NO844772L - Fremgangsmaate til fremstilling av borkroner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremstillingen av roterbare borkroner for anvendelse ved boring eller neddriving av dype huller i undergrunnsformasjoner.

Oppfinnelsen har særlig befatning med roterbare borkroner av den type som omfatter en kronesokkel med et mellomstykke og en innerkanal for fremføring av borevæske til kroneyttersiden, hvor kronesokkelen er forbundet med et antall såkalte "prefabrikerte" enkeltskjær. Hvert enkeltskjær er i form av en plate, vanligvis sirkulær, med en hard skjæreflate bestående av polykrystallinsk diamant eller annet, superhardt materiale.

Hvert enkeltskjær er konvensjonelt tilvirket i to lag, nemlig et hardt ytterlag bestående av polykrystallinsk diamant eller annet, superhardt materiale og et støttelag bestående av mindre hardt materiale, såsom sementert wolframkarbid. Foruten å tillate anvendelsen av et tynt diamantlag, med derav følgende, reduserte pris, vil denne tolags-anordning også gi en viss grad av selvsliping, idet det mindre harde støttelag under drift vil bortslites hurtigere enn det hardere skjærelag.

Ved en vanlig benyttet metode for fremstilling av roterbare borkroner av ovennevnte type tilvirkes kronesokkelen i en metallurgisk pulverprosess. Under denne prosess blir det først fremstilt en hul form, eksempelvis av grafitt, som er utformet i motsvarighet til kronesokkelen eller en del av denne. Formen fylles med pulverisert materiale, såsom wolframkarbid, som deretter infiltreres med et metallegeringsbindemiddel, såsom kobberlegering, i en ovn, for å danne en hard matrise.

Når en slik metode benyttes for fremstilling av en borkrone under anvendelse av enkeltskjær av naturlig diamant, blir diamantene vanligvis plassert på formens innervegg, innen formen fylles med wolframkarbid, slik at diamantene innleires i matrisen under tilvirkningen av kronesokkelen. Den maksimale ovnstempera- tur som kreves for utforming av matrisen, kan ligge mellom 1050 og 1170°C, og naturlige diamanter kan tåle slike temperaturer. Konvensjonelle, prefabrikerte skjær er imidlertid bare varmestabile opp til en temperatur av 700-750°C. Av den grunn blir prefabrikerte enkeltskjær som regel montert på kronesokkelen etter at denne er støpt, og forminnerveggen er hensiktsmessig utformet for opprettelse av flatepartier hvortil enkeltskjærene deretter kan forankres ved hardlodding eller slaglodding, eller for opprettelse av forsenkninger for opptakelse av tapper eller bæredeler hvortil enkeltskjærene er fastgjort.

Denne etterfølgende montering av enkeltskjærene på kronesokkelen er en tidkrevende, vanskelig og kostbar prosess grunnet arten av de angjeldende materialer, og som følge av disse vanske-ligheter kan forankringen av noen elementer på kronesokkelen iblant bli utilfredsstillende og forårsake tidlige skjærbrudd eller skjærløsning fra borkronen under drift. Iblant kan dessuten de utviklete monteringsmetoder, selv om de generelt er effektive, på grunn av plassmangel begrense mulighetene for plassering av enkeltskjærene på kronesokkelen.

I dag er det imidlertid tilgang til polykrystallinske diamantmaterialer som er varmestabile opp til infiltrasjonstem-peraturen, som vanligvis ligger på ca. 1100°C. Et slikt varmestabilt diamantmateriale leveres av General Electric Company under varemerket "Geoset".

Dette materiale har kommet til anvendelse ved roterbare borkroner, ved at stykker av materialet innføres slik i ytterflaten av en kronesokkel, at det strekker seg delvis ut fra ytterflaten, under anvendelse av en liknende metode som for naturlige diamanter. Stykkene kan eksempelvis være i form av et tykt, triangulært element hvor et av triangelhjørnene rager utad fra kronesokkelens ytterflate, mens triangelets hovedplan for-løper radialt eller tangentialt. Men når disse varmestabile elementer ikke er forbundet med et støttelag, har de vesentlig større tykkelse i skjæreretningen enn konvensjonelle, prefabrikerte skjær, av hensyn til den nødvendige styrke. Dette kan medføre betydelig økning av prisen for enkeltskjærene. Grunnet økningen i tykkelse er enkeltskjærene ikke lenger selvslipende, da skjærpartiet bak skjæreflaten ikke bortslites hurtigere enn skjæreflaten selv, slik det derimot, som tidligere nevnt er tilfelle med tolags-skjær.

