專(zhuān)利名稱(chēng)：具有帶槽口的切削嵌件的回轉(zhuǎn)式鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括其所用的切削嵌件的開(kāi)挖工具如回轉(zhuǎn)式鉆頭，以及使用這種回轉(zhuǎn)式鉆頭的鉆進(jìn)方法，其中鉆頭可用于鉆穿各種地層。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及包括其所用的切削嵌件的頂鉆頭，以及使用這種頂鉆頭的方法，其中鉆頭可用于在地下礦井中鉆孔。
背景技術(shù)：
地下礦井例如煤礦的擴(kuò)展需要挖掘隧道。最初，這些隧道具有未支撐頂部。因?yàn)轫敳课幢恢?，就增加了礦井塌陷的可能性，當(dāng)然也增加了地下煤礦開(kāi)采的危險(xiǎn)性。此外，未支撐的頂部易受從頂部掉落的巖石和碎屑的影響。掉落的巖石和碎屑可能傷害工人以及在隧道的地面產(chǎn)生危險(xiǎn)的亂堆。
為了支撐和穩(wěn)定地下隧道中的頂部，在頂部即地層中鉆孔。用于鉆這些孔的設(shè)備包括帶有連接至鉆機(jī)的長(zhǎng)軸即鉆鋼的鉆機(jī)。頂鉆頭在鉆鋼的遠(yuǎn)端處可拆卸地安裝至鉆鋼。然后頂鉆頭壓靠在頂部上，并且鉆孔設(shè)備被操作以便在頂部鉆出鉆孔。根據(jù)特定情況，鉆孔延伸入頂部中大約兩英尺至大約二十英尺。典型的旋轉(zhuǎn)速度介于大約100轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)至大約800rpm之間，通常推力介于大約1000磅至大約10,000磅之間，持續(xù)足夠的時(shí)間以便在地層中鉆出理想的孔。
頂部支撐構(gòu)件如頂板然后被連接至錨桿。在一種替代方法中，這些鉆孔填充著樹(shù)脂并且錨桿被固定在鉆孔內(nèi)。在另一個(gè)替代方法中，錨桿使用機(jī)械擴(kuò)展器殼來(lái)將錨桿固定于鉆孔中。使用任一方法的最終結(jié)果是被支撐的頂部比未支撐的頂部具有更大的穩(wěn)定性。這降低了與地下開(kāi)采相關(guān)的危險(xiǎn)性。頂部螺栓連接過(guò)程被認(rèn)為是基本的地下開(kāi)采作業(yè)。
頂部螺栓連接在地下開(kāi)采中導(dǎo)致最大數(shù)量的失去時(shí)間傷害。在頂部螺栓連接過(guò)程期間，頂部未被支撐因此不具有最佳穩(wěn)定性。此外，頂部螺栓連接過(guò)程在頂部上施加應(yīng)力以致進(jìn)一步提高了頂部螺栓連接過(guò)程期間的危險(xiǎn)性。因此，鉆孔所需的總時(shí)間的下降減少了完成頂部螺栓連接過(guò)程所需的時(shí)間。由于這有助于頂部螺栓連接過(guò)程的總體速度、效率和安全性，所以希望這樣。
盡管可能有另外的方法來(lái)減少完成鉆出所需鉆孔的總時(shí)間，一種方法是使用一種頂鉆頭，這種頂鉆頭具有更長(zhǎng)的使用壽命以便減少在頂部螺栓連接過(guò)程期間必須更換頂鉆頭所需的時(shí)間。另一種減少完成頂部螺栓連接過(guò)程的總時(shí)間的方法是使用鉆孔更快的頂鉆頭。
頂鉆頭通常包括安裝在鉆鋼上的鋼鉆頭主體。鉆頭主體具有軸向前端，切削嵌件通常通過(guò)銅焊固定至該軸向前端。切削嵌件為頂鉆頭的通常對(duì)頂鉆頭的使用壽命和頂鉆頭鉆孔的速度具有最大影響的部件。
因此，在此以前，人們開(kāi)發(fā)了用于頂鉆頭的切削嵌件，其中這些切削嵌件具有各種幾何形狀。例如，Denman的美國(guó)專(zhuān)利No.4,342,368公開(kāi)了一種用于頂鉆頭的切削嵌件。這種切削嵌件具有前面和正面，它們相交以便形成切削刃。這種切削嵌件還包括切口。
作為另一個(gè)實(shí)例，Ojanen的美國(guó)專(zhuān)利No.4,787,464公開(kāi)了一種用于頂鉆頭的切削嵌件。這種切削嵌件具有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)傾斜成恒定角度的前面。切削嵌件還具有帶有可變后角的正面，該可變后角隨著在其徑向遠(yuǎn)邊離軸線(xiàn)的徑向距離的增加而減小。
作為用于頂鉆頭的切削嵌件的另外一個(gè)實(shí)例，Dunn等人的美國(guó)專(zhuān)利No.6,595,305示出了一種頂鉆頭，該頂鉆頭在其軸向前端具有切削嵌件。這種切削嵌件具有三重切削刃。
在苛刻的鉆井條件或分層地質(zhì)條件中，與使用較薄的切削嵌件(例如厚度等于大約0.180英寸(4.57毫米)的切削嵌件)的頂鉆頭相比，使用較厚切削嵌件(例如厚度等于大約0.250英寸(6.35毫米)的切削嵌件)的頂鉆頭通常更不容易破損。由于破損的發(fā)生減少，使用較厚切削嵌件的頂鉆頭將會(huì)提供一種減少完成頂部螺栓連接過(guò)程總時(shí)間的方法。然而，利用使用較厚切削嵌件的頂鉆頭通常會(huì)降低穿進(jìn)速率，因此，盡管減少了切削嵌件的破損，但總的鉆井速度相應(yīng)減少。
因此，很明顯，希望提供一種便于迅速完成頂部螺栓連接過(guò)程的改進(jìn)的頂鉆頭。另外，很明顯，希望提供一種具有更長(zhǎng)使用壽命的改進(jìn)的頂鉆頭。此外，很明顯，希望提供一種具有增加的穿進(jìn)速率的改進(jìn)的頂鉆頭。此外，顯而易見(jiàn)，希望提供一種兼具更長(zhǎng)使用壽命和增加的穿進(jìn)速率的改進(jìn)的頂鉆頭。

發(fā)明內(nèi)容
