CN1094169C - 一种凿岩钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻具，尤其是一种凿岩钻头，这种凿岩钻头的螺旋柄体部分由无肋或有肋的多边形型棒构成，型材棒可被扭转，以形成输送螺旋槽；而且还设置有用于固定在冲击式钻机上的卡柄部分。

Description

一种凿岩钻头

本发明涉及一种凿岩钻头。

钻具，尤其是凿岩钻头一般包括一钻头头部、一螺旋体部分和一根据驱动电机的类型而设计的卡柄，其中钻头上装配有一硬质合金刀片，螺旋体部分上设置有用于钻粉或钻屑的输送螺旋槽。

凿岩钻的输送螺旋槽通常通过切削而形成，但其也可无切削地形成。德国专利DE 6933778-U和欧洲专利EP 0361189A1已经公开了钻具，这种钻具由型棒制成，输送螺旋槽由这种型棒或杆状坯件扭绞而成，其中的型棒上连接有一个或多个肋。在这些专利中，根据德国专利DE 6933778之钻具的夹紧端形成一有效锁紧的支撑件(carry-alongelement)，该支撑件可用于具有三个活动卡爪的传统卡盘(3-爪卡盘)上，例如用于冲击式钻机上相应的卡盘上。

根据欧洲专利EP0361389的钻具也属于这种情况：该钻具用至少具有一个侧向肋的杆形坯件制成，所述坯件经扭绞工艺形成输送螺旋槽。卡柄被设计成六边形形状，并成一体地固定于输送螺旋槽上。

上述钻具基本延用传统的观念：每个杆形的原材料件都设置有至少一条纵向肋或肋片，但最好为两条甚至三条纵向肋，以保持有足够大的输送螺旋槽用于输送钻粉。但是，这就要求用昂贵的非工业上通用的杆形材料作原材料。

本发明的目的在于提供一种低成本制造钻具的方法，具体而言，本发明的目的可通过形成输送螺旋槽的切削操作而得以实现。

为实现上述目的，根据本发明提供一种凿岩钻头，包括一个钻头头部，一个用于安装在冲击钻机或钻机的三爪卡盘上的卡柄，位于钻头头部和卡柄之间的螺旋体，所述螺旋体具有由可被扭转以形成输送螺旋槽的型棒构成，其特征在于，用做输送螺旋槽原材料的棒形坯件是六边形、四边形或三角形的型棒，被扭转的或未被扭转的型棒可通过焊接与卡柄连接。

根据本发明，用于螺旋体的原料型材具有一个圆柱形横截面，该圆形横截面具有至少三个对称设置、平面型或弯曲凹陷的侧面，各侧面的相应弧度角γ等于或大于位于相邻所述侧面之间的圆柱体上之圆弧部分的弧度角δ。卡柄的型材是具有环形横截面的圆柱体状。钻头头部具有屋脊状的硬质合金刀片。所述的硬质合金刀片对称插入六边形或三角形横截面的输送螺旋型棒内，所述的硬质合金刀片的纵轴通过六边形型材的拐角点或三角形截面的汇聚点延伸。

本发明基于如下发现：有效的输送螺旋槽可由无肋的多边形型材制成，这种多边形型材可被扭绞，以形成输送螺旋槽。在现有技术中，为形成输送螺旋槽，一般采用具有至少一个肋状附件的型材作为原材料。而本发明所用的原材料为多边形的型棒，例如用传统的六边形杆作坯件，并通过扭绞形成输送螺旋槽。

本发明以如下发现作为改进点：钻具的钻进能力在很大程度上决定于钻粉槽所能输送的钻粉体积。为此，在传统的钻具中一般设置一条或两条，甚至三条输送螺旋槽，这些输送螺旋槽必须具有合适的横截面，以将钻粉输送出去。但是，原则上，所需的输送槽之横截面将会使钻具在螺旋部分内的中心截面减小，尤其是小直径的钻具，例如从2mm至6mm的钻具，这将会在螺旋体部分产生强度问题。

