專(zhuān)利名稱(chēng)：切削工具嵌件的制作方法
切削工具嵌件
本發(fā)明涉及切削工具嵌件，特別是用在適合于從井膛(well bore，井筒)中去除殼體的切削工具中的隨機(jī)分配嵌件。
背景技術(shù)：
已知向下鉆進(jìn)磨機(jī)用于去除殼體、封隔器(packer)和其它井下巖屑以便修復(fù)孔。 這樣的工具也稱(chēng)為打撈工具，并可以包括適合于圍繞其縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的圓柱形本體，該圓柱形本體具有切削面，該切削面布置在外圍刀片的面上，在這種情況下，該面垂直于切削動(dòng)作(即，平行于或可能螺旋傾斜于該工具的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn))，或者布置在該工具的端面上，在這種情況下，該面基本平行于切削動(dòng)作(例如，平放在該工具旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的徑向平面上)。
在任一情況下，該工具本體均受到固定到其上的切削元件保護(hù)，所述切削元件由比形成待切削殼體或其它部件的金屬(通常為鋼)更硬的材料(通常為碳化鎢復(fù)合材料) 制成。該切削元件不僅保護(hù)該工具，當(dāng)然還對(duì)被切削的本體進(jìn)行機(jī)械加工。因此，期望該切削元件賦予工件有效的切削輪廓(profile)。另一方面，有兩個(gè)要考慮的問(wèn)題。首先，通過(guò)對(duì)殼體和封隔器進(jìn)行機(jī)械加工來(lái)磨銑它們會(huì)對(duì)該工具有磨耗。在惡劣環(huán)境中切削嵌件和刀片等(它們安裝在其上)將迅速地磨損。其次，無(wú)需很高的精度，因?yàn)樵搼?yīng)用一般僅用于去除井殼體，而不是精密機(jī)械加工。
目前已知三種可選方案。在第一種方案中，一系列切削嵌件以如下方式被仔細(xì)地定向并安置在工具上，所述方式產(chǎn)生了最有效率的切削工具。將每個(gè)元件對(duì)齊成使該元件的銳刃以期望刀面角面對(duì)工件。在切削刃上面的該元件的面可以具有這種表面特征，所述的表面特征導(dǎo)致從斷裂工件中形成削屑(shaving)，從而避免長(zhǎng)螺旋削屑。這樣的長(zhǎng)削屑會(huì)產(chǎn)生這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即它們纏結(jié)成“鳥(niǎo)窩”，會(huì)使得切屑的去除成為潛在問(wèn)題。如果幾毫米的短屑片(chip)快速折斷，則可以消除或至少減少形成鳥(niǎo)窩的風(fēng)險(xiǎn)。此外，利用常規(guī)方式容易確保在一個(gè)元件磨損且折斷時(shí)，下一個(gè)元件同等地存在于最有效切削位置。然而，雖然該工具是理想的，但它構(gòu)造起來(lái)是費(fèi)時(shí)的，因而費(fèi)用昂貴。
第二種方式是另一個(gè)極端?？梢詫拇罅抗ぞ呋厥盏呐f碳化鎢嵌件碾碎并破裂成形狀不規(guī)則的片段。這些片段可以根據(jù)尺寸分類(lèi)，然后隨機(jī)分配在將形成工具的工作鉆頭 (working bit)的工具表面上。碾碎的碳化鎢一般通過(guò)釬焊工藝附于切削工具。在這個(gè)實(shí)施例中，隨機(jī)嵌件可以在釬焊材料桿中供應(yīng)，并簡(jiǎn)單地通過(guò)逐步熔化該釬焊桿和將碾碎的碳化鎢嵌件粘結(jié)到該工具上來(lái)施加至該工具。替換地，該嵌件可以嵌入在棒中，許多嵌件可以自己固定(例如，通過(guò)釬焊)至工具本體上。在任一情況下，碾碎的碳化鎢嵌件在工具上的安置完全是隨機(jī)的，如同切削時(shí)每個(gè)嵌件呈現(xiàn)面對(duì)工件的那樣。因此，盡管這種方式明顯節(jié)省成本，但切削和耐磨損性能在某種程度上受損。任何給定嵌件都不能呈現(xiàn)清潔切削刃， 而且即使可以，也會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)的工件削屑。當(dāng)然，必須說(shuō)上述清潔切削并不是真正的問(wèn)題。只要施加足夠的壓力和扭矩，就沒(méi)有必要具有清潔切削刃。所有嵌件材料的等級(jí)不一定都是指定用于切削的，一些材料可能來(lái)自使用不同等級(jí)的碳化鎢(碳化鎢一般為當(dāng)前材料的首選)的磨損應(yīng)用。因此，雖然花費(fèi)不多，但這種方式與上述第一種方式一樣也不能執(zhí)行。
