專利名稱：用于旋轉錐形鉆頭的巴掌尖外表面的抗磨材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆地鉆頭，并且更具地涉及具有可旋轉牙輪的鉆地鉆頭，也稱為旋轉錐形鉆頭。
_5] 相關技術的描述參照

圖1和2，其中圖1圖解了現有技術旋轉錐形鉆頭10的等距視圖，并且圖2圖解了圖1的現有技術旋轉錐形鉆頭10的一部分的橫截面視圖。巴掌12懸自(depend from)鉆頭10的主體部分14。巴掌·12包括支承軸(bearing shaft) 16,其在向下并且徑向向內的方向延伸。支承軸16包括圓筒形支承面18。牙輪錐體(cutter cone) 20被安裝至支承軸16，并且由支承面18支撐以旋轉。在可選的實施中，牙輪錐體20通過一組滾柱軸承支撐以在支承軸16上旋轉。錐體20的形狀和構造以及它與支承軸16的可旋轉連接在本領域是眾所周知的。在密封軸承實施中，錐體20和支承軸16之間的軸承(軸頸或滾柱)通過潤滑劑(如潤滑脂)潤滑，潤滑劑以本領域技術人員眾所周知的方式填充鄰近軸承的區(qū)域以及旋轉錐形鉆頭內的其它通道21。該潤滑劑通過使用例如以ο-形環(huán)22形式的彈性密封件被保持在旋轉錐形鉆頭內，彈性密封件被定位于錐體20的底部附近的內圓筒形表面26和支承軸16的底部附近的外圓筒形表面28之間的密封蓋24內。巴掌12的外表面30在接近錐體20的半圓邊緣32處終止。與表面30相連的巴掌12的區(qū)域在本領域被稱為“巴掌尖區(qū)域”，并且邊緣32在本領域被稱為“巴掌尖邊緣”。提供巴掌尖邊緣32，其中表面30的末端部分過渡至平行于錐體20的底部(并且垂直于支承軸16)定向的并且在支承軸16的底部定位的內部徑向表面34。在旋轉錐形鉆頭10上，鉆頭故障的主要形式之一可追溯至巴掌尖磨損。在這種巴掌尖磨損的一種形式中，巴掌尖邊緣32磨損，內部徑向表面34的徑向寬度由于該磨損減小，并且在密封軸承內的彈性ο-形環(huán)22密封件被暴露。如果軸承改為是敞式(非密封或空氣)軸承，則巴掌尖邊緣的磨損可使空氣軸承暴露。巴掌尖磨損的另一形式包括在遠離巴掌尖邊緣的位置處的巴掌尖外表面30的磨損?，F有技術教導了延緩巴掌尖磨損的兩種方法。圖3圖解了第一種方法，其中焊接的表面硬化材料40層被施加至表面30，沿著巴掌尖邊緣32的至少一部分延伸。表面硬化材料一般是施加至表面30的碳化鎢硬金屬40的沉積。該材料一般是鎳焊接介質中攜帶的粒狀碳化鎢。當旋轉錐形鉆頭在高研磨性巖層中運轉時，該方案未很好地起作用，因為表面硬化材料40磨損太快。主要是焊接介質，一般是鎳，造成材料上焊接相對差的性能。圖4圖解了第二種方法，其中碳化鎢插入物42被壓裝入在巴掌尖邊緣32附近的表面30內形成的孔44內。盡管這些插入物42提供更好的抗磨性(與使用表面硬化材料比較)，但是插入物42未對巴掌尖邊緣32提供保護。對此的原因是孔44必須被定位在離巴掌尖邊緣32 —些看得出的距離處，以便壓裝適當地起作用并且在外圍保持插入物42。例如，一般從孔44的邊緣至巴掌尖邊緣32提供至少0.125英寸的間距dl。因而，圖4的方法起到主要保護巴掌尖邊緣32附近但不是精確處于巴掌尖邊緣32的巴掌尖區(qū)域的作用。而且，為了適當地被保持，壓裝插入物42 —般必須具有厚度t (孔44的相應深度)，以使插入物的厚度與插入物的直徑d’(在插入物是圓的情形)或插入物的寬度w(其它形狀)的比超過大約0.5(即，t/d，^ 0.5 ;或 t/w ^ 0.5) ο

因此，在本領域對于提供保護巴掌尖邊緣如巴掌尖邊緣32的改進方法存在需要。再次參照圖1和2，巴掌尖區(qū)域內的巴掌12的外表面30橫向終止于前巴掌尖邊緣50和后巴掌尖邊緣52。前巴掌尖邊緣50在旋轉錐形鉆頭10的操作過程中特別易于磨損?，F有技術又教導了延緩前巴掌尖邊緣50的磨損的兩種方法。圖5圖解了第一種方法，其中焊接的表面硬化材料40被施加至表面30，沿著前巴掌尖邊緣50的至少一部分延伸。表面硬化材料一般是碳化鎢硬金屬40的沉積。該材料一般是鎳焊接介質內攜帶的粒狀碳化鎢。當旋轉錐形鉆頭在高研磨性巖層中運轉時，該方案未很好地起作用，因為表面硬化材料40磨損太快。主要是焊接介質，一般是鎳，造成材料上焊接相對差的性能。圖6圖解了第二種方法，其中碳化鎢插入物42被壓裝入在前巴掌尖邊緣50附近的表面30內形成的孔44內。盡管這些插入物42提供更好的抗磨性(與使用表面硬化材料比較)，但是插入物42未對前巴掌尖邊緣50提供保護。對此的原因是孔44必須被定位在離前巴掌尖邊緣50 —些看得出的距離處，以便壓裝適當地起作用并且在外圍保持插入物42。例如，一般從孔44的邊緣至前緣50提供至少0.125英寸的間距d2。因而，圖6的方法起到主要保護前巴掌尖邊緣50附近但不是精確處于前巴掌尖邊緣50的巴掌尖區(qū)域的作用。而且，為了適當地被保持，壓裝插入物42 —般必須具有厚度t (孔44的相應深度)，以使插入物的厚度與插入物的直徑d’(在插入物是圓的情形)或插入物的寬度w(其它形狀)的比超過大約0.5(即，t/d，彡 0.5 ;或 t/w 彡 0.5)。因而，本領域對于提供保護前巴掌尖邊緣如前巴掌尖邊緣50的改進方法存在需要。

