用于旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的腿部的前緣過(guò)渡表面上的耐磨損板材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆地刀頭，并且更具體地涉及那些具有可旋轉(zhuǎn)切割器的鉆地刀頭(也被稱為旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭)。
【背景技術(shù)】
[0002]參照?qǐng)D1和圖2，其中，圖1展示了現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭10的等距圖，并且圖2展示了圖1的現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭10的一部分的橫截面視圖。腿部12從鉆頭尖10的主體部分14懸置。腿部12包括在朝下和徑向朝內(nèi)的方向上延伸的軸承軸16。軸承軸16包括圓柱形軸承表面18。切割器錐形件20被安裝到軸承軸16并且被軸承表面18支撐來(lái)旋轉(zhuǎn)。在替代實(shí)施方案中，切割器錐形件20被一組滾柱軸承支撐用于在軸承軸16上旋轉(zhuǎn)。錐形件20的形狀和構(gòu)型以及其與軸承軸16的可旋轉(zhuǎn)附貼在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。在密封式軸承實(shí)施方案中，在錐形件20與軸承軸16之間的軸承(軸頸或滾柱)是由潤(rùn)滑劑(例如潤(rùn)滑脂)來(lái)潤(rùn)滑的，該潤(rùn)滑劑以本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方式來(lái)填充與該軸承鄰近的區(qū)域以及在該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭中的其他通道21。通過(guò)使用例如定位在靠近錐形件20的底錐的內(nèi)圓柱形表面26與靠近軸承軸16的底座的外圓柱形表面28之間的密封壓蓋24中的呈O形環(huán)形式22的彈性密封件，將這種潤(rùn)滑劑保持在該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭之內(nèi)。潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)一步包括安裝在開(kāi)口 29之內(nèi)的壓力補(bǔ)償組件27，該開(kāi)口形成在腿部12的上肩臺(tái)表面25中。開(kāi)口29被連接至通道21。圖1和圖2展示了一種實(shí)施方案，其中開(kāi)口 29被唯一地形成在肩臺(tái)表面25中。然而將理解的是，開(kāi)口 29可以被部分地形成在肩臺(tái)表面25中并且部分地形成在腿部12的外(規(guī)徑(gage)或下擺)表面30中(在肩臺(tái)表面25下方)。此外，開(kāi)口 29可以形成在腿部的外表面30中。
[0003]腿部12的外表面30在接近錐形件20的半圓邊緣32處終止。與表面30關(guān)聯(lián)的腿部12的區(qū)域在本領(lǐng)域被稱為“下擺區(qū)域”，并且邊緣32在本領(lǐng)域被稱為“下擺邊緣”。在外規(guī)徑或下擺表面30的終端部分過(guò)渡至內(nèi)徑向表面34的地方提供下擺邊緣32，該內(nèi)徑向表面34平行于錐形件20的底錐(并且垂直于軸承軸16)取向并且在軸承軸16的基座處定位。
[0004]在該下擺區(qū)域中(在肩臺(tái)表面25下方的)腿部12的外表面30側(cè)向地在前緣下擺邊緣50和后緣下擺邊緣52處終止。在旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭10的運(yùn)行期間，前緣下擺邊緣50尤其易于磨損。現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了用于減緩前緣下擺邊緣50的磨損的兩種方法。圖3展示了第一種方法，其中一層焊接表面硬化材料40被施加到沿前緣下擺邊緣50的至少一部分延伸的表面30。該表面硬化材料通常是碳化鎢硬性金屬40的沉積。該材料通常是在鎳焊接介質(zhì)中攜帶的顆粒碳化鎢。當(dāng)該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭在高磨蝕性巖層構(gòu)造中運(yùn)行時(shí)，這種解決方案不能很好地工作，因?yàn)楸砻嬗不牧?0磨損速度太快。這主要是由于該焊接介質(zhì)(通常為鎳)引起焊合材料的相對(duì)較差性能。圖4展示了第二種方法，其中，碳化鎢插入件42被壓力配合到形成在表面30中靠近前緣下擺邊緣50的多個(gè)孔44中。雖然這些插入件42提供更好的耐磨性(與使用表面硬化材料相比)，但這些插入件42不對(duì)前緣下擺邊緣50提供保護(hù)。這是由于，這些孔44必須位于距前緣下擺邊緣50某可觀距離處以便使壓力配合適當(dāng)?shù)仄鹱饔貌⑶彝鈬厥惯@些插入件42固位。舉例而言，從孔44的邊緣到前緣邊緣50通常提供至少0.125英寸的間隔d2。因此，圖4的方法的作用主要是保護(hù)鄰近(但不精確地位于)前緣下擺邊緣50的下擺區(qū)域。此外，為了被合適的固位，壓力配合插入件42通常必須具有厚度t (以及孔44的對(duì)應(yīng)深度)使得插入件的厚度與插入件的直徑d’ (當(dāng)插入件是圓形時(shí))或插入件的寬度w (當(dāng)插入件具有其他形狀時(shí))之比超過(guò)約0.5(即t/d’>0.5或 t/w ^ 0.5)。
