專利名稱：鉆巖刀具、巖鉆鉆頭和生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求1前序部分的鉆巖刀具。在以 上定義的鉆巖刀具中應(yīng)用的鉆削類型是沖擊和同時旋轉(zhuǎn)鉆削。本發(fā)明 還涉及一種巖鉆鉆頭和生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
用于可拆卸組裝起來的巖鉆或者土鉆部件的設(shè)備是已知的，其中 利用錐形連接來將鉆桿和鉆頭連接起來。因此，鉆頭具有基本錐形的 空腔，而同時鉆桿的應(yīng)該被容納于該空腔中的端部是基本錐形的。鉆 桿的錐形部分設(shè)有多個凹部/凹陷，這些凹陷優(yōu)選地沿著該錐形部分在 鉆桿縱向方向上的整個延伸長度延伸。所述凹部/凹陷促使鉆桿和鉆頭 之間的錐形部分的夾緊作用。通過磨削，生產(chǎn)凹部/凹陷，這是高成本 的生產(chǎn)方法。
之前已知一種鉆頭，它設(shè)有用于在其中容納鉆桿的錐形端部的基 本錐形的空腔。優(yōu)選地，該基本錐形空腔限定出三個區(qū)域，在其自身
之間具有沿著鉆頭的縱向方向延伸并且具有區(qū)域?qū)挾鹊?0-100%的深 度的埋頭孔。這使得所述區(qū)域是柔性的，從而使得它們能夠適應(yīng)于鉆 桿的不規(guī)則性，其中所述不規(guī)則性例如可能會在生產(chǎn)中形成。
之前已知一種鉆頭，它具有用于在其中容納鉆桿的錐形端部的基 本錐形的空腔。鉆頭和鉆桿一起形成鉆巖刀具。該錐形空腔設(shè)有沿著 鉆頭的縱向方向延伸的多個凹槽，這些凹槽由凹谷限定出來，該凹谷 在凹谷的兩側(cè)上均具有凸峰。鉆桿的錐角稍大于空腔的錐角。當(dāng)使用 這種已知鉆巖刀具執(zhí)行鉆削時，所述凸峰發(fā)生塑性變形，從而獲得更 大的接觸表面。由此，鉆頭和鉆桿之間的夾持作用得以提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種引言所定義類型的鉆巖刀具，其 中鉆桿和鉆頭之間的結(jié)合應(yīng)該防止鉆桿和鉆頭之間產(chǎn)生相對運動。
本發(fā)明的另一個目的在于，鉆頭和鉆桿在結(jié)構(gòu)方面均應(yīng)該是簡單 的，并且由此也具有比較低廉的生產(chǎn)成本。
至少利用具有在所附獨立權(quán)利要求中所限定的特征的鉆巖刀具和 鉆頭實現(xiàn)了本發(fā)明的主要目的。在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu) 選實施例。


下面描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，同時參考附圖，其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的端視圖，其中鉆頭被包括于根據(jù)本 發(fā)明的鉆巖刀具中；
圖2示出根據(jù)圖1的鉆頭的側(cè)視圖； 圖3A示出鉆的錐形端部的側(cè)視圖3B示出根據(jù)圖2的鉆桿的側(cè)視圖，其中鉆桿被旋轉(zhuǎn)9(T ，從
而使得圖3A中的左側(cè)面向觀察者；
圖3C示出根據(jù)圖3A的鉆桿的端視圖，其中錐形部分面向觀察者; 圖4示出根據(jù)圖3A的鉆桿的透視圖5示出當(dāng)鉆桿被容納于鉆頭中時，通過鉆頭和鉆桿的、橫交于 鉆巖刀具的縱向方向的截面；
圖6示出當(dāng)可替代實施例的鉆桿被容納于鉆頭中時，通過鉆頭和 鉆桿的、橫交于鉆巖刀具的縱向方向的截面；
圖7示出通過用于制造根據(jù)本發(fā)明的可替代鉆頭的坯體的截面；
和；