在其一種形式中，本發(fā)明為一種回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，其中該細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部。該細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面和頂面。頂面具有前表面和后讓面，其中前表面和后讓面鄰接且非共面。前切削刃位于前面與頂面的前表面的相交處。前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以恒定傾角沿徑向傾斜，并且前表面從前切削刃向下且向后傾斜。
在其另外一種形式中，本發(fā)明為一種回轉(zhuǎn)式鉆頭，其包括具有軸向前表面的細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體，一回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件連接至該軸向前表面?；剞D(zhuǎn)式鉆頭嵌件包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，其中該細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部。該細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面和頂面。頂面具有前表面和后讓面，其中前表面和后讓面鄰接且非共面。前切削刃位于前面與頂面的前表面的相交處。前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以恒定傾角沿徑向傾斜，并且前表面從前切削刃向下且向后傾斜。
在其另外一種形式中，本發(fā)明為一種回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體。細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部。細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面、頂面和位于前面與頂面相交處的前切削刃。頂面相對(duì)于垂直于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以及中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)以可變傾角從中心軸線(xiàn)沿徑向傾斜。
在其另外一種形式中，本發(fā)明為一種回轉(zhuǎn)式鉆頭，其包括具有軸向前端的細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體，回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件連接至該軸向前端。回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體。細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部。細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面和頂面。前切削刃位于前面與頂面的前表面的相交處。頂面相對(duì)于垂直于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)和中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)以可變傾角從中心軸線(xiàn)沿徑向傾斜。


以下為形成了該專(zhuān)利申請(qǐng)的一部分的附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為回轉(zhuǎn)式鉆頭的側(cè)視圖，該回轉(zhuǎn)式鉆頭包括具有銅焊的切削嵌件的鉆頭主體；圖2為圖1中所示的切削嵌件的一個(gè)定向的軸測(cè)圖；圖3為圖2的切削嵌件的俯視圖；圖4為圖2的切削嵌件的前視圖；圖5為圖2的切削嵌件的側(cè)視圖；圖6為圖1的的切削嵌件的另一定向的軸測(cè)圖；圖7為切削嵌件的另一具體實(shí)施例的俯視圖；圖8為切削嵌件的另一具體實(shí)施例的前視圖；以及圖9為圖8的切削嵌件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參看附圖，圖1示出了總體上標(biāo)為20的呈頂鉆頭形式的回轉(zhuǎn)式鉆頭。頂鉆頭20具有通常鋼制的細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體22。細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體22具有大體圓柱形幾何形狀。鉆頭主體22具有軸向前端24和軸向后端26。鉆頭主體22在其軸向前端24中包含橫向槽28。鉆頭主體22還包含集塵開(kāi)口30，其處于軸向前端24和軸向后端26的中間。在鉆孔操作期間，塵土和碎屑可以穿過(guò)該開(kāi)口30。切削嵌件(或回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件)34置于橫向槽28內(nèi)并且通常通過(guò)銅焊固定在其中。