[0005]盡管沒(méi)有在圖3和圖4中明確示出，但是所示的保護(hù)機(jī)構(gòu)可以被可替代地或另外地提供在腿部12的前緣側(cè)表面54上。這個(gè)前緣側(cè)表面54鄰近腿部12在前緣下擺邊緣50處的外表面30。
[0006]再次參照?qǐng)D1和圖2，腿部12的肩臺(tái)表面25側(cè)向地在前緣肩臺(tái)邊緣51和后緣肩臺(tái)邊緣53處終止。在旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭10的運(yùn)行期間，更確切地當(dāng)鉆頭10從鉆孔移除時(shí)，前緣肩臺(tái)邊緣51同樣易于磨損。這是因?yàn)樵阢@孔很窄的情況下，肩臺(tái)邊緣51可能必須以類似切割或磨損方式來(lái)運(yùn)行以移除構(gòu)造材料。前緣肩臺(tái)邊緣51和肩臺(tái)表面25還易于被從鉆孔中下落的且必須被移除的構(gòu)造材料損壞。前緣肩臺(tái)邊緣51和肩臺(tái)表面25的磨損能夠?qū)﹂_(kāi)口 29以及安裝在該開(kāi)口 29之內(nèi)的壓力補(bǔ)償組件27產(chǎn)生不利影響，這可能導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)的過(guò)早損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭包括:主體、從該主體懸置的腿部、從該腿部延伸的軸承軸以及安裝到該軸承軸的錐形件。該腿部包括前緣過(guò)渡表面。在該硬質(zhì)材料板被布置在底板表面上的位置中，將硬質(zhì)材料板的底表面附貼到該腿部的基本一致的/保形的(conforming)表面，該底板表面形成在該腿部的該前緣過(guò)渡表面中或由該腿部的該前緣過(guò)渡表面形成。
[0008]在前述實(shí)施例中的任一項(xiàng)中，用于附貼該硬質(zhì)材料板的材料可以包括插入在該硬質(zhì)材料板的底表面與該腿部的底板表面之間的可流動(dòng)粘合材料。該材料可以包括例如釬焊材料。
[0009]在前述實(shí)施例中的任一項(xiàng)中，該硬質(zhì)材料板可以包括聚晶金剛石復(fù)合片，或可以由例如固體碳化鎢的材料制成，或包括聚晶金剛石復(fù)合片、立方氮化硼壓塊、浸漬金剛石節(jié)段或陶瓷節(jié)段。
[0010]附圖簡(jiǎn)述
[0011]參照以下附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)在遵循多個(gè)非限制性實(shí)例的說(shuō)明中將變得清楚，其中:
[0012]圖1展示了現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的等距圖；
[0013]圖2展示了圖1的現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的腿部的一部分的橫截面視圖；
[0014]圖3展示了向腿部的下擺表面施加的硬化材料層；
[0015]圖4展示了碳化鎢插入件壓力配合在腿部的下擺部分中的使用；
[0016]圖5A展示了旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的等距圖，該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭包括用于平坦前緣過(guò)渡表面的保護(hù)機(jī)構(gòu)；
[0017]圖5B是在圖5A中所示的腿部和硬質(zhì)材料板的軸向橫截面；
[0018]圖6展示了旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的腿部的一部分的等距圖，該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭包括用于鄰近下擺邊緣的波狀銑削表面的保護(hù)機(jī)構(gòu)；
[0019]圖7展示了腿部和布置在腿部的過(guò)渡邊緣中形成的槽中的硬質(zhì)材料板的軸向橫截面；
[0020]圖8A展示了旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的腿部的等距圖，該旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭包括用于彎曲的前緣過(guò)渡表面的保護(hù)機(jī)構(gòu)，該彎曲的前緣過(guò)渡表面沒(méi)有下擺表面的可識(shí)別邊緣；
