阴型部件和制造阴型部件的方法.pdf

本发明涉及一种用于顶端锤钻设备的阴型部件和一种制造阴型部件的方法。所述阴型部件具有在壁(5)中的呈脊突(2)的形式的螺纹。所述脊突由顶部(9)和两个侧面(10)界定，在所述两个侧面(10)之间延伸有具有底部(12)的同样的螺旋状凹槽(11)。所述凹槽(11)的端部由边界线(18)限定，所述边界线(18)将所述凹槽的底部(12)与形成在所述壁(5)内侧的一部分表面(19)分开，所述部分表面的宽度沿周向连续减小，并且所述部分表面具有与所述螺纹(1)的旋转对称基本形状大体相似的旋转对称形状。

1、  一种用于顶端锤钻设备的阴型部件，包括：由中心轴线(C)限定的中空的空间(3)，所述中空的空间开口于所述阴型部件的自由端(4)并且由环绕的壁(5)以及与所述自由端(4)轴向隔开的止动肩部(6)界定；以脊突(2)的形状形成在所述壁的内侧上的阴型螺纹，所述阴型螺纹具有旋转对称的柱形的或锥形的基本形状并且沿所述壁(5)的内侧螺旋延伸，所述脊突与所述中空的空间的所述中心轴线(C)同心，并且所述脊突由顶部(9)和两个侧面(10)限定，在所述两个侧面(10)之间延伸有同样螺旋状的凹槽(11)，所述凹槽具有底部(12)，所述螺纹沿一定轴向长度的主截面具有完整的轮廓形状；并且所述螺纹包括位于所述完整轮廓截面和所述止动肩部(6)之间的端部，且所述凹槽在该端部终止；其特征在于，所述凹槽(11)的深度向所述端部逐步减小，所述端部由边界线(18)限定，所述边界线将所述凹槽的底部(12)与形成在所述壁(5)的内侧的一部分表面(19)分开，通过沿与所述螺纹的所述顶部(9)或所述螺纹的所述凹槽的底部(12)相重合的假想的柱体或锥体延伸，所述部分表面(19)具有与所述螺纹(1)同样的旋转对称形状。

2、  如权利要求1所述的阴型部件，其特征在于，所述部分表面(19)一直延伸到所述止动肩部(6)。

3、  如权利要求1或2所述的阴型部件，其特征在于，所述假想的柱体或锥体也与整个所述部分表面(19)相重合。

4、  如权利要求1、2或3所述的阴型部件，其特征在于，所述阴型部件设置在钻头、连接器或联接套筒、具有阴阳螺纹联接器的钻杆或者收缩套筒上。

5、  一种制造用于顶端锤钻设备及如下类型的阴型部件(1)的方法，所述类型的阴型部件(1)包括：中空的空间(3)，所述中空的空间(3)开口于所述阴型部件的自由端(4)并且由环绕的壁(5)以及与所述自由端分隔开的止动肩部(6)界定，所述环绕的壁(5)具有阴型螺纹(2)，所述阴型螺纹(2)具有旋转对称的基本形状，所述螺纹沿一定长度的主截面具有完整的轮廓形状；且所述螺纹包括两个较短的端部部分，所述螺纹的所述凹槽终止于所述较短的端部部分，所述方法包括以下步骤：使中空的工件绕中心轴线(C)旋转；使车削刀具进入所述工件的中空的空间；使所述车削刀具(15)在所述中空的空间的相对的端部区域之间纵向进刀(L)，并且同时使所述车削刀具(15)沿径向方向横向进刀(T)，以产生所希望的螺纹轮廓，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在一次走刀且在该次走刀的连续的纵向进刀(L)期间，使所述车削刀具(15)在径向外部端部位置和径向内部端部位置之间交替地移动，所述径向外部端部位置运动产生所述完整的轮廓螺纹的凹槽的底部(12)，所述径向内部端部位置运动产生所述完整的轮廓螺纹的顶部(10)；以及在结束操作期间，使在所述两个径向端部位置之间的半径差异连续减小至零，以通过直到呈边界线(18)的形状的端部的逐步减小的深度来终止所述螺纹凹槽，而所述边界线(18)将所述凹槽的底部(12)与形成在所述壁(5)的内侧的一部分表面(19)分开，通过沿与所述螺纹的所述顶部(9)或所述螺纹的所述凹槽的底部(12)相重合的假想的柱体或假想的锥体延伸，所述部分表面(19)具有与所述螺纹(1)同样的旋转对称形状。

