CN204782795U - 一种矿用牙轮钻头合金齿 - Google Patents
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Abstract
一种矿用牙轮钻头合金齿，由齿冠和齿体组成，其中齿冠包括齿冠顶部、齿冠中部和齿冠底部，齿冠上有顶部母线、中部母线和底部母线，上述母线的交界处有上相贯线、中相贯线和下相贯线；齿体包括齿柱和齿底，齿体上有齿柱母线和底相贯线，齿冠顶部为球冠，齿冠中部为向内凹陷的回转体，齿冠底部为向外凸出的回转体，顶部母线、中部母线和底部母线为三段圆弧。本实用新型能让合金齿的齿冠有一定磨损的情况下，不会使牙轮钻头的钻速降低，且能避免合金齿的断裂。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿山钻探时使用的牙轮钻头，具体涉及牙轮钻头的齿冠结构的改进。
背景技术
目前，矿山钻探工程所用的牙轮钻头主要包括钢齿牙轮钻头（也称为铣齿牙轮钻头）和镶齿牙轮钻头两类。由于矿山钻探工程钻遇地层岩石坚硬，而镶齿牙轮钻头的牙齿硬度及耐磨性大大高于钢齿牙轮钻头牙齿的硬度及耐磨性，因此，镶齿牙轮钻头得到更广泛的使用。
镶齿牙轮钻头是在牙轮壳体上钻出许多齿孔，齿孔深度与合金齿的齿体的高度相同，然后将合金齿的齿体镶嵌到齿孔里，齿孔与合金齿为过盈配合。现有技术中，合金齿的材料一般是WC-Co合金。合金齿齿冠的形状一般为圆锥状。
矿用牙轮钻头工作过程中，合金齿齿冠冲击地层岩石，在岩石表面产生冲击坑，逐渐把细小的岩屑从地层岩石上剥离出来。
由于矿用钻探设备技术的大幅度提升，为了提高钻探速度，矿用牙轮所承受的钻压也提高到空前水平。以97/8矿用钻头为例，钻压已经提高到300KN。现有技术合金齿在工作过程中出现的主要问题：一是齿冠下部强度不足，合金齿容易在下部出现断裂。而断裂的合金齿失去了对岩石的破碎作用，进而影响到矿用牙轮钻头的机械钻速。二是齿冠的在工作中不断磨损，齿冠上部磨损后，合金齿顶面的面积快速增大，即合金齿对岩石的攻击性快速减小，导致矿用牙轮钻头的机械钻速快速下降，因此矿用牙轮钻头的合金齿还需改进。
通过国内检索发现以下专利与本实用新型有相似之处：
申请号为201220206000.3，名称为“一种用于牙轮钻头的偏球齿”的实用新型，此实用新型涉及一种用于石油、天然气和地质钻井的牙轮钻头偏球齿，特别涉及一种用于牙轮钻头外排齿的偏球齿。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上弓正交的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的半球状光顺曲面，且齿冠顶点偏离齿柱中心轴线。此实用新型的有益效果在于：1、由于齿冠偏向侧靠近牙轮背锥面，能形成更大的保径接触面，增强使牙轮钻头保径能力；2、在相同保径接触面积的前提下，能增大齿孔与牙轮背锥面的最小距离，提高外排齿的固齿力；3、外排齿同时承担切削井底和井壁的功能，牙齿受地层岩石反作用力的作用点靠近齿冠偏向侧，有利于改善外排齿的受力状况。
申请号为201420532303.3，名称为“一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿”的实用新型，此实用新型涉及用于石油、天然气钻探的一种韧性陶瓷牙轮钻头牙齿，它由齿冠和齿柱构成，采用经过烧结的韧性陶瓷，再按齿柱过盈量为0.1－0.3mm加工成韧性陶瓷牙齿，通过压齿机将韧性陶瓷牙齿安装在牙爪的牙轮上。此实用新型的优点是韧性陶瓷牙轮钻头牙齿与硬质合金牙齿相比，既提高了韧性和抗冲击能力，又具有原料、生产成本较低、不使用钨钴类稀有贵重金属。
申请号为201020533157.8，名称为“一种用于牙轮钻头的凿形齿”的实用新型，此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凿形齿。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状光顺曲面，齿冠顶端的齿顶呈椭球面或球面状，并与齿冠侧向光顺相接。此实用新型的有益效果在于：1、整个齿冠侧面和顶部无相贯线，表面平滑光顺，减小了切削齿受工作载荷时的应力集中，提高了牙齿的结构强度和抗冲击性能，因而延长了切削齿的有效使用寿命；2、齿顶表面呈上凸的椭球面或球面状，相对于平顶齿，可改善齿顶应力分布，增强牙齿的攻击性能，提高牙齿的破岩切削效率。
