岩石钻头钻尖和岩石钻头.pdf

一种岩石钻头钻尖(120)，包括：安装部(122)；端部(11)，该端部(11)从安装部顶端会聚，以形成工作表面；和在安装部的底部(124)中的至少一个凹槽(125)，该凹槽朝向所述端部延伸，其中存在多于一个凹槽。本发明还涉及一种岩石钻头。

1.  一种岩石钻头钻尖，包括：安装部(12；112；122；132；142；152)；端部(11)，所述端部(11)从所述安装部的顶端会聚，以形成工作表面；和在所述安装部的底部(14；114；124；134；144；154)中的至少一个凹槽(115；125；135；145；155)，所述凹槽朝向所述端部延伸，
其特征在于存在多于一个凹槽。

2.  根据权利要求1所述的钻尖，其中所述凹槽被支撑结构(116；126；136；146；156)间隔开，所述支撑结构与所述安装部和所述端部是一体的。

3.  根据权利要求1或2所述的钻尖，其中至少一个凹槽(157)具有在所述安装部的底部和所述端部之间的、与所述安装部的所述底部平行的横截面，所述横截面的几何中心(B)与纵向钻尖中心轴线(A)分开。

4.  根据权利要求1、2或3所述的钻尖，其中至少一个凹槽(115)具有在所述安装部的所述底部处的、与所述安装部的所述底部平行的大体上类似于圆形扇段的横截面。

5.  根据权利要求1、2或3所述的钻尖，其中至少一个凹槽(125)具有在所述安装部的所述底部处的、与所述安装部的所述底部平行的大体上类似截头圆环的横截面。

6.  根据权利要求1、2或3所述的钻尖，其中至少一个凹槽(135)具有在所述安装部的所述底部处的、与所述安装部的所述底部平行的大体为六边形的横截面。

7.  根据权利要求1、2或3所述的钻尖，其中至少一个凹槽(145)具有在所述安装部的所述底部处的、与所述安装部的所述底部平行的大体为圆形的横截面。

8.  根据前述权利要求中的任一项所述的钻尖，其中所述钻尖包括硬质合金和/或多晶金刚石(PCD)。

9.  根据权利要求8所述的钻尖，其中所述钻尖包括碳化钨。

10.  一种岩石钻头，其特征在于所述岩石钻头包括根据前述权利要求1-9中的任一项所述的钻尖(10；110；120；130；140；150)。

11.  根据权利要求10所述的岩石钻头，其中所述岩石钻头是用于旋转钻凿的钻头、用于冲击钻凿的钻头或开采截齿。

岩石钻头钻尖和岩石钻头
技术领域
本公开涉及在岩石开挖设备中使用的岩石钻头或开采钻头中的钻尖。
本发明特别地涉及具有中空基部的钻尖。
背景技术
钻凿地层有多种不同方法。一些采用旋转运动，而一些采用旋转和冲击运动的组合。这些方法的一个共同方面是钻头在钻柱端部处旋转。
通过旋转管状杆的刚性钻柱进行旋转钻凿，岩石切削钻头则附接到该刚性钻柱。旋转钻凿借助于钻杆和钻头施加两个基本动作(即轴向推进和旋转扭矩)以进入岩石。冲击钻凿主要通过利用钻头重复施加高频、高能的打击以粉碎且打碎岩石来破碎岩石。借助于撞击钻头(潜孔钻)或钻钢(表面安装钻)的活塞来产生冲击能量。
为提高这种钻头的抗磨损性和增加寿命，钻尖或刀片形式的切削元件附接到钻头本体。由于硬质合金极好兼具了高硬度和高韧性，这些钻尖通常由硬质合金制成，最常见的由碳化钨制成。该钻尖也可由多晶金刚石(PCD)制成。钻尖的目的主要是向岩石施加压力和破碎岩石。有时，钻尖也定位在钻头本体上作为周围钢材的保护。该钻尖因而必须承受高压缩力和横向荷载。
碳化钨钻尖通常安装在钻头本体的外表面中的圆柱形凹槽中。该钻尖可制作成比凹槽大百分之几毫米，并且被压成具有紧密的过盈配 合，以防止在使用时松开。
