EP0083287A1 - Bouton en matériau dur pour outil de perforation - Google Patents

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EP0083287A1
EP0083287A1 EP82402381A EP82402381A EP0083287A1 EP 0083287 A1 EP0083287 A1 EP 0083287A1 EP 82402381 A EP82402381 A EP 82402381A EP 82402381 A EP82402381 A EP 82402381A EP 0083287 A1 EP0083287 A1 EP 0083287A1
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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
    • E21B10/56—Button-type inserts

Definitions

  • the present invention is in the field of drilling. More particularly, it relates to drilling tools, for example cutters for pneumatic hammers, perforators or tricones.
  • FIG. 1 shows a conventional cutter consisting of a head, for example 1 extended by a shank 2 intended to be placed / at the end of the elongated tubes of a down-the-hole pneumatic hammer.
  • the working surface 3 of the head is pierced with cells 4 in which the buttons 5 are crimped.
  • FIG. 1 a part of the head 1 has been shown in section to clearly show the structure of cell 4 and of the button 5.
  • buttons 5 are made of very hard material, for example tungsten carbide, stellite, boron carbide, ceramic, etc.
  • the shape of the cell 4 is generally cylindrical and the corresponding button is also cylindrical, but it has a diameter slightly greater than that of the cell 4.
  • the inner wall of the cell 4 and the outer surface of the button 5 are carefully adjusted for crimping the button 5 in the socket 4.
  • the positioning of the button can be done by means of a hydraulic press or a pneumatic hammer with or without temperature difference between the two elements to be crimped.
  • buttons perform a very efficient drilling job, they nevertheless have some drawbacks. In particular, it happens that after a certain operating time the button is no longer secured to the cell in which it has been crimped and starts to rotate on itself, in its cell, thus becoming much less effective.
  • buttons may detach from the cell in which they are housed. This problem is serious for all the buttons crimped on the surface of the working tool, but it is even more serious for the buttons placed on the periphery of the tool because they are subjected to friction on the wall of the drilled hole. .
  • the present invention attempts to remedy these drawbacks. It targets a button capable of being crimped into a cell in a very secure manner, that is to say without risk of separation of the button and its cell.
  • the invention also relates to a perforation tool provided with buttons according to the invention, that is to say a very reliable tool.
  • the invention applies to a hard material button for a perforation tool, consisting of a head for the actual drilling work, extended by a body, preferably cylindrical, intended to be crimped at the end. of the tool, in a cell of dimensions slightly smaller than those of the body.
  • the external surface of the body has projecting parts intended to penetrate into the internal wall of the cell during crimping of the button in the cell.
  • the projecting parts consist of teeth situated along generatrices of the surface of the body.
  • the teeth are of triangular section and it is advantageous to produce each tooth with an apex angle of a value of approximately 90 °.
  • the teeth may also be of trapezoidal or semi-circular cross section.
  • each tooth is constant over the entire length of the tooth, while in a second embodiment, which will be preferred to the first mode, the height of each tooth n is not constant, but it decreases linearly from a maximum height, at the end of the tooth located towards the head of the button, to a zero height at the other end of the button.
  • FIG. 4 show a button in which the teeth 8 have a constant height over their entire length.
  • the body 7 of the button has a diameter of value D at its two ends and at the bottom of the teeth.
  • a value D was of course provided slightly greater than the value D ′.
  • a circle of diameter D ′ is shown in dotted lines, in order to be able to compare this diameter with the diameter D of the button.
  • the teeth 8 all have an apex angle of approximately 90 °.
  • the diameter on top of the teeth 8 has been identified in the figures by DM ".
  • the value D M " is of course greater than D and therefore D '.
  • FIGs 3, 4 and 5 show a button in which the teeth have a height which decreases linearly from one end to the other of the tooth.
  • the diameter D of the body 7 of the button at its two ends and at the bottom of the teeth is the same as that of the button in FIG. 2.
  • the angle at the top of the teeth 8 is always around 90 ° but the height of the tooth decreases linearly from a maximum height at the end of the tooth located towards the head of the button (see Figure 4) to a zero height at the other end of the button. In Figure 5, this height is almost zero.
  • the diameter on the top of the teeth has been identified by D M "in FIG. 4, where this diameter is maximum. In FIG. 5, this diameter being almost zero, has been identified by D", the value D "being practically equal to D.
  • the button in Figure 3 is actually anchored in the cell 4 during crimping.
  • the initial tightening of a value D - D ' there is added 1 & total penetration of the teeth 8 into the socket.
  • the conical shape of the teeth allows easier mounting of the button in the socket.
  • the production of a button according to the invention is not much more difficult than the production of a smooth button.
  • the teeth can be obtained during sintering or by any other process.
  • teeth whose section would not be triangular but trapezoidal or semicircular or whose sides would be for example in an involute of a circle.
  • buttons whose external surface of the body is not cylindrical, but for example conical, the structure and the arrangement of the teeth being similar to those described above, for example during the description of the figure. 2.