圖8示出通過與圖7所示坯體相比被進一步加工過的坯體的截面。
具體實施例方式
圖1和2示出的根據(jù)本發(fā)明的鉆頭1包括套筒形部分3以及與套
筒形部分成一體的鉆頭部分5。套筒形部分3具有內(nèi)部空腔7，該空腔
是基本錐形的，并且其錐體是直的和圓形的。在其錐形部分中，空腔7
從其開口端朝向鉆頭部分5變細?？涨?具有被平滑地圓化的內(nèi)端。
對于避免形成裂紋而言，這種設(shè)計是有利的。在圖2中，錐形空腔7 的半錐體角度被標(biāo)注為al。
如圖1所示，空腔7并不具有完全光滑的包絡(luò)面，而是空腔包括 形狀為突脊/頂冠/凸子9的突出或者驅(qū)動器部件，該突出或者驅(qū)動器部 件優(yōu)選地呈直線形并且在含有鉆頭1的第一中央軸線C1-C1的平面中 被沿著縱向定向。突脊/頂冠9具有朝向空腔7的底部減小的高度，這 由通過突脊/頂冠9相對于第一中央軸線C1-C1限定出的角度6表示， 角度p具有比空腔7的半錐體角度a 1更小的數(shù)值。
在圖1中繪出的虛線圓代表端銑刀P，它被用于產(chǎn)生空腔7。通過 利用端銑刀P不完成一個完整旋轉(zhuǎn)，在空腔7中獲得突脊/頂冠9。在 通常情形中，在端銑刀和鉆頭1之間的相互之間的相對旋轉(zhuǎn)位于310 ° -320°的區(qū)間中。這是用于產(chǎn)生突脊/頂冠9的特別容易的方式。
圖3A-3C中示出的鉆桿IO在其一個端部處設(shè)有錐形部分11，所 述錐形部分11相對于鉆桿10的第二中央軸線C2-C2限定出一個半錐 體角度a2。在錐形部分11的包絡(luò)面中，凹槽12凹進，它具有位于錐 形部分11的包絡(luò)面中的直線形側(cè)邊緣12A。此外，側(cè)邊緣12A位于延 伸通過或者含有鉆桿10的第二中央軸線C2-C2的平面中。根據(jù)生產(chǎn)所 述凹槽的一種優(yōu)選方法，這里也使用端銑刀，利用端銑刀來生產(chǎn)空腔7。 端銑刀優(yōu)選地是端部切削的端銑刀。由此，凹槽12的底部相對于C2-C2 限定出小于錐形部分11的半錐體角度a 2的角度a 3。如在圖3A中最 清楚示出地，凹槽12在部分12A處，即遠離凹槽12變得不再存在的 部分12B的那個部分處，具有非恒定的而是朝向錐形部分11的自由端
減小的深度。在圖3B中，可見凹槽12的寬度，即遠離凹槽12變得不 再存在的部分12B的那個部分的寬度，也朝向錐形部分11的自由端減 小。
空腔7的半錐體角度a 1名義上具有與鉆桿10的錐形部分11的 半錐體角度a 2相同的數(shù)值。然而，空腔7的錐體角度a 1具有正公差， 而錐形部分11的半錐體角度a2具有負(fù)公差。通常地，采用5° <al， a2<10° 。通常地，采用5° <a 1， a 2<10° 。角度P通常在2° <3 <8°的區(qū)間中，然而，其中0〈al必須成立。凹槽12的角度a3通常 在2° <a3<8°的區(qū)間中，然而，其中a3〈a2必須成立。在通過鉆頭 1的錐形部分11和套筒形部分3的、圖5示出的截面中，顯示出凹槽 12的輪廓位于相對于突出9的一定位置中，更精確地，突出9位于凹 槽12的中部中，它一般具有凹形截面。突出9由兩個部分限定，該兩 個部分具有凹形截面并且匯合于一尖端。在圖5示出的位置中，在突 出9的最高點和凹槽12的底部之間存在一間隙S 。其原因在于期望在 鉆頭1的錐形空腔7和鉆桿10的錐形部分11之間獲得令人滿意的表 面接觸。利用x示意凹槽12的底部和鉆桿的中央軸線之間的最小距離。
在圖6中，示出鉆桿110的驅(qū)動器部件112的可替代實施例。在 圖6示出的實施例中，驅(qū)動器部件112具有平坦表面的形狀，它被布 置在鉆桿110的錐形部分111的包絡(luò)面中。在圖6示出的實施例中， 鉆頭i可以具有與根據(jù)圖1-2的實施例相同的設(shè)計。因此，使用與根據(jù) 圖1-2的實施例中相同的附圖標(biāo)記。
