專利名稱：用于切削刀頭的帶螺紋的噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及鉆地鉆頭、并且特別是涉及在鉆地鉆頭中使用的噴嘴。
背景技術：
鉆地鉆頭(如牙輪鉆頭和固定切削刀頭)通常裝備有多個帶螺紋的噴嘴，這些噴 嘴提供用于沖洗鉆孔中碎片、沖洗刀頭的流體并且它們還可以是液壓鉆孔作用的源頭。這 些帶螺紋的噴嘴通常是由一種硬質材料制成的，如由燒結碳化物即碳化鎢鈷制成。制造在鉆地鉆頭中使用的帶螺紋的噴嘴的標準方法一直是首先壓制并燒結一個 噴嘴，它具有噴嘴的總體形狀。然后對這種未完成的噴嘴機加工至其最終的修飾及尺寸。這 種機加工包括對噴嘴制作螺紋。由于這種材料的硬度，對燒結碳化鎢進行機加工是極其困 難的并且經常要求使用昂貴的金剛石切削產品。鑒于上述情況而開發展本發明。
發明內容
本發明提供了一種在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴。螺紋是通過機加工或者壓 制到一個粉末噴嘴中的，然后對該噴嘴進行燒結。本發明的噴嘴的螺紋具有一種更粗糙的 表面修飾并且據信它們比燒結后機加工的螺紋更堅硬。與燒結后機加工相比，在燒結之前 將這些螺紋在噴嘴中定形還是更經濟并且更有效的。本發明的一個方面提供了一種在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，該 噴嘴包括一個本體，該本體包括一個外面、一個入口端以及一個排放端；一個孔，該孔穿 過該本體從該入口端延伸到該排放端；以及多個外螺紋，這些外螺紋至少部分地沿該未燒 結的噴嘴本體的外面延伸。本發明的另一個方面提供了一種在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴，該噴嘴包 括一個本體，該本體包括一個外面、一個入口端以及一個排放端；一個孔，該孔穿過該本 體從該入口端延伸到該排放端；以及多個外螺紋，這些外螺紋至少部分地沿該帶螺紋的噴 嘴本體的外面延伸；其中這些外螺紋具有至少40微英寸的表面粗糙度。本發明的另一個方面提供了一種生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法， 該方法包括以下步驟第一，提供一個壓制的粉末噴嘴；第二，將多個螺紋機加工到該壓制 的粉末噴嘴坯件中；并且第三，燒結該壓制的粉末噴嘴坯件。本發明的另一個方面提供了一種生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法， 該方法包括以下步驟提供一個壓模，該壓模包括一個第一端、一個第二端、一個套管以及 一個拆分插件，該拆分插件具有被插入該套管中的一個形成螺紋的部分；將一個第一沖頭 插入該壓模的第一端中；用一種金屬粉末或者陶瓷粉末填充該壓模；將一個第二沖頭插入 該壓模的第二端之中；給該壓模中的粉末施加壓力以便產生一個壓制的粉末坯件；從該壓 模移除該壓制的粉末坯件；并且對該壓制的粉末坯件進行燒結。這些以及其他方面將在下面的說明中變得更清楚。
圖1是根據本發明的一個實施方案安裝在固定切削刀頭中的一種帶螺紋的噴嘴 的斜視圖。圖2是根據本發明的一個實施方案的帶螺紋的噴嘴的側視圖。圖3是圖2中所示的帶螺紋的噴嘴的正視圖。圖4是圖3中的帶螺紋的噴嘴沿截面線4-4的截面圖。圖4A是圖4中的細節4A的放大圖。圖5是根據本發明的一個實施方案的螺紋切削刀具的俯視圖。圖6是圖5的螺紋切削刀具的切削端的放大圖。圖7是圖5中的螺紋切削刀具的正視圖。圖8是圖5中的螺紋切削刀具的側視圖。圖9是根據本發明的一個實施方案的用于壓制螺紋的壓模的正視圖。圖10是沿圖9的截面線10-10的壓模的截面圖。圖11是圖10中細節B的放大圖。圖12是根據本發明的一個實施方案的與圖9的壓模一起使用的一種頂部沖頭的 正視圖。圖13是圖12的頂部沖頭的側視圖。圖14是圖12中所示的細節C的放大圖。圖15是根據本發明的一個實施方案的與圖9的壓模一起使用的一種底部沖頭的 側視圖。圖16是沿圖15的截面線302的底部沖頭的截面圖。圖17是根據本發明的一個實施方案的芯棒的側視圖。