發(fā)明內容
在一個實施方式中，旋轉錐形鉆頭包括:主體、懸自主體的巴掌和從巴掌延伸的支承軸。還提供了具有底面的硬質材料片。硬質材料片的底面用巴掌的基本上貼合的表面定位。在一個實施方式中，旋轉錐形鉆頭包括:主體、懸自主體的巴掌、從巴掌延伸的支承軸和安裝至支承軸的錐體。巴掌在鄰近錐體的底部的巴掌尖邊緣處終止。硬質材料片的底面用巴掌的基本上貼合的表面定位在沿巴掌尖邊緣的位置。在一個實施方式中，旋轉錐形鉆頭包括:主體、懸自主體的巴掌、從巴掌延伸的支承軸和安裝至支承軸的錐體。硬質材料片的底面用巴掌的基本上貼合的表面定位(例如在沿著經受磨損的巴掌尖區(qū)域的邊緣的表面)。
在一個實施方式中，旋轉錐形鉆頭包括:主體、懸自主體的巴掌、從巴掌延伸的支承軸和安裝至支承軸的錐體。巴掌包括在鉆頭的操作過程中經受磨損的位置。硬質材料片的底面用巴掌的基本上貼合的表面定位在經受磨損的位置。在任何前述實施方式中，進行連接的貼合表面可包括:在巴掌的外巴掌尖表面之內或旁邊形成的基底表面、在鄰近巴掌尖邊緣的巴掌的外表面之內或旁邊形成的基底表面、在巴掌的外巴掌尖表面之內形成的開口的基底表面、和/或在鄰近巴掌尖邊緣的巴掌之內形成的開口的基底表面。在任何前述實施方式中，用于定位硬質材料片的材料可包括粘結材料。粘結材料通常是介于硬質材料片的底面與巴掌的基本上貼合的表面之間的可流動的粘結材料。那種材料可包括例如銅焊材料。在任何前述實施方式中,硬質材料片可包括聚晶金剛石復合片(polycrystallinediamond compact)，或由材料如固態(tài)碳化鎢或多晶立方氮化硼復合片制造，或包括浸潰的金剛石片段。附圖簡述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢將在幾個非限制性實例的后面描述中參照附圖變得清楚，其中:圖1圖解現有技術旋轉錐形鉆頭的等距視圖；圖2圖解圖1的現有技術旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖；圖3圖解施加沿著巴掌尖邊緣的至少一部分延伸的表面硬化材料層；圖4圖解了使用在巴掌尖邊緣附近的碳化鎢插入物；圖5圖解了施加沿著巴掌尖前緣的至少一部分延伸的表面硬化材料層的；圖6圖解了使用在巴掌尖前緣附近的碳化鎢插入物；圖7圖解了包括用于巴掌尖邊緣和巴掌尖前緣的保護機構的旋轉錐形鉆頭的等距視圖；圖8圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括巴掌尖邊緣保護機構的實施方式；圖9和10圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于保護巴掌尖前緣的機構的實施方式；圖11圖解了旋轉錐形鉆頭的等距視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于巴掌尖邊緣和巴掌尖前緣的保護機構；圖12圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括巴掌尖邊緣保護機構的實施方式；圖13和14圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于保護巴掌尖前緣的機構的實施方式。附圖詳述現在參照圖7，其圖解了旋轉錐形鉆頭110的等距視圖，旋轉錐形鉆頭110包括用于巴掌尖邊緣和巴掌尖 前緣(也稱為橫向前緣)的保護機構。巴掌112懸自鉆頭110的主體部分114。巴掌112包括在向下和徑向向內方向延伸的支承軸(未顯示，見圖8附圖標記116)。牙輪錐體120被安裝至支承軸并且被支撐其上以轉動。巴掌112的外表面130終止于接近錐體120的半圓緣132處。與表面130相連的巴掌112的區(qū)域在本領域被稱為“巴掌尖區(qū)域”，并且邊緣132在本領域被稱為“巴掌尖邊緣”。