Abstract

L'invention concerne un outil de forage et plus particulièrement un bouton en matériau dur, pour outil de perforation, constitué d'une tête (6) prolongée par un corps (7) destiné à être serti à l'extrémité de l'outil, dans une alvéole (4) de dimensions légèrement inférieures à celles du corps (7). Selon l'invention, la surface extérieure du corps (7) comporte des parties saillantes (8) destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'alvéole (4) lors du sertissage du bouton dans l'alvéole (4). Application aux taillants pour marteaux pneumatiques, perforateurs ou tricônes.

Description

  • La présente invention se situe dans le domaine du forage. Plus particulièrement, elle concerne les outils de forage, par exemple les taillants pour marteaux pneumatiques, les perforateurs ou les tricônes.
  • Dans les outils de forage connus jusqu'à présent, la surface de l'outil qui travaille est en général munie de boutons (ou picots) extrêmement durs, destinés à pénétrer dans le terrain comme autant de pointes de dureté. La figure 1 représente un taillant classique constitué d'une tête par exemple 1 prolongée par une queue 2 destinée à être placée/à l'extrémité des tubes allonges d'un marteau pneumatique fond-de-trou. La surface de travail 3 de la tête est percée d'alvéoles 4 dans lesquelles sont sertis des boutons 5. Sur la figure 1, une partie de la tête 1 a été représentée en coupe pour bien montrer la structure de l'alvéole 4 et du bouton 5. Quand l'outil de forage est en fonctionnement, le marteau percute la queue 2 du taillant et cette percussion est transmise à chaque bouton 5, provoquant l'éclatement de la roche par dépassement de la résistance de celle-ci à la compression.
  • Les boutons 5 sont en matériau très dur, par exemple en carbure de tungstène, en stellite, en carbure de bore, en aramique, etc ....
  • La forme de l'alvéole 4 est généralement cylindrique et le bouton correspondant l'est également mais celui-ci a un diamètre légèrement supérieur à celui de l'alvéole 4. La paroi intérieure de l'alvéole 4 et la surface extérieure du bouton 5 sont soigneusement rectifiées en vue du sertissage du bouton 5 dans l'alvéole 4. La mise en place du bouton peut se faire au moyen d'une presse hydraulique ou d'un marteau pneumatique avec ou sans différence de température des deux éléments à sertir.
  • Bien que les outils de perforation munis de boutons, tels que décrits ci-dessus, effectuent un travail de forage très efficace, ils présentent cependant quelques inconvénients. En particulier, il arrive qu'au bout d'un certain temps de fonctionnement le bouton ne soit plus solidaire de l'alvéole dans laquelle il a été serti et se mette à tourner sur lui-même, dans son alvéole, devenant ainsi beaucoup moins efficace.
  • En outre, quand le bouton commence à tourner sur lui-même dans son alvéole, il risque d'être extrait decelle-ci par les forces d'inertie qui sollicitent le bouton lors de la rotation de l'outil de perforation en fonctionnement ou par les chocs produits par le marteau.
  • En résumé, on peut écrire que les inconvénients des outils de perforation connus résident surtout dans le fait que les boutons risquent de se désolidariser de l'alvéole dans laquelle ils sont logés. Ce problème est grave pour l'ensemble des boutons sertis sur la surface de l'outil qui travaille mais il est encore plus grave pour les boutons placés en périphérie de l'outil car ceux-ci sont soumis au frottement sur la paroi du trou foré.
  • La présente invention tente de remédier à ces inconvénients. Elle vise un bouton susceptible d'être serti dans une alvéole de façon très sûre, c'est-à-dire sans risque de désolidarisation du bouton et de son alvéole. L'invention vise également un outil de perforation muni de boutons selon l'invention, c'est-à-dire un outil très fiable.
  • Plus particulièrement, l'invention s'applique à un bouton en matériau dur pour outil de perforation, constitué d'une tête pour le travail de forage proprement dit, prolongée par un corps, de préférence cylindrique, destiné à être serti à l'extrémité de l'outil, dans une alvéole de dimensions légèrement inférieures à celles du corps.
  • Selon l'invention, la surface extérieure du corps comporte des parties saillantes destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'alvéole lors du sertissage du bouton dans l'alvéole.
  • Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les parties saillantes sont constituées par des dents situées le long de génératrices de la surface du corps. De préférence, les dents sont de section triangulaire et l'on a avantage à réaliser chaque dent avec un angle au sommet d'une valeur d'environ 90°. Cependant, les dents peuvent être aussi de section tra- pézotdale ou semi-circulaire.
  • Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la hauteur de chaque dent est constante sur toute la longueur de la dent, alors que dans un deuxième mode de réalisation, que l'on préférera au premier mode, la hauteur de chaque dent n'est pas constante, mais elle décroît linéairement d'une hauteur maximale, à l'extrémité de la dent située vers la tête du bouton, jusqu'à une hauteur nulle à l'autre extrémité du bouton.
  • Afin de mieux comprendre l'invention, on va décrire de façon plus précise deux modes de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples, et représentés par les dessins annexés.
    • La figure 1 représente un schéma d'ensemble d'un outil de perforation muni de boutons en matériau dur. Cette figure montre la façon dont sont disposés lesdits boutons sur l'outil. Les boutons dessinés sur cette figure sont des boutons lisses, faisant partie de l'état de la technique connue mais il est bien sûr possible de monter sur l'outil de la figure 1 des boutons selon l'invention.