切削嵌件34通常由燒結(jié)的碳化鎢制成，該燒結(jié)的碳化鎢為鈷和碳化鎢的混合物。Miller等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,467,837(已轉(zhuǎn)讓給本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人)提出了一些燒結(jié)(鈷)的碳化鎢成分以用于頂鉆頭的切削嵌件。Miller等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,467,837在此引入作為參考。
更具體地說(shuō)，燒結(jié)的碳化鎢優(yōu)選地包含大約5個(gè)重量百分?jǐn)?shù)至大約15個(gè)重量百分?jǐn)?shù)的鈷與其余的碳化鎢。碳化鎢的顆粒大小可以大小不同。例如，碳化鎢顆粒的顆粒大小可以從大約1微米變化至大約18微米。燒結(jié)的碳化鎢的優(yōu)選等級(jí)隨特定應(yīng)用而變化。燒結(jié)的碳化鎢的以下等級(jí)通常用作回轉(zhuǎn)式鉆頭中的切削嵌件。等級(jí)No.1的碳化鎢顆粒尺寸位于大約1微米至大約18微米的范圍內(nèi)，標(biāo)稱(chēng)鈷含量為大約5.7重量百分?jǐn)?shù)，羅克韋爾″A″刻度上的標(biāo)稱(chēng)硬度為88.3。等級(jí)No.2的碳化鎢顆粒尺寸位于大約1微米至大約9微米的范圍內(nèi)，標(biāo)稱(chēng)鈷含量為大約6.0重量百分?jǐn)?shù)，羅克韋爾″A″刻度上的標(biāo)稱(chēng)硬度為90.4。等級(jí)No.3的WC顆粒尺寸位于大約1微米至大約15微米的范圍內(nèi)，標(biāo)稱(chēng)鈷含量為大約5.6重量百分?jǐn)?shù)，羅克韋爾″A″刻度上的標(biāo)稱(chēng)硬度為89.4。等級(jí)No.4的標(biāo)稱(chēng)鈷含量為6.0重量百分?jǐn)?shù)，羅克韋爾″A″刻度上的標(biāo)稱(chēng)硬度為89.6。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用帶涂層的切削嵌件。在這方面，一種此類(lèi)切削嵌件為多晶金剛石切削嵌件，其包括具有一個(gè)或多個(gè)多晶金剛石層的燒結(jié)的碳化鎢襯底，如Sheirer等人的用于″切削和切削嵌件″的美國(guó)專(zhuān)利No.5,429,199中所示，該專(zhuān)利為本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人所擁有。該專(zhuān)利在此引入作為參考。
一種優(yōu)選的銅焊合金為HANDY HI-TEMP 548銅焊合金，由Handy & Harmon，Inc.(地址859第三大街，紐約，N.Y.10022)制造和銷(xiāo)售。HANDY HI-TEMP 548銅焊合金的標(biāo)稱(chēng)成分(按重量百分?jǐn)?shù))為54.0-56.0％銅；5.5-6.5％鎳；3.5-4.5％錳；.01-.40％硅；除了其它元素的最大含量等于.50重量百分?jǐn)?shù)以外，余量為鋅。
使用這種銅焊合金的一種優(yōu)選方式為墊片的形式，該墊片與帶孔的鋼墊片結(jié)合使用。Whysong的美國(guó)專(zhuān)利No.4,817,742，和Greenfield等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,817,743公開(kāi)了示例性的銅焊裝置，這些專(zhuān)利都由本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人所擁有。這些專(zhuān)利每個(gè)都在此引入作為參考。
切削嵌件34具有總體上標(biāo)為36的切削嵌件主體，其具有總體上標(biāo)為38(圖2)的頂面、總體上標(biāo)為40的底面、總體上標(biāo)為42和44的相對(duì)的側(cè)面(圖2)和總體上標(biāo)為46和48的相對(duì)的邊緣表面(圖2)。切削嵌件主體36中包含中心定位的U形槽口(或中心槽口)50。U形槽口50基本上將切削嵌件體36分成相對(duì)于中心軸線(xiàn)A-A對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)相對(duì)的對(duì)稱(chēng)連接部分。即標(biāo)為托架54(見(jiàn)圖3)的一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分和標(biāo)為托架56(見(jiàn)圖3)的另一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分。至少在一些方面中，切削嵌件36具有根據(jù)Sheirer等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,172,775(已轉(zhuǎn)讓給本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人)的圖22中所示的切削嵌件的幾何形狀的線(xiàn)條所示的幾何形狀。Sheirer等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,172,775在此引入作為參考。