巴掌112的外表面130橫向終止于前巴掌尖邊緣150和巴掌尖的后緣152處。巴掌尖的橫向前緣150和橫向后緣152包括沿著巴掌112的長度延伸的巴掌尖邊緣132的延伸。雖然，例如，圖解為包括密封軸承系統(tǒng)，但將理解，本發(fā)明適用于密封和非密封(空氣)軸承鉆頭。為了保護巴掌尖邊緣132，多個開口 134提供于沿著(鄰近但未重合)巴掌尖邊緣132延伸的位置處的巴掌112的外表面130內，并且將硬質片插入物136附著至每個開口134內的基底表面。也參見圖8。為了保護巴掌尖的橫向前緣150，多個開口 138被提供于沿著(鄰近但未重合)巴掌尖的前緣150延伸的位置處的巴掌112的外表面130內，并且將硬質片插入物140附著至每個開口 138內的基底表面。也參見圖9。為了大體上保護外表面130，多個開口 142被提供于開口 138內部和鄰近開口 138的位置處的巴掌112的外表面130內，并且將硬質片插入物144附著至每個開口 142內的基底表面。也參見圖10。開口可在期望的位置，特別是在鉆頭的操作過程中經受磨損的巴掌上的位置，被銑至或澆鑄至巴掌112的外表面130內。雖然在圖7中圖解所述保護機構，但是將理解圖解的保護機構中的任何一個或多個可被選擇用于旋轉錐形鉆頭110上。雖然圖7主要圖解了圓形插入物的使用，但是將理解插入物可具有任何期望的形狀(包括多邊形形狀、橢圓形形狀(如顯示的)等)。而且，如圖7中顯示的，插入物可具有不同的尺寸，可能取決于放置位置選擇尺寸。將注意，與現有技術實施不同，插入物不需要壓裝至開口，并且進一步地，插入物未依靠外圍摩擦保持機構。而是，插入物以待描述的方式附著在開口內。關于插入物使用粘合比壓裝保持存在顯著優(yōu)勢。粘合用于插入物保持允許其中接收插入物的開口比壓裝安裝可能的更接近巴掌尖邊緣132和前緣150布置。此外，兩個鄰近的開口可比壓裝安裝可能的更彼此接近地布置?，F在參照圖8，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括巴掌尖邊緣 保護機構的實施方式。在該實施方式中，開口 134被提供于巴掌尖邊緣132附近(鄰近但未重合)的巴掌112的外表面130內。開口 134可被銑至或澆鑄至巴掌112的外表面130內。開口 134由基底表面160和外壁162限定(基底表面可以例如是平的)。硬質片插入物136附著在開口 134內，但是不需要相對于外壁162保持摩擦。在優(yōu)選的實施方式中，硬質片插入物的底面被附著至開口 134的基底表面160。插入物的底面貼合至開口的基底表面(并且因此，例如，可以是平的表面)。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如，平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑、粘合劑、樹脂等(參見，例如，美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過引用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖8中顯示，但是將理解，粘結材料存在于貼合的底面和基底表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。硬質片插入物136具有一定厚度，使得當在開口 134內附著時，片狀插入物136的上表面166與巴掌112的外表面130基本上齊平，或稍微暴露超過巴掌112的外表面130，或稍微凹入巴掌112的外表面130以下。硬質片插入物136由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片插入物由如固態(tài)碳化鎢、聚晶金剛石復合片(PDC)、多晶立方氮化硼復合片、浸潰金剛石片段等的材料制造。這些材料優(yōu)于現有技術中已知的碳化鎢表面硬化上的傳統(tǒng)焊接，因為它們更致密并且不易于磨損和腐蝕。提供巴掌尖邊緣132，其中表面130的末端部分過渡至平行于錐體120的底部(垂直于支承軸116)定向并且在支承軸116的底部定位的內部徑向表面192。硬質片插入物136起到防止巴掌尖邊緣132的磨損和內部徑向表面192的腐蝕的作用。開口 134的深度通過它最接近巴掌尖邊緣132 (并且因而接近徑向表面192)的位置限制。如果使用薄片插入物136，開口 134可移動非常接近于巴掌尖邊緣132，而未到達表面192。