具體實施例方式出于以下詳細說明的目的，應該理解本發明可以采取不同的替代性變體和步驟順 序，除非在明確地相反指明的情況。此外，除了在任何操作性實例中或另外指明的地方之 外，例如用在說明書和權利要求書中表示成分的量的全部數字應該理解為在全部實例中用 術語“約”來修改。因此，除非表明為相反的情況，在以下說明書以及所附的權利要求書中 列出的這些數字參數是近似值，這些近似值可以根據通過本發明所獲得的令人希望的性能 而變化。至少，而且并非試圖限制權利要求書范圍的等效物原則的應用，每個數字參數應該 至少按照所報告的有效位并通過應用普通的舍入法進行解釋。同樣，應該理解的是在此列舉的任何數字范圍旨在包括其中所包含的全部子范 圍。例如，范圍“1至10”是旨在包括在所列舉的最小值1與所列舉的最大值10之間(含) 的全部子范圍，也就是說，具有等于或大于1的一個最小值以及等于或小于10的一個最大值。在本申請中，單數的使用包括復數并且復數包括單數，除非以其他方式確切地陳 述。此外，在本申請中，除非以其他方式確切地陳述，“或者”的使用意味著“和/或”，即使 在某些實例中可能明確地使用了“和/或”。
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現在參見圖1，圖中示出了可以用在鉆地應用中的一種固定的切削刀頭10的實 例。在本實例中，固定切削刀10具有一個心軸12，該心軸具有一個螺紋端14。螺紋端14 與一個轉動性的中空鉆桿(未示出)相配合，該中空鉆桿被連接到一臺鉆機的其他轉動設 備上。這種固定切削刀頭的下端可以具有一個或多個切削刃16，通常為其配備多個切削鑲 片18。可以將多個切削鑲片18銅焊到切削刃上或者通過本領域技術人員已知的任何適合 的方法進行附接。可以由多個廢料槽縫20將這些切削刃16分隔開，這些廢料槽縫允許切 屑以及流體向上流動越過轉動性的切削刀頭10。一個或多個管道22在固定切削刀頭10的 一個下部的外部附近排出。這些管道22與被連接到心軸12的一個螺紋部分14上的轉動 性的中空鉆桿(未示出)處于流體連通。可以將多個帶螺紋的噴嘴30插入管道22的一個 外端M之中。管道22的外端M還可以具有一個埋頭孔部分沈，這樣使得帶螺紋的噴嘴 30凹陷進入管道22之中。現在參見圖2至圖4，圖中示出了根據本發明的一個實施方案的一種帶螺紋的噴 嘴。帶螺紋的噴嘴30包括圍繞一條縱向軸線40布置的一個本體32。該帶螺紋的噴嘴具有 一個入口端34和一個排放端36。這些外螺紋50至少圍繞帶螺紋的噴嘴30的本體32的外 面38的一部分被環圓周地定位。一個六邊形的頭部60可以定位在帶螺紋的噴嘴30的排 放端36處。雖然示出了一個六邊形的頭部60，但是可以使用螺釘或螺栓頭部的任何構型， 該構型包括在排放端36中的用于接收驅動件的一個凹陷。如圖3中可見，一個噴嘴孔70 延伸穿過帶螺紋的噴嘴30的本體32。噴嘴孔70可以圍繞軸向地穿過帶螺紋的噴嘴30而 延伸的縱向軸線40來定中心。圖4示出了圖3的噴嘴沿截面線4-4的截面圖。噴嘴孔70 可以具有在帶螺紋的噴嘴30的一個入口端34處的一個喇叭口形部分72。圖4A示出了圖 4中區域A的細節視圖。外螺紋50具有一個前導面M和一個尾隨面52。在前導面討與 尾隨面52之間的一個平坦的或切成圓角的過渡部分位于這些螺紋50的徑向最外面的部分 處。在每一個螺紋50之間具有一個凹切口 80。根據本發明的一個實施方案，這種帶螺紋的噴嘴可以是由壓制之后進行燒結的碳 化鎢鈷或者其他材料制成的。例如，碳化物包括碳化鎢、碳化鈦以及碳化鉭、氧化鋁、氮化 鈦、立方氮化硼，并且包括陶瓷類、以及這些材料的合金類和金屬陶瓷類。用于這些材料的 適合的粘合劑材料包括(作為舉例)鈷、銅、鐵以及鎳。根據本發明，這種帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋是在燒結之前的生坯的螺紋噴嘴中 形成的。如在此使用的，術語“生坯的”是指已經壓制過但尚未燒結的粉末狀材料。