由于导入输送螺旋槽而使中心部分之横截面减小的问题可通过本发明得以解决：取消传统的两条输送螺旋槽，代之以六条输送槽，这些输送槽可通过六边形型材的扭绞而形成。从而，通常为一条或两条输送槽的钻粉输送能力可被分配给六条输送槽，从而使输送槽的深度变小，并得到高强度的螺旋体部分。

因此，我们发现：具有多边形截面的型棒可通过仅在输送螺旋槽部分进行扭绞而形成多条输送螺旋槽，这将产生非常有效的钻粉输送。扭绞，尤其是对具有多边形截面的型材在输送螺旋槽部分的扭绞可为具有较小标称直径并用于工业上通用的旋转式钻机或冲击式钻机上的钻具提供了非常有益的效果。

本发明的钻具可由六边形型材、四边形或三角形型材制成，当型材被扭绞时，四边形或三角形型材可形成更大的钻粉槽。

在一最佳实施例中，这种杆形的坯件可根据具体的应用需要在热压或锻造过程中形成有所需的夹紧轴，接着对螺旋槽部分进行扭绞，以形成输送螺旋槽。对于具体的卡柄而言，如果已对输送螺旋槽部分进行扭绞，那么可在该工艺之后通过合适的焊接操作将卡柄连接到螺旋槽部分上。

在本发明的一个具体结构中，还可将杆形的原材料用作多边形型材，这种杆形的原材料具有至少三个对称设置的侧面，这三个侧面以平面或最好为凹入的方式通过扭绞操作形成较大的钻粉槽。对整个多边形型材而言，还可以以扭绞的形式形成螺旋体部分，以非扭绞形式形成卡柄部分。

这样制成或扭绞而成的型材包括一硬质合金刀片，刀片插在其端部侧面上，以形成钻头头部。

参照附图，通过具体的实施例对本发明的其它细节及优点作出说明，其中附图：

图1示出了第一实施例之钻具的立体视图；

图2为根据图1之钻具的侧视图；

图2a为根据图2之钻具的平面视图；

图2b为图2a的放大视图；

图3为图2之钻具的侧视图；

图4为具有三角形截面之型棒的另一实施例沿图2之剖面线I-I方向的剖视图；

图5示出了图4中具有凹入弯曲侧面的实施例；

图6示出了用于制造图1至3所示之钻具的原坯件的侧视图；

图6a示出了根据图6之坯件的平面视图；

图7示出了根据图6之坯件的侧视图。

图1至3所示的凿岩钻头1在第一实施例中包括：一钻头头部2、一螺旋体3和一卡柄4。钻头头部上设置有工业上通用的屋顶状硬质合金刀片5，刀片5形成了钻头头部的标称直径D。

用于螺旋体3的原材料为六边形的型棒6，如图6和7的侧视图所示。根据图6和7的视图，所示六边形型棒通过热压工艺或锻造工艺与直径为d3的圆柱形卡柄4一起形成。六边形型材6的特征在于：穿过平面部分的宽度s，通过拐角点7或通过图2b所示的纵边7’的对角线8。如果这种型材相对纵向的中心轴9扭绞，例如转动360°，那么就形成了图1至3所示的螺旋输送螺旋槽，并形成一直径为d1的外接圆10，直径d1等于通过拐角点7的对角线8之长度。相对纵向中心轴线9测得的输送槽之扭转角α≈20-40°。

因此，由图6和7所示之原料坯件形成的六边形型棒的六个平面11在扭绞状态下形成了钻粉槽的底部，而六边形型材的纵向边缘7’则形成了各个钻粉槽12的线性边界。因此，钻粉槽12可由平面11和外接圆10形成，如图2b的阴影部分所示。

当然，由于硬质合金刀片5的设计，使直径为D的外接圆13形成了钻孔的外边界，从而使实际上的钻粉槽形成于外接圆13与钻粉槽底面11之间。

根据图1至3所示之实施例的六边形型材6可变化为图4所示的实施例。在本实施例中，钻具由具有三个平面11’的圆形型材6’(circularbasic profile)制成，这三个平面11’相互间隔120°设置并通过圆弧部分14相互连接。所述外接圆14的直径与图2b的直径d1相等。如果这种三角形型材被扭绞，那么其就会形成图4所示的钻粉槽12’。