然而，第三種方式是一個(gè)折衷方式，其中使用具有多個(gè)切削刃和切削面的幾何形狀嵌件，以便即使所述嵌件隨機(jī)分配在工具上，它們也可能向工件呈現(xiàn)有效的切削面。當(dāng)然，僅方形嵌件可能簡(jiǎn)單地“鋪”在工具上以至于不會(huì)呈現(xiàn)切削面。而該嵌件提供了耐磨損面，該耐磨損面幾乎不進(jìn)行切削。從某種程度上說(shuō)，形狀的可用性當(dāng)然受限于常規(guī)制造嵌件的工藝。在碳化鎢嵌件情況下，通過(guò)將碳化鎢和其它金屬碳化物粉末與粘結(jié)劑物質(zhì)(如鈷)混合而方便地制造這些嵌件。然后將該混合物填充到?jīng)_模中，并在高壓下將該碳化鎢壓制成具有沖模和端沖頭形狀的實(shí)體塊(solid block)。一般地，該沖模是管狀的，每端均被提供壓力的沖頭封閉。為了從模具中提取形成的嵌件，利用底部沖頭通過(guò)沖模的開(kāi)口將該嵌件推出模具。因此，嵌件一般具有恒定橫截面以便能夠從沖模排出嵌件。然后在高溫 1300-1500攝氏度(Deg C)下燒結(jié)該嵌件從而給予其最終的物理性能。
GB-A-2378670公開(kāi)了一種嵌件，其為恒定橫截面棱柱，該棱柱端為凹形的，并任選地具有凹陷或其它表面不規(guī)則。該橫截面是復(fù)雜多邊形，該多邊形的內(nèi)角和外角都小于180 度，這提供了由嵌件側(cè)部中的凹槽分隔的棱脊的波曲度。
本發(fā)明目的在于提供能夠以常規(guī)方式制造但具有下面優(yōu)勢(shì)中的至少一種的嵌件
趨向于產(chǎn)生更積極的(aggressive)切削動(dòng)作，這種切削動(dòng)作對(duì)于在磨銑時(shí)在向下鉆進(jìn)時(shí)經(jīng)常遇到的金屬和其它非金屬部件的切削都是有益的；
趨向于減小磨銑期間的振動(dòng)；和
促進(jìn)形成更緊密的切屑卷，這種更緊密的切屑卷促進(jìn)折斷并阻礙鳥(niǎo)窩形成或產(chǎn)生許多細(xì)小切屑，所述細(xì)小切屑容易碎裂并隨鉆探泥漿一起循環(huán)到孔外。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于在井膛下使用的切削工具的嵌件，包括適合于切削鋼的硬質(zhì)材料本體，該本體在包括沖模及第一和第二沖頭的模具中加工成形，且布置成使得第一沖頭能夠從沖模的開(kāi)口中排出形成(formation)后的本體，在形成期間所述開(kāi)口通過(guò)所述第二沖頭被封閉，所述本體具有
第一和第二端，它們的面至少部分地由第一和第二沖頭的相應(yīng)面限定，且該第一和第二端之間限定有嵌件的縱向軸線(xiàn)，第一端的面積小于第二端的面積，和
在第一和第二端之間延伸的包括棱脊的嵌件側(cè)翼(flank)，所述棱脊形成嵌件的切削刃并被溝槽(trough)分隔。
該嵌件可以具有橫截面面積不同的多個(gè)層，所述多個(gè)層之間具有梯級(jí)(step)，每個(gè)層均具有在該層的第一和第二面之間延伸的所述棱脊和溝槽。因而，該嵌件從第二端至第一端以逐級(jí)方式逐漸變細(xì)。
另外，或者取代具有層的情況，所述棱脊可以從所述第二端至所述第一端逐漸變細(xì)。當(dāng)存在層時(shí)，棱脊的逐漸變細(xì)就是每個(gè)層的逐漸變細(xì)。
任選地，不論是否存在層，所述棱脊都可圍繞所述軸線(xiàn)呈螺旋狀(spiral)。
因而，在另一方面，本發(fā)明可以提供用于在井膛下使用的切削工具的嵌件，包括適合于切削鋼的硬質(zhì)材料本體，該本體在沖模及第一和第二沖頭中成形，且布置成使得第一沖頭能夠從沖模的開(kāi)口排出壓制后的本體，在形成期間所述沖模的開(kāi)口通過(guò)所述第二沖頭被封閉，所述本體具有
第一和第二端，它們的面至少部分地由第一和第二沖頭的相應(yīng)面限定，且該第一和第二端之間限定有嵌件的縱向軸線(xiàn)，第一端的面積小于第二端的面積，和
形成在第一和第二端之間延伸的棱脊的側(cè)翼，所述棱脊形成嵌件的切削刃并被所述側(cè)翼的溝槽分隔，其中
所述棱脊從所述第二端至所述第一端逐漸變細(xì)，且圍繞所述軸線(xiàn)呈螺旋狀。
螺旋狀的程度可以充分受到限制，逐漸變細(xì)的程度足夠大，且棱脊和溝槽在該軸線(xiàn)的徑向平面中的角間距是這樣的，即，使得嵌件在從沖模排出時(shí)不需要旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，噴射當(dāng)然是沿著軸向的。其它方向也是適宜的，例如沿著棱脊逐漸變細(xì)的方向。
優(yōu)選地，該逐漸變細(xì)不是線(xiàn)性的。優(yōu)選地，它相對(duì)于該軸凸出彎曲。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供了用于井膛下使用的切削工具的嵌件，包括適合于切削鋼的硬質(zhì)材料本體，該本體在沖模及第一和第二沖頭中成形，且布置成使得第一沖頭能夠從沖模的開(kāi)口排出壓制后的本體，在成形期間所述沖模的開(kāi)口通過(guò)所述第二沖頭被封閉，所述本體具有