例如，可從開口134的邊緣至巴掌尖邊緣132使用0.050至0.120英寸的間距d3(其中d3〈dl)(插入物厚度在0.050至0.500英寸的范圍)。正是在貼合的基底表面160處進行粘合(例如，通過銅焊)至硬質片插入物136。以此方式，與現有技術不同，粘結材料未被暴露在外面，并且未受到可能的磨損。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。雖然密封軸承系統(tǒng)被圖解，但是將理解，根據本發(fā)明的保護適于密封的和非密封的(空氣)軸承鉆頭。硬質片插入物136具有厚度t和寬度w (其中寬度在垂直于巴掌尖邊緣132的方向上測量)。硬質片插入物136是薄插入物。在該情況中，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.5 (B卩，t/w<0.5) 0更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比顯著小于0.5(即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.2(即，t/w<0.2)，并且可甚至小于0.1 (即，t/w〈0.1)。這是允許的，因為硬質片插入物136通過粘合至它們的底面而不是它們的外圍邊緣得以保持(如現有技術中使用的壓裝插入物的情況(參見，圖4))?，F在參照圖9，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于巴掌尖的橫向前緣的保護機構的實施方式。在該實施方式中，開口 138被提供在前巴掌尖邊緣150附近(鄰近但未重合)的巴掌112的外表面130。開口 138可被銑至或澆鑄至巴掌112的外表面130內。開口 138由基底表面170和外壁172限定(基底表面可以例如是平的)。關于選擇開口 138的深度，在該位置存在更大自由度。硬質片插入物140附著在開口 138內，但是不需要相對于外壁172保持摩擦。在優(yōu)選的實施方式中，硬質片插入物的底面附著至開口 138的基底表面170。插入物的底面貼合至開口的基底表面(并且因而，例如，可以是平的表面)。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如，平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑、粘合劑、樹脂等(參見，例如，美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過弓I用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖9中顯示，但是將理解，粘結材料存在于貼合底面和基底表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。硬質片插入物140具有一定厚度，使得當在開口 138內附著時，片狀插入物140的上表面176與巴掌112的外表面130基本上齊平，或稍微暴露超過巴掌112的外表面130，或稍微從巴掌112的外表面130凹入。硬質片插入物140由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片插入物由如固態(tài)碳化鎢、聚晶金剛石復合片(PDC)、多晶立方氮化硼復 合片、浸潰金剛石片段等的材料制造。這些材料優(yōu)于現有技術中已知的碳化鎢表面硬化上的傳統(tǒng)焊接，因為它們更致密并且不易于磨損和腐蝕。此夕卜，在該實施中的粘結材料未暴露在外面并且未遭受可能的磨損。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。硬質片插入物140具有厚度t和寬度w (其中寬度在垂直于前緣150的方向上測量)。硬質片插入物140是薄插入物。在該情況中，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.5(即，t/w〈0.5)。更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比顯著小于0.5(即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.2(即，t/w<0.2)，并且可甚至小于0.1 (即，t/w〈0.1)。