如圖2中所示，切削嵌件36具有中心軸線(xiàn)A-A，其中切削嵌件36可繞著該中心軸線(xiàn)A-A旋轉(zhuǎn)。存在第一徑向線(xiàn)B-B，其從中心軸線(xiàn)A-A沿徑向向外突出。存在第二線(xiàn)C-C，其穿過(guò)中心軸線(xiàn)A-A并且與第一徑向線(xiàn)B-B正交。如圖3中所示，切削嵌件36的厚度為″N″。優(yōu)選地，厚度″N″等于大約0.250英寸。
U形槽口50具有限定了槽口50的相對(duì)末端的相對(duì)的邊緣51和52。槽口50還包括U形表面53。特別如圖3中所示，U形槽口50的定向使得其水平中心軸線(xiàn)(D-D)相對(duì)于垂直于切削嵌件主體36的側(cè)面(42和44)的線(xiàn)(F-F)成銳角″E″設(shè)置。角度E介于大約0°和大約45°范圍之間。角度E的一個(gè)優(yōu)選數(shù)值等于大約5°。
參看一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分54，存在前面60和相對(duì)的后面62(見(jiàn)圖3)。頂面38包括前頂面64和后讓面66。前頂面64和后讓面66鄰接且非共面。前頂面64和后讓面66相交以形成頂端68，該頂端68沿著一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分54的長(zhǎng)度從槽口50的邊緣51延伸到所述一個(gè)邊緣表面46。
如關(guān)于另一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分56更詳細(xì)描述，前頂面64相對(duì)于從中心軸線(xiàn)A-A突出的第一徑向線(xiàn)B-B傾斜成恒定傾角(見(jiàn)圖4中角度G)。前頂面64還相對(duì)于垂直于徑向線(xiàn)B-B的第二線(xiàn)C-C傾斜成恒定傾角(見(jiàn)圖5中的角度H)。后讓面66相對(duì)于前頂面64定向成一角度。關(guān)于這方面，后讓面66相對(duì)于第二線(xiàn)C-C以可變傾角從中心軸線(xiàn)A-A沿徑向傾斜。
所述一個(gè)邊緣表面46具有前緣部分70和后緣部分72。前緣部分70和后緣部分72相互鄰接。前緣部分70的定向使得其相對(duì)于垂直于前面60的線(xiàn)設(shè)置成銳角″I″。角度″I″可介于大約0°和大約10°之間。一個(gè)優(yōu)選角度I等于大約5°。后緣部分72的定向使得其相對(duì)于垂直于前面60的線(xiàn)設(shè)置成銳角″J″。角度J可介于大約5°和大約45°之間。一個(gè)優(yōu)選角度J等于大約22°。
前頂面64與前緣部分70和后緣部分72的一部分相交以形成前拐角74，拐角74具有由前頂面64和前緣部分70相交限定的前部74A和由前頂面64與后緣部分72的一部分相交限定的后部74B。后頂面66與后緣部分72的一部分相交以便形成后拐角76。側(cè)面間隙邊緣78位于前面60和前緣部分70之間的相交處。前切削刃80位于前面60和前頂面64之間的相交處。后刃82位于后面62和后讓面66之間的相交處。
前頂面64限定了五邊(即五邊形)的基本上平面的表面，其中各邊都沒(méi)有彼此平行。更具體地說(shuō)，這些邊是頂端68、U形槽口50的邊緣51的一部分、前切削刃80、前緣部分74的前部74A和后部74B。這些邊限定了前頂面64。后讓面66限定了四邊構(gòu)成的基本上平面的表面，其中各邊都沒(méi)有彼此平行，即為梯形表面。更具體地說(shuō)，頂端68、U形槽口50的邊緣51的一部分、后刃82和后拐角76限定了后讓面66。
參看另一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分56，有前面88和相對(duì)的后面90。頂面38包括前頂面92和后讓面94。前頂面92和后讓面94相交以形成頂端96，該頂端96沿著所述一個(gè)對(duì)稱(chēng)部分56的長(zhǎng)度從槽口50的邊緣52向所述一個(gè)邊緣表面48延伸。
所述一個(gè)邊緣表面48具有前緣部分98和后緣部分100。前緣部分98和后緣部分100相互鄰接。前緣部分98的定向使得其相對(duì)于垂直于前面88的線(xiàn)設(shè)置成銳角″K″。角度″K″可介于大約0°和大約10°之間。一個(gè)優(yōu)選角度K等于大約5°。后緣部分100的定向使得其相對(duì)于垂直于前面88的線(xiàn)設(shè)置成銳角″L″。角度L可介于大約5°和大約45°之間。一個(gè)優(yōu)選角度L等于大約22°。
前頂面92與前緣部分98和后緣部分100的一部分相交以形成前拐角102，前拐角102具有由前頂面92和前緣部分98相交限定的前部102A和由前頂面92與后緣部分100的一部分相交限定的后部102B。后讓面94與后緣部分100的一部分相交以形成后拐角104。側(cè)面間隙邊緣106位于前面88和前緣部分98之間的相交處。前切削刃108位于前面88和前頂面92之間的相交處。后刃110位于后面90和后讓面94之間的相交處。
前頂面92限定了由五邊(五邊形)構(gòu)成的基本上平面的表面，其中各邊都沒(méi)有彼此平行。更具體地說(shuō)，這些邊是頂端96、U形槽口50的邊緣52的一部分、前切削刃108、前緣部分102的前部102A和后部102B。這些邊限定了前頂面92。后讓面94限定了由四邊構(gòu)成的基本上平面的表面，其中各邊都沒(méi)有彼此平行，即為梯形表面。更具體地說(shuō)，頂端96、U形槽口50的邊緣52的一部分、后刃110和后拐角104限定了后讓面94。