第一和第二端，它們的面至少部分地被第一和第二沖頭的相應(yīng)面限定，且該第一和第二端之間限定有嵌件的縱向軸線(xiàn)，第一端的面積小于第二端的面積，和
嵌件的具有不同橫截面面積的多個(gè)層，所述多個(gè)層之間具有梯級(jí)，每個(gè)層均具有在該層的第一和第二面之間延伸的棱脊，所述棱脊形成嵌件的切削刃并被溝槽分隔，所述溝槽也在所述層的第一面和第二面之間延伸。
在任何情況下，優(yōu)選地，所述溝槽為V形截面。從所述第二端至所述第一端，該溝槽可以在深度上減小，而所述棱脊相應(yīng)地在高度上減小。當(dāng)然，溝槽深度與棱脊高度相同， 溝槽底部和棱脊峰距所述軸線(xiàn)的徑向距離不同。所述棱脊可以終止于所述第一端處或終止于所述第一端之前。
優(yōu)選地，每個(gè)層上的棱脊均在第一和第二面之間呈螺旋狀。優(yōu)選地，存在三個(gè)層。 優(yōu)選地，它們之間的梯級(jí)形成嵌件的另外的切削面。優(yōu)選地，所述層的輪廓相同。優(yōu)選地， 它們相對(duì)于彼此圍繞所述軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)地偏移。優(yōu)選地，每個(gè)層的棱脊在所述第一與第二面之間逐漸變細(xì)。嵌件的最小層的第一面形成所述嵌件的第一端，嵌件最大層的第二面形成所述第二端。如果層的第一和第二面相交，那么所述第二面是嵌件的內(nèi)部且僅在幾何意義上存在，因?yàn)樗耆挥谙噜弻拥谝幻娴膮^(qū)域內(nèi)。在第一面與相鄰的第二面交疊的位置處形成梯級(jí)。
當(dāng)隨機(jī)分散在工具上時(shí)，每個(gè)嵌件一般將來(lái)到其側(cè)翼擱置在工具表面上的位置， 假定該工具表面是平坦的且在施加嵌件時(shí)是水平的。然而，嵌件圍繞垂直于工具表面的軸線(xiàn)的定向是隨機(jī)的。如果在切削期間工具表面接近工件的方向垂直于該工具表面，則這種定向隨機(jī)性基本無(wú)關(guān)緊要。事實(shí)上，無(wú)論怎樣都基本無(wú)關(guān)緊要。然而，當(dāng)工具表面接近工件的方向平行于該工具表面時(shí)，這種定向隨機(jī)性將使嵌件的端面頻繁地提供切削功能。因此， 該端面也提供了切削面，以及側(cè)翼的棱脊。第二端棱脊的尖端呈現(xiàn)出積極的切削面。第一端的減小尺寸也呈現(xiàn)出積極的切削面。另外，通過(guò)使側(cè)翼彎曲，呈遞也更積極的更短切削刃。 因此，如所定義的成形的嵌件實(shí)際上更尖銳，不論它們的定向如何，將使得更積極的切削環(huán)境得以產(chǎn)生，這種更積極的切削環(huán)境不僅對(duì)于遇到殼體金屬是有效的，以及對(duì)遇到潛在的圍繞井膛的材料或回填水泥的情況也是有用的。而且，更尖銳的切削面使得在一個(gè)面企圖一次切削太多材料時(shí)發(fā)生較少的振動(dòng)。這導(dǎo)致工具的破損(snatch)，并且經(jīng)常隨后導(dǎo)致工具表面上的嵌件過(guò)早折斷。最后，通過(guò)使側(cè)翼棱脊呈螺旋狀并逐漸變細(xì)，通常使未折斷切屑纏繞成更容易折斷的緊密彎曲物，且當(dāng)它們?nèi)绱俗兓瘯r(shí)，不易于與其它切屑纏在一起形成鳥(niǎo)窩。本發(fā)明還提供了包括具有工作面的基本圓柱形本體的工具，其中工作面具有在固定基體(fixing matrix)內(nèi)施加到其上的多個(gè)切削嵌件，所述切削嵌件如上定義的以隨機(jī)分配方式安置在所述面上。優(yōu)選地，該工作面布置在該工具的徑向平面上。替換地，該工作面基本垂直于所述工具的徑向平面布置。所述工作表面可以包括附接至工具上的刀片。所述工作表面可以包括形成在所述工具側(cè)面的排屑槽(flutes)。所述基體可以是釬焊材料。所述硬質(zhì)材料優(yōu)選為碳化鎢，任選地包括其它金屬碳化物。優(yōu)選地，用于碳化鎢的粘結(jié)劑包括鈷。優(yōu)選地，所述碳化鎢嵌件通過(guò)壓制和燒結(jié)形成。


下面參考附圖僅通過(guò)舉例的方式描述本發(fā)明實(shí)施例，其中圖1(a) (d)分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的嵌件的立體圖、沿著圖1(d)中線(xiàn) A-A的截面圖、沿著圖1(d)中箭頭C方向的端視圖、和側(cè)視圖；圖2(a) (c)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第二實(shí)施例的沿圖2 (b)中箭頭A方向的端視圖、側(cè)視圖和立體圖；圖3(a) (d)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第三實(shí)施例的立體圖、沿圖3(c)中箭頭B方向的端視圖、側(cè)視圖以及沿圖3(c)中箭頭D方向的端視圖；圖4(a)和(b)分別是工具的側(cè)視圖，其中(a)嵌件安置在相對(duì)于工件表面的垂直面上，和(b)嵌件安置在工具的相對(duì)于工作表面的平行面上；圖5(a)和(b)分別是根據(jù)圖4(b)和(a)所示實(shí)施例的典型工具的示意圖；圖6是用于制造根據(jù)本發(fā)明的嵌件的燒結(jié)沖模的示意圖；圖7(a)、(b)和(C)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第四實(shí)施例的立體圖、側(cè)視圖、和沿圖7(b)中箭頭E方向的端視圖；和圖8(a)、(b)和(C)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第五實(shí)施例的立體圖、側(cè)視圖、和沿圖8(b)中箭頭F方向的端視圖。圖9(a)、(b)和(C)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第六實(shí)施例的立體圖、側(cè)視圖、和沿圖9(b)中箭頭G方向的端視圖。圖10(a)、(b)和(C)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第七實(shí)施例的立體圖、側(cè)視圖、和沿圖10(b)中箭頭H方向的端視圖。圖11 (a)、(b)和(C)分別是根據(jù)本發(fā)明的嵌件的第八實(shí)施例的立體圖、側(cè)視圖、和沿圖11(b)中箭頭J方向的端視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參考圖1，示出了嵌件10包括端面12和14，以及由溝槽20分隔的棱脊18組成的側(cè)翼16，在溝槽與棱脊之間形成面19。嵌件10具有在端面12、14之間延伸的軸線(xiàn)M，端面12、14被示出為垂直于軸線(xiàn)M的平直面，盡管任一面都可以是從內(nèi)部或外部凹入、凸出或具有刻面(faceted)，或相對(duì)于軸線(xiàn)M傾斜。垂直于軸線(xiàn)M截取的截面(如截面A_A) 具有規(guī)則六角星形狀剖面30，從小端12至大端14都是這樣的。面19之間的角為α，通常為60°。然而，棱脊18和相應(yīng)溝槽20在端14和12之間圍繞軸線(xiàn)M呈螺旋狀。因而，在端12和14之間，該棱脊逐漸變細(xì)并呈螺旋狀。在圖1的情況下，逐漸變細(xì)的程度是非線(xiàn)性的。就是說(shuō)，棱脊18距軸線(xiàn)M的徑向距離R以增加的比率從大端14朝向小端12減小。事實(shí)上，外推(extrapolate)凸緣18直至外推線(xiàn)(extrapolation)與軸線(xiàn)M重合限定了起點(diǎn)或原點(diǎn)0J亥逐漸變細(xì)為嵌件10提供了曲線(xiàn)形輪廓，使得它在以側(cè)翼支撐時(shí)在任何位置處都是不穩(wěn)定的，并因此使得它在以側(cè)翼16擱置(lying)時(shí)容易采用多種安置方式。螺旋狀程度是這樣的，S卩，使得棱脊18(和溝槽20)轉(zhuǎn)過(guò)端12、14之間的角θ。這個(gè)角約為20度，但可以為更大或更小角，這取決于制造要求和期望嵌件從形成它的沖模中排出的容易性。這將在下面進(jìn)一步討論。圖2示出了作為本發(fā)明第二實(shí)施例的變型，其中，嵌件10’具有與第一實(shí)施例中一樣的逐漸變細(xì)的棱脊18’，但具有更小錐度的溝槽20’，使得在嵌件的小端12’處通過(guò)嵌件截取的截面是圓形的。對(duì)于溝槽20’和棱脊18’中的每個(gè)來(lái)說(shuō)，面12’距原點(diǎn)0、0’的距離χ是不同的。參考圖3，其示出作為本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的嵌件10”，該實(shí)施例與上面實(shí)施例的差異在于，棱脊18”和溝槽20”具有相對(duì)于距其原點(diǎn)0的距離χ的徑向距離R，其是線(xiàn)性的。圖6示出了用于圖1至3所示嵌件或者實(shí)際上下面進(jìn)一步描述的圖7和8所示嵌件的一種可能的制造方式。根據(jù)本發(fā)明的嵌件采用常規(guī)技術(shù)制造，但也作了特殊考慮。 沖模70形成為具有待形成嵌件的側(cè)翼16的期望輪廓72。頂部沖頭或推頂銷(xiāo)(ejector pin)74封閉了沖模底端，并具有用于形成嵌件的端面12的末端形狀(end-f0rm)76。底部沖頭(板)78封閉了沖模70的底端，并具有用于形成嵌件的端面14的末端形狀80。示出沖模與沖頭78之間的接合部82垂直于嵌件的軸線(xiàn)M延伸。然而，它可以像推頂銷(xiāo)74與沖模70之間的接合部一樣為平行的。碳化鎢嵌件一般用三步制造。首先，將鎢連同其它金屬碳化物與金屬粘結(jié)劑(通常為鈷)及蠟一起碾磨。然后進(jìn)行成粒(從而產(chǎn)生良好的流動(dòng)特性)。