元件12定向在切削工具36的平坦表面32上，以使得切削元件12相对于目标52(目标52处于静止)沿箭头60的方向的移动会产生在面56和目标52之间的前夹角64以及在第二平面20B和目标52之间的后夹角62，这对于切削目标52相当有效。

将切削元件12定向以使得面56形成与目标52的前夹角64，这还可以分散以箭头68的方向通过主体16的尺寸72施加在切削元件12、48上的负荷。这样的定向可以增强切削元件12的耐久性，这归因于元件12更少破裂，特别是当尺寸72被设定为比主体16的尺寸76更大时。

尽管在所示的实施例中在平面20上在边缘24B和凹部44之间存在平坦棱面80，可以构想出没有平坦棱面80的其他实施例。没有平坦棱面80时，替换的凹部(未示出)可以一直延伸至切削边缘，正如与这样的凹部互补的替换的支撑部的壁一样。

图5示出了本文公开的切削工具36的部分的侧视图；工具36包括主干84，该主干84沿按照箭头92的方向围绕轴线88旋转。多个切削元件48被附接至工具36的表面32以使得它们如图1和图4中所示相对于目标52移动。可替换地，切削元件48和切削元件12的组合可以附接至单个工具的表面。元件48可以沿表面32上的径向轮辐定向，与此同时元件12可以或可以不定位在径向轮辐之间的空间内的表面32上。

本文公开的切削工具36良好地适用于切削目标52。在井下应用中，例如其中期望将目标52从地层钻孔移除，目标52可以由石头、泥土、金属、陶瓷、聚合物、单体以及上述的组合组成。以诸如钢、碳化钨、碳化钨基体、多晶金刚石、陶瓷以及其组合的硬质材料制作切削元件12、48，例如在可以获得良好的切削性能的同时还提供工具36和切削元件12、48的长使用寿命。

参考图6至图8，本文公开的切削元件的替换实施例以112示出。切削元件112具有与切削元件12的类似性并且因此这里仅讨论差异和标识以新的参考标记。不同于切削元件12，切削元件112包括从限定了元件12的主体116的面156延伸的突出部118。突出部118与凹陷部150互补，在本实施例中凹陷部150与主体16的面56中的凹槽50相同。突出部118补足凹陷部150以使得当定位在凹陷部150内时突出部118适配良好。当突出部118定位在凹陷部150内时，突出部118与凹陷部150的该互补配置使面156抵靠面56。如此面56、156可以使用例如粘合剂附接在一起。

无论面56、156是否附接，突出部118在凹陷部150中的定位的接合至少在沿箭头158的方向上阻止在两个如此接合的切削元件之间的相对运动而不从凹陷部150分离突出部118，在本实施例中该方向平行于面56、156。通过将一个切削元件112所承受的负荷分散于相邻的一个切削元件112，相邻的切削元件112的连锁可以为切削工具36提供更大的耐久性。

由于切削元件112结合了以上讨论的切削元件12的所有特征，切削元件112保持了切削元件12的所有优点和特征。如此，切削元件112可以在切削元件12可以采用的所有应用中采用。

所示的突出部118在面156的全部尺寸166上延伸。类似的，凹陷部150在面56的全部尺寸170上延伸以保持与突出部118互补。然而，可以采用并不以全部尺寸166和170延伸的其他配置而并不偏离它们所提供的接合。

参考图9，本文公开的切削元件的替换实施例以212示出。切削元件212包括突出部218和在主体216每个面256上的凹陷部250两者。无论一个切削元件212相对于相邻的一个切削元件212的旋转定向如何，总有一个突出部218与一个凹陷部250可定位地接合。