前頂面92相對(duì)于從中心軸線(xiàn)A-A突出的徑向線(xiàn)B-B傾斜成恒定傾角G(見(jiàn)圖4)并且相對(duì)于線(xiàn)C-C，即垂直于徑向線(xiàn)B-B的第二線(xiàn)傾斜成恒定的傾角H(見(jiàn)圖5)。角度G介于大約10°和大約40°之間，其較窄的范圍介于大約20°和大約35°之間，最優(yōu)選的角度G等于大約22°。角度H之間大約10°和大約35°之間，最優(yōu)選的角度H等于大約22°。
后讓面94相對(duì)于前頂面92定向。在這方面，后讓面94相對(duì)于第一徑向線(xiàn)B-B設(shè)置成等于大約18°的角度并且相對(duì)于線(xiàn)C-C設(shè)置成可變角度，其中該角度取決于并不平行于線(xiàn)B-B的半徑的弦。
參看圖7，示出了切削嵌件36′的另一個(gè)實(shí)施例。切削嵌件36′的該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)遵循切削嵌件36的幾何形狀。切削嵌件36和切削嵌件36′之間的區(qū)別為在切削嵌件36′中，槽口50′的定向使得水平中心軸線(xiàn)(D′-D′)垂直于相對(duì)側(cè)面42′和44′。
參看圖8和9，還應(yīng)當(dāng)理解，除了切削嵌件200在其中具有中心槽口218以外，切削嵌件200的該另一具體實(shí)施例的幾何形狀遵循Ojanen的美國(guó)專(zhuān)利No.4,787,464(Ojanen的美國(guó)專(zhuān)利No.4,787,464在此引入作為參考)中所示的幾何形狀的線(xiàn)條。切削嵌件200具有切削嵌件主體202，該切削嵌件主體202可繞著中心軸線(xiàn)X-X旋轉(zhuǎn)并且相對(duì)于該軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)。軸線(xiàn)X-X的相對(duì)兩側(cè)上的一半的每個(gè)對(duì)稱(chēng)部分包括頂面204，該頂面204與前面206相交以形成切削刃208。頂面204相對(duì)于線(xiàn)210(垂直于軸線(xiàn)X-X和徑向線(xiàn)212的線(xiàn))具有傾角，該傾角隨著離軸線(xiàn)X-X的徑向距離減小。
遵循Ojanen的美國(guó)專(zhuān)利No.4,787,464中所述的線(xiàn)條，頂面204的傾角隨著離中心軸線(xiàn)X-X的徑向距離的遠(yuǎn)離而減小。在最接近中心軸線(xiàn)X-X的點(diǎn)，傾角可介于大約25度至大約55度的范圍。在切削嵌件的徑向遠(yuǎn)端，傾角可介于大約15度和大約25度之間。
進(jìn)行了試驗(yàn)以便比較本發(fā)明的頂鉆頭的性能與兩個(gè)比較用的標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)頂鉆頭。比較試驗(yàn)中使用的一個(gè)比較的頂鉆頭，即Comp.No.1A和1B，為標(biāo)準(zhǔn)SVl 19頂鉆頭，其由Kennametal Inc.of Latrobe，Pennsylvania 15650制造和銷(xiāo)售，其中SVl 19頂鉆頭包含中心槽口和標(biāo)準(zhǔn)的21度后角。另一個(gè)比較頂鉆頭，即Comp.No.2A和2B，為標(biāo)準(zhǔn)Model RRWT頂鉆頭，由Kennametal Inc.制造和銷(xiāo)售，其中RRWT頂鉆頭包含具有槽狀后角但沒(méi)有中心槽口的厚切削嵌件(即厚度等于0.250英寸)。用于試驗(yàn)的本發(fā)明的頂鉆頭(No.3A和No.3B)使用兼具中心槽口和槽狀切削角的切削嵌件，如圖2中所示。
試驗(yàn)通過(guò)在沒(méi)有任何冷卻劑(即干燥)的情況下鉆進(jìn)一塊Barre花崗巖而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行，推力等于5760磅，速度等于300轉(zhuǎn)/分(RPM)。這些試驗(yàn)的結(jié)果在表1中陳述。各種頂鉆頭進(jìn)行兩次試驗(yàn)。對(duì)于每次試驗(yàn)，表1描述了用英寸測(cè)量的頂鉆頭鉆進(jìn)的深度和用秒測(cè)量的鉆孔所用時(shí)間。表1然后描述了用英寸測(cè)量的平均距離、用秒測(cè)量的平均鉆井時(shí)間和用英寸/秒測(cè)量的平均穿進(jìn)速率。
以5760磅推力和300 RPM速度在Barre花崗巖中比較鉆孔試驗(yàn)的結(jié)果

表1試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于以等于5760磅的推力和等于300 RPM的速度鉆進(jìn)Barre花崗巖，本發(fā)明的頂鉆頭(Inv.No.3A和3B)的鉆速比SVl頂鉆頭(Comp.No.1A和1B)的鉆速快大約15.9％，比RRWT頂鉆頭(Comp.No.2A和2B)的鉆速快大約11.5％。這些結(jié)果說(shuō)明本發(fā)明已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鉆速的改進(jìn)。
本文提到的專(zhuān)利及其它文件在此引入作為參考。本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在閱讀本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)或其中所公開(kāi)的實(shí)施方法之后是顯而易見(jiàn)的。說(shuō)明書(shū)和實(shí)例只為說(shuō)明性，并不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由以下權(quán)利要求書(shū)指示。