第二步是在室溫下在沖模中用頂部和底部沖頭對(duì)它進(jìn)行壓制。最后一步是燒結(jié)，其中在第一階段驅(qū)散蠟粘結(jié)齊 ，在第二階段充分地?zé)Y(jié)該碳化物，這使得體積減小20 %。在沖模70中填充已與粘結(jié)劑成分(例如鈷)混合的適當(dāng)?shù)燃?jí)的碳化鎢和其它金屬碳化物粉末。這樣的材料成分本身在本領(lǐng)域中是已知的，無(wú)需在本文進(jìn)一步描述。底部沖頭78封閉該沖模。用沖頭74壓制沖模中的材料從而對(duì)它進(jìn)行壓擠。壓制后，通過(guò)撤回底部沖頭78并利用頂部沖頭74使嵌件排出來(lái)打開(kāi)沖模。如果所形成嵌件的幾何形狀達(dá)到使得嵌件在噴射期間需要沿軸線(xiàn)M作一些旋轉(zhuǎn)的程度(以便使所形成的棱脊18能清潔沖模70的排屑槽)，那么這樣的旋轉(zhuǎn)可以通過(guò)沖模的排屑槽與嵌件的棱脊18之間的滑動(dòng)相互作用而自主執(zhí)行。但也可以通過(guò)推頂銷(xiāo)74的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)促進(jìn)這樣的旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，有關(guān)于端面12的一些形狀能夠促進(jìn)端面12與推頂銷(xiāo)74之間的摩擦粘著力是有利的。參見(jiàn)圖5a、b，示出了包括本發(fā)明嵌件的工具的兩種供替換布置。
在圖fe中，工具IOOa具有基本圓柱形本體102，該圓柱形本體在與該工具的端面 106相鄰的104處有排屑槽。該端面覆有多個(gè)嵌件10(或10’或10”，以后提及該嵌件時(shí)僅參照嵌件10，但應(yīng)理解嵌件10’和10”同樣可適用，除非上下文另外進(jìn)行描述)。嵌件10 保持在釬焊材料基體108中，所述釬焊材料基體在本領(lǐng)域中也是已知的，不在本文進(jìn)一步描述。一種施加方法是以釬焊材料桿的形式將嵌件10提供給工具制造商，然后對(duì)于待按釬焊與嵌件的近似正確的體積比遞送的嵌件，僅需要將釬焊材料桿對(duì)著面106熔化，以使得面106可以被隨機(jī)布置的嵌件10的至少一個(gè)層110覆蓋。(實(shí)際上，且如圖2所示的成形物10’的嵌件，在圖4b中示出，但這里它們被標(biāo)記為10)?？梢蕴峁┮粋€(gè)以上的層。在向面 106施加嵌件時(shí)，這利用最上面的且基本水平的面106完成。如圖4b中10a、c處所示，大多數(shù)嵌件以它們的側(cè)面終止，但有時(shí)一些嵌件將最終以在任一端12、14上直立(如IOb處)的方式終止或以一些其它角度終止。布置的隨機(jī)性可確保了向工件200a呈現(xiàn)嵌件10的大量銳刃和尖端。在工具IOOa的情況下，工件200a平行于帶有切削元件10的工具面106。在這種情況下，工具IOOa圍繞其縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使得工件106沿圖4b中箭頭X的方向移動(dòng)， 即平行于工件表面200a移動(dòng)。在圖恥中，工具IOOb也包括基本圓柱形的本體122，但在這里具有導(dǎo)向鼻120，其設(shè)計(jì)為用于裝入待磨銑的殼體套筒(未示出)中并在其內(nèi)部滑動(dòng)。本體122具有刀片124， 這里示出了刀片124圍繞工具IOOb的縱向軸線(xiàn)呈螺旋狀，但它們同樣可以平行于該軸線(xiàn)， 而且事實(shí)上這更易于構(gòu)建。刀片124的一個(gè)面1 覆有隨機(jī)分配的嵌件10，以類(lèi)似于施加至工具IOOa的面106的方式分配。但這里的涂覆表面1 相對(duì)于工件表面200b也沿與工件200b平行的方向X移動(dòng)，但在這種情況下垂直于面1 移動(dòng)。因而，較少的嵌件執(zhí)行工件的切削功能，因此更迅速地磨損，但當(dāng)?shù)镀? 被磨蝕時(shí)它們不斷地被新嵌件補(bǔ)充。借助于逐漸變細(xì)的嵌件形狀，尤其對(duì)于以指數(shù)方式逐漸變細(xì)的棱脊的嵌件，向工件呈現(xiàn)鋒利切削刃的嵌件的許多不同的定向都是可能的?；鞠丝赡軙?huì)增大工具振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)刃。但仍獲得更積極的切削輪廓，所述切削輪廓對(duì)于混合工件切削，尤其涉及礦物形成/巖屑/水泥等的那些工件切削更有效。而且，鑒于斜刃幾乎不可避免地會(huì)被呈現(xiàn)給工件，在金屬切削情況下，易于產(chǎn)生較緊密的切削材料卷，借此可以減輕切屑形成鳥(niǎo)窩的問(wèn)題。參見(jiàn)圖7和8，示出了嵌件110a、b的兩種替換的布置，這兩種布置僅在程度上不同。