阴型部件和制造阴型部件的方法
技术领域
第一方面，本发明涉及一种用于顶端锤钻设备的及如下类型的阴型部件，该类型阴型部件在权利要求1的前序部分中限定。
另一方面，本发明还涉及一种根据权利要求5前序部分所述的制造阴型部件的方法。
背景技术
美国专利第6,293,360号公开了一种用于冲击钻或顶端锤钻的钻岩设备的阴型部件。该阴型部件和其他用以同一目的阴型部件的特点是：包含用于与在设备的阳型部件中所包括的阳型螺纹协作的阴型螺纹，实践中该阴型部件和其他用以同一目的阴型部件可以是钻头、连接器或联接套筒、具有MF联接器(这里M表示阳型螺纹，F表示阴型螺纹)的钻杆、收缩套筒等。这样的阴型螺纹通常由中空工件的内车削提供，更确切的是利用车削刀具，在现代方案中该车削刀具包括可更换的硬质合金等的车削刀片，在工件进行旋转的同时该车削刀具既沿轴向进刀也沿径向进刀(分别纵向进刀和横向进刀)。以前熟知的车削技术要求在多次连续的走刀中进行工件加工，在所述多次连续的走刀期间使得在螺纹脊突侧面之间的凹槽越来越深，直到获得最终的螺纹轮廓。为了允许车削刀片和由该车削刀片加工出来的凹槽用完紧靠止动肩部的螺纹内端的壁材料，在真正的车螺纹开始之前，必需在中空的空间内车削出一个特别的余隙空间或凹槽。为了允许螺纹切削刀具完成螺纹，所述余隙空间必需具有比最终螺纹的凹槽的底部或根部的直径更大的直径。然而，这样的中空的空间内部最远处的余隙空间的出现不仅具有在螺纹凹槽到余隙空间出口处出现尖锐材料边缘的缺点，而且还具有空间外部的壁材料的厚度减小的缺点。在这种方式下，阴型部件在机械性能方面和疲劳断裂方面薄弱，这样阴型部件的使用寿命就会被不必要的缩短。
在美国专利第6,293,360号中，提供了一种车削方法，通过该方法可以使阳型螺纹具有从完整轮廓到螺纹脊突终止的零点逐步减少的高度和宽度。然而，当要在阴型部件中形成内螺纹时，该车削方法并未消除对弱化的余隙空间的需求。因此，上述的专利文献的附图1和3清楚地示出了所讨论的阴型部件的螺纹内部是如何终止在具有比螺纹凹槽的直径更大的直径、旋转对称的余隙空间附近。
发明内容
本发明的目的是消除先前熟知的用于顶端锤钻设备的阴型部件的上述缺陷并提供一种改进的阴型部件。因此，本发明的主要目的是提供一种在螺纹凹槽的底部具有最大内径的机械强度大的阴型部件。
根据本发明，上述目的通过在权利要求1的特征部分中限定的特征来实现。根据本发明的阴型部件的优选实施方式在从属权利要求2至4中进一步限定。
另一方面，本发明还涉及一种制造所述类型的阴型部件的方法。该方法的特征见独立权利要求5。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明的阴型部件的透视图，
图2是沿阴型部件的局部纵向截面图，示出根据本发明的部分内螺纹，从侧面观看阴型部件的内部，
图3是从相对侧观看与图2相对应的纵向截面图，
图4是示出相配合的阳型部件插入到阴型部件内部的纵向截面图，
图5是沿图2中A—A的横截面图，
图6是一系列详细截面图，示出在半转下，随着连续减少深度，螺纹凹槽是如何终止的，
图7是通过阴型部件的选择实施方式的纵向截面图，
图8示出阳型部件插入到根据图7的阴型部件中的纵向截面图，
图9是示出在通过车削刀具车削的过程中的工件的放大纵向截面图，以及
图10是示出完成车螺纹后的刀具的相对应的纵向截面图。
具体实施方式
在图1中示出阴型部件1，阴型部件1具有在柱形的壁的内侧上形成的可见的阴型螺纹2，所述壁界定出中空的空间3，中空的空间3开口于阴型部件的一个端部4。在实践中，阴型部件可以是连接器套筒，包括由分离壁或止动肩部分离开的两个中空的空间，两个中空的空间都包括阴型螺纹。然而，下面仅讨论所述阴型螺纹中的一个。
现在请参见图2至图6，图中示出阴型螺纹2的第一实施例，其中图2中的5总体表示内侧形成有螺纹的柱形的壁，而6表示将中空的空间3与相似的第二中空的空间(未示出)分开的止动肩部6。两个中空的空间经由中心孔7相互相通，通过中心孔7，诸如水和/或气的冲洗介质能例如从一个钻杆到另一钻杆。
在这种情况下，螺纹2是梯形螺纹形式，在这个例子中，螺纹是柱形的且由中心轴线C限定。在这种情况下，阴型部件的外侧也是柱形的，并且外包络表面8将与中心轴线C同心。