權(quán)利要求
1.回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，該細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部，該細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)的半部之間的中心槽口；并且每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面；頂面，其具有前表面和后讓面，其中前表面和后讓面鄰接且非共面；前切削刃，位于前面與所述頂面的前表面的相交處；以及所述前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)沿徑向以恒定傾角傾斜，并且所述前表面從前切削刃向下且向后傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述前表面相對(duì)于垂直于第一徑向線(xiàn)以及中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)以恒定傾角傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述后讓面相對(duì)于第二線(xiàn)從中心軸線(xiàn)以可變角度沿徑向傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述前表面相對(duì)于第二線(xiàn)的所述傾角介于大約10度和大約35度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述前表面相對(duì)于所述第二線(xiàn)的所述傾角大約為22度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述前表面為五邊形形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述后讓面為梯形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述前表面和后讓面之間的接合部限定了頂端，并且該頂端沿背離中心軸線(xiàn)的徑向離開(kāi)前切削刃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述后讓面基本上為平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部還包括后面和遠(yuǎn)邊，該遠(yuǎn)邊朝向后面向后且向內(nèi)傾斜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述遠(yuǎn)邊具有以第一傾角朝向后面向后且向內(nèi)傾斜的前緣部分和以第二傾角朝向后面向后且向內(nèi)傾斜的后緣部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，第二傾角大于第一傾角。
13.一種回轉(zhuǎn)式鉆頭，包括具有軸向前端的細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體，一回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件連接至該軸向前端；并且該回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，其中該細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部；該細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口；并且每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面；頂面，該頂面具有前表面和后讓面，其中前表面和后讓面鄰接且非共面；前切削刃，位于前面與頂面的前表面的相交處；所述前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)沿徑向以恒定傾角傾斜，并且所述前表面從前切削刃向下且向后傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述前表面相對(duì)于垂直于第一徑向線(xiàn)以及中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)以恒定傾角傾斜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述后讓面相對(duì)于第二線(xiàn)以可變角度從中心軸線(xiàn)沿徑向傾斜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述前表面相對(duì)于第二線(xiàn)的所述傾角介于大約10度和大約55度之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述前表面相對(duì)于所述第二線(xiàn)的所述傾角大約為22度。