這里，取代呈現(xiàn)出筆直的棱脊18，而呈現(xiàn)出階梯式棱脊118以及階梯式溝槽120。因而嵌件110a、b整體為階梯式，具有多個(gè)層140a、b、C。每個(gè)層以與上面參考圖3描述的整個(gè)嵌件10”類(lèi)似的方式逐漸變細(xì)和呈螺旋狀變化。但該逐漸變細(xì)不必是線(xiàn)性的，且它可按圖1 和2的布置以指數(shù)方式凸出。事實(shí)上，該逐漸變細(xì)對(duì)于每個(gè)層可能是不同的。示出對(duì)于每個(gè)層相同的螺旋狀程度。實(shí)際上，示出了每個(gè)層中每個(gè)棱脊118和溝槽120的起點(diǎn)142、144 與毗連層的相應(yīng)棱脊和溝槽的終點(diǎn)146、148在相同的角位置。這通過(guò)圖7和8(c)中的線(xiàn) 150示出(溝槽120的起點(diǎn)144在端視圖中不可見(jiàn)，但終點(diǎn)148在該圖中可見(jiàn))。這種布置不但具有上述益處，而且與上述較前面的實(shí)施例相比具有兩個(gè)另外的優(yōu)勢(shì)。第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是在當(dāng)嵌件的端面112在切削操作期間面向工件的時(shí)候表現(xiàn)出來(lái)的。雖然在上述實(shí)施例中端面12完全有效地工作，但后面的棱脊18傾向于闖入(plough into)工件中，而沒(méi)有產(chǎn)生切削動(dòng)作。這不是特別有問(wèn)題，因?yàn)槟欠N情況下的棱脊很快就會(huì)被損耗掉，后面的嵌件將獲得切削動(dòng)作。但在嵌件110a、b的情況下，后面沒(méi)有長(zhǎng)棱脊，而是具有相對(duì)短的棱脊，該相對(duì)短的棱脊后面是另一有效切削面112a，且在那之后是另一個(gè)面112b。因此，就這樣避免了棱脊18 (或在這些實(shí)施例情況下的118)闖入工件而未能產(chǎn)生切削動(dòng)作的問(wèn)題。這還引來(lái)第二個(gè)優(yōu)勢(shì)，第二個(gè)優(yōu)勢(shì)也是在當(dāng)嵌件將其它面呈現(xiàn)給工件的時(shí)侯表現(xiàn)出來(lái)的，該優(yōu)勢(shì)是可從工件切削橫截面較小的短屑片。就是說(shuō)，取代通過(guò)端面112切削一個(gè)屑片，而是以穿透工件中相同深度的方式切削三個(gè)屑片。同樣地，當(dāng)嵌件的側(cè)面面向工件時(shí)，通過(guò)層140a、b切削三個(gè)帶條(ribbon)。因此，即使切削出長(zhǎng)圈(turns)，這些長(zhǎng)圈也較薄且更容易在工具操作期間在工具周?chē)幕靵y中破碎。如上所述，圖7和8所示實(shí)施例之間的唯一差異在于逐漸變細(xì)的程度(也就是說(shuō)， 層之間的梯級(jí)(112a、b)的大小)。它們?cè)趧e的方面是相同的。當(dāng)然應(yīng)該理解，可以提供三個(gè)以上的層，盡管提供的層越多，該嵌件就越接近本發(fā)明較前面的實(shí)施例。還應(yīng)明確指出， 該棱脊中的梯級(jí)不必與溝槽中的梯級(jí)相同。事實(shí)上，溝槽中可以沒(méi)有梯級(jí)，僅棱脊中有梯級(jí)，反之亦然。最后，雖然示出了相鄰層的棱脊和溝槽的起點(diǎn)142、144與終點(diǎn)146，148在相同的角位置，但這不是必須的。它們之間的任何角位移都是允許的，只要較小層的整個(gè)背面 (112x)落在相鄰層的輪廓(112a)中即可(參見(jiàn)圖7(c)中用點(diǎn)線(xiàn)部分地示出的背面11 ， 該背面作為嵌件IlOa的內(nèi)部是“虛的(virtual) ”)。圖9至10示出了本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例。在圖9中，嵌件910具有兩個(gè)層940a、 b，它們的每個(gè)橫截面均是相同的(就是說(shuō)，不存在逐漸變細(xì))，并且它們的棱脊在從各個(gè)層的第一面91h、b到第二面914a、b不呈螺旋狀。該橫截面在每種情況下均是六角星，但旋轉(zhuǎn)地相對(duì)于彼此偏移。當(dāng)然，具有60°角的棱脊和120°角的溝槽的規(guī)則六角星不是必須的，僅僅對(duì)于上述實(shí)施例是這樣的。在圖10中，所示嵌件1010與圖9所示嵌件之間的唯一差異在于第三層1040c。在圖11中，所示嵌件1110與圖10所示嵌件之間的唯一差異在于中間層1140b，層1140b是五角星，而層1140a和1140c是六角星。橫截面的任何組合都是可能的，實(shí)際上，形狀的變化會(huì)改變嵌件相對(duì)于工件的切削輪廓。圖10至11中示出的關(guān)于層數(shù)和輪廓的變化當(dāng)然同等地適用于以上參考圖7和8所述的實(shí)施例。