CN1332115C - 冲击钻头及其钻块 - Google Patents

Abstract

一种用以钻孔的冲击钻头，由钻头体和多个嵌入钻头体前端内的硬质合金钻块(7，9，10)构成，上述钻头体在其后端具有一用以和冲击单元相连的连接部，且限定有上述钻头的旋转轴线(CL1)。上述钻头体前端相对上述连接部较为坚硬，而每一钻块均由一硬质合金体构成，其具有嵌入钻头体内的后安装部(20)和突出于钻头体的切割端(18)。其中上述硬质合金钻块的前端部基本上为半球形曲面且由半径(R2)所限定，该半径的起点(C)轴向向后地设置在平面(P)内，该平面限定上述钻块的最大直径(D)。上述钻块从上述钻头体上突出一段距离(L2)，该距离不小于上述钻块直径(D)的50%，在截面上，圆锥中间面(21)和上述后安装部(20)的包络面(25)形成大约为13°-19°的锐角(α)。本发明还涉及一种用于冲击钻头的钻块本身，即硬质合金钻块。

Description

冲击钻头及其钻块

技术领域

本发明涉及一种在岩石上钻孔的冲击钻头。常用冲击钻头由钢制钻头体、在钻头体一端将钻头连接到冲击单元的装置、以及多个嵌入钻头体另一端内的钻块构成。上述冲击单元可以是用于凿岩锤或者潜孔锤的钻杆柱。本发明还涉及一种用于上述钻头的可再磨锐钻块。

每一钻块均由一硬质合金体构成，该硬质合金体具有嵌入在钻头体内的后安装部以及从钻头体突出的前端部。

背景技术

如EP-B1-886 715所公开的设置有非增强硬质合金钻块的已知钻头，其缺点在于过早磨损，以及机械钻速较低。而且通用钻块的再磨锐性也不稳定。US-A-3,788,409和US-A-6,220,376公开了其他已知的钻头。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可冲击钻削的钻头，其钻头寿命得以延长。

本发明的另一目的在于提供一种具有提高的钻速的冲击钻钻头。

本发明的再一目的在于提供一种用以冲击钻削的可再磨锐硬质合金钻块，能够使压制工具更加耐久。

本发明的再一目的在于提供一种用以冲击钻削的可再磨锐硬质合金钻块，该钻块能够以稳定的方式再磨锐。

为实现上述目的，本发明提供了一种用以钻孔的冲击钻头，由钻头体和多个嵌入钻头体前端内的可再磨锐硬质合金钻块构成，上述钻头体在其后端具有用以和冲击单元相连的连接部，且限定有上述钻头的旋转轴线(CL1)，上述钻头体前端比上述连接部坚硬，而每一钻块均由硬质合金体构成，该硬质合金体具有嵌入钻头体内的后安装部和突出于钻头体的切割端，其中上述硬质合金钻块的切割端为半球形曲面且由半径(R2)所限定，该半径(R2)的起点(C)轴向向后地设置在平面(P)内，该平面包含有边缘，上述切割端具有从上述边缘起始的表面，上述钻块从上述钻头体上突出一段距离(L2)，该距离不小于上述钻块直径(D)的50％，在截面上，上述表面和边缘之间的圆锥中间面和上述后安装部的包络面形成为13°-19°的锐角(α)。