在本發 明的一個實施方案中，將這些螺紋機加工到該帶螺紋的噴嘴坯件中，該坯件已經進行了一 種第一成形或壓制工藝以便制成該噴嘴的大體形狀。在圖5至圖8中所示的螺紋切削刀具100可以被用在一種車削操作中以便將外 螺紋機加工到噴嘴坯件中。如在此使用的，術語“噴嘴坯件”是指由壓制以及燒結工藝制成 的一種噴嘴，它已經被壓制但尚未燒結，并且包括一種生坯的噴嘴。如在圖5中最清楚地看 到，螺紋切削刀具100具有一個柄110以及用于切削生坯的帶螺紋的噴嘴的外螺紋的切削 端120。切削端120包括一個切削刃尖130。一個伸出部分140從切削刃尖130延伸以便 在每個外螺紋之間產生一個適當大小的凹切口 80。凹切口 80至少在一方面通過減少成品 中的裂縫來協助燒結工藝。如以上所提及的，這些螺紋是在燒結前的狀態下在該噴嘴坯件中進行機加工的。這可以通過使用以下設備來完成，如一臺CNC機床或者手動車床、CNC或者手動銑床、螺紋 模口或者其他車削設備。這個噴嘴坯件可以由心軸、真空裝置或其他緊握組件來夾持以允 許進行機加工。螺紋切削刀具100可以整個或部分地由一種硬質材料制成，如由金剛石 (PCD)、氮化硼、碳化鎢、或者陶瓷制成。螺紋切削刀具100還可以涂覆有(例如)氮化鈦。 另外，螺紋切削刀具100可以是類似于圖5至圖8中所示的一種工具但是也可以是一種切 削輪。還應該指出雖然以上對螺紋成形進行了說明，但是還可以形成適合于一種粉末冶 金工藝的其他形狀。例如，這些帶螺紋的噴嘴30和鑲片切削刀頭還可以容納一個鎖定機 構，例如一個銷釘。這些帶螺紋的噴嘴30可以容納這樣的鎖定機構，例如通過具有在六邊 形的頭部60中的一個槽口或者軸向地延伸經過帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋50以及噴嘴的 剩余部分的一個槽縫。在本發明的另一個實施方案中，螺紋是通過一個壓模被壓制到一個噴嘴中的。例 如，類似于在圖9至圖11中所示的一個壓模150可以被用來將螺紋壓制到一個噴嘴坯件 中。壓模150可以具有一個拆分插件160，該拆分插件包括兩個相對的區段162、164。當 這些相對的區段162、164被一起壓制在交界面166處時，除了在每個相對的區段162、164 上的平面168、170之外，插件160可以具有一種總體上為圓柱形的形狀。每個相對的區段 162、164在其對應的內部面176、178上都具有一個形成螺紋的部分172、174。最好如圖10 中所見，拆分插件160被插入套管190之中。套管190具有一個內部面192，該內部面被適 合地成形以便與拆分插件160的外部表面180相匹配。這些平面表面168、170抵靠在套管 190的內部面192上以防止拆分插件160的轉動。如在圖10中所見，壓模150具有一個頂 端152和一個底端154。頂端152具有一個頂端沖頭開口 156。底端IM具有一個底端沖 頭開口 158。當完全坐入套管190中時，拆分插件160在底端巧4處抵靠停止件194并且在 頂端152處與套管190平齊。通過將拆分插件160安裝在套管190之中，頂部沖頭200可以被插入頂端沖頭開 口 156之中。然后壓模150被填滿預定量的粉末狀的金屬或陶瓷材料。在圖15和圖16中 示出，然后底部沖頭300被插入底端沖頭開口 158之中。一個芯棒400 (在圖17中示出了該 芯棒的一個實例)延伸經過底部沖頭300的孔并接觸頂部沖頭200。在安裝頂部沖頭200、 底部沖頭300以及芯棒400并且將該壓模充滿粉末后，施加壓力并且開始這種壓制工藝。由以上說明的生坯機加工或者生坯壓制工藝所生產的帶螺紋的坯件與其他帶螺 紋的噴嘴相比具有多個顯著優點。值得注意，與其他噴嘴相比，生產本發明的這些帶螺紋的 噴嘴花費的時間更少并且更廉價，這很大程度上是由這種生坯的帶螺紋的噴嘴的最終形狀 更接近最終產品的最后形狀。與其他帶螺紋的噴嘴相比，本發明的這些帶螺紋的噴嘴還據 信具有若干實體性改進。例如，與其他帶螺紋的噴嘴相比，本發明的這些帶螺紋的噴嘴據信 具有更高的外螺紋邊緣強度，這是由在這種帶螺紋的噴嘴的表面上的鈷的含量的增加，因 為在燒結過程中鈷遷移到了表面上。