雖然上述所有實(shí)施例中的端面12、14，以及參考圖7至11所述的實(shí)施例的中間面 llh、b都被示為平坦的，但在這些面中引入特征也是可行的。例如，它們可以具有凹陷或隆起塊。同樣，它們可以成盤(pán)狀，如圖11(b)中的1175處所示的，以便提高在端面1112、1114 面向工件時(shí)的切削性能。實(shí)現(xiàn)了更積極、尖銳的切削輪廓。在本說(shuō)明書(shū)的整個(gè)描述和權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”和“含有”以及它們的變化形式都表示“包括但不局限于”，且它們并不傾向于(且并不是)要排除其他部分、添加物、組件、整體或步驟。在本說(shuō)明書(shū)的整個(gè)描述和權(quán)利要求中，除非上下文另有要求，否則單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)形式。特別地，當(dāng)使用不定冠詞時(shí)，除非上下文另有要求，否則應(yīng)理解為本說(shuō)明書(shū)考慮了復(fù)數(shù)形式及單數(shù)形式。結(jié)合本發(fā)明特定方面、實(shí)施例或?qū)嵗枋龅奶卣?、整體、特性、成分、化學(xué)部分或基團(tuán)應(yīng)理解為適用于本文描述的任何其它方面、實(shí)施例或?qū)嵗?，除非與此不相容。本說(shuō)明書(shū) (包括任何所附權(quán)利要求、摘要和示圖)中公開(kāi)的所有特征，和/或如此公開(kāi)的任何方法或
10工藝的所有步驟都可以以任何組合的形式加以組合，除了其中此類(lèi)特征和/或步驟中的至少一些互斥的組合。本發(fā)明不局限于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明擴(kuò)展至本說(shuō)明書(shū)(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和示圖)所公開(kāi)特征的任何一個(gè)新特征或任何新組合，或者擴(kuò)展至如此公開(kāi)的任何方法或工藝的步驟的任何一個(gè)新步驟或任何新組合。
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權(quán)利要求
1.一種用于在井膛下使用的切削工具的嵌件，包括適合于切削鋼的硬質(zhì)材料本體，所述本體在包括沖模及第一和第二沖頭的模具中加工成形，并布置成使得所述第一沖頭能夠使所述本體在成形后從所述沖模的開(kāi)口中排出，所述沖模的開(kāi)口在成形期間被所述第二沖頭封閉，所述本體具有第一和第二端，它們的面至少部分地由所述第一和第二沖頭的相應(yīng)面限定，且所述第一和第二端在它們之間限定所述嵌件的縱向軸線(xiàn)，所述第一端的面積小于所述第二端的面積，和嵌件的側(cè)翼，在所述第一端和第二端之間延伸且包括棱脊，所述棱脊形成所述嵌件的切削刃并被溝槽分隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌件，其中，所述嵌件具有橫截面面積不同的多個(gè)層，所述多個(gè)層之間具有梯級(jí)，每個(gè)層均具有在所述層的第一和第二面之間延伸的所述棱脊和溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌件，其中，所述棱脊從所述第二端至所述第一端逐漸變細(xì)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的嵌件，其中，所述棱脊圍繞所述軸線(xiàn)呈螺旋狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌件，其中，螺旋的程度被充分地限制，逐漸變細(xì)的程度足夠大，且所述軸線(xiàn)的徑向平面中棱脊和溝槽的角間距是這樣設(shè)置的，即，使得所述嵌件在從所述沖模排出時(shí)不需要旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的嵌件，其中，所述溝槽為V形截面。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的嵌件，其中，從所述第二端至所述第一端，所述溝槽在深度上減小，而所述棱脊相應(yīng)地在高度上減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的嵌件，其中，所述棱脊終止于所述第一端處或所述第一端之、r -