以上实用新型虽然都是牙轮钻头的齿部结构的改进，但都不具有本实用新型中齿冠顶部为球冠，齿冠中部为向内凹陷的回转体，齿冠底部为向外凸出的回转体的结构，其顶部母线、中部母线和底部母线也不是圆弧，因此其产生的技术效果也会与本实用新型不同。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对齿冠下部强度不足，合金齿容易在下部出现断裂，以及齿冠的在工作中不断磨损，齿冠上部磨损后，合金齿顶面的面积快速增大，导致矿用牙轮钻头破损严重，机械钻速快速下降，而提出一种齿冠顶部小，齿冠顶部到齿冠底部为内凹陷的过渡方式，齿冠底部为向外凸出的结构。
针以上述问题，本实用新型提出的技术方案是：一种矿用牙轮钻头合金齿，由齿冠和齿体组成，其中齿冠包括齿冠顶部、齿冠中部和齿冠底部，齿冠上有顶部母线、中部母线和底部母线，上述母线的交界处有上相贯线、中相贯线和下相贯线；齿体包括齿柱和齿底，齿体上有底相贯线和齿柱母线，齿冠顶部为球冠，齿冠中部为向内凹陷的回转体，齿冠底部为向外凸出的回转体，顶部母线、中部母线和底部母线为三段圆弧。
进一步地，齿底处设有夹角为10o-16o的安装导向角，齿底是一个上端大而下端小的圆台。
进一步地，顶部母线与中部母线的在上相贯线处相切，使得齿冠顶部与齿冠中部形成平滑的过渡。
进一步地，中部母线与底部母线在中相贯线处相切，使得齿冠中部与齿冠底部形成平滑的过渡。
进一步地，底部母线与齿柱母线在下相贯线处相切，使得齿冠底部与齿柱形成平滑的过渡。
进一步地，上相贯线、中相贯线、下相贯线和底相贯线都是封闭的圆形，并且是互相平行的。
进一步地，齿柱为一圆柱体，齿柱母线为平直的线段，齿柱的母线与底相贯线垂直。
进一步地，顶部母线的圆弧半径为3-6mm，中部母线的圆弧半径为15-20mm，底部母线的圆弧半径为10-15mm。
本实用新型的优点是：
1.齿冠顶部小，齿冠顶部到齿冠中部为内凹陷的过渡方式，使得齿冠中部的截面尺寸变化缓慢，从而在合金齿的齿冠有一定磨损的情况下，仍能保持合金齿对岩石的攻击性，避免了矿用牙轮钻头由于合金齿磨损导致钻头机械钻速低的问题；
2.齿冠底部向外凸出，齿冠底部较大，使得齿冠底部强度显著提高，从而提高了合金齿冠部的抗断裂能力，能有效防止齿冠断裂，避免了矿用牙轮钻头由于合金齿断裂所导致钻头机械钻速低的问题；
3.本实用新型结构简单，齿冠采用流线形光滑过渡，制造工艺简单；且体积小，生产成本低。
附图说明
图1为本实用新型的剖视结构示意图；
图2为演示图1中的底部母线是一个圆上的圆弧的示意图；
图3为本实用新型在牙轮钻头中的分布示意图；
图中：11齿冠顶部、12齿冠中部、13齿冠底部、14上相贯线、15中相贯线、16下相贯线、17顶部母线、18中部母线、19底部母线、21齿柱、22齿底、23底相贯线、24齿柱母线、31安装导向角、32中心轴线、4牙轮壳体、5合金齿。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做一步的描述：
实施例一
如图1所示，齿冠包括齿冠顶部11、齿冠中部12和齿冠底部13。齿冠顶部11、齿冠中部12和齿冠底部13是一个整体，且其横截面都是圆心落在中心轴线32上的圆形。齿冠顶部11为球冠，一般情况下，球冠小于球体的一半。齿冠中部12为向内凹陷的回转体，齿冠顶部11与齿冠中部12的交界处为上相贯线14，上相贯线14是一个封闭的圆形。从中心轴线32与齿冠相交的点到上相贯线14的这段齿冠的母线为顶部母线17，顶部母线17是一段圆弧，其半径为3-6mm，优选值为3.5mm。
齿冠顶部11与齿冠中部12的横截面都较小，使得在合金齿5的齿冠有一定磨损的情况下，仍能保持合金齿5对岩石的攻击性，避免了矿用牙轮钻头由于合金齿5磨损导致钻头机械钻速低的问题。
齿冠底部13为向外凸出的回转体，齿冠中部12与齿冠底部13的交界处为中相贯线15。位于上相贯线14与中相贯线15之间的母线为中部母线18，中部母线18是一段圆弧，其半径为15-20mm，优选值为16mm。齿冠的顶部母线17与中部母线18的在上相贯线14处相切，使得齿冠顶部11与齿冠中部12形成平滑的过渡。
齿冠底部13与齿柱21的交界处为下相贯线16，位于中相贯线15与下相贯线16之间的母线为底部母线19。如图2所示，底部母线19是一个圆上的一段圆弧，其半径R3的取值范围为10-15mm，半径R3的优选值为13mm。同样的，顶部母线17和中部母线18也是半径不同的圆上的一段圆弧。中部母线18与底部母线19在中相贯线15处相切，使得齿冠中部12与齿冠底部13形成平滑的过渡。
