本发明的内容是扩孔器和伸缩性刃具，特别是带有圆锥形刃具（配有改进式刃具架）的扩孔钻头。

扩孔器、伸缩性刃具和开孔器均已被用于扩大井筒，既可在钻头上装上刃片，也可在钻具的下端不加任何刃片。美国专利№.3，386，521是钻头与扩孔器结合运用的例子，美国专利№.3，171，503是扩孔器安装在钻具下端的例子，美国专利№.4，533，003是用来将刃具固定在扩孔器钻杆上的一种改进式装置。

圆锥形刃具已用于钻头和扩孔器。这种圆锥形刃具装在一个销钉上，销钉从扩孔器钻杆的下端往下往里延伸。为了将圆锥形刃具装在钻杆上，采用了滚动轴承和钢珠，美国专利№.2，641，447即说明了这种情况。销钉与钢珠锁定在钻杆与圆锥形刃具内表面之间的凹槽内，用来将刃具紧扣在刃具销钉上，如美国专利№.2，661，447;3，998，500和2，519，716所示。专利№.4，161，343说明了销钉与刃具之间的按钮和摩擦轴承的作用。专利№.3，998，500提出，利用螺钉将轴承套固定在销钉上。专利№.4，478，299叙述了安装在销钉上的几种轴承，包括裂缝式衬套结构。

扩孔器上圆锥形刃具所能产生的切削量是被刃具能自由转动的切削时间所限制的，并且是刃具架效率的函数。

在普通的锥体刃具，即锥体钻头中，当钻头旋转时，锥体能作圆周运动。圆的半径就是锥体转动的自然半径。只要这个转动半径能保持稳定不变，刃具和刃具架上的磨损就会是相对均匀的，锥体钻头就 能长期处于良好的工作状态。然而当锥体钻头用在扩孔器里面时，因为扩孔器的钻杆在使用时要向外伸展，锥体的转动半径就会增大，超过其自然转动半径，锥体钻头受到的法向推力负载就会指向刃具的相反方向。不过当扩孔器的锥杆打开时，刃具上的负载基本上全是反向推力负载，与刃具方向是相反的。这个反向推力负载是扩孔器刃具所受负载的主要成分，特别是在工作刚开始的时候，或者如果扩孔器只用在切削层较薄的时候，因为这时扩孔器只用了锥形刃具的外部后沿。再者，在偏差太大的孔内，反向推力负载起着主要的作用。当在操作中刃具打开的时候，反向推力负载即行减小，但有相当大的负载成分仍然留在刃具上。并且在操作过程中，锥形钻头总是力图恢复其自然转动半径，也就是力图关闭扩孔器或者往里收缩，这样便可建立自身的与刃具相反的负载。这些在操作过程中加在刃具上的可变负载就使刃具架产生过份损耗和不均匀损耗。这种不均匀损耗和过份损耗的结果之一就是加速了扩孔器钻杆上的销钉和轴承的磨损，而此轴承却是刃具的一个组成部分。实际上，当钻杆上的销钉有了磨损之后，就将钻杆的终端部分削除而另行焊上一个新的。进行这种焊接时所产生的热量使扩孔器的钻杆受到削弱。再者，钻杆每经削除而进行一次焊接，就得把原钻杆去掉一点以消除受热损伤部分。因此，刃具的替换性焊接只能进行有限的几次。

本发明的扩孔器钻杆是一个整体器件，不需进行焊接，因此就克服了上述钻杆和刃具方面的缺点。再者，更为重要的是，在进行操作时，刃具不会使销钉和钻杆发生损耗，因此也就不用进行频繁的更换。刃具与钻杆上，销钉的接触是借助于一个新颖的机构，因而大大加强了承担负载的能力，不但对法向推力负载，而且对反向推力负载，都是如此。还扩大了进行钻孔操作时刃具上承受径向负载的面积。

本发明的内容是改进式扩孔器、开孔器或带有圆锥形刃具（配有改进式刃具架）的伸缩性旋转钻头。扩孔器由下列各件组成：带孔的钻体，装在钻体上端的可以转动的钻杆，装在钻体下端的销钉，紧扣在销钉上的可拆式摩擦套（轴承套），带中心孔的圆锥形刃具，销钉和摩擦套紧扣于刃具中心孔的连接件以及刃具中心孔的孔壁。轴承件能够承受在钻孔时所受到的法向推力和径向推力，还能承受扩孔器刃具上所受到的反向推力负载。轴承件是相互连接的，这样，轴承件和可拆式摩擦套就可防止扩孔器销钉的磨损，因为摩擦套是紧扣在销钉上的，一切运动都在刃具、摩擦套和轴承之间进行。