9.根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于權(quán)利要求3時(shí)的權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的嵌件，其中，所述逐漸變細(xì)不是線(xiàn)性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的嵌件，其中，所述逐漸變細(xì)相對(duì)于所述軸線(xiàn)是凸出地彎曲的。
11.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2時(shí)的權(quán)利要求9或10所述的嵌件，其中，所述逐漸變細(xì)至少部分地由形成所述層的棱脊中的所述梯級(jí)引起。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌件，其中，每個(gè)層的橫截面沿著所述軸線(xiàn)是恒定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌件，其中，每個(gè)層的棱脊在所述第一面和第二面之間逐漸變細(xì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2時(shí)的權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的嵌件，其中，啦連棱脊之間的梯級(jí)形成另外的切削面。
15.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2時(shí)的權(quán)利要求3至14中任一項(xiàng)所述的嵌件，其中，存在三個(gè)層。
16.根據(jù)權(quán)利要求2或者從屬于權(quán)利要求2時(shí)的權(quán)利要求3至15中任一項(xiàng)所述的嵌件，其中，所述層的輪廓相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的嵌件，其中，相鄰層相對(duì)于彼此圍繞所述軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)地偏移。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的嵌件，其中，所述硬質(zhì)材料包括粘結(jié)劑基體中的燒結(jié)碳化鎢。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的嵌件，其中，所述粘結(jié)劑包括鈷。
20.一種包括具有工作面的基本圓柱形本體的工具，其中，所述工作面具有在固定基體內(nèi)施加到其上的多個(gè)切削嵌件，所述切削嵌件以隨機(jī)分配方式安置在所述面上，所述嵌件為根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的嵌件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工具，其中，所述工作面布置在所述工具的徑向平面中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的工具，其中，所述工作面基本垂直于所述工具的徑向平面布置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工具，其中，所述工作表面能夠包括附接至所述工具的刀片。
24.根據(jù)權(quán)利要求21、22或23所述的工具，其中，所述工作表面能夠包括形成在所述工具側(cè)部中的排屑槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至M中的任一項(xiàng)所述的工具，其中，所述固定基體是釬焊材料。
26.—種基本如前面參考任一個(gè)附圖描述的嵌件以及包括所述嵌件的工具。
全文摘要
一種用于在井膛下使用的切削工具(100)的嵌件(10)，包括適合于切削鋼的硬質(zhì)材料(碳化鎢)本體。該本體在包括沖模(70)及第一(74)和第二(78)沖頭的模具中加工成形，并布置成使得第一沖頭可以使本體在成形后從沖模的開(kāi)口排出，所述沖模的開(kāi)口在成形期間被所述第二沖頭封閉。該嵌件具有第一端(12)和第二端(14)，它們的面至少部分地被所述第一和第二沖頭的相應(yīng)面限定。該嵌件的縱向軸線(xiàn)(24)在它們之間。第一端的面積小于第二端的面積。該本體具有形成在第一和第二端之間延伸的棱脊(18)的側(cè)翼(16)。該棱脊形成嵌件的切削刃。它們被所述側(cè)翼的V形溝槽(20)分隔。該棱脊逐漸變細(xì)并圍繞該軸線(xiàn)呈螺旋狀。
文檔編號(hào)E21B29/00GK102549230SQ201080045556
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者安迪·奧利倫肖, 馬克·魯塞爾 申請(qǐng)人:切割和耐磨損發(fā)展有限公司