使用一種燒結后硬研磨處理將較高鈷的外表面去除， 從而導致一種更低強度的螺紋。燒結前機加工消除了這一問題。與由一種燒結后研磨方法 生產的外螺紋相比，根據本發明生產的外螺紋更堅韌。由本發明的這種燒結前機加工或者壓制處理生產的外螺紋還具有一種增加的表 面粗糙度(Ra)，這種表面粗糙度改進了噴嘴與刀頭之間的配合表面的摩擦。如在此所使用的，表面粗糙度是指一件物品的精細的表面不規則性的量度。如在此所使用的，Ra是指表 面不規則性(即表面峰值和谷值)的算術平均值，用微英寸表示。本發明的螺紋的Ra值是 例如至少40微英寸，如大于50微英寸，譬如約55微英寸至約65微英寸。增加的摩擦減少 了刀頭在鉆孔過程中變松的可能性。這些燒結前的螺紋與硬研磨的螺紋相比還具有更少的 剩余應力，從而使得本發明的噴嘴更強韌、更不易開裂并且更能耐受損害。在一種標準的經過研磨的螺紋與本發明的這種成形的螺紋之間的測試中已經表 明這種噴嘴在切削刀頭中的保持得到了改進。將根據本發明的成形的噴嘴與具有機加工的 螺紋的噴嘴進行了比較。這種成形的噴嘴具有57微英寸的平均表面粗糙度。這種機加工 的噴嘴具有34微英寸的平均表面粗糙度。在收緊到SOpsi之后，對每個噴嘴進行了扭矩測 試。這種成形的噴嘴要求72psi平均值來釋放，而這種機加工的噴嘴是在66psi釋放。雖然為了解說目的在以上已經說明了本發明的多個具體實施方式
，但是對于本領 域那些普通技術人員而言明顯的是無需背離如所附的權利要求書中限定的本發明即可做 出對本發明的細節的多種變體。
權利要求
1.一種在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，該噴嘴包括 一個本體，該本體具有一個外面、一個入口端以及一個排放端；一個孔，該孔穿過該本體從該入口端延伸到該排放端；以及 多個外螺紋，這些外螺紋至少部分地沿該未燒結的噴嘴本體的外面延伸。
2.如權利要求1所述的在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，其中，該噴嘴 是由碳化鎢鈷制成的。
3.如權利要求1所述的在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，其中，該外螺 紋是被一個凹切部分分隔開的。
4.如權利要求1所述的在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，其中，這些外 螺紋具有至少40微英寸的表面粗糙度。
5.如權利要求1所述的在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，其中，這些外 螺紋具有大于50微英寸的表面粗糙度。
6.如權利要求1所述的在切削刀頭中使用的未燒結的壓制的粉末噴嘴，其中，這些外 螺紋具有約陽微英寸至約65微英寸的表面粗糙度。
7.一種在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴，該噴嘴包括 一個本體，該本體包括一個外面、一個入口端以及一個排放端； 一個孔，該孔穿過該本體從該入口端延伸到該排放端；以及多個外螺紋，這些外螺紋至少部分地沿該帶螺紋的噴嘴本體的外面延伸； 其中這些外螺紋具有至少40微英寸的表面粗糙度。
8.如權利要求7所述的在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴，其中，這些外螺紋具有大 于50微英寸的表面粗糙度。
9.如權利要求7所述的在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴，其中，這些外螺紋具有約 55微英寸至約65微英寸的表面粗糙度。
10.一種生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，該方法包括以下步驟 第一，提供一個壓制的粉末噴嘴坯件；第二，將多個螺紋機加工到該壓制的粉末噴嘴坯件中；并且 第三，燒結該壓制的粉末噴嘴坯件。