Oppfinnelsen har derfor som formål å angi en fremgangsmåte for fremstilling av en roterbare borkrone under anvendelse av varmestabile enkeltskjær, hvorved de ovennevnte ulemper ved slike skjær kan avhjelpes.

Det er ifølge oppfinnelsen angitt en fremgangsmåte som er bestemt for fremstilling, i en metallurgisk pulverprosess, av en roterbar borkrone innbefattende en kronesokkel med et antall enkeltskjær som er montert på sokkelytterflaten, og som kjennetegnes ved prosesstrinn som omfatter tilvirkning av en hul form for støping i hvert fall av et parti av kronesokkelen, fylling av formen med pulverisert matrisemateriale og infiltrering av materialet med en metallegering i en ovn, for fremstilling av en matrise, og som videre kjennetegnes ved at det, innen formen fylles med pulverisert matrisemateriale, gjennomføres prosesstrinn som omfatter

a. plassering, i innbyrdes atskilte felter på forminnerveggen, av et antall enkeltskjær som hvert for seg består av et materiale som er varmestabilt ved den nødvendige temperatur for fremstilling av matrisen, og

b. anbringelse, på baksiden av hvert enkeltskjær, av et støttemateriale som, i hvert fall etter at matrisen er utformet, vil ha en høyere elastisitetsmodul enn matrisen.

Uttrykkene "fremre" og "bakre" har tilknytning til enkeltskjærets bevegelsesretning i forhold til formasjonen som utfreses under normal drift av borkronen.

Det kan, ved den fremre side av hvert enkeltskjær, være anordnet midler som, etter fylling av formen og fremstilling av matrisen, danner en holderkonstruksjon til forankring av skjæret i stilling på kronesokkelen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utnytter det faktum at enkeltskjærene er varmestabile, ved at skjærene innføyes i kronesokkelen under støpeprosessen, istedenfor å monteres på kronesokkelen etter at denne er utformet, slik det hittil har vært vanlig med prefabrikerte enkeltskjær.

Ved at det ved baksiden av hvert enkeltskjær anbringes et støttemateriale som, i hvert fall etter at matrisen er ferdig, vil ha en høyere elastisitetsmodul enn matrisen, vil det opprettes et relativt stivt underlag for enkeltskjæret, som redu-serer risikoen for skjærbrudd som ellers vil kunne forekomme grunnet tilbøyeligheten hos materialet bak enkeltskjæret, til å gi etter under de belastninger som påføres enkeltskjæret under boring. Ved slik svikting av materialet kan enkeltskjæret utsettes for bøyespenninger som det ikke vil kunne tåle. Enkeltskjæret må derfor fremstilles med en tykkelse som er tilstrekkelig liten til å gi en selvslipende effekt samtidig som prisen for skjæret reduseres.

Hvert enkeltskjær kan bestå av polykrystallinsk diamantmateriale og kan være tilvirket i form av en plate, eksempelvis en sirkulær skive, av dette materiale, hvor platens motsatt beliggende hovedflater danner henholdsvis dens fremre og bakre side.

Støttematerialet kan bestå av et enkelt, massivt og prefabrikert innlegg, eksempelvis av wolframkarbid eller annet, hardt materiale, fortrinnsvis med et flateparti i anlegg mot enkeltskjærets bakside, og av slik form at det vil fastholdes i den ferdige kronesokkel ved å omsluttes av matrisematerialet. Støttematerialet kan alternativt være i form av et antall massive innlegg, hvor matrisen utformes mellom og rundt innleggene.

Støttematerialet kan alternativt tilføres formen f.eks. som et pulverisert, matrisedannende materiale som ved omdanning får en høyere elastisitetsmodul enn matrisen som danner resten av kronesokkelen, som et resultat av prosessen for tilvirkning av matrisen. Det pulveriserte materiale for fremstilling av matrisen kan f.eks. tilføres formen som en forbindelse, kjent som "våt blanding", som inneholder det pulveriserte materiale blandet med et hydrokarbon, såsom polyetylenglykol. Materialets egenskaper kan varieres, eksempelvis ved endring av kornstørrelsesfordelin-gen, for å variere den strukturelle tetthet og derved justere hardheten av den frembrakte matrise. Bærematerialet for hvert enkeltskjær kan følgelig leveres som en våtblandingsmasse som anbringes ved enkeltskjærets bakside innen resten av formen fylles, hvor egenskapene ved den opprinnelige våtblandingsmasse er slik at den frembrakte matrise vil ha høyere elastisitetsmodul enn den matrise som danner den øvrige del av kronesokkelen.