平坦表面112具有位于錐形部分111的包絡(luò)面中的直線形側(cè)邊緣 112A。此外，側(cè)邊緣112A位于延伸通過鉆桿110的中央軸線的平面中。 平坦表面112的輪廓的連續(xù)直線位置旨在代表初始位置，即，當(dāng)錐形 部分11被安裝在鉆頭1的空腔7中時的位置。箭頭R代表根據(jù)本發(fā)明 的鉆巖刀具的旋轉(zhuǎn)方向。這限定鉆桿110相對于鉆頭1旋轉(zhuǎn)，直至平 坦表面112已經(jīng)達到圖6中的虛線位置，S卩，突出9已經(jīng)在平坦表面
112的一個側(cè)邊緣的區(qū)域中抵靠于表面112。當(dāng)鉆桿110旋轉(zhuǎn)時，突出 9與平坦表面112的配合將促進對鉆頭1的驅(qū)動。因此，突出9和平坦 表面112構(gòu)成了相配合的驅(qū)動器部件。圖l-5示出的驅(qū)動器部件(即突 出9和凹槽12)以基本相同的方式配合。通常，鉆桿10、 110的驅(qū)動 器部件12、 112沿著軸向和周向兩個方向均與鉆頭1的突出9交疊。
在圖7中，示出用于根據(jù)本發(fā)明的巖鉆鉆頭的另外的可替代實施 例的坯體201'，并且在圖8中示出利用坯體201'制成的根據(jù)本發(fā)明的巖 鉆鉆頭201的可替代實施例。根據(jù)圖7的坯體201'具有套筒形部分203 以及鉆頭部分205。在一個生產(chǎn)步驟之后，獲得了用于巖鉆鉆頭的根據(jù) 圖7的坯體201'，其中已經(jīng)通過內(nèi)部車削而生產(chǎn)出部分的內(nèi)部空腔。在 所述的實施例中，實質(zhì)在于最內(nèi)側(cè)的圓柱形部分207A具有圓化底部， 在該圓柱形部分上接壤的截頭錐形部分207B和也為截頭錐形的另外的 外側(cè)部分207C，然而該外側(cè)部分具有比內(nèi)側(cè)截頭錐形部分207B顯著 更小的軸向長度。以這種方式獲得的根據(jù)圖7的坯體201'相對于第三中 央軸線C3-C3是旋轉(zhuǎn)對稱的。
根據(jù)圖7的坯體201'被進一步加工，從而獲得根據(jù)圖8的鉆頭201。 由此，通過端銑刀加工出最外側(cè)錐形部分207C，基本對于相同部分進 行鉸孔。然而，鉸孔并非實現(xiàn)圍繞中央軸線C-C的一個完整旋轉(zhuǎn)，而 是坯體和端銑刀之間的相對旋轉(zhuǎn)大致為300° -340° 。這產(chǎn)生出形狀為 突脊/頂冠/凸子209的突出，它優(yōu)選地具有沿著它的縱向方向減小的高 度，其中該高度沿著朝向空腔的底部向內(nèi)的方向減小。這在圖8中利 用角度e示意，該角度3示意由突脊209和中央軸線C3形成的角度。 對于角度e的數(shù)值，參考以上關(guān)于根據(jù)圖1-2的實施例的說明中已經(jīng)披 露的內(nèi)容。
鉸孔切削掉大量的材料，使得遠離突出209，在圓柱形部分外側(cè) 獲得連續(xù)的直的、圓錐形部分207B和207C。突脊209具有小于限定 出連續(xù)錐形部分207B、 207C的母線的長度的一半的長度。錐形部分
207B、 207C的半錐體角度被標(biāo)記為a 1，并且它應(yīng)該處于如在上面已 經(jīng)關(guān)于根據(jù)圖1-2的實施例所述的相應(yīng)的區(qū)間中。a 1和0之間的關(guān)系 應(yīng)該是3<0 1。如從圖8明顯可見，巖鉆鉆頭201設(shè)有被容納于鉆頭 部分205中的凸起。