11.如權利要求10所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，這些 螺紋是使用一種車削操作在該壓制的粉末坯件中進行機加工的。
12.如權利要求10所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，該車 削操作使用了一臺CNC機床或者一臺車床。
13.如權利要求11所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，該車 削操作使用了一個螺紋切削刀具，該螺紋切削刀具包括一個柄以及一個切削刃尖，該切削 刃尖具有用于在每個螺紋之間形成一個凹切部分的伸出部分。
14.如權利要求10所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，燒結 后的該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有至少40微英寸的表面粗糙度。
15.如權利要求10所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，在燒 結之后該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有大于50微英寸的表面粗糙度。
16.如權利要求10所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，在燒結之后該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有約55微英寸至約65微英寸的表面粗糙度。
17.—種生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，該方法包括以下步驟提供一個壓模，該壓模包括一個第一端、一個第二端、一個套管以及一個拆分插件，該 拆分插件具有被插入該套管中的一個形成螺紋的部分； 將一個第一沖頭插入該壓模的一個第一端之中； 用一種金屬粉末或者陶瓷粉末填充該壓模； 將一個第二沖頭插入該壓模的一個第二端中； 給該壓模中的粉末施加壓力以便產生一個壓制的粉末坯件； 從該壓模中移除該壓制的粉末坯件；并且 燒結該壓制的粉末坯件。
18.如權利要求17所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，燒結 后的該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有至少40微英寸的表面粗糙度。
19.如權利要求17所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，燒結 后的該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有大于50微英寸的表面粗糙度。
20.如權利要求17所述的生產在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴的方法，其中，燒結 后的該帶螺紋的噴嘴的這些外螺紋具有約陽微英寸至約65微英寸的表面粗糙度。
全文摘要
在此披露了一種在切削刀頭中使用的帶螺紋的噴嘴。螺紋或者是機加工到或者是壓制到一個壓制的粉末噴嘴中然后將該噴嘴燒結。本發明的噴嘴的這些螺紋表現出改進的硬度并且與燒結后機加工的螺紋相比具有一種更粗糙的表面修飾。與燒結后機加工相比，在燒結之前將這些螺紋定形在噴嘴中還是更經濟并且更有效的。
文檔編號E21B10/18GK102076925SQ200980123840
公開日2011年5月25日 申請日期2009年5月20日 優先權日2008年6月26日
發明者B·B·菲舍, H·瑟拉諾 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司