本发明中的冲击钻头及钻块能达到延长钻头寿命、提高钻头转速以及可稳定地进行再磨锐操作的技术效果。

附图说明

根据下列优选实施例的详细描述，并结合附图，本发明的目的和优点将更加显而易见，其中类似的附图标记表示相类似的元件，其中：

图1A为示出本发明中钻头的部分透视图；

图1B为示出沿图1A中I-I线的钻头剖视图；

图2为示出本发明中钻头体的钻块以及短划线所示现有技术钻块的几何结构剖视图，

图3以纵向截面示出了本发明中的钻块，

图4为示出本发明中钻块的侧视图，

图5为示出现有技术中钻块的侧视图。

具体实施方式

在图1A和1B中示出了岩石钻头，通常由钻头体和硬质合金钻块构成。上述钻头体由基本上为圆柱形的头部1和较细的钎杆2构成。钻头体由钢制成。头部1由如3所示的前表面或者前侧面构成，上面安装有多个钻块。上述前表面可基本为平面。圆锥形的第一表面部6位于前表面3和头部周边之间。在该圆锥面6上还设置有多个在头部形成一周圈的第一钻块或者测定钻块排7。这些钻块7向外稍微突出于头部的周边，以在钻削过程中加工出这样的钻孔，其直径稍微大于上述头部的直径。在相邻周向钻块7之间的区域内还设置有排屑部或者凹槽8，用作排出流体的通道。在周向钻块7内的区域还设置有多个前钻块，根据它们的位置，分别以9和10标示。上述岩石钻头由螺纹连接件(未示出)和钻杆柱内的钻管或钻杆相耦接，或者连接到潜孔锤的驱动副(未示出)上，以便于由常用方式传递旋转运动。上述钻管或者钻杆包括输送流体的通道。在钻头内还设置有用于流体的主通道11。该主通道可在前端汇流多个分别终止在前表面3的凹槽4和返回槽5内的分支通道12。在此处，应该注意的是，还可以设置有一或多个终止在上述排屑部8内的流体通道。上述流体在实践中可以是水或者空气。

在上述钻头体的圆锥面6和前表面3内还设置有多个无覆层钻块7、9、10。上述钻块完全由硬质合金制成，且最好通过压配合固定到孔中。在钻头10周边还设置有多个钻块7，该钻块径向外部限定了钻头的直径，即所要钻孔的直径。至少每排钻块7在安装时都从钻头体2的相连缘面23突出一最大距离L2(图2)。该距离L2大于如图2中短划线所示的现有技术中钻块的距离，即大约为钻块直径D的53％，而现有技术钻块中的距离为上述直径的49％。换句话说，本发明中的距离L2不小于钻块直径D的50％，最好是不小于52％。

钻块7以如下方式倾斜，即在钻头的前向方向，每一钻块7的纵向中心线(中轴线)CL2从钻头的纵向中轴线CL1以最好是锐角的角度叉开。

所有的钻块7，9，10都嵌入在钻头体的前表面内。每一钻块均由非增强硬质合金体构成，该硬质合金体具有嵌入在钻头体内的圆柱形夹紧部或安装部20以及从钻头体突出的前会聚端部。半径R1限定了安装部20的包络面25。每一硬质合金钻块的会聚端都形成上述钻块的切割端18。参看图2，该切割端18的表面18A起始于基本上位于平面P内的边缘22。该边缘22最好是设置在硬质合金钻块的圆锥中间面21和圆柱包络面25结合处。在图2的截面中，上述圆锥中间面21和后安装部20的包络面25之间形成大约为13°-19°的锐角α，最好是大约15°。这里，上述圆锥中间面在压实碳化物和粘接剂粉末时用以压制用途，可使压制工具内的上冲头或下冲头更加耐久。上述边缘22平行于相关的缘面23，它们以距离L1相间隔，L1的大小为0.5-2mm。

上述钻头的纵向中心线CL1和钻块7的纵向中心线CL2之间相夹一个角度，该角度范围为大约13°-163°，最好是20°-55°。

上述钻块切割端18的表面18A基本为由中轴线CL2上的半径R2所限定的半球形曲面，半径R2的起点C位于在平面P轴向向后的位置上。平面P和中轴线CL2在一点相交。该点和半径起点C之间的距离A为半径R1的5％-10％。而上述半径R2约为后安装部20的半径R1的85％-115％。

由于半球硬质合金前端部的半径R2小于迄今已知的钻块，所以本发明中的新型钻头在需要重新磨锐之前，将比现有技术中的钻头钻削更长时间，即在本发明中硬质合金钻块(相比较于图2中的短划线)的切割端18内存有更多的硬质合金。而且，由于每一钻块在钻孔内岩石表面上施加更高的接触压力，上述钻头将具有更高的钻速。另外，由于与通常情况相比，钻块在钢制钻头体上更为突出，使得相应的磨削轴套的磨削凹槽要深于已有磨削轴套的磨削凹槽，因此本发明硬质合金钻块能够以稳定的方式重新磨锐。所以上述磨削轴套具有适于磨削上述钻块的大致半球形凹槽，其中该凹槽的深度不小于凹槽最大直径的50％，优选为不小于52％。上述半球形凹槽的半径大约为上述后安装部20的半径R1的85％-115％。这里，术语“可再磨锐的”意为，单独的磨削轴套在上述钻块端部上转动和回旋可基本上复原上述钻块端部的原始形状。