這是允許的，因為硬質片插入物140通過粘合至它們的底面而不是它們的外圍邊緣被保持(如現有技術中使用的壓裝插入物的情況(參見，圖4)。現在參照圖10，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于巴掌尖的橫向前緣的保護機構的實施方式。在該實施方式中，開口 142被提供在巴掌112的外表面130內。開口 142可被銑至或澆鑄至巴掌112的外表面130內。開口 142由基底表面180和外壁182限定(基底表面可以例如是平的)。關于選擇開口 142的深度，在該位置存在更大自由度。硬質片插入物144附著在開口 142內，但是不需要相對于外壁182保持摩擦。在優(yōu)選的實施方式中，硬質片插入物的底面附著至開口 142的基底表面180。插入物的底面貼合至開口的基底表面(并且因而,例如,可以是平的表面)。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如，平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑、粘合劑、樹脂等(參見，例如，美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過引用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖10中顯示，但是將理解，粘結材料存在于貼合底面和基底表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。硬質片插入物144具有一定厚度，使得當在開口142內附著時，片狀插入物144的上表面186與巴掌112的外表面130基本上齊平，或稍微暴露超過巴掌112的外表面130，或稍微從巴掌112的外表面130凹入。硬質片插入物144由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片插入物由如固·態(tài)碳化鎢、聚晶金剛石復合片(roc)、立方氮化硼等的材料制造。此夕卜，在該實施中的粘結材料未暴露在外面并且未遭受可能的磨損。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。硬質片插入物144具有厚度t和寬度w (其中寬度在提供最小w值的方向上測量)。硬質片插入物144是薄插入物。在該情況中，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.5 ( S卩，t/w<0.5)。更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比顯著小于0.5 (即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，插入物的厚度t與插入物的寬度w的比小于0.2 (即，t/w〈0.2)，并且可甚至小于0.1 (即，t/w〈0.1)。這是允許的，因為硬質片插入物144通過粘合至它們的底面而不是它們的外圍邊緣被保持(如現有技術中使用的壓裝插入物的情況(參見，圖4)。將注意，開口和片狀插入物可具有任何選擇的幾何形狀和布置，因而允許對鉆頭的復合表面施以保護?？梢苿娱_口 138非常接近前緣150。例如，從開口 138的邊緣至前緣150可使用0.0OO至0.120英寸的間距d4(其中d4〈d2)。而且，可移動開口 134、138和142彼此非常接近，因為插入物通過底面粘合保持。例如，如d3或d4 —樣小或者小于d3或d4的間距可用在開口 134、138和142之間。沿著巴掌尖邊緣和/或前巴掌尖邊緣和/或巴掌尖外表面使用開口和片狀插入物施加的保護的圖解僅是舉例，將理解所述的保護機構可被施加至易受磨損的鉆頭的任何邊緣或表面?，F在參照圖11，其圖解了旋轉錐形鉆頭210的等距視圖，所述旋轉錐形鉆頭210包括用于巴掌尖邊緣和巴掌尖前緣的保護機構。巴掌212懸自鉆頭210的主體部分214。巴掌212包括在向下和徑向向內方向延伸的支承軸(未顯示，參見圖14附圖標記216)。牙輪錐體220被安裝至支承軸并且在其上被支撐以轉動。巴掌212的外表面230終止于接近錐體220的半圓緣232處。與表面230相連的巴掌212的區(qū)域在本領域被稱為“巴掌尖區(qū)域”，并且邊緣232在本領域被稱為“巴掌尖邊緣”。巴掌212的外表面230橫向終止于前巴掌尖邊緣250和巴掌尖后緣252處。巴掌尖的前緣250和后緣252包括沿著巴掌212的長度延伸的巴掌尖邊緣232的延伸。