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以恒定傾角從所述中心軸線(xiàn)傾斜徑向距離，并且相對(duì)于垂直于所述徑向線(xiàn)的第二線(xiàn)以恒定傾角傾斜。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述前表面為梯形形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述后讓面為五邊形形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，后讓面基本上為平面。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部還包括后面和遠(yuǎn)邊，該遠(yuǎn)邊朝向后面向后且向內(nèi)傾斜。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，該遠(yuǎn)邊具有以第一傾角朝向后面向后且向內(nèi)傾斜的前緣部分和以第二傾角朝向后面向后向內(nèi)傾斜的后緣部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，第二傾角大于第一傾角。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，其特征在于，所述細(xì)長(zhǎng)主體包括至少一個(gè)集塵開(kāi)口。
26.一種回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件，包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，該細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部；細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口；并且每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面；頂面；位于前面與頂面相交處的前切削刃；并且頂面相對(duì)于垂直于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以及中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)以可變傾角從中心軸線(xiàn)沿徑向傾斜。
27.一種回轉(zhuǎn)式鉆頭，包括具有軸向前端的細(xì)長(zhǎng)鉆頭主體，一回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件連接至該軸向前端；所述回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體，細(xì)長(zhǎng)主體具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部；細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體的對(duì)稱(chēng)半部之間的中心槽口；并且每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面；頂面；前切削刃，位于前面與頂面的相交處；并且頂面相對(duì)于垂直于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)以及中心軸線(xiàn)的第二線(xiàn)成以變傾角從中心軸線(xiàn)沿徑向傾斜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的回轉(zhuǎn)式鉆頭，其特征在于，所述細(xì)長(zhǎng)主體包括至少一個(gè)集塵開(kāi)口。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)式鉆頭嵌件(34)，其包括可繞中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的細(xì)長(zhǎng)主體(36)，其中該細(xì)長(zhǎng)主體(36)具有關(guān)于中心軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的一對(duì)對(duì)稱(chēng)的半部(54、56)。該細(xì)長(zhǎng)主體包含設(shè)置于細(xì)長(zhǎng)主體(36)的對(duì)稱(chēng)半部(54、56)之間的中心槽口(50)。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部包括前面(60、88)和頂面(38)，該頂面(38)具有前表面(64、92)和后讓面(66、94)，其中前表面和后讓面鄰接且非共面。每個(gè)對(duì)稱(chēng)半部還具有位于前面與頂面的前表面的相交處的前切削刃(80、108)。前表面相對(duì)于從中心軸線(xiàn)突出的第一徑向線(xiàn)沿徑向以恒定角度傾斜，并且前表面從前切削刃向下且向后傾斜。
文檔編號(hào)E21B10/30GK101072924SQ200580032188
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者L·A·奧爾康, G·L·伍茲 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司