CN102272407B - 取芯钻头 - Google Patents

Abstract

钻头设置有切削构件，所述切削构件布置成固定到相应的用于钻头的筒，所述筒布置成接合钻杆。而且，所述切削构件布置成以可拆卸的方式固定到相应的所述筒。

Description

取芯钻头

技术领域

本发明总体涉及钻头，特别地但不排他地涉及在采矿和建筑工业中使用的取芯钻头。

背景技术

取芯钻头(core bits)用于提供芯的样本。在采矿工业中，芯的样本用于矿物成分的地质学估计。在建筑工业中，芯的样本用于测试结构完整性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供用于钻头的切削构件，所述切削构件布置成固定到相应的用于钻头的筒，所述筒布置成接合钻杆。

在实施例中，所述切削构件布置成以可拆卸的方式固定到相应的筒。

在本申请文件中，以可拆卸的方式固定指钻头和筒能分开而不破坏筒或切削构件。

根据本发明的第二方面，提供用于钻头的筒，所述筒布置成固定到用于钻头的相应的切削构件并接合钻杆。

在实施例中，筒布置成以可拆卸的方式固定到相应的切削构件。

根据本发明的第三方面，提供具有轴线的钻头，所述钻头包括：

筒；

切削构件，所述切削构件固定到筒，所述筒布置成接合钻杆，用于围绕轴线驱动钻头，在轴线上筒和切削构件邻近定位，且以轴线为中心定位有孔，所述孔完全通过切削构件和筒。

在实施例中，切削构件以可拆卸的方式固定到筒。

在实施例中，切削构件和筒通过一对接合的协作元件而机械固定在一起，一对元件中的每个元件分别位于筒和切削构件中的一个上。协作元件可布置成在当钻头被围绕轴线驱动时进行干涉，从而提供防止切削构件与筒分开的阻力。接合元件可包括一对互补的螺纹，螺纹中的每个螺纹分别形成在切削构件和筒中的一个上。另外或作为选择地，协作元件可包括插头，其位于相应的凹陷内，所述插头和凹陷分别位于切削构件和筒中的一个上。

在实施例中，切削构件以冶金学方式固定到筒。

在实施例中，切削构件通过粘合剂固定到筒。

在实施例中，切削构件具有以所述轴线为中心的柱形内表面和柱形外表面，内表面围绕通过切削构件的孔。孔可以是柱形的。内表面和外表面可以开槽。内表面和/或外表面可以包括耐磨基质。

在实施例中，切削构件具有切削面和位于筒附近的背面，所述切削面和所述背面沿轴线间隔开，且切削面包括多个切削齿或切削元件。切削齿或切削元件可布置成环形形式。切削面可包括围绕轴线走向的峰和谷的形式。切削面可开槽。

在实施例中，背面包括具有多个金刚石或其他超硬成分的复合材料。背面可包括布置成接合筒的圆形凸缘。

在实施例中，切削构件包括多个呈分层构造的元件。

在实施例中，切削构件和筒由不同材料形成。

在实施例中，切削构件由一种或多种复合材料形成。一种或多种复合材料可包括金属和多个金刚石。

在实施例中，筒具有以所述轴线为中心的柱形内筒表面和柱形外筒表面，内筒表面围绕通过筒的孔。孔可以是柱形的。通过筒的孔可与通过切削构件的孔相连续，用于接纳柱形的芯样本。内筒表面和/或外筒表面可包括耐磨基质。