巴掌尖區(qū)域進一步包括前側表面254，其在前巴掌尖邊緣250處與巴掌212的外表面230鄰近。雖然例如圖解為包括密封軸承系統(tǒng)，但是將理解本發(fā)明適用于密封和非密封(空氣)軸承鉆頭。為了保護巴掌尖邊緣232，多個硬質片236附著至提供于沿著(鄰近但未重合)巴掌尖邊緣232的位置 處的巴掌212的彎曲外表面230之內或旁邊的基底表面231。也參見圖12。為了保護巴掌尖的前緣250，多個硬質片240附著至提供于沿著(鄰近但未重合)巴掌尖的前緣250的位置處的巴掌212的彎曲外表面230之內或旁邊的基底表面231。也參見圖13。為了大體上保護外表面230，多個硬質片244附著至提供于片240的內部和鄰近片240的位置處的巴掌212的彎曲外表面230之內或旁邊的基底表面231。也參見圖14。硬質片可在期望的位置放置，特別是在鉆頭的操作過程中易受磨損的巴掌上的位置。雖然所有三個保護機構在圖11中被圖解，但是將理解，可選擇任何一個或多個保護機構，用在旋轉錐形鉆頭210上。基底表面231優(yōu)選地進行機械加工或澆鑄成為巴掌尖區(qū)域的外表面。雖然圖11主要圖解了圓形片的使用，但是將理解片可具有任何期望的形狀(包括多邊形形狀、橢圓形形狀(如顯示的)等)。而且，如圖11中顯示，片可具有不同的尺寸，可能取決于放置位置選擇尺寸。現在參照圖12，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括巴掌尖邊緣保護機構的實施方式。在該實施方式中，硬質片236的底面260附著至基本上貼合的基底表面231，其提供在巴掌尖邊緣232附近(鄰近但未重合)的巴掌212的彎曲外表面230之內或旁邊。基底表面可以例如是形成于外表面內的變平的表面。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如，平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑、粘合劑、樹脂等(參見，例如，美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過引用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖12中顯示，但是將理解，粘結材料存在于貼合底面和基底表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。片236的厚度可在0.050至0.500英寸的范圍內。硬質片236由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片由如碳化鎢、roc、多晶立方氮化硼復合片、浸潰金剛石片段等的材料制造。這些材料優(yōu)于現有技術中已知的碳化鎢表面硬化上的傳統(tǒng)焊接，因為它們更致密并且不易于磨損和腐蝕。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。提供巴掌尖邊緣232，其中表面230的末端部分過渡至平行于錐體220的底部(垂直于支承軸216)定向并且在支承軸216的底部定位的內部徑向表面292。硬質片236起到防止巴掌尖邊緣232的磨損和內部徑向表面292的腐蝕的作用。正是在外表面230上的基底表面231處進行粘合(例如，通過銅焊)至硬質片236的底面260。以此方式，與現有技術不同，粘結材料未被暴露在外面，并且未受到可能的磨損。雖然密封軸承系統(tǒng)被圖解，但是將理解根據本發(fā)明的保護適于密封的和非密封的(空氣)軸承鉆頭。硬質片236具有厚度t和寬度w(其中寬度在垂直于巴掌尖邊緣232的方向上測量)。硬質片236是薄插入物。在該情況中，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.5(即，t/w<0.5) 0更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比顯著小于0.5(即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.2 ( S卩，t/w<0.2)，并且可甚至小于0.1 (即，t/w<0.1)?，F在參照圖13，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于巴掌尖的前緣的保護機構。