用于切削刀头的带螺纹的喷嘴 |
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| 申请号 | CN200980123840.4 | 申请日 | 2009-05-20 | 公开(公告)号 | CN102076925A | 公开(公告)日 | 2011-05-25 |
| 申请人 | 钴碳化钨硬质合金公司; | 发明人 | B·B·菲舍; H·瑟拉诺; | ||||
| 摘要 | 在此披露了一种在切削刀头中使用的带 螺纹 的 喷嘴 。螺纹或者是机加工到或者是压制到一个压制的粉末喷嘴中然后将该喷嘴 烧结 。本 发明 的喷嘴的这些螺纹表现出改进的硬度并且与烧结后机加工的螺纹相比具有一种更粗糙的表面修饰。与烧结后机加工相比，在烧结之前将这些螺纹定形在喷嘴中还是更经济并且更有效的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在切削刀头中使用的未烧结的压制的粉末喷嘴，该喷嘴包括： |
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| 说明书全文 | 用于切削刀头的带螺纹的喷嘴技术领域背景技术[0002] 钻地钻头(如牙轮钻头和固定切削刀头)通常装备有多个带螺纹的喷嘴，这些喷嘴提供用于冲洗钻孔中碎片、冲洗刀头的流体并且它们还可以是液压钻孔作用的源头。这些带螺纹的喷嘴通常是由一种硬质材料制成的，如由烧结碳化物即碳化钨钴制成。 [0003] 制造在钻地钻头中使用的带螺纹的喷嘴的标准方法一直是首先压制并烧结一个喷嘴，它具有喷嘴的总体形状。然后对这种未完成的喷嘴机加工至其最终的修饰及尺寸。这种机加工包括对喷嘴制作螺纹。由于这种材料的硬度，对烧结碳化钨进行机加工是极其困难的并且经常要求使用昂贵的金刚石切削产品。 [0004] 鉴于上述情况而开发展本发明。 发明内容[0005] 本发明提供了一种在切削刀头中使用的带螺纹的喷嘴。螺纹是通过机加工或者压制到一个粉末喷嘴中的，然后对该喷嘴进行烧结。本发明的喷嘴的螺纹具有一种更粗糙的表面修饰并且据信它们比烧结后机加工的螺纹更坚硬。与烧结后机加工相比，在烧结之前将这些螺纹在喷嘴中定形还是更经济并且更有效的。 [0006] 本发明的一个方面提供了一种在切削刀头中使用的未烧结的压制的粉末喷嘴，该喷嘴包括：一个本体，该本体包括一个外面、一个入口端以及一个排放端；一个孔，该孔穿过该本体从该入口端延伸到该排放端；以及多个外螺纹，这些外螺纹至少部分地沿该未烧结的喷嘴本体的外面延伸。 [0007] 本发明的另一个方面提供了一种在切削刀头中使用的带螺纹的喷嘴，该喷嘴包括：一个本体，该本体包括一个外面、一个入口端以及一个排放端；一个孔，该孔穿过该本体从该入口端延伸到该排放端；以及多个外螺纹，这些外螺纹至少部分地沿该带螺纹的喷嘴本体的外面延伸；其中这些外螺纹具有至少40微英寸的表面粗糙度。 [0008] 本发明的另一个方面提供了一种生产在切削刀头中使用的带螺纹的喷嘴的方法，该方法包括以下步骤：第一，提供一个压制的粉末喷嘴；第二，将多个螺纹机加工到该压制的粉末喷嘴坯件中；并且第三，烧结该压制的粉末喷嘴坯件。 [0009] 本发明的另一个方面提供了一种生产在切削刀头中使用的带螺纹的喷嘴的方法，该方法包括以下步骤：提供一个压模，该压模包括一个第一端、一个第二端、一个套管以及一个拆分插件，该拆分插件具有被插入该套管中的一个形成螺纹的部分；将一个第一冲头插入该压模的第一端中；用一种金属粉末或者陶瓷粉末填充该压模；将一个第二冲头插入该压模的第二端之中；给该压模中的粉末施加压力以便产生一个压制的粉末坯件；从该压模移除该压制的粉末坯件；并且对该压制的粉末坯件进行烧结。 [0011] 图1是根据本发明的一个实施方案安装在固定切削刀头中的一种带螺纹的喷嘴的斜视图。 [0012] 图2是根据本发明的一个实施方案的带螺纹的喷嘴的侧视图。 [0013] 图3是图2中所示的带螺纹的喷嘴的正视图。 [0014] 图4是图3中的带螺纹的喷嘴沿截面线4-4的截面图。 [0015] 图4A是图4中的细节4A的放大图。 [0016] 图5是根据本发明的一个实施方案的螺纹切削刀具的俯视图。 [0017] 图6是图5的螺纹切削刀具的切削端的放大图。 [0018] 图7是图5中的螺纹切削刀具的正视图。 [0019] 图8是图5中的螺纹切削刀具的侧视图。 [0020] 图9是根据本发明的一个实施方案的用于压制螺纹的压模的正视图。 [0021] 图10是沿图9的截面线10-10的压模的截面图。 [0022] 图11是图10中细节B的放大图。 [0023] 图12是根据本发明的一个实施方案的与图9的压模一起使用的一种顶部冲头的正视图。 [0024] 图13是图12的顶部冲头的侧视图。 [0025] 图14是图12中所示的细节C的放大图。 [0026] 图15是根据本发明的一个实施方案的与图9的压模一起使用的一种底部冲头的侧视图。 [0027] 图16是沿图15的截面线302的底部冲头的截面图。 [0028] 图17是根据本发明的一个实施方案的芯棒的侧视图。 具体实施方式[0029] 出于以下详细说明的目的，应该理解本发明可以采取不同的替代性变体和步骤顺序，除非在明确地相反指明的情况。此外，除了在任何操作性实例中或另外指明的地方之外，例如用在说明书和权利要求书中表示成分的量的全部数字应该理解为在全部实例中用术语“约”来修改。因此，除非表明为相反的情况，在以下说明书以及所附的权利要求书中列出的这些数字参数是近似值，这些近似值可以根据通过本发明所获得的令人希望的性能而变化。至少，而且并非试图限制权利要求书范围的等效物原则的应用，每个数字参数应该至少按照所报告的有效位并通过应用普通的舍入法进行解释。 [0030] 同样，应该理解的是在此列举的任何数字范围旨在包括其中所包含的全部子范围。例如，范围“1至10”是旨在包括在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间(含)的全部子范围，也就是说，具有等于或大于1的一个最小值以及等于或小于10的一个最大值。 [0031] 在本申请中，单数的使用包括复数并且复数包括单数，除非以其他方式确切地陈述。此外，在本申请中，除非以其他方式确切地陈述，“或者”的使用意味着“和/或”，即使在某些实例中可能明确地使用了“和/或”。 [0032] 现在参见图1，图中示出了可以用在钻地应用中的一种固定的切削刀头10的实例。在本实例中，固定切削刀10具有一个心轴12，该心轴具有一个螺纹端14。螺纹端14与一个转动性的中空钻杆(未示出)相配合，该中空钻杆被连接到一台钻机的其他转动设备上。这种固定切削刀头的下端可以具有一个或多个切削刃16，通常为其配备多个切削镶片18。可以将多个切削镶片18铜焊到切削刃上或者通过本领域技术人员已知的任何适合的方法进行附接。可以由多个废料槽缝20将这些切削刃16分隔开，这些废料槽缝允许切屑以及流体向上流动越过转动性的切削刀头10。一个或多个管道22在固定切削刀头10的一个下部的外部附近排出。这些管道22与被连接到心轴12的一个螺纹部分14上的转动性的中空钻杆(未示出)处于流体连通。可以将多个带螺纹的喷嘴30插入管道22的一个外端24之中。管道22的外端24还可以具有一个埋头孔部分26，这样使得带螺纹的喷嘴30凹陷进入管道22之中。 [0033] 现在参见图2至图4，图中示出了根据本发明的一个实施方案的一种带螺纹的喷嘴。带螺纹的喷嘴30包括围绕一条纵向轴线40布置的一个本体32。该带螺纹的喷嘴具有一个入口端34和一个排放端36。这些外螺纹50至少围绕带螺纹的喷嘴30的本体32的外面38的一部分被环圆周地定位。一个六边形的头部60可以定位在带螺纹的喷嘴30的排放端36处。虽然示出了一个六边形的头部60，但是可以使用螺钉或螺栓头部的任何构型，该构型包括在排放端36中的用于接收驱动件的一个凹陷。如图3中可见，一个喷嘴孔70延伸穿过带螺纹的喷嘴30的本体32。喷嘴孔70可以围绕轴向地穿过带螺纹的喷嘴30而延伸的纵向轴线40来定中心。图4示出了图3的喷嘴沿截面线4-4的截面图。喷嘴孔70可以具有在带螺纹的喷嘴30的一个入口端34处的一个喇叭口形部分72。图4A示出了图4中区域A的细节视图。外螺纹50具有一个前导面54和一个尾随面52。在前导面54与尾随面52之间的一个平坦的或切成圆角的过渡部分位于这些螺纹50的径向最外面的部分处。在每一个螺纹50之间具有一个凹切口80。 [0034] 根据本发明的一个实施方案，这种带螺纹的喷嘴可以是由压制之后进行烧结的碳化钨钴或者其他材料制成的。例如，碳化物包括碳化钨、碳化钛以及碳化钽、氧化铝、氮化钛、立方氮化硼，并且包括陶瓷类、以及这些材料的合金类和金属陶瓷类。用于这些材料的适合的粘合剂材料包括(作为举例)钴、铜、铁以及镍。 [0035] 根据本发明，这种带螺纹的喷嘴的这些外螺纹是在烧结之前的生坯的螺纹喷嘴中形成的。如在此使用的，术语“生坯的”是指已经压制过但尚未烧结的粉末状材料。在本发明的一个实施方案中，将这些螺纹机加工到该带螺纹的喷嘴坯件中，该坯件已经进行了一种第一成形或压制工艺以便制成该喷嘴的大体形状。 [0036] 在图5至图8中所示的螺纹切削刀具100可以被用在一种车削操作中以便将外螺纹机加工到喷嘴坯件中。如在此使用的，术语“喷嘴坯件”是指由压制以及烧结工艺制成的一种喷嘴，它已经被压制但尚未烧结，并且包括一种生坯的喷嘴。如在图5中最清楚地看到，螺纹切削刀具100具有一个柄110以及用于切削生坯的带螺纹的喷嘴的外螺纹的切削端120。切削端120包括一个切削刃尖130。一个伸出部分140从切削刃尖130延伸以便在每个外螺纹之间产生一个适当大小的凹切口80。凹切口80至少在一方面通过减少成品中的裂缝来协助烧结工艺。 [0037] 如以上所提及的，这些螺纹是在烧结前的状态下在该喷嘴坯件中进行机加工的。这可以通过使用以下设备来完成，如一台CNC机床或者手动车床、CNC或者手动铣床、螺纹模口或者其他车削设备。这个喷嘴坯件可以由心轴、真空装置或其他紧握组件来夹持以允许进行机加工。螺纹切削刀具100可以整个或部分地由一种硬质材料制成，如由金刚石(PCD)、氮化硼、碳化钨、或者陶瓷制成。螺纹切削刀具100还可以涂覆有(例如)氮化钛。 另外，螺纹切削刀具100可以是类似于图5至图8中所示的一种工具但是也可以是一种切削轮。 [0038] 还应该指出虽然以上对螺纹成形进行了说明，但是还可以形成适合于一种粉末冶金工艺的其他形状。例如，这些带螺纹的喷嘴30和镶片切削刀头还可以容纳一个锁定机构，例如一个销钉。这些带螺纹的喷嘴30可以容纳这样的锁定机构，例如通过具有在六边形的头部60中的一个槽口或者轴向地延伸经过带螺纹的喷嘴的这些外螺纹50以及喷嘴的剩余部分的一个槽缝。 [0039] 在本发明的另一个实施方案中，螺纹是通过一个压模被压制到一个喷嘴中的。例如，类似于在图9至图11中所示的一个压模150可以被用来将螺纹压制到一个喷嘴坯件中。压模150可以具有一个拆分插件160，该拆分插件包括两个相对的区段162、164。