與根據(jù)圖8的巖鉆鉆頭相配合的鉆桿必須具有驅(qū)動器部件，例如 沿著錐形表面的母線具有一定長度的凹槽或者表面，該長度至少與突 出209的長度一樣大。然而，凹槽可以基本上長于突出209的長度， 其中，例如圖3-4示出的鉆桿IO可以與利用根據(jù)圖8的坯體生產(chǎn)出來 的鉆頭一起使用。同樣在這里， 一般采用的是，鉆桿10、 110的驅(qū)動 器部件12、 112沿著軸向和周向兩個方向與突出209相交疊。
在上述根據(jù)本發(fā)明的鉆頭和鉆桿的實施例中，鉆頭1、 201的空腔 7、 207設(shè)有單個突出9、 209，而鉆桿10、 110設(shè)有形狀為凹槽12或 者表面112的單個驅(qū)動器部件。然而，在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以設(shè)想到 空腔設(shè)有多個突出，這些突出優(yōu)選地沿著空腔的周圍以恒定間距布置， 并且鉆桿至少具有相應(yīng)數(shù)目的、形狀為凹槽/表面的驅(qū)動器部件，當(dāng)鉆 桿被容納在鉆頭中時，這些驅(qū)動器部件與突出相交疊。
在根據(jù)本發(fā)明的巖鉆鉆頭的根據(jù)圖7和8的所述實施例中，在通 過對定位得最靠近開口的空腔端部進行銑削而形成突出209之后，獲 得連續(xù)錐形表面207B、 207C。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠設(shè)想到不形成 連續(xù)錐形表面，而是與制造突出209關(guān)聯(lián)的銑削出來的錐形部分207C， 它經(jīng)由肩臺連接，具有與錐形部分207B相同的錐體角度，或者錐形部 分207C具有比錐形部分207B稍大的錐體角度。
在鉆桿10的上述實施例中的凹槽12從錐形部分11的端部延伸出 來并且在錐形部分11連接到鉆桿的其余部分之前終止。在本發(fā)明的范 圍內(nèi)，可以設(shè)想到凹槽/驅(qū)動器部件一直延伸到鉆桿的具有整個直徑的 部分。還可能是凹槽/驅(qū)動器部件并不一直延伸到錐形部分的端部。
在上述實施例中，突脊/頂冠/凸子9是直線形的。在本發(fā)明的范圍 內(nèi)，能夠設(shè)想到突脊/頂冠/凸子例如沿著巖鉆鉆頭的空腔像螺旋線那樣 延伸，并且因此凹槽/平坦表面也沿著鉆桿錐形部分像螺旋線那樣延伸， 從而在凹槽/表面和突脊/頂冠/凸子處存在交疊。
權(quán)利要求
1.一種鉆巖刀具，包括巖鉆鉆頭(1；201)以及以可拆卸方式連接到巖鉆鉆頭的鉆桿(10；110)，并且利用錐形連接來實現(xiàn)巖鉆鉆頭(1；201)和鉆桿(10；110)之間的結(jié)合，巖鉆鉆頭(1；201)設(shè)有至少部分的錐形空腔(7；207)，并且鉆桿(10；110)具有基本錐形部分(11；111)，所述錐形部分(11；111)具有位于所述錐形部分(11；111)的包絡(luò)面中的驅(qū)動器部件(12；112)，所述驅(qū)動器部件(12；112)的一個端部比所述驅(qū)動器部件(12；112)的第二端部定位得更加靠近所述錐形部分的端部，所述錐形空腔(7；207)設(shè)有突出(9；209)，所述驅(qū)動器部件(12；112)與突出(9；209)相交疊，其特征在于，所述突出呈突脊(9；209)的形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的鉆巖刀具，其特征在于，驅(qū)動器部件(12;112)具有直線形第一側(cè)邊緣(12A; 112A)，第一側(cè)邊緣(12A; 112A) 位于延伸通過鉆桿(10; 