在深入介绍图2至6中示出的实施例之前，参见图9和图10，图中示意性地示出将要形成有所讨论的螺纹的工件的车削。从这些附图中看到螺纹是由2来整体表示的脊突，该脊突沿壁的内侧螺旋形延伸，并由顶部9和两个侧面10界定，在该两个侧面之间延伸有具有底部12的凹槽11。由于螺纹轮廓是梯形的，因此螺纹顶部、侧面和凹槽底部由直的母线界定。然而，实际的轮廓形状绝不是关键的。因此，螺纹可以是例如圆螺纹或具有其他任意轮廓形状的螺纹。在图2中，凹槽底部或根部12的直径用YD表示，而螺纹顶部9的直径用ID表示。
图9和图10中示出的工件的加工通过最近开发出来的车削技术实施，该车削技术允许在单次走刀中车螺纹(尽管多次走刀当然是可行的)。工件通过形成柱形的中空的空间而被预先准备出来，该中空的空间的柱形表面在图9中由13表示，且该中空的空间的端部表面由14表示。成形可以通过钻孔/铣削的方式实现，有利地中心孔7也被钻孔完成。在螺纹的车削过程中，使用整体由15表示的车削刀具，车削刀具以传统的方式由轴16和可更换的车削刀片17组成。所述刀具沿箭头L的方向纵向进刀，同时刀具沿方向T横向进刀。新车削技术的特点是横向进刀T在径向的快速、间歇运动的形式中实现，刀具通过给出理想轮廓形状的软件控制。然而，在传统方式中纵向的进刀是通过刀具的连续的轴线方向的运动实现，其中进刀是中速的(例如，0.2mm/s)。在车削过程中，工件沿箭头R的方向旋转。
应当注意最初的工件的柱形壁沿整个长度方向厚度是一致的。
当刀具(更确切的是车削刀片17)已通过图9中未示出但位于图中左侧的入口进入材料后，主截面形成，螺纹在该主截面中具有完全轮廓，更确切的是借助于刀具越来越远的进入中空的空间的事实。在距离止动肩部6适当的距离，完全轮廓螺纹的形成被终止，并且采取提供螺纹能终止的出口的措施。这以图5和图6示出的方式实现，现参见图5和图6。
在选定的零点(0°)，结束的横向进刀序列开始，在这个过程中，凹槽11的深度连续减小。这种情况下，这样深度减小在半转下实现。图6示出了60°、120°直到180°的凹槽的大概深度，这里凹槽终止于由18(也可以参见图2)表示的边界线，在这种情况下，该边界线是平行于中心轴线C的大致直线。从图2中可以看出，深度的减小结果使凹槽底部12的宽度连续增加，更确切的是通过宽度连续增加直到终止边界线18的方式。
图3示出了图2中所示的中空的空间的相对侧，终止边界线18在图3中的左侧示出。当刀具达到边界线18时，刀具停下来而进行径向运动。然而，刀具继续工件加工，即通过在至少半转期间在持续的转动下而保持在给定径向位置的事实。在这种方式下，生成了在螺纹脊突的终止位置和点划线20之间界定的连续的锥形表面19。该表面的直径为D1，在这种情况下，该直径与螺纹凹槽的直径YD相一致。在这种情况下，终止线20紧靠在止动肩部6的附近。换句话说就是螺纹终止在离止动肩部尽可能近的地方。
假想的柱体或假想的锥体(未示出)可以说是与整个阴型螺纹的顶部9或底部10相重合，该柱体或锥体也与整个部分表面19相重合。
从图4中看出阳型部件21如何插入到阴型部件1中。例如，阳型部件21可以是钻杆或包含在钻杆中，传统方式下，该部件包括冲洗管道22和阳型螺纹23，该阳型螺纹23与所述的阴型螺纹协作。从图4的右边，清楚的看出阳型部件的端面24是如何能压靠在止动肩部6上的，更确切的是关于从一个阳型部件经由阴型部件传递到另一个阳型部件的推进力。
在图7中示出选择性实施例，在该实施例中完成的部分表面19具有与螺纹顶部的直径ID相对应的直径D2，且该表面与根据图2至4的部分表面相比延伸一距离。因此，部分表面19能用来引导阳型部件21A的前端。在示出的示例中，当螺纹是柱形时，相应地，表面19形成了柱形的引导表面，该柱形的引导表面通过相当好的配合作用能与图8中阳型部件的内柱形表面25协作。
尽管以上本发明的上下文中描述的是柱形螺纹，本发明还可应用于锥形螺纹。在这两种情况下，所述的部分表面19能够获得旋转对称的形状，该形状大体上与螺纹的旋转对称基本形状相适应或相似。换言之，如果螺纹是锥形的，则部分表面19也是锥形的。该阴型部件可以选择性地结合到岩石钻头、连接器或联接套筒、阳型螺纹阴型螺纹钻杆或收缩套筒。
本申请要求瑞典专利申请第0601118-3号的公开内容的优先权，该瑞典专利申请的内容在此以引用的方式结合进来。
本发明绝不局限于上述的实施方式，而是能在所附的权利要求书所限定的范围内自由变换。