碳化钨钻尖也用于软切削条件，如煤的开挖。在该应用中，钻尖通常称为帽，并且通常通过例如硬钎焊或熔焊而结合至截齿本体。
多种标准形状被应用于碳化钨钻尖，如部分球形、锥形、双锥形、弹道形和凿冠形。这些不同形状共同点是钻尖的基体(也称为安装部)通常是圆柱形的。
在很多应用中，使用具有2厘米或较大的直径的钻尖是有利的。优点在于，需要使用较少钻尖，还在于从钻头本体表面突出的钻尖突起可较大，同时维持足够的强度，以避免在开挖操作中出现横向失效。大钻尖会将荷载集中至较少钻尖上，且可获得较大的岩石穿透能力，而不接合钢表面，结果便提高了开挖速率。从钻头延伸较大距离的大钻尖也增加了钻头的寿命，因为大钻尖可在其磨坏前容许相当可观量的磨损。
大直径钻尖的一个问题是它们价格昂贵。这是由于制造钻尖所需的材料成本高。需要的材料数量随着钻尖直径呈平方增加。当使用碳化钨时，使用具有约2厘米直径的少量钻尖比使用较大量的小钻尖的花费更多。
这个问题在美国专利No.4,150,728中得以解决。这里示出了具有中空基部的碳化钨钻尖。这种钻尖具有通向钻尖的内端的空腔，其体积为钻尖基部部的体积的大约15-30％的范围内。
本申请的发明者意外地的发现，在具有中空基部的钻尖处会发生多个突出的问题。一个问题是钻尖基部趋向获得椭圆形形状。另一个问题是钻尖的形式趋向获得锥形，即：当接近钻尖底部时，安装部的直径减小。安装部的椭圆度和锥度减少了用于从钻头本体拉出钻尖的 力，且因此钻尖的松动是不利的后果。
另一个问题是安装部可能在钻尖压配到钻头本体中的凹槽中时破裂。
通过详细描述和附图，本发明的这些和其它方面以及优点是显而易见的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种中空钻尖构思，该中空钻尖的强度比已知的中空钻尖的强度大。另一个目的是提供一种与实心钻尖相比能够以较低成本生产的中空钻尖构思，因此解决了上面提到的问题。
根据第一方面，提供一种岩石钻头钻尖，该岩石钻头钻尖包括：安装部；端部，该端部从安装部顶端会聚，以形成工作表面；和在安装部的底部中的至少一个凹槽，该凹槽朝向所述端部延伸，其中存在多于一个凹槽。
在第二方面，提供一种岩石钻头，该岩石钻头包括具有多于一个凹槽的钻尖。
附图说明
在本发明的详细说明中参考了附图，其中
图1示意性地示出了适于岩石开挖的常规钻尖或球齿(button)的侧视图；
图2示意性地示出了旋转钻凿工具的侧视图；
图3示意性地示出了从上方的冲击钻凿工具的透视图；
图4示意性地示出了开采截齿的侧视图；
图5a示意性地示出了从下方的根据本发明的钻尖的第一实施例的透视图；
图5b示意性地示出了根据本发明的钻尖的第一实施例的穿过钻尖中心轴线A的轴向横截面图；
图6示意性地示出了从下方的根据本发明的钻尖的第二实施例的透视图；
图7示意性地示出了从下方的根据本发明的钻尖的第三实施例的透视图；
图8示意性地示出了从下方的根据本发明的钻尖的第四实施例的透视图；
图9a示意性地示出了从下方的根据本发明的钻尖的第五实施例的透视图；
图9b示意性地示出了根据图9a的钻尖的侧视图；
图9c示意性地示出了根据图9b中的线IXC-IXC的钻尖；并且
图9d示意性地示出了根据9b中的线IXD-IXD的钻尖。
具体实施方式
通过结合附图阅读下面的详细描述很好的理解本发明的特征和优点，其中相似附图标记指示相似的元件，且其中：
