[发明专利]岩石钻头及其制造方法

说明书

本发明涉及一种钻岩机，特别涉及一种岩石钻头。本发明还涉及一种将可拆卸的切削头固定到钻头的钻杆上的方法。

所有的岩石钻头均包括两个部件，即切削头和钻杆，二者可成一体或不成为一体。切削头的功能是将岩石破碎并引导碎屑脱离工作面，具体地说，是固定嵌入切削头工作面的碳化钨球头或凿齿执行上述功能。切削头所用材料必须坚韧耐磨，以便抵抗连续的击打和破碎岩石的研磨。适合做切削头的材料可以是穿透淬火工具钢，如A₂、A₈和D₂号钢;至少含1.8%镍的穿透淬火合金钢;加工硬化钢，例如奥氏体高锰钢或含有0.15～0.25%的碳和含有至少1.8%镍的表面硬化钢。上述材料具有优良性能，当然也可以采用其它材料。钻杆的功能主要是将冲击能量从锤体传递到钻头的切削头。使用时钻头也旋转，并产生扭矩。钻杆所用材料中可含有1.8%或更多的镍。

如果切削头和钻杆分别制造，要根据技术经济的要求为这两个部件选择最佳材料。另外，对于制造每个部件的坯料直径应仅根据其相应部件来加以选定，以减少废料和降低造价。再有将切削头连接到钻杆上时，应保证钻杆对切削头施加足够的握紧力，以便在使用时切削头不会从钻杆上脱落下来，但同时又要允许切削头拆下而不会对每个部件、特别是钻杆造成损坏。显然，要满足上述的要求，是不允许使用焊接和其它永久粘接的方法的。如果两个部件是用压入配合方式装配在一起，则该装配件在使用过程中承受锤体击打是不可靠的，另外，过分地压入配合会损坏部件的表面，有可能使钻杆无法继续使用。

本发明人发现冷缩配合是一种特别适合的组装方法，特别是当部件截面不一致时。因此本发明提供装配和拆卸钻头部件的方法，其中部件之间按0.15%压配合。

本发明的目的在於提供一种岩石钻头，该钻头具有更长的寿命和更优良的性能。

本发明的另一个目的在于通过减少所规定的库存量及简化钻头装配步骤来降低钻头成本。还有一个目的是通过在制造过程中减少废料和通过减少钻杆清理频率，来减少资源消耗。

上述目的及其它目的可通过制造具有钻杆和更换切削头的岩石钻头的方法来实现，该方法包括以下步骤：制造带有端部的钻杆，该端部有外表面;制造切削头，该切削头的一端设有工作面，另一端设有凹槽，该凹槽截面形状与上述钻杆端部的截面形状相对应，凹槽的尺寸比钻杆端部的尺寸小0.012%～0.38%;用液氮或其它低温流体对钻杆进行冷却以减少其尺寸;将切削头安装在钻杆端部;使上述部件温度恢复至周围温度，从而在切削头和钻杆之间形成冷缩配合。

根据本发明提供的一种制造岩石钻头的方法，该钻头包括钻杆和可更换的切削头，其步骤包括：

制作钢钻杆，该钻杆带有端部，该端部的外表面的截面为预定的形状;

制作钢切削头，该切削头的一端有工作面，另一端设有凹槽，该凹槽截面形状与钻杆端部截面形状相对应，凹槽尺寸比钻杆端部尺寸至少小0.15%;

至少改变上述两个部件中的一个的温度，使钻杆温度低于切削头温度，低到足以使钻杆端部能顺利地装配到上述凹槽中;

将切削头安装在钻杆端部，使上述两个部件的温度恢复到周围温度，从而在切削头和钻杆之间形成冷缩配合。

根据本发明提供的方法，其特征在于通过对钻杆端部冷却来形成温度差。

根据本发明提供的方法，其特征在于钻杆端部有外表面，凹槽有内表面，上述外表面和内表面均进行抛光，其范围为0.762～1.27μ（30～50微英寸）。

根据本发明提供的方法，其特征在于通过将钻杆浸入液氮中对钻杆进行冷却。

根据本发明提供的方法，其特征在于将钻杆端部冷却到至少195.5℃（-320°F）。

根据本发明提供的方法制造的岩石钻头，它包括钻杆和可更换的切削头。

图1是本发明钻头的局部剖视分解图，表示构成钻头的两个部件相互的装配位置。

图2与图1类似，表示构成钻头的两个部件已装配好的状态。

图3为沿垂直於钻头轴向的剖面线3-3的放大剖面图。

图4～图7为本发明其它实施例的非圆形剖面形状。

图8为钻头拆卸装置的局部剖面示意图。