    • La figure 2 montre, à une échelle plus grande que celle de la figure 1, un premier mode de réalisation d'un bouton selon l'invention, avec il l'alvéole dans laquelle/est destiné à être serti. Dans ce premier mode, les dents faisant saillie à la surface extérieure du corps ont une hauteur constante.
    • La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation d'un bouton selon l'invention, avec l'alvéole qui lui correspond. Dans ce deuxième mode, les dents faisant saillie n'ont pas une hauteur constante et elles donnent ainsi au corps du bouton une forme conique.
    • La figure 4 représente une coupe suivant IV-IV du bouton de la figure 2. Elle représente également une coupe suivant IV-IV du bouton de la figure 3, effectuée à l'extrémité du corps du bouton où la hauteur des dents est maximale. En effet, à ce niveau, la coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du bouton est semblable à une coupe du bouton de la figure 2.
    • La figure 5 représente une coupe suivant V-V du bouton de la figure 3, effectuée à un niveau où la hauteur de la dent est presque nulle, c'està- dire près de l'extrémité du corps du bouton la plus éloignée de la tête de forage.
    • Les figures 2 et 3 représentent toutes les deux des boutons constitués d'une tête 6 pour le travail de forage proprement dit, prolongée par un corps cylindrique 7 destiné à être serti à l'extrémité d'un outil tel que l'outil de la figure 1, dans une alvéole cylindrique 4. La surface extérieure du corps 7 comporte des dents 8 destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'alvéole 4 lors du sertissage du bouton dans l'alvéole.
  • On se reportera tout d'abord aux figures 2 et 4 qui représentent un bouton dans lequel les dents 8 ont une hauteur constante sur toute leur longueur. Ainsi la coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du bouton est toujours identique à la figure 4. Le corps 7 du bouton a un diamètre de valeur D à ses deux extrémités et au fond des dents. En vue du sertissage du bouton dans l'alvéole 4 de diamètre D' on a bien sûr prévu une valeur D légèrement supérieure à la valeur D'. Sur la figure 4 on a représenté en pointillés un cercle de diamètre D', pour pouvoir comparer ce diamètre au diamètre D du bouton. Les dents 8 ont toutes un angle au sommet d'environ 90°. Le diamètre sur sommet des dents 8 a été repéré sur les figures par DM". La valeur DM" est bien sûr supérieure à D et donc à D'. Lors du sertissage du bouton dans l'alvéole 4, au serrage initial entre le bouton et l'alvéole dû à la différence de diamètre D - D', s'ajoute donc la pénétration totale des dents 8 dans la paroi de l'alvéole 4.
  • On se reportera maintenant aux figures 3, 4 et 5. Ces figures montrent un bouton dans lequel les dents ont une hauteur qui décroit linéairement d'une extrémité à l'autre de la dent. Le diamètre D du corps 7 du bouton à ses deux extrémités et au fond des dents est le même que celui du bouton de la figure 2. L'angle au sommet des dents 8 est toujours d'environ 90° mais la hauteur de la dent diminue linéairement d'une hauteur maximale à l'extrémité de la dent située vers la tête du bouton (voir figure 4) jusqu'à une hauteur nulle à l'autre extrémité du bouton. Sur la figure 5, cette hauteur est presque nulle. On a repéré le diamètre sur sommet des dents par DM" sur la figure 4, où ce diamètre est maximal. Sur la figure 5, ce diamètre étant presque nul, a été repéré par D" , la valeur D" étant pratiquement égale à D.
  • Comme le bouton de la figure 2, le bouton de la figure 3 se trouve véritablement ancré dans l'alvéole 4 lors du sertissage. En effet, en plus du serrage initial d'une valeur D - D' s'ajoute 1& pénétration totale des dents 8 dans l'alvéole. La forme cônique des dents permet un montage plus aisé du bouton dans l'alvéole.
  • Le bouton selon l'invention présente de grands avantages :
    • Une fois serti, le bouton est dans l'impossiblité de tourner sur lui-même, dans son alvéole.
  • D'autre part, la présence des dents en saillie à la surface extérieure du corps du bouton augmente de façon considérable la surface de contact entre le bouton et la paroi intérieure de l'alvéole. Ceci a pour conséquence une importante réduction des effets d'inertie liés à la masse du bouton. Les risques d'extraction du bouton hors de son alvéole sont donc inexistants.
  • La réalisation d'un bouton selon l'invention n'est pas beaucoup plus difficile que la réalisation d'un bouton lisse. Les dents peuvent être obtenues lors du frittage ou par tout autre procédé.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples, mais elle couvre également tous les autres modes de réalisation qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents.
  • Ainsi on pourrait envisager de remplacer les dentures droites que l'on a décrites par des dentures hélicoïdales, c'est-à-dire que les dents ne seraient pas situées le long de génératrices de la surface du corps, mais le long d'hélices tracées sur cette surface.
  • On pourrait imaginer aussi des dents dont la section ne serait pas triangulaire mais trapézoïdale ou semi-circulaire ou dont les flancs seraient par exemple en développante de cercle.
  • L'invention pourrait évidemment s'appliquer à des boutons dont la surface extérieure du corps ne serait pas cylindrique, mais par exemple conique, la structure et la disposition des dents étant semblables àcelles décrites plus haut, par exemple lors de la description de la figure 2.