110)的第二中央軸線(C2-C2)的平面中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2的鉆巖刀具，其特征在于，突出(9; 209)的徑向內(nèi)部部分是直線形的，并且該徑向內(nèi)部部分位于延伸通過 巖鉆鉆頭(1)的第一中央軸線(C1-C1)的平面內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項的鉆巖刀具，其特征在于，突出 (209)具有構(gòu)成限定出所述空腔(7)的錐形部分的母線的長度的大部分的長度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項的鉆巖刀具，其特征在于，所述 突出(209)具有小于限定出所述空腔(207)的錐形部分的母線的長 度的一半的長度。
6. —種巖鉆鉆頭(1; 201)用于被包括于錐形連接中，該巖鉆鉆 頭設(shè)有至少部分錐形空腔(7; 207)，所述錐形空腔(7; 207)設(shè)有 突出(9; 209)，所述突出(9; 209)的一端部定位得比所述突出(9; 209)的另一端部更加靠近所述空腔(7; 207)的底部，其特征在于， 所述突出呈直線形突脊(9; 209)的形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的巖鉆鉆頭(1; 201)，其特征在于，所述徑 向內(nèi)部部分是直線形的，并且該徑向內(nèi)部部分位于延伸通過巖鉆鉆頭(1)的第一中央軸線(C1-C1)的平面內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項的巖鉆鉆頭(1)，其特征在于，突 出(9)具有一定長度，該長度代表限定出所述空腔(7)的錐形部分的母線的大部分的長度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項的巖鉆鉆頭(201)，其特征在于， 突出(209)具有小于限定出所述空腔(207)的錐形部分的母線的長 度的一半的長度。
10. —種用于生產(chǎn)巖鉆鉆頭(1; 201)的至少部分錐形空腔(7; 207)的方法，該巖鉆鉆頭(1; 201)用于被包括于錐形連接中，所述 錐形空腔(7; 207)的至少一特定部分利用銑刀來鉸孔，并且圍繞巖 鉆鉆頭(1; 201)的第一中央軸線(C1-C1)實現(xiàn)巖鉆鉆頭(1; 201) 和端銑刀之間的相對運動，其特征在于，所述相對運動是圍繞所述第 一中央軸線(C1-C1)的一個完整旋轉(zhuǎn)的80-90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆巖刀具，它包括巖鉆鉆頭(1)以及以可拆卸方式連接到巖鉆鉆頭的鉆桿(10)，并且利用錐形連接來實現(xiàn)巖鉆鉆頭(1)和鉆桿(10)之間的結(jié)合，巖鉆鉆頭(1)設(shè)有基本錐形的空腔(7)，并且鉆桿(10)具有基本錐形部分(11)。錐形空腔(7)設(shè)有冠狀突出(9)，該冠狀突出具有沿著錐形空腔(7)的包絡(luò)面的直線形延伸部，且錐形部分(11)具有凹槽(12)，該凹槽具有沿著錐形部分(11)的包絡(luò)面的基本直線形延伸部，并且冠狀突出(9)被容納在該凹槽(12)中。本發(fā)明還涉及一種巖鉆鉆頭和生產(chǎn)方法。
文檔編號E21B17/046GK101351614SQ200680050098
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者彼德·納瓦 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司