图1示出了适于岩石开挖的钻尖10。该钻尖包括具有顶部13的端部11。该端部预期从钻头的前表面突出，以形成与岩石接触的工作表面。钻尖也包括从端部11朝向底端14延伸的安装部12。该钻头的安装部预期定位在钻头本体中的凹槽中，并确保钻尖牢固地固定到钻头本体。如果钻尖10被包括在开采截齿(pick)中，则底端14可以比如通过硬钎焊或熔焊被固定到钻头。
图2示出用于旋转钻凿的岩石钻头20。该钻头包括螺纹24，借助于该螺纹24将旋转钻头20连接到钻柱。该钻头进一步包括腿部25，牙轮(roller cone)21附接到腿部25的一端处。本文所述类型的钻尖可用作在腿部25上的保护钻尖23和/或用作在牙轮21上的作用钻尖22。术语“保护”意思是钻尖23的主要目的是保护钻头中的钢免受太严重磨损。术语“作用”意思是钻尖22的主要目的是向岩石施加压力并使岩石 破裂。在美国专利No.6,446,739中更严密地描述该技术。
图3示出冲击岩石钻头30，该冲击岩石钻头30包括钻头头部31和柄部32。该钻头头部31可包括下述类型的钻尖，如周边钻尖33和/或前钻尖34。在美国专利No.7,296,641中更严密地描述该技术。
图4示出在诸如切削软矿物比如煤的操作中使用的开采截齿40。该开采截齿40包括具有头部42和柄部43的本体41。该钻尖44是根据本发明制造的并且是作用地切削矿物的那一部分。该钻尖44由硬质材料如硬质合金、金刚石、SiC-D或其组合物制成。在美国专利No.8,210,618中有更严密地描述该技术。
图5a和5b示出了本发明第一实施例。钻尖110具有安装部112。四个相同的敞开凹槽115从安装部112的底端114轴向延伸。敞开凹槽115在底端114处的横截面能够大体类似于具有用于避免应力集中的圆角的圆形扇段。凹槽115被支撑结构116间隔开。至少一个敞开凹槽115具有与纵向钻尖中心轴线A分开的几何中心轴线B。
图6示出了本发明的第二实施例。钻尖120具有安装部122。三个相同的敞开凹槽125从安装部122的底端124轴向延伸。敞开凹槽125在底端124处的横截面可以大体类似于截头圆环。凹槽125被支撑结构126间隔开。至少一个敞开凹槽125具有与纵向钻尖中心轴线A分开的几何中心轴线B。
图7示出本发明第三实施例。钻尖130具有安装部132。七个相同的敞开凹槽135从安装部132的底端134轴向延伸。敞开凹槽135在底端134处的横截面大体上为六边形。凹槽135被支撑结构136间隔开。至少一个敞开凹槽135具有与纵向钻尖中心轴线A分开的几何中心轴线B。中心敞开凹槽135具有与纵向钻尖中心轴线A大体重合的几何中心轴线B。
图8示出本发明第四实施例。钻尖140具有安装部142。六个敞开凹槽145从安装部142的底端144轴向延伸。敞开凹槽145在底端134处的横截面大体上为圆形。凹槽145被支撑结构146间隔开。至少一个敞开凹槽145具有与纵向钻尖中心轴线A分开的几何中心轴线B。
图9a-9d示出本发明第五实施例。钻尖150具有安装部152。一个敞开凹槽155从安装部152的底端154轴向延伸。在底端154和端部之间，敞开凹槽155被分成三个相同的单独凹槽157。凹槽157被支撑结构156间隔开。如图9d所示，这些凹槽157中的至少一个凹槽的在安装部底部和端部之间的、平行于安装部的底部的至少一个横截面(IXD-IXD)具有与纵向钻尖中心轴线A分开的几何中心轴线B。
凹槽的数目及其尺寸可相比于上述实施例中描述的示例而改变。也能在新实施例中组合具有不同的尺寸和形状的凹槽。凹槽的深度也可改变，但是凹槽始终是盲孔型。
本发明不限制于上述的实施例。可使用不同的可选例、改型和等同例。因此，上述实施例不应被认为限于本专利权利要求书所限定的发明范围。