Claims (10)

1.- Bouton en matériau dur, pour outil de perforation, constitué d'une tête(6)prolongée par un corps(7) destiné à être serti à l'extrémité de l'outil, dans une alvéole(4), de dimensions légèrement inférieures à celles du corps (7),
caractérisé par le fait que la surface extérieure du corps (7) comporte des parties saillantes(8)destinées à pénétrer dans la paroi intérieure de l'alvéole(4)lors du sertissage du bouton(5)dans l'alvéole(4).
2.- Bouton en matériau dur selon la revendication 1,
caractérisé par le fait que lesdites parties saillantes(8)sont constituées par des dents(8)situées le long de génératrices de la surface du corps (7).
3.- Bouton en matériau dur selon la revendication 1,
caractérisé par le fait que lesdites parties saillantes (8) sont constituées par des dents (8) situées le long d'hélices tracées sur la surface du corps (7).
4.- Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents (8) sont de section triangulaire.
5.- Bouton en matériau dur selon la revendication 4,
caractérisé par le fait que l'angle au sommet de chaque dent (8) est d'environ 90°.
6.- Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents (8) sont de section trapézoïdale.
7.- Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites dents(8)sont de section semi-circulaire.
8.- Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur de chaque dent (8) est constante sur toute la longueur de la dent (8).
9.- Bouton en matériau dur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur de chaque dent (8) n'est pas constante, mais décroit linéairement d'une hauteur maximale, à l'extrémité de la dent (8) située vers la tête (6) du bouton (5), jusqu'à une hauteur nulle à l'autre extrémité du bouton (5).
10.- Outil de perforation comportant un bouton (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP82402381A 1981-12-24 1982-12-24 Bouton en matériau dur pour outil de perforation Expired EP0083287B1 (fr)

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FR8124209A FR2519064A1 (fr) 1981-12-24 1981-12-24 Bouton en materiau dur pour outil de perforation et outil comportant un tel bouton
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