以上目标及其他一些目标，在本发明的实施例中，由于采用了柱状或杯状摩擦套，便已全部实现。摩擦套可防止钻杆销钉转动。此外，摩擦套和锥体刃具之间装有轴承件，以减少摩擦，增加摩擦套和刃具的寿命。安装轴承件是为了承受刃具在操作时所受到的各种推力负载。而且由于制造和更换摩擦套的费用极其微小，因此既可降低进行扩孔的造价，又可延长扩孔器钻杆和销钉的使用寿命。

从附图及其详细说明中可进一步看到本发明的其他目标、特点和优势。

参看附图对本发明实施例的详细说明，就可更进一步了解本发明。图中的数字和字母代表相应的部件。

图1是本发明改进式扩孔器处于收缩状态或工作部位的结构图，一部分是视图，一部分是剖视图。

图2是本扩孔器处于伸展状态或切削部位的结构图。

图3是本发明中刃具组件的详细剖视图。

图4是本发明中刃具组件第二个实施例的详细剖视图。

图5是本发明中刃具组件另一个实施例的详细剖视图。

首先看图1和图2，图上的字母A表示本发明装置中的伸缩性旋转钻头或扩孔器的钻具。钻具的上端可以固定到钻管B的下端，此钻管则可伸展到井孔的顶端。利用井孔，钻具A通过井套（图上未曾画出）可以下降到井套下面的空间，扩孔操作就在这里进行。一般地说，钻具A的主体，即钻体为C，其中装有刃具支架或连接杆，即钻杆D，在其下端是刃具组件E。主动柱塞F可以在主体C的孔内活动，并通过活动连接杆G与刃具支架或钻杆D相连。当柱塞F向下运动时，连杆G的下端就向外扩展，使钻杆D也向外扩展，将刃具组件向外推，推入其展开的切削状态，如图2所示。在这个位置上，钻具的转动就带动主体C和刃具支架一同转动，就在这里，刃具组件E便将井孔钻出或将其扩大。当柱塞返回到上面位置，如图1所示时，与之相连的连杆G便发生作用将刃具收回。

主钻体C的上端为圆管10（其上端接于钻管B），下面是套管11，此套管通过螺纹12又与上端的圆管10相连接。上端圆管10有孔10a，与孔、钻管和孔10b都是相通的，柱塞F在10b中滑动。管套11有同心孔11a，整个穿透出来，孔的下端为11b。

在钻体C内有许多垂直延伸的小片13，用来接收刃具支架或钻杆D。小片的数目在各钻具中不尽相同，在本图中是三个。每条小片13都沿管套11作纵向延伸，并都有一进入孔接收轴销15的端点。刃具钻杆D也可通过轴销件这样的附加零件与钻体C连接。每块小片的下端伸在圆形孔13a内。装在钻杆D每个刃具下端的刃具组件E便可通过13a而运动。

每个刃具支架或钻杆D的横切面基本上都是矩形的，上端具有小凸片，片上开有横向孔。每个钻杆的宽度与小片13的宽度基本上是相同的。当钻杆D位于小片13之内时，轴销15就延伸穿过横向孔， 以便使每个钻杆都旋转式地装在每个小片内。轴销15使钻杆D向外扩展，超出管套11的外部表面，这样，刃具组件E也随之扩展，如图2所示。

为了使得所有的刃具钻杆D同时伸展，便将每个钻杆通过一对连杆29与连接器30连接起来。每个连接器通过圆形轴套31与环形柱塞F的下端直接连接在一起。连接器30上有许多向外的小凸块，每个凸块上都有一个小孔或凹孔。连杆29的上端分别支在小凸块32的每个边上，每端有一个向内的小凸块，置于连接器30上的凸块小孔或凹孔内，以将连杆29的上端与凸块连接起来。

当环形柱塞F被螺线弹簧36推到其升高了的位置时，连接器也升高到与每个钻杆D内面的斜表面甚为接近的地方。由于与连杆29相连，这些连杆就摆向图1所示的位置，从而使其下端向内运动，并使每个钻杆在管套内保持收缩状态。在连接器30的孔的下部装有一个端口簧37（见图1）。当增压流体通过钻柄和环形柱塞F以及轴套31而往下送进时，端口簧便起着限流作用，这就使得在柱塞F上方的压力有所升高。当此升高了的压力超过了螺线弹簧36的力量时，柱塞F、轴套31和连接器30就相对于管套和钻杆而往下