虽然已经参考示例性实施例或多个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以进行各种改变且可用等同物代替其元件而不背离本发明的范围。此外，可以对本发明的教导做出多种改型以适应特定情况或材料而不脱离本发明的基本范围。因此，本发明的意图为本发明不被公开为能构想为实现本发明最佳模式的特定实施例所限制，而是本发明将包括所有落于权利要求保护范围中的实施例。同样，在附图中和说明书中，已经公开了本发明的示例性实施例，并且尽管可能已经采用了特定术语，但是除非另有声明，它们只是一般和描述意义的使用而不是出于限制的目的，因此本发明的范围没有如此被限制。而且术语“第一”、“第二”等的使用等不表示任何次序或重要性，而是这些术语“第一”、“第二”等被用来区分一个元件和另一元件。此外，术语“一个”等的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的元件。

Claims (16)

1.一种切削元件，其包括：

主体，所述主体具有两个平面，所述两个平面中的每一个均限定多个边缘；

支撑部，所述支撑部从所述两个平面中的第一个延伸，所述支撑部和所述主体被配置成使得当所述切削元件抵靠平坦表面时使得所述多个边缘中的至少一个和所述支撑部二者与所述平坦表面相接触，并且在所述两个平面中的第二个平面上的所述多个边缘中的至少一个为切削边缘，所述两个平面中的所述第二个平面与所述平坦表面形成锐角；以及

突出部和凹陷部，所述突出部从所述主体的至少一个面侧向地延伸并且所述凹陷部形成在所述主体的至少一个面内，所述突出部和所述凹陷部彼此互补以使得第一个切削元件的突出部能够定位在第二个切削元件的凹陷部内。

2.根据权利要求1所述的切削元件，其中将所述第一个切削元件的突出部定位在所述第二个切削元件的凹陷部内允许所述第一个切削元件的面抵靠所述第二个切削元件的面，所述突出部从所述第一个切削元件的所述面延伸，所述第二个切削元件的所述面具有在其中形成的凹陷部。

3.根据权利要求2所述的切削元件，其中将所述第一个切削元件的所述突出部定位在所述第二个切削元件的所述凹陷部内阻止了所述第一个切削元件和第二个切削元件在至少平行于所述第一个切削元件和第二个切削元件的相抵靠的面的一个方向上的相对移动。

4.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述突出部是细长的。

5.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述突出部延伸过该突出部从其延伸的面的全部尺寸。

6.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述凹陷部是细长的。

7.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述凹陷部遍及其形成于内的面的全部尺寸延伸。

8.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述突出部从所述主体的一个面延伸并且所述凹陷部形成在所述主体的三个面内。

9.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述主体是对称的。

10.根据权利要求1所述的切削元件，其中从所述主体的每个面延伸出所述突出部中的一个并且在所述主体的每个面内形成所述凹陷部中的一个。

11.一种延伸型切削元件，其包括至少两个被堆叠并附接在一起的如权利要求1所述的切削元件，以使得至少两个所述切削元件中的第一个切削元件的支撑部接合在所述至少两个所述切削元件中的第二个切削元件的凹部内。

12.根据权利要求11所述的延伸型切削元件，其中形成所述延伸型切削元件的至少两个所述切削元件的突出部能够定位在形成另一个所述延伸型切削元件的至少两个其他所述切削元件的凹陷部内。

13.一种切削工具，其包括：

具有至少一个表面的主干；以及

多个如权利要求1所述的切削元件，多个所述切削元件附接至所述至少一个表面并被定向成使得所述多个所述切削元件中的每一个的第一支撑部和至少一个切削边缘二者与所述至少一个表面接触。

14.根据权利要求13所述的切削工具，其中多个所述切削元件中的至少一个切削元件的突出部被定位在附接至所述至少一个表面的多个所述切削元件中的另一个切削元件中的凹陷部内。

15.根据权利要求13所述的切削工具，其中第一个切削元件的面附接至第二个切削元件的面，从所述第一个切削元件的所述面延伸有突出部，在所述第二个切削元件的所述面中形成有凹陷部。

16.一种在钻孔内切削的方法，其包括：

在钻孔内旋转如权利要求13所述的切削工具；

将所述钻孔中的目标与多个所述切削元件中的一个或多个接触；以及

切削目标。