[0021]圖8B是在圖8B中所示的腿部和硬質(zhì)材料板的軸向橫截面，該硬質(zhì)材料板被布置在沒(méi)有可識(shí)別邊緣的下擺區(qū)域的彎曲的前緣過(guò)渡表面上；并且
[0022]圖9是根據(jù)本披露的實(shí)施例的具有圓形/修圓/圓角(rounded)表面的硬質(zhì)材料板的等距圖。
[0023]附圖詳述
[0024]現(xiàn)參照?qǐng)D5A和圖5B，圖5A展示了旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭的腿部100的等距圖，圖5B展示了正交于腿部100的軸截取的橫截面。腿部100是頭部的一部分并且在該頭部的V形部(vee)(未示出)的下方延伸。三個(gè)頭部的V形部被焊接在一起以形成旋轉(zhuǎn)錐形鉆頭。每個(gè)腿部100支撐軸承軸112，旋轉(zhuǎn)錐形件被安裝在該軸承軸112上(參見(jiàn)圖1和圖2)。下擺或下擺表面114在上部末端處由肩臺(tái)116來(lái)界定，并且在其下部末端處終止于下擺邊緣118，該下擺邊緣是彎曲的并且可以是半圓形的。
[0025]下擺表面114大致接近該鉆頭的外部周邊(也被稱為規(guī)徑)并且是該腿部最接近鉆孔的壁105的一個(gè)表面。這樣，當(dāng)由鉆孔產(chǎn)生的切肩接觸該腿部的下擺和其他表面，尤其是前緣表面時(shí)，該下擺表面將受到磨損。該腿部的前緣表面由該鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向117限定，當(dāng)該鉆頭旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生鉆孔時(shí)該旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針的。因此，圖5A示出了腿部100的前緣側(cè)。
[0026]下擺邊緣118鄰近在腿部100的前緣側(cè)上的下擺波狀銑削特征119。下擺波狀銑削特征119是通過(guò)機(jī)加工掉邊緣以產(chǎn)生遵循軸承軸112的外形的平滑表面而產(chǎn)生的表面。根據(jù)本披露的實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)材料板124可以被至少部分地布置在下擺波狀銑削特征119上以增加該腿部部分的耐磨性(參見(jiàn)圖6)。
[0027]該腿部還包括前緣側(cè)表面120。這個(gè)前緣側(cè)表面120徑向地在下擺表面114的內(nèi)部并且不與下擺表面114 一樣易于受到切肩磨損。而是，前緣側(cè)表面120支撐執(zhí)行鏜孔操作的諸如旋轉(zhuǎn)錐形件的部件。前緣過(guò)渡表面122被布置在前緣側(cè)表面120與下擺表面114之間。因?yàn)榍熬夁^(guò)渡表面122徑向地在前緣側(cè)表面120的外部，所以前緣過(guò)渡表面122也是鉆頭的腿部的受磨表面。
[0028]這樣，根據(jù)本披露的實(shí)施例，由于切肩以與鉆頭旋轉(zhuǎn)的方向IlZ相反的方向Ui接近前緣過(guò)渡表面122以及鉆地鉆頭尖經(jīng)受的其他腐蝕元素和機(jī)制而引起的損耗，硬質(zhì)材料板124被固定在前緣過(guò)渡表面122上或該前緣過(guò)渡表面中以增加其耐磨性。
[0029]在特定實(shí)施例中，如在圖5A中所示，前緣過(guò)渡表面122可以是單個(gè)的大致平坦的表面。在這種實(shí)施例中，存在使得前緣過(guò)渡表面122與下擺表面114分界的可識(shí)別過(guò)渡邊緣126，硬質(zhì)材料板124粘合到前緣過(guò)渡表面122。使得下擺表面114和前緣過(guò)渡表面122分界的過(guò)渡邊緣還可以被稱為下擺邊緣。根據(jù)本披露的實(shí)施例，過(guò)渡邊緣可以是倒圓角的或具有半徑并且仍被認(rèn)為是邊緣。
[0030]在另一些實(shí)施例中，前緣過(guò)渡表面122可以是多個(gè)相鄰的平坦表面。在另一些實(shí)施例中，前緣過(guò)渡表面122可以是大致不在邊緣處終止的波狀或圓形的表面，而是從下擺表面114到前緣側(cè)表面120產(chǎn)生平滑過(guò)渡而不能將這類表面可識(shí)別地分開(kāi)(參見(jiàn)圖8A和圖 8B) ο
[0031]在平坦的前緣過(guò)渡表面實(shí)施例的情況中，一個(gè)或多個(gè)前緣過(guò)渡邊緣126可以被形成在前緣過(guò)渡表面122與下擺表面114(可以被稱為下擺邊緣)相交處、前緣過(guò)渡表面122與相鄰前緣過(guò)渡表面相交處和/或前緣過(guò)渡表面與前緣側(cè)表面120相交處。
[0032]在一些實(shí)施例中，硬質(zhì)材料板124的一個(gè)邊緣可以是與這些邊緣中的一個(gè)或多個(gè)邊緣同延的。在另一些實(shí)施例中，硬質(zhì)材料板124可以被布置在一個(gè)或多個(gè)前緣過(guò)渡表面上，其中該硬質(zhì)材料板的邊緣與過(guò)渡邊緣偏離使得該硬質(zhì)材料板的該邊緣不與腿部的過(guò)渡邊緣同延。在另一些實(shí)施例中，可以形成槽或鏜孔使得一部分鏜孔形成在前緣過(guò)渡表面122中并且一部分鏜孔形成在下擺表面