I hvert av de ovennevnte tilfeller er det anordnet midler som tjener for opprettelse av en holderkonstruksjon til forankring av hvert enkeltskjær i stilling på kronesokkelen og som kan omfatte en forsenkning i formveggen, som strekker seg langs en del av forsiden av hvert enkeltskjær, når skjæret er plassert i stilling i formen, og som opptar pulvermaterialet når formen fylles og derved, etter at matrisen er ferdigfremstilt, danner en gripedel som er utformet i ett med selve matrisen og som ligger an mot forsiden av enkeltskjæret, som derved fastholdes i stilling på kronesokkelen.

Alternativt eller i tillegg kan midlene for opprettelse av en holderkonstruksjon omfatte et separat, prefabrikert element som innledningsvis plasseres i formen, i anlegg mot forsiden av enkeltskjæret, på slik måte at elementet, etter at formen er fylt og matrisen er utformet, fastholdes av matrisen og derved, i sin tur, fastholder enkeltskjæret i stilling på kronesokkelen.

Det prefabrikerte gripeelement kan være av langstrakt form, hvor den ene ende er innleiret i den ferdige kronesokkel mens den motsatte ende strekker seg delvis langs enkeltskjærets forside, i kontakt med denne. Det prefabrikerte element kan være elastisk bøyelig.

Hvert enkeltskjær kan være utstyrt med en åpning eller forsenkning som opptar et parti av holderkonstruksjonen, enten holderkonstruksjonen omfatter den ovennevnte gripedel som er utformet i ett med selve matrisen, eller et separat tilvirket element.

Som et alternativ eller i tillegg til de ovennevnte fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen kan bøyespenningene som påføres hvert enkeltskjær under boring, også reduseres på enhver måte som vil gi en større elastisitetsmodul i materialet bak skjæreggen enn i materialet bak den øvrige del av skjæret. Denne virkning kan eksempelvis oppnås ved anbringelse av et materiale med lavere elastisitetsmodul bak elementpartiet som er vendt fra skjæreggen, eller ved anbringelse av et materiale med høyere elastisitetsmodul bak skjæreggen.

Ifølge oppfinnelsen er det således angitt en fremgangsmåte for fremstilling, i en metallurgisk pulverprosess, av en roterbar borkrone innbefattende en kronesokkel med et antall enkeltskjær som er montert på sokkelens ytterflate, hvor det i fremgangsmåten inngår prosesstrinn som omfatter tilvirkning av en hul form for støping av i hvert fall et parti av kronesokkelen, fylling av formen med pulverisert matrisemateriale og infiltrering av materialet med en metallegering i en ovn, for fremstilling av en matrise, og hvor fremgangsmåten videre kjennetegnes ved at det, innen formen fylles med pulverisert matrisemateriale, gjennom-føres prosesstrinn som omfatter

a. plassering, i atskilte felter på forminnerveggen, av et antall enkeltskjær som hvert for seg er tilvirket av et materiale som er varmestabilt ved den nødvendige temperatur for fremstilling av matrisen, og

b. plassering, ved baksiden av hvert enkeltskjær, av et innlegg av slik art at materialet ved baksiden av enkeltskjæret, i hvert fall etter fremstillingen av matrisen, vil ha en høyere elastisitetsmodul i sonen ved enkeltskjærets skjæregg enn i avstand fra denne sone. Denne virkning kan eksempelvis oppnås ved anbringelse av et materiale med høyere elastisitetsmodul nær skjæreggen, eller av et materiale med lavere elastisitetsmodul i avstand fra denne sone, eller ved en kombinasjon av disse for-holdsregler. ("Høyere" eller "lavere" elastisitetsmodul refererer i denne forbindelse til jevnførng med elastisitetsmodulen for den normale matrise i den øvrige del av kronesokkelen). Det kan anvendes et stivt, prefabrikert innlegg eller en våtblandingsmasse som omdannes til en matrise under utforming av hovedmatrisen.

Oppfinnelsens ramme omfatter en roterbar borkrone som er fremstilt ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen med innbefatning av hvilket som helst av de ovennevnte prosesstrinn.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et sideriss av en typisk borkrone av en art hvor oppfinnelsen særlig kan komme til anvendelse.

Fig. 2 viser et enderiss av borkronen ifølge fig. 1.

Fig. 3 viser et skjematisk snitt av et skjæreelement i en roterbar borkrone, som illustrerer fremstillingsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 4-8 viser tilsvarende snitt av alternative enkeltskjærs montasjer som er opprettet ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 viser et fremre enderiss av enkeltskjæret ifølge fig. 8. Fig. 10-13 viser snitt i likhet med fig. 3-8 av ytterligere monteringsmåter. Fig. 14-19 viser riss av enkeltskjær av en konisk form som vil medvirke til forankring av skjærene i kronesokkelen.