试验表明：在冲击钻削过程中，本发明钻头的使用寿命是常用钻头寿命的两倍。可选择本发明钻头中钻块的直径，在钻头周边设置直径最大的钻块7，内部的钻块9直径稍小一点，最靠内的钻块10直径最小，缘面23上的突出部以相类似的方式变化，即分别从9.4mm到8.6mm以及7.6mm。

而且，钻头设计者可自由选择本发明中钻块的形状，原因在于上述钻块可相对钻头轴线CL1以某一倾角安装到上述钻头上，该倾角可在起始于13°且以150°为区间长度的范围内变动。

本发明中钻块的几何形状相比现有钻块具有多个优点，例如延长了使用寿命，提高了钻速以及可稳定进行再磨锐操作。

尽管参考其优选实施例叙述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不偏离由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，还可以进行没有特别叙述的添加、删减、修改和替换。

Claims (8)

1.一种用以钻孔的冲击钻头，由钻头体和多个嵌入钻头体前端内的可再磨锐硬质合金钻块(7，9，10)构成，上述钻头体在其后端具有用以和冲击单元相连的连接部，且限定有上述钻头的旋转轴线(CL1)，上述钻头体前端比上述连接部坚硬，而每一钻块均由硬质合金体构成，该硬质合金体具有嵌入钻头体内的后安装部(20)和突出于钻头体的切割端(18)，其中上述硬质合金钻块的切割端为半球形曲面且由半径(R2)所限定，该半径(R2)的起点(C)轴向向后地设置在平面(P)内，该平面包含有边缘(22)，上述切割端具有从上述边缘(22)起始的表面(18A)，

其特征在于，上述钻块(7，9，10)从上述钻头体上突出一段距离(L2)，该距离不小于上述钻块直径(D)的50％，在截面上，上述表面(18A)和边缘(22)之间的圆锥中间面(21)和上述后安装部(20)的包络面(25)形成为13°-19°的锐角(α)。

2.如权利要求1所述的钻头，其中上述距离(L2)不小于上述钻块直径(D)的52％。

3.如权利要求2所述的钻头，其中上述硬质合金钻块的曲面前端部(18)和圆锥面(6)相连，该圆锥面在包含平面(P)的位置处又连接到钻块(7，9，10)的包络面(25)上，该平面限定上述钻块的最大直径(D)。

4.如权利要求1所述的钻头，其中上述半径(R2)为上述后安装部(20)的半径(R1)的85％-115％。

5.一种钻岩冲击钻头的可再磨锐硬质合金钻块，包括嵌入钻头体内的后安装部(20)和突出于钻头体的切割端(18)，其中上述硬质合金钻块的切割端(18)为半球形曲面且由半径(R2)所限定，该半径(R2)的起点(C)轴向向后地设置在平面(P)内，该平面包含有边缘(22)，上述切割端具有从上述边缘(22)起始的表面(18A)，其特征在于，上述钻块从上述钻头体上突出一段距离(L2)，该距离不小于上述钻块直径(D)的50％，在截面上，上述表面(18A)和边缘(22)之间的圆锥中间面(21)和上述后安装部(20)的包络面(25)形成为13°-19°的锐角(α)。

6.如权利要求5所述的可再磨锐钻块，其中上述距离(L2)不小于上述钻块直径(D)的52％。

7.如权利要求6所述的可再磨锐钻块，其中上述硬质合金钻块的曲面前端部(18)和圆锥面(22)相连，该圆锥面在包含平面(P)的位置处又连接到钻块(7，9，10)的包络面(25)上，该平面限定上述钻块的最大直径(D)。

8.如权利要求5所述的可再磨锐钻块，其中上述半径(R2)为上述后安装部(20)的半径(R1)的85％-115％。

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