由于齿冠底部13向外凸出，齿冠底部13较大，使得齿冠底部13强度显著提高，从而提高了齿冠部的抗断裂能力，能有效防止齿冠断裂，避免了矿用牙轮钻头由于合金齿5断裂所导致钻头机械钻速低的问题。
如图1所示，齿柱21与齿底22的交界处为底相贯线23，位于下相贯线16与底相贯线23之间的母线为齿柱母线24。齿柱21为一圆柱体，齿柱母线24为平直的线段，齿柱21的母线与底相贯线23垂直。且底部母线19与齿柱母线24在下相贯线16处相切，使得齿冠底部13与齿柱21形成平滑的过渡。
齿底22是一个上端大而下端小的圆台，在齿底22处设有夹角为10o-16o的安装导向角31，安装导向角31是齿柱母线24的延长线（在图1中用虚线表示）与齿底22的母线的夹角。如图3所示，合金齿5的材料为：WC的含量为95%-90%，优选值为92%；Co的含量为5%-10%，优选值为8%的WC-Co合金。合金齿5的的安装导向角31的作用在于：在将合金齿5镶入到牙轮壳体4的牙轮齿孔的过程中，齿体不会切削齿孔内壁，合金齿5不易从牙轮壳体4的牙轮齿孔中脱落，延长了钻头的使用寿命，且提高了工作效率。
综上所述，合金齿5由齿冠和齿体组成，齿冠包括齿冠顶部11、齿冠中部12和齿冠底部13，齿体包括齿柱21和齿底22。上相贯线14、中相贯线15、下相贯线16和底相贯线23都是封闭的圆形，并且是互相平行的，顶部母线17、中部母线18和底部母线19为三段圆弧。且顶部母线17、中部母线18和底部母线19之间形成平滑的曲线，使得齿冠的形状为平滑的流线体，从而使得合金齿5工作时更为流畅。齿冠顶部11与齿冠中部12的横截面都较小，在合金齿5的齿冠有一定磨损的情况下，仍能保持合金齿5对岩石的攻击性；齿冠底部13较大，从而提高了齿冠部的抗断裂能力，能有效防止齿冠断裂，避免了矿用牙轮钻头由于合金齿5断裂而导致钻头机械钻速降低。
很显然，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种矿用牙轮钻头合金齿，由齿冠和齿体组成，其特征在于，齿冠包括齿冠顶部(11)、齿冠中部(12)和齿冠底部(13)，齿冠上有顶部母线(17)、中部母线(18)和底部母线(19)，上述母线的交界处有上相贯线(14)、中相贯线(15)和下相贯线(16)；齿体包括齿柱(21)和齿底(22)，齿体上有底相贯线(23)和齿柱母线(24)；齿冠顶部(11)为球冠，齿冠中部(12)为向内凹陷的回转体，齿冠底部(13)为向外凸出的回转体，顶部母线(17)、中部母线(18)和底部母线(19)为三段圆弧。
2.根据权利要求1所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，顶部母线(17)与中部母线(18)的在上相贯线(14)处相切，使得齿冠顶部(11)与齿冠中部(12)形成平滑的过渡。
3.根据权利要求2所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，顶部母线(17)的圆弧半径为3-6mm，中部母线(18)的圆弧半径为15-20mm，底部母线(19)的圆弧半径为10-15mm。
4.根据权利要求1所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，中部母线(18)与底部母线(19)在中相贯线(15)处相切，使得齿冠中部(12)与齿冠底部(13)形成平滑的过渡。
5.根据权利要求1所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，底部母线(19)与齿柱母线(24)在下相贯线(16)处相切，使得齿冠底部(13)与齿柱(21)形成平滑的过渡。
6.根据权利要求5所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，齿底(22)处设有夹角为10o-16o的安装导向角(31)，齿底(22)是一个上端大而下端小的圆台。
7.根据权利要求1所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，上相贯线(14)、中相贯线(15)、下相贯线(16)和底相贯线(23)都是封闭的圆形，并且是互相平行的。
8.根据权利要求1所述一种矿用牙轮钻头合金齿，其特征在于，齿柱(21)为一圆柱体，齿柱母线(24)为平直的线段，齿柱(21)的齿柱母线(24)与底相贯线(23)垂直。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151118 |