Den roterbare borkrone ifølge fig. 1 og 2 omfatter en kronesokkel 10 som normalt er fremstilt av en wolframkarbidmatrise som er infiltrert med en bindelegering, vanligvis en kobberlegering. Det er ved den ene ende av kronesokkelen anordnet et gjenget stålmellomstykke 11 for fastkopling til borstrengen.

Kronesokkelens virksomme endeflate 12 innbefatter et antall blader 13 som utgår fra kronens midtparti og som er forbundet med enkeltskjær 14 som er fordelt i bladenes lengderet-ning .

Borkronen omfatter en styreseksjon 15 med anslag 16 som ligger an mot borehullveggen, for stabilisering av borkronen i borehullet. Fra en midtkanal (ikke vist) i kronesokkelen og mellomstykket leveres borevæske gjennom dyser 17 i endeflaten 12, på kjent måte.

Det bør bemerkes at dette bare er et eksempel på de mange mulige varianter av den borkronetype hvor oppfinnelsen kan komme til anvendelse.

Metodene for fremstilling av slike kronesokler i metallur-giske pulverstøpeprosesser er velkjent, som tidligere nevnt, og det er i det etterfølgende beskrevet modifikasjoner av de kjente metoder for montering av varmestabile enkeltskjær på kronesokkelen i løpet av støpeprosessen, istedenfor at enkeltskjærene monteres på kronesokkelen etter støpingen, slik det hittil har vært tilfelle med prefabrikerte skjær.

Det er i fig. 3 vist en støpeform 18 av grafitt med en innerveggutforming stort sett i motsvarighet til den ønskete ytterflatefasong av kronesokkelen eller et parti av denne. Støpeformen 18 er av den grunn utstyrt med langstrakte forsenkninger 19 som motsvarer bladene 13. Et antall delsirkulære forsenkninger 20 er, hver for seg i overensstemmelse med den ønskete plassering av et skjærelement, fordelt langs hver forsenkning 19. En ytterligere forsenkning 21 er anordnet i veggen av formen 19, nær forsenkningen 21.

I tilslutning til fremstillingen av formen, blir et antall varmestabile enkeltskjær 14 fastgjort i forsenkningene 20, som vist i fig. 3, ved hjelp av et egnet lim. I hver forsenkning 19, på den side av enkeltskjæret 14 som er vendt mot det indre av formen, er det montert, igjen eksempelvis ved hjelp av lim, et prefabrikert, stivt innlegg 22 som kan være tilvirket av et materiale med høy elastisitetsmodul, såsom sementert wolframkarbid .

Innlegget 22 kan være av hvilken som helst, egnet fasong men omfatter fortrinnsvis et plant flateparti som strekker seg over hele den plane bakside av enkeltskjæret 14. Innlegget 22 kan imidlertid strekke seg videre utover enkeltskjæret 14, som vist ved 23 i fig. 3, eller bare strekke seg over en del av enkelt-sk jæret .

Etter at alle enkeltskjær og innlegg 22 er plassert i stilling, fylles støpeformen med pulverisert wolframkarbid og infiltreres med en kobber-bindelegering i en ovn, på vanlig måte, for fremstilling av matrisen.

Matrisen omslutter hvert av enkeltskjærene 14 og de stive innlegg 22, og fyller dessuten hver av forsenkningene 21. Innlegget 22 forankres derved fast i kronesokkelens matrisedel, ved å omsluttes av matrisematerialet, og enkeltskjæret 14 forankres fast i stilling ved å fastholdes mellom innlegget 22 og en gripedel 24 som er dannet av matrisematerialet som fylte forsenkningen 21. Kronesokkelen kan således fjernes fra støpeformen med samt-lige enkeltskjær i korrekt stilling og hvert skjær fast forankret ved hjelp av et innlegg av materiale med høy elastisitetsmodul.

Forlengelsen 23 av innlegget 22 danner et ekstra parti av dette som skal fastholdes av matrisen, og innlegget kan være utstyrt med underskjæringer eller forsenkninger hvori støpe-materialet vil inntrenge og derved fastkile innlegget i matrisen.