在該實施方式中，硬質片240的底面270附著至基本上貼合的基底表面231，其提供在前巴掌尖邊緣250附近(鄰近但未重合)的巴掌212的彎曲外表面230之內或旁邊。基底表面可以例如是形成于外表面內的變平的表面。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑 、粘合劑、樹脂等(參見，例如美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過引用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖13中顯示，但是將理解粘結材料存在于貼合底面和外表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。片240的厚度可在0.050至0.500英寸的范圍內。硬質片240由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片由如碳化鎢、roc、多晶立方氮化硼復合片、浸潰金剛石片段等的材料制造。再次，該實施中的粘結材料未被暴露在外面并且未受到可能的磨損。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。硬質片240具有厚度t和寬度w (其中寬度在垂直于前緣250的方向上測量)。硬質片240是薄插入物。在該情況中，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.5(即，t/w〈0.5)。更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比顯著小于0.5(即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.2 ( S卩，t/w<0.2)，并且可甚至小于0.1 ( S卩，t/w<0.1)?，F在參照圖14，其圖解了旋轉錐形鉆頭的巴掌的一部分的橫截面視圖，所述旋轉錐形鉆頭包括用于巴掌尖的前緣的保護機構的實施方式。在該實施方式中，硬質片244的底面280附著至基本上貼合的基底表面231，其提供于鄰近片240的巴掌212的外表面230之內或旁邊?；妆砻婵衫缡切纬捎谕獗砻鎯鹊淖兤降谋砻?。將底面附著至基底表面的方式可例如包括任何合適的粘附材料，其介于基本上貼合的(例如，平行的)表面之間，包括通過毛細管作用在基本上貼合的表面之間可流動的粘結材料，如銅焊材料、焊劑、粘合齊U、樹脂等(參見，例如，美國專利申請公開號2009/0038442，其公開內容在此通過引用以其全部內容并入)。由于繪圖比例，粘結材料未明確地在圖14中顯示，但是將理解粘結材料存在于貼合底面和基底表面之間。粘結材料優(yōu)選地在貼合的底面和基底表面之間具有基本上均勻的厚度。片244的厚度可在0.050至0.500英寸的范圍內。硬質片244由比用于制造鉆頭的巴掌和巴掌尖的材料更耐磨的材料或材料的組合制造。在優(yōu)選的實施中，硬質片由如碳化鎢、roc、多晶立方氮化硼復合片、浸潰金剛石片段等的材料制造。再次，該實施中的粘結材料未被暴露在外面并且未受到可能的磨損。發(fā)生粘合的貼合表面可以例如隨著鉆頭的半徑彎曲，或具有任何選擇的彎曲構造。硬質片244具有厚度t和寬度w(其中寬度在提供最小w值的方向上測量)。硬質片244是薄插入物。在該情況中，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.5(即，t/w〈0.5)。更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比顯著小于0.5(即，t/w〈〈0.5)。甚至更具體地，片的厚度t與片的寬度w的比小于0.2 ( S卩，t/w<0.2)，并且可甚至小于0.1 ( S卩，t/w<0.1)。將注意，硬質片可具有任何選擇的幾何形狀，因而允許對鉆頭的復合表面施以保護。在巴掌尖邊緣和/或前巴掌尖邊緣和/或巴掌尖外表面使用片施加的保護的圖解僅是舉例，將理解所述的保護機構可被施加至易受磨損的鉆頭的任何邊緣或表面。雖然方法和設備的各種以 及優(yōu)選的實施方式已經在附圖中圖解并在前述詳述中描述，但是將理解本發(fā)明不限于公開的實施方式，而是能夠在不脫離由權利要求闡述和限定的本發(fā)明精神的情況下進行許多重新布置、改進和替換。
權利要求