当这些相对的区段162、164被一起压制在交界面166处时，除了在每个相对的区段162、164上的平面168、170之外，插件160可以具有一种总体上为圆柱形的形状。每个相对的区段162、164在其对应的内部面176、178上都具有一个形成螺纹的部分172、174。最好如图10中所见，拆分插件160被插入套管190之中。套管190具有一个内部面192，该内部面被适合地成形以便与拆分插件160的外部表面180相匹配。这些平面表面168、170抵靠在套管 190的内部面192上以防止拆分插件160的转动。如在图10中所见，压模150具有一个顶端152和一个底端154。顶端152具有一个顶端冲头开口156。底端154具有一个底端冲头开口158。当完全坐入套管190中时，拆分插件160在底端154处抵靠停止件194并且在顶端152处与套管190平齐。 [0040] 通过将拆分插件160安装在套管190之中，顶部冲头200可以被插入顶端冲头开口156之中。然后压模150被填满预定量的粉末状的金属或陶瓷材料。在图15和图16中示出，然后底部冲头300被插入底端冲头开口158之中。一个芯棒400(在图17中示出了该芯棒的一个实例)延伸经过底部冲头300的孔并接触顶部冲头200。在安装顶部冲头200、底部冲头300以及芯棒400并且将该压模充满粉末后，施加压力并且开始这种压制工艺。 [0041] 由以上说明的生坯机加工或者生坯压制工艺所生产的带螺纹的坯件与其他带螺纹的喷嘴相比具有多个显著优点。值得注意，与其他喷嘴相比，生产本发明的这些带螺纹的喷嘴花费的时间更少并且更廉价，这很大程度上是由这种生坯的带螺纹的喷嘴的最终形状更接近最终产品的最后形状。与其他带螺纹的喷嘴相比，本发明的这些带螺纹的喷嘴还据信具有若干实体性改进。例如，与其他带螺纹的喷嘴相比，本发明的这些带螺纹的喷嘴据信具有更高的外螺纹边缘强度，这是由在这种带螺纹的喷嘴的表面上的钴的含量的增加，因为在烧结过程中钴迁移到了表面上。使用一种烧结后硬研磨处理将较高钴的外表面去除，从而导致一种更低强度的螺纹。烧结前机加工消除了这一问题。与由一种烧结后研磨方法生产的外螺纹相比，根据本发明生产的外螺纹更坚韧。 [0042] 由本发明的这种烧结前机加工或者压制处理生产的外螺纹还具有一种增加的表面粗糙度(Ra)，这种表面粗糙度改进了喷嘴与刀头之间的配合表面的摩擦。如在此所使用的，表面粗糙度是指一件物品的精细的表面不规则性的量度。如在此所使用的，Ra是指表面不规则性(即表面峰值和谷值)的算术平均值，用微英寸表示。本发明的螺纹的Ra值是例如至少40微英寸，如大于50微英寸，譬如约55微英寸至约65微英寸。增加的摩擦减少了刀头在钻孔过程中变松的可能性。这些烧结前的螺纹与硬研磨的螺纹相比还具有更少的剩余应力，从而使得本发明的喷嘴更强韧、更不易开裂并且更能耐受损害。 [0043] 在一种标准的经过研磨的螺纹与本发明的这种成形的螺纹之间的测试中已经表明这种喷嘴在切削刀头中的保持得到了改进。将根据本发明的成形的喷嘴与具有机加工的螺纹的喷嘴进行了比较。这种成形的喷嘴具有57微英寸的平均表面粗糙度。这种机加工的喷嘴具有34微英寸的平均表面粗糙度。在收紧到80psi之后，对每个喷嘴进行了扭矩测试。这种成形的喷嘴要求72psi平均值来释放，而这种机加工的喷嘴是在66psi释放。 [0044] 虽然为了解说目的在以上已经说明了本发明的多个具体实施方式，但是对于本领域那些普通技术人员而言明显的是无需背离如所附的权利要求书中限定的本发明即可做出对本发明的细节的多种变体。 |
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