Endeflaten av innlegget 22 kan ligge tett an mot baksiden av enkeltskjæret 14. Eventuelt tomrom mellom innlegget og enkeltskjæret vil imidlertid fylles med kobber-bindelegeringen eller infiltreringsmidlet, under utformingen av matrisen. Eventuelt tomrom mellom innlegget og enkeltskjæret kan eksempelvis skyldes ujevnheter i ytterflaten av en av komponentene, men i visse tilfeller kan det med fordel bevisst anordnes en smal spalte mellom flatepartiene, som skal fylles av matrise, eller av bindemiddel eller infiltreringsmiddel.

Avhengig av materialet i enkeltskjæret og sammensetningen av det matrisedannende materiale kan skjærelementets bakside forbindes, eller ikke forbindes, med matrisen under fremstillingen. I begge tilfeller kan enkeltskjærets forankring til kronesokkelen forbedres ved hensiktsmessig utforming av skjæret, idet det eksempelvis utstyres med en perifer avfasning som dekkes av matrisen. Som tidligere omtalt, kan det pulveriserte, matrisedannende materiale tilføres støpeformen som en forbindelse, kjent som "våt blanding", som inneholder wolframkarbidpulver blandet med polyetylenglykol. Etter å være fylt oppvarmes støpeformen i en ovn, for avbrenning av polyetylenglykolet, hvoretter materialet infiltreres med kobber-bindelegeringen eller infiltreringsmidlet. Istedenfor et prefabrikert, stivt innlegg kan opplegget for enkeltskjæret 14 være i form av en masse 25 av våtblanding, som vist i fig. 4, som tilføres støpeformen bakenfor baksiden 26 av enkeltskjæret 14, innen formen fylles. Under prosessen for fremstilling av matrisen i ovnen vil matrisen som utformes bak enkeltskjæret 14, få en større, strukturell tetthet og en høyere elastisitetsmodul enn matrisen i borkronens hovedparti, grunnet egenskapene ved den anvendte våtblanding, og derfor danne et opp-legg for enkeltskjæret.

Fig. 5 viser et stivt, prefabrikert innlegg 27, eksempelvis av wolframkarbid, som har et stort sett kileformet tverrsnitt med størst tykkelse bak skjæreggen 28 på enkeltskjæret 14 som er mest utsatt for belastning under boring.

I eksemplet ifølge fig. 6 er innlegget anordnet i form av et antall relativt store agglomerater 29 av wolframkarbid eller liknende, hardt materiale, hvor matrisen 30 omslutter, innkapsler og forankrer partiklene 29.

Istedenfor en integrerende forlengelse av matrisedelen kan holderkonstruksjonen på enkeltskjærets forside omfatte et separat prefabrikert gripeelement som plasseres i formen ved forsiden av enkeltskjæret 14. Som det fremgår av fig. 7, kan gripeelementet eksempelvis være anordnet som en langstrakt skinne 33 som er slik plassert i støpeformen at en del av skinnen 33, når matrisen er ferdig, er innleiret i matrisedelen 30 mens et parti av skinnen rager utad fra matrisedelen og strekker seg langs forsiden 32 av enkeltskjæret.

Ved anordningen ifølge fig. 8 er enkeltskjæret prefabrikert og utstyrt med en åpning 34 som fylles med matrisemateriale hvorved skjæret forankres sikkert til kronesokkelen. En liknende forankringsvirkning kan oppnås ved at enkeltskjærets ytterside er utstyrt med én eller flere forsenkninger.

Selv om enkeltskjærene i det ovenstående er beskrevet som sirkulære plater, kan skjær av andre former komme til anvendelse.

Innlegget på baksiden av hvert enkeltskjær har, som tidligere nevnt, som formål å redusere risikoen for skjærbrudd på grunn av bøyespenninger som påføres skjæret under boring, som følge av at materialet på baksiden av skjæret gir etter. Selv om risikoen for skjærbrudd derved minskes ved at de stivere innlegg har mindre tendens til å gi etter enn matrisen, kan tilbøyelig-heten til utvikling av bøyespenninger ytterligere reduseres ved å minske den motstand som overføres til enkeltskjæret som følge av at dets holderkonstruksjon ligger an mot skjærets forside. Slik at hele skjæret i realiteten vil kunne vippe når støtteinnlegget gir etter, med derav følgende reduksjon av bøyespenningen som overføres til enkeltskjæret.

Denne effekt kan eksempelvis oppnås, dersom matrisedelens forlengelse 24 er av tynn tverrsnittsform, som vist i fig. 10, eller dersom forlengelsen bare ligger an mot midtpartiet av enkeltskjæret 14, som vist i fig. 11, idet skjærets 14 radiale innerkant er anbrakt i en forsenkning eller en materialmasse 31 med lav elastisitetsmodul i matrisen 30.