在实施例中，筒布置成在钻凿期间稳定钻头。筒可长于切削构件。

在实施例中，钻头是取芯钻头。筒可以是用于取芯钻头的筒。切削构件可以是用于取芯钻头的切削构件。

根据本发明的第四方面，提供制造具有轴线的钻头的方法，所述方法包括如下步骤：

提供切削构件；

提供与切削构件分开的筒，所述筒布置成接合钻杆，用于围绕轴线驱动钻头；

在轴线上将筒邻近切削构件定位；和

将筒固定到切削构件。

附图说明

为实现对于本发明的本质的更好的理解，现在将仅通过示例参考附图描述实施例，其中：

图1从上方示出了根据本发明的方面的钻头的一个实施例的透视图，所述钻头包括切削构件和筒；

图2从下方示出了图1的切削构件的一个实施例的透视图；

图3从上方示出了图1的筒的透视图；以及

图4从上方示出了图3的切削构件的透视图。

具体实施方式

图1示出了总体以附图标记10表示的钻头的一个实施例。钻头10具有中心轴线12，钻头10围绕中心轴线12被驱动。钻头10具有呈冠状形式的切削构件14，切削构件14以可拆卸的方式固定到分开的筒16。筒16和切削构件14在轴线12上邻近定位。切削构件14和筒16分开形成，然后固定在一起。筒16布置成接合钻杆(未示出)，用于围绕轴线12驱动钻头10。典型地是，筒连接到钻柱，或可能连接到钻头夹盘。在此实施例中，钻头10是取芯钻头，因此筒16是用于取芯钻头10的筒，切削构件14是用于取芯钻头10的切削构件。

切削构件14和筒16通过一对接合的协作元件机械固定在一起。协作元件布置成当钻头10围绕轴线12被驱动时进行干涉，从而提供防止切削构件14与筒16分开的阻力。这将驱动力从筒传递到切削构件。在一些实施例中，接合构件包括一对互补的螺纹，所述螺纹中的每个螺纹分别形成在切削构件14和筒16上。当然，螺纹的旋向选择为使得在钻凿期间和在希望的方向上围绕轴线12旋转期间，筒16和切削构件14不分开。因为螺纹相互接合，所以不需要例如螺栓的单独的保持器来将筒固定到切削构件。然而，一些实施例可能包括保持器。在一些实施例中，筒和切削构件例如通过螺纹以可拆卸的方式固定在一起，使得它们能分开而不破坏筒或切削构件。

作为选择，如在图2和图3中示出，存在插头18，其可位于相应的凹陷20内，所述插头位于筒16上且凹陷位于切削构件14上，或反之亦然。这可能不足以将切削构件和筒固定在一起，因此插头18例如可以是渐缩的并且被牢固压入到相应的凹陷20内。切削构件14还具有凸缘31，所述凸缘31与筒16的相应的凸缘35相互套入(telescope)。

在不存在例如螺纹、插头和凹陷的协作元件或作为所述协作元件的补充的情况中，切削构件14可以冶金学方式固定到筒16，例如通过低温感应钎焊进行固定。低温钎焊，例如银钎焊是有利的，这是因为钻头能被加热到焊料的熔点以上的温度(典型地高于425℃)，且切削构件能从筒拆卸下来而不会使筒或切削构件过热或破坏。磨损或损坏的筒或切削构件然后能被替换而不要求替换整个钻头。作为选择，钻头可通过根据要求替换切削构件或筒来重新构造，而不需要完全新的钻头。钎焊可防止切削构件与筒无意的分开，例如，如果零件通过螺纹而接附在一起且钻头以错误的方式旋转时的分开。其中使用例如氰基丙烯酸盐基的粘合剂的粘合剂作为银钎焊的替代的钻头具有类似的优点。

如在图4中示出，切削构件14具有以轴线12为中心的柱形内表面22和柱形外表面24，所述内表面22限定了通过切削构件14的孔26。当钻头10钻入地面或结构内时，柱形孔26接纳芯的样本。内表面22和/或外表面24包括耐磨基质，例如金刚石/碳化钨和金属复合材料，所述材料在一些情形中增加了钻头的寿命。