在图4中，通过中心点15垂直平面11’的垂线形成一角度β＝120°。

平面11’的弧度角γ等于或大于圆弧部分14的弧形角度δ。角度γ可以是γ≈60-70°，最好为65°，而角度δ为δ≈50-60°，最好为55°。

当然，为增大图4中的钻粉槽12’，也可以将平面11’更靠近圆心15设置，如图中的辅助线16所示。这样就可使钻粉槽12’增大，同时使圆弧部分14减小。

根据图5之实施例与图4之实施例区别之处基本在于：所述平面被设计成凹入的平面12”，以进一步扩大钻粉槽12”。这种原料型材6”还可以扭绞状态形成外接圆d1，如图1至3所示。

根据具体的应用条件，直径为d3的卡柄14应适用于冲击式钻机的钻头卡盘上。具体而言，这种卡柄4被设计成可用于传统冲击式钻机的标准卡柄。

如图6和7所示，螺旋体部分3和卡柄部分4可通过热压坯件或锻造坯件的制造工艺连接在一起，也可在坯件形成之后，在加工输送螺旋槽的过程中通过原料型材的扭转而连接在一起。但是，也可能使用杆形的多边形型材，这种型材在两端被夹紧并沿相反的方向扭转。这样就可通过合适的焊接方法将其连接到卡柄上。当然，也可改变制造步骤的顺序。

此外，还可能用卡柄作非扭转的多边形型材，即可以是图2b、4和5所示的六边形型材6’或三角形截面的型材6’、6”。

在根据图4和5的实施例中，硬质合金刀片5对称插入扭转的输送螺旋槽之三角形截面内，就是说，使硬质合金刀片的纵轴17沿三角形截面的汇聚点18之方向定向。

本发明并非仅局限于所述的实施例，而是包括所有落入权利要求书保护范围内并为本领域技术人员所公知的所有改进和变化。具体地说，被扭转并形成输送螺旋槽的多边形型材可以是四边形或三角形的型材，只要四边形或三角形型材不被同时用作非扭转状态的卡柄。

附图标记说明：

1.凿岩钻头

2.钻头头部

3.螺旋体部分

4.卡柄部分

5.硬质合金刀片

6.六边形型棒

7.拐角点/纵边

8.对角线

9.纵向中心轴

10.外接圆

11.平面

12.钻粉槽

13.外接圆

14.圆弧部分

15.圆心

16.辅助线

17.硬质合金5的纵轴

18.汇聚点

Claims (5)

1.一种凿岩钻头(1)，包括一个钻头头部(2)，一个用于安装在冲击钻机或钻机的三爪卡盘上的卡柄(4)，位于钻头头部(2)和卡柄(4)之间的螺旋体(3)，所述螺旋体(3)具有由可被扭转以形成输送螺旋槽的型棒构成，其特征在于，用做输送螺旋槽原材料的棒形坯件是六边形、四边形或三角形的型棒(6)，被扭转的或未被扭转的型棒(6)可通过焊接与卡柄(4)连接。

2.如权利要求1所述的凿岩钻头，其特征在于，用于螺旋体(3)的原料型材具有一个圆柱形横截面，该圆形横截面具有至少三个对称设置、平面型或弯曲凹陷的侧面(11′，11″)，各侧面的相应弧度角γ等于或大于位于相邻所述侧面之间的圆柱体上之圆弧部分(14)的弧度角δ。

3.如权利要求1或2所述的凿岩钻头，其特征在于，卡柄(4)的型材是具有环形横截面的圆柱体状。

4.如权利要求1或2所述的凿岩钻头，其特征在于，钻头头部(2)具有屋脊状的硬质合金刀片(5)。

5.如权利要求4所述的凿岩钻头，其特征在于，所述的硬质合金刀片(5)对称插入六边形或三角形横截面的输送螺旋型棒(6，6′，6″)内，所述的硬质合金刀片的纵轴(17)通过六边形型材(6)的拐角点(7)或三角形截面的汇聚点(8)延伸。

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