Fig. 12 viser en anordning for redusering av bøyepåkjen-ningene på enkeltskjæret 14 ved opprettelse av en forsenkning 35 i det langstrakte gripeelement 33 som derved bare vil ligge an mot midtpartiet av enkeltskjærets 14 forside 32.

I anordningene ifølge fig. 7-12 er støtteinnlegget ikke vist, men kan være av hvilken som helst av de tidligere beskrevne utførelsesformer som omfattes av oppfinnelsens ramme.

Istedenfor å plassere et innlegg med høy elastisitetsmodul ved enkeltskjærets skjæregg, kan en tilsvarende virkning, dvs. redusert bøyespenning under belastning, oppnås ved anbringelse av et innlegg med lav elastisitetsmodul ved og bakenfor enkeltskjærets motsatte kantparti. En slik anordning er vist i fig. 13, hvor kuler eller sylindre 31a og 31b av materiale med lav elastisitetsmodul er plassert bakenfor skjærets radiale innerparti. Dersom enkeltskjæret utsettes for bøyning under boring som følge av at matrisen gir etter bak skjæreggen, vil hele elementet kunne vippe grunnet innleggenes lave elastisitetsmodul, med derav følgende reduksjon av bøyespenningene som påføres skjæret. Selv om innlegget 31a vil utsettes for trykkspenning, vil innlegget 31b sannsynligvis utsettes for strekkspenning og vil således bare tjene et formål dersom skjærets bakside er forbundet med støtte-matrisen. Innleggene med lav elastisitetsmodul kan fremstilles av en våtblanding som vil gi en matrise med lavere elastisitetsmodul enn den blanding som benyttes for den øvrige del av kronesokkelen.

I ethvert tilfelle hvor enkeltskjæret ikke er plant, vil det være særlig hensiktsmessig at opplegget for enkeltskjæret tilvirkes av en våtblanding av hard sammensetning og at holder-konstruks jonen på skjærets forside dannes av en integrerende forlengelse av hovedmatrisen, da begge disse komponenter auto-matisk kan bringes i overensstemmelse med konturen av enkeltskjæret, uansett konturformen.

I hvert av de ovennevnte tilfeller kan, som tidligere omtalt, enkeltskjærets forankring i matrisen forbedres, dersom enkeltskjæret utstyres med en perifer avfasning som dekkes av matrisen. Fig. 14-19 viser eksempler på enkeltskjær av denne type.

Ved anordningen ifølge fig. 14 og 15 består hvert enkeltskjær 110 av en sirkelformet skive av varmestabilt, polykrystallinsk diamantmateriale, med en perifer avfasning 111.

Enkeltskjærene 110 er som tidligere beskrevet montert på kronesokkelen ved å plasseres på innerveggen av støpeformen for fremstilling av kronesokkelen innen formen fylles med wolframkarbid, slik at enkeltskjærene innleires i matrisen under utformingen av kronesokkelen. Ved anvendelse av enkeltskjær av den type som er vist i fig. 14, blir støpeformens forsenkninger for opptakelse av enkeltskjærene slik utformet at matrisematerialet kan flyte over og rundt den perifere avfasning 111 langs hoveddelen av skjærperiferien, og derved medvirke til fastholding av enkeltskjæret i stilling på bladet 112. Fig. 14 og 15 tjener utelukkende for skjematisk illustre-ring av skjærformen, og det er åpenbart at enkeltskjæret dessuten kan fastholdes og/eller understøttes på hvilken som helst av de måter som er beskrevet i det ovenstående i tilknytning til fig. 1-13 . Fig. 16 og 17 viser en alternativ utforming av enkeltskjæret, hvor to segmenter er fjernet fra motsatt beliggende partier av skjæret, for opprettelse av to parallelle og rettlinjete avfasninger 114 som innleires i matrisematerialet. Fig. 18 og 19 viser en alternativ utførelsesform hvor enkeltskjæret er utstyrt med rettlinjete og motsatt beliggende, konvergerende avfasninger 115. Det er åpenbart at dersom enkelt-sk jærets skjæregg befinner seg ved skjærets smalende, vil de konvergerende avfasninger motvirke enhver tendens hos skjæret til å trekkes ut av matrisen under påvirkning av de krefter som opp-

står under boringen.