切削构件14具有切削面28(图4)和背面30(图2)。背面在结合到筒16时位于筒16附近。面28、30沿轴线12间隔开。切削面28具有多个切削齿或切削元件，例如切削齿或切削元件32、34。切削齿或切削元件32、34布置成塔楼状或冠状环形式。切削面28具有一系列围绕轴线12走向的同心的峰42和谷44的形式。在此实施例中，切削构件14被开槽以形成多个通路，例如通路46。槽切穿内表面22和外表面24，且还切穿切削面28自身。通路允许润滑剂流动，且允许将钻削碎石或碎屑通过通路输送。润滑剂典型地为通过钻头喷射的水。

背面30可包括具有多个相对大的金刚石或其他超硬成分的复合材料，以抵抗磨损并保持外径24和内径22具有合适的规格。

如在图3中示出，筒16具有以轴线12为中心的柱形内筒表面36和柱形外筒表面38，所述内筒表面限定通过筒16的孔40。柱形孔40与通过切削构件的孔26相连续，形成更大的钻头孔，所述钻头孔内接纳芯的样本。内筒表面36和/或外筒表面38包括耐磨基质，所述耐磨基质在一些情形中增加了钻头的寿命。筒大体上由例如碳钢的钢制成。筒的内表面具有带沟槽的螺纹，例如螺纹48，用于将筒结合到带螺纹的钻柱。

筒16布置成在钻凿期间稳定钻头。在此实施例中，这至少部分通过使筒16长于切削构件14来实现。

为制造钻头10，首先提供切削构件14和筒16。筒16与切削构件14分开。然后，将筒16邻近切削构件14定位，并将筒16固定到切削构件14。这些最后的步骤在一些情形中通过将筒16和切削构件14螺纹连接来实现。在一些其他实施例中，筒16和切削构件14被钎焊在一起。因此，筒和切削构件是分开的，即：筒和切削构件分开形成，且例如不在相同的模具内制造。

在一些实施例中，首先形成毛坯(green)切削构件，随后将所述毛坯切削构件烧结或热等静压，从而形成最终构件14。在此实施例中，形成毛坯切削构件包括将金刚石分布在金属粉末中以形成复合材料前体，从所述前体至少部分地形成毛坯切削构件。然后将复合材料前体放置在切削构件模具内，且将其压入模具内。所述复合材料前体是分开位于切削模具内的多个不同的复合材料前体之一，以形成具有元件的切削构件。典型地，元件是分层的，类似于夹层结构。

将包含合金的层放置在模具中的复合材料前体上方。在毛坯切削构件的烧结或热等静压期间，合金渗透复合材料且结合所述复合材料。作为选择，复合材料前体可包括预先混合的结合剂以便于粉末的自渗透，或自烧结粉末可用于避免使用液相。

切削构件的协作的接合元件，例如螺纹或凹陷，可通过模具或模具插入件形成或通过加工或切削毛坯构件形成。

金刚石可首先封装在材料的层内，所述材料的层然后被半烧结或完全烧结。材料可以是在烧结期间提供塑性和金刚石之间的填入的金属粉末。

切削面32本身包含夹层结构部分和/或在外径和/或内径处的增加的耐磨基质，以防止过早磨损和较早的钻头取回。

切削构件和筒因此由不同的材料形成。

现在已描述了实施例，将认识到一些实施例具有如下优点中的一些：

钻头面的制造不产生废物，典型的由加工钻头产生所述废物，这是更经济的；

钻头面的制造不使用费力的加工，且是成本有效的；

在钻凿期间钢制筒稳定了钻头而不需使用中间稳定器；

切削构件和筒能由对于每个零件合适的不同材料通过完全不同的工艺制造，例如能避免可能使碳钢筒软化、弱化和降低碳钢制的筒的延展性的钢筒的烧结，而冠部可以烧结，从而产生更好的钻头；

不要求昂贵且消耗性的石墨模具，所述石墨模具必须被破坏以取出里面的模制零件；

可实现高生产率；

制造工艺相对地非常快速和廉价；

制造工艺高度可重复。

将认识到的是，可对实施例进行多种变化和/或修改，而不会偏离本发明的精神或范围。例如，钻头可以不是取芯钻头而是一些其他类型的钻头。本实施例因此在所有方面中被考虑为是说明性的而非限制性的。