1.旋轉錐形鉆頭，包括: 主體； 懸自所述主體的巴掌； 從所述巴掌延伸的支承軸； 具有底面的硬質材料片； 粘結材料，其將所述硬質材料片的所述底面連接至與所述硬質金屬片的所述底面基本上貼合的所述巴掌的表面。
2.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌包括外表面，并且其中所述硬質材料片的所述底面通過所述粘結材料連接至形成于所述巴掌的所述外表面之內或旁邊的基底表面。
3.權利要求1所述的鉆頭，其中所述粘結材料包括可流動材料，其介于所述硬質材料片的底面之間，并且在所述巴掌的外表面之內或旁邊形成。
4.權利要求3所述的鉆頭，其中所述可流動材料是銅焊材料。
5.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌包括外表面，并且開口被提供于所述巴掌的巴掌尖邊緣附近的所述外表面內，所述開口包括基底表面，并且其中所述硬質材料片的所述底面通過所述粘結材料連接至所述開口的所述基底表面。
6.權利要求5所述的鉆頭，其中將所述硬質材料片的所述底面連接至所述開口的基底表面的所述粘結材料包括可流動材料，其介于所述硬質材料片的所述底面和所述開口的所述基底表面之間。
7.權利要求6所述的鉆頭，其中所述可流動材料是銅焊材料。
8.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質材料片具有寬度w和厚度t，其中比t/w小于0.5。
9.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質材料片由固態(tài)碳化鎢制造。
10.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質材料片是聚晶金剛石復合片或浸潰金剛石片段之一。
11.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質材料片是多晶立方氮化硼復合片。
12.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌包括前側表面和在所述巴掌的橫向前緣處與其鄰近的外表面，并且所述硬質材料片的所述底面通過所述粘結材料連接至鄰近所述橫向前緣的位置處的所述巴掌的所述外表面之內或旁邊形成的基底表面。
13.權利要求12所述的鉆頭，其中所述粘結材料包括可流動的粘結材料。
14.權利要求1所述的鉆頭，其中所述粘結材料是銅焊材料。
15.權利要求1所述的鉆頭，其中所述鉆頭進一步包括安裝至所述支承軸的錐體。
16.權利要求13所述的鉆頭，其中所述巴掌在鄰近所述錐體的底部的巴掌尖邊緣處終止。
17.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌的所述表面位于沿著所述巴掌尖邊緣的位置。
18.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌包括前側表面和在所述巴掌的橫向前緣處與其鄰近的外表面，并且開口被提供在鄰近所述橫向前緣的所述外表面內，所述開口包括所述巴掌的基底表面，并且其中所述硬質材料片的所述底面通過所述粘結材料連接至由所述巴掌的所述外表面內的所述開口提供的所述基底表面。
19.權利要求1所述的鉆頭，其中所述巴掌包括外表面，并且開口被提供在所述外表面內，所述開口包括所述巴掌的基底表面，并且其中所述硬質材料片的所述底面通過所述粘結材料連接至由所述巴掌的所述外表面內的所述開口提供的所述基底表面。
20.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質金屬片的所述底面位于經受磨損的所述巴掌上的位置。
21.權利要求1所述的鉆頭，其中所述硬質材料片具有寬度w和厚度t，其中比t/w小于 0.2。
22.權利要求 1所述的鉆頭，其中所述粘結材料是可流動的粘合劑。
全文摘要
旋轉錐形鉆頭包括主體、懸自主體的巴掌和從巴掌延伸的支承軸。錐體可安裝至支承軸。巴掌包括在鉆頭的操作過程中經受磨損的表面位置。硬質材料片的底面用巴掌的基本上貼合的表面定位在經受磨損的位置處。用貼合的表面定位使用可流動材料如銅焊材料進行。
文檔編號E21B10/50GK103237951SQ201180058018
公開日2013年8月7日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2010年10月1日
發(fā)明者I·寶阿帆 申請人:維拉國際工業(yè)有限公司