Avfasningene kan opprettes på hvilken som helst, konven-sjonell måte. Varmestabile, polykrystallinske diamantskjær kan eksempelvis fremstilles ved at polykrystallinske diamantpartikler først sammenføyes med et bindemiddel som deretter ekstraheres. Avfasningene kan tilskjæres ved gnisterosjon, innen ekstrahe-ringen gjennomføres.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i tilknytning til enkeltlags-skjær av polykrystallinsk diamant er grunnen utelukkende at dette er den eneste type av prefabrikert, varmestabilt skjær som for tiden er tilgjengelig. Oppfinnelsen har i større grad befatning med fremgangsmåter til understøttelse og forankring av det prefabrikerte skjær i kronesokkelen enn med det spesielle materiale i skjæret, og det inngår således i oppfinnelsens ramme at fremgangsmåter av den art som er beskrevet, kan anvendes ved varmestabile enkeltskjær av andre typer som måtte utvikles, med innbefatning av prefabrikerte, tolags- eller flerlags-skjær og skjær hvori det superharde materiale er av annen type enn polykrystallinsk diamant.

Ved anordningene som er beskrevet i det ovenstående, vil enkeltskjærene fastholdes i stilling på kronesokkelen ved hjelp av matrisepartier eller andre elementer som overdekker deler av enkeltskjærene, selv om det også er henvist til den mulighet at skjærene i tillegg fastlimes til kronesokkelen. Det bør imidlertid bemerkes at dersom limforbindelsen mellom enkeltskjærene og kronesokkelen er tilstrekkelig sterkt vil denne forbindelse utgjøre hovedmidlet eller det eneste middel for fastgjøring av enkeltskjærene til kronesokkelen.

Claims (27)

1. Fremgangsmåte som er bestemt for fremstilling, i en metallurgisk pulverprosess, av en roterbar borkrone innbefattende en kronesokkel (10) med et antall enkeltskjær (14) som er montert på sokkelytterflaten, hvori det inngår prosesstrinn som innbefatter tilvirkning av en hul form (18) for støping av i hvert fall et parti av kronesokkelen, fylling av formen med pulverisert matrisemateriale og innfiltrering av materialet med en metall-legering i en ovn, for fremstilling av matrisen, karakterisert ved at det, innen formen fylles med pulverisert matrisemateriale, gjennomføres prosesstrinn som omfatter a. plassering, i atskilte felter på innerveggen av støpe-formen (18), av et antall enkeltskjær (14) som hvert for seg består av et materiale som er varmestabilt ved den nødvendige temperatur for fremstilling av matrisen, og b. anbringelse, ved baksiden av hvert enkeltskjær, av et støttemateriale (22) som, i hvert fall etter at matrisen er ferdigfremstilt, vil ha en høyere elastisitetsmodul enn matrisen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det ved forsiden av hvert enkeltskjær (14) er anordnet midler (24,33) som, etter at formen (18) er fylt og matrisen fremstilt, danner en holderkonstruksjon til forankring av skjæret i stilling på kronesokkelen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at hvert enkeltskjær (14) er fremstilt av polykrystallinsk diamantmateriale og i form av en plate hvis motsatte hovedflater danner henholdsvis forsiden og baksiden av platen.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at hvert enkeltskjær (14) består av en sirkelformet skive.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at støttematerialet omfatter et enkelt, prefabrikert og massivt innlegg (23) av slik form at det i den ferdige kronesokkel vil fastholdes ved å omsluttes av matrisen.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at støttematerialet omfatter et antall massive innlegg (29, fig. 6), hvor matrisen utformes mellom og rundt innleggene.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at en endeflate av innlegget (22) befinner seg i anlegg mot baksiden av enkeltskjæret (14).

8. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 5-7, karakterisert ved at innlegget (22) er fremstilt av wolframkarbid.

9. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at støttematerialet (25) som tilføres støpeformen (18) er av en type som vil omdannes til et hardt materiale med høyere elastisitetsmodul enn matrisen som danner den øvrige del av kronesokkelen, som et resultat av prosessen for tilvirkning av matrisen.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 9, karakterisert ved at støttematerialet (25) som tilføres støpe-formen, består av et pulverformet, matrisedannende materiale.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 10, karakterisert ved at pulvermaterialet hvorav matrisen skal fremstilles, tilføres støpeformen som en forbindelse (25) som inneholder pulvermateriale, blandet med en væske, til en pasta.

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at væsken består av et hydrokarbon.

13. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-12, karakterisert ved tilvirkning av en holderkonstruksjon (24,33) for fastholding av enkeltskjæret i stilling på kronesokkelen .