在所附的权利要求和前述本发明的描述中，除非上下文由于明确的语言或必需的暗示所要求，词语“包括”或变型，例如“包含”、“含有”在本发明的多种实施例中以包容性含义使用，即用以指出存在所陈述的特征，但不排除另外的特征的补充的存在。

本申请要求澳大利亚专利申请No.2008205690的优先权，该申请的公开内容在此通过引用并入。

Claims (19)

1.一种具有轴线的用于取芯的钻头，所述钻头包括：

筒；

切削构件，所述切削构件以可拆卸的方式固定到所述筒，即切削构件和筒能分开而不破坏筒或切削构件，所述筒布置成接合钻杆，用于围绕所述轴线驱动钻头，所述筒和所述切削构件在所述轴线上邻近定位，且以所述轴线为中心定位有孔，所述孔完全通过所述切削构件和所述筒，且所述切削构件还具有凸缘，所述凸缘与所述筒上的相应的凸缘相互套入。

2.根据权利要求1所述的钻头，其中所述切削构件和所述筒通过一对接合的协作元件而机械固定在一起，所述一对元件中的每个元件分别位于所述筒和所述切削构件中的一个上。

3.根据权利要求2所述的钻头，其中所述协作元件包括一对互补的螺纹，所述螺纹中的每个螺纹分别形成在所述切削构件和所述筒中的一个上。

4.根据权利要求2或3所述的钻头，其中所述协作元件包括插头，其位于相应的凹陷内，所述插头和所述凹陷分别位于所述切削构件和所述筒中的一个上。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述切削构件以冶金学方式固定到所述筒。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述切削构件具有以所述轴线为中心的柱形内表面和柱形外表面，所述内表面围绕通过所述切削构件的所述孔。

7.根据权利要求6所述的钻头，其中所述内表面和/或所述外表面包括耐磨基质。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述切削构件具有切削面和邻近所述筒定位的背面，所述切削面和所述背面沿所述轴线间隔开，且所述切削面包括多个切削齿或切削元件。

9.根据权利要求8所述的钻头，其中所述背面包括具有多个金刚石或其他超硬成分的复合材料。

10.根据权利要求中1-3的任一项所述的钻头，其中所述切削构件包括多个呈分层构造的元件。

11.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述切削构件和所述筒由不同材料形成。

12.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述切削构件由一种或多种复合材料形成。

13.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述筒具有以所述轴线为中心的柱形内筒表面和柱形外筒表面，所述内筒表面围绕通过所述筒的所述孔。

14.根据权利要求13所述的钻头，其中所述内筒表面和/或所述外筒表面包括耐磨基质。

15.根据权利要求1-3中的任一项所述的钻头，其中所述筒布置成在钻凿期间稳定所述钻头。

16.根据权利要求15所述的钻头，其中所述筒长于所述切削构件。

17.一种用于根据权利要求1-16中任一项所述的钻头的切削构件，所述切削构件布置成固定到相应的用于所述钻头的筒，且所述筒布置成接合钻杆。

18.一种用于根据权利要求1-16中任一项所述的钻头的筒，所述筒布置成固定到用于所述钻头的相应的切削构件并接合钻杆。

19.一种制造具有轴线的用于取芯的钻头的方法，所述方法包括如下步骤：

提供切削构件；

提供与切削构件分开的筒，所述筒布置成接合钻杆，用于围绕所述轴线驱动钻头；

在所述轴线上使所述筒邻近所述切削构件定位；和

将所述筒以可拆卸的方式固定到所述切削构件，即切削构件和筒能分开而不破坏筒或切削构件，且所述切削构件还具有凸缘，所述凸缘与所述筒上的相应的凸缘相互套入。