14. Fremgangsmåte i samsvar med krav 13, karakterisert ved at det i innerveggen av støpeformen (18) anordnes en forsenkning (21) som strekker seg over en del av hvert enkeltskjærs (14) forside, når skjæret befinner seg i stilling i formen, og som opptar pulvermateriale når formen fylles og derved, når matrisen er fremstilt, danner en gripedel (24) som er utformet i ett med matrisedelen og som ligger an mot forsiden av enkeltskjæret (14) som derved forankres i stilling på kronesokkelen .

15. Fremgangsmåte i samsvar med krav 13 eller 14, karakterisert ved anvendelse av et prefabrikert element (33) som innledningsvis plasseres i støpeformen (18) i anlegg mot forsiden av hvert enkeltskjær (14) på slik måte at elementet (33), etter fylling av formen og tilvirkning av matrisen, fastholdes av matrisen og derved, i sin tur, forankrer enkeltskjæret i stilling på kronesokkelen.

16. Fremgangsmåte i samsvar med krav 15, karakterisert ved at prefabrikerte gripeelement (33) er av en langstrakt form hvor den ene ende er innleiret i den ferdige kronesokkel mens den annen ende strekker seg delvis langs enkelt-sk jærets (14) forside, i kontakt med denne.

17. Fremgangsmåte i samsvar med krav 16, karakterisert ved at det prefabrikerte element (33) er elastisk bøyelig.

18. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 13-17, karakterisert ved at hvert enkeltskjær er utstyrt med en åpning eller forsenkning (34, fig. 8) som opptar et parti av holderkonstruksj onen.

19. Fremgangsmåte bestemt for fremstilling, i en metallurgisk pulverprosess, av en roterbar borkrone innbefattende en kronesokkel med et antall enkeltskjær som er montert på sokkelytterflaten, hvori det inngår prosesstrinn som innbefatter tilvirkning av en hul form (18) for støping av i hvert fall et parti av kronesokkelen, fylling av formen med pulverisert matrisemateriale og infiltrering av materialet med en metallegering i en ovn, for fremstilling av en matrise, karakterisert ved at det, innen formen fylles med pulverisert matrisemateriale, gjennomføres prosesstrinn som omfatter a. plassering, i atskilte felter på forminnerveggen, av et antall enkeltskjær (14) som hvert for seg består av et materiale som er varmestabilt ved den nødvendige temperatur for fremstilling av matrisen, og b. anbringelse, på baksiden av hvert enkeltskjær, av et innlegg (22,25,29) slik at materialet ved baksiden av hvert enkeltskjær, i hvert fall etter tilvirkningen av matrisen, vil ha en høyere elastisitetsmodul nær enkeltskjærets skjæregg enn i avstand fra denne sone.

20. Fremgangsmåte i samsvar med krav 19, karakterisert ved at innlegget (22,25,29) har høyere elastisitetsmodul enn matrisen som danner den øvrige del av kronesokkelen, og er plassert på baksiden av enkeltskjæret, nær dets skjæregg.

21. Fremgangsmåte i amsvar med krav 19, karakterisert ved at innlegget (31b, fig. 13) har lavere elastisitetsmodul enn matrisen som danner den øvrige del av kronesokkelen, og er plassert på baksiden av enkeltskjæret (14) i avstand fra sonen ved skjæreggen.

22. Fremgangsmåte i samsvar med krav 20 eller 21, karakterisert ved at innlegget omfatter ett eller flere prefabrikerte, massive elementer (22,29) av slik form at de i den ferdige kronesokkel vil fastholdes av matrise som utformes rundt hvert innlegg.

23. Fremgangsmåte i samsvar med krav 20 eller 21, karakterisert ved at innlegget (25) som tilføres støpe-formen (18) er av en materialtype som vil omdannes til et hardt materiale med den nødvendige elastisitetsmodul, som et resultat av prosessen for tilvirkning av matrisen.

24. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at det i hvert fall rundt en del av hvert enkeltskjærs (110, fig. 14) periferi er anordnet et parti (111) av redusert tykkelse, hvor partiet av redusert tykkelse er slik plassert at det i det minste delvis vil innleires i matrisematerialet (112) og derved fastholde, eller medvirke til fastholding av enkeltskjæret på kronesokkelen.

25. Fremgangsmåte i samsvar med krav 24, karakterisert ved at partiet av redusert tykkelse (111) omfatter en perifer avfasning på enkeltskjæret (110).

26. Fremgangsmåte i samsvar med krav 25, karakterisert ved at den perifere avfasning (111) strekker seg rundt hele omkretsen av enkeltskjæret (110).

27. Fremgangsmåte i samsvar med krav 25, karakterisert ved to stort sett rettlinjete, avfasete partier (114) som er anordnet ved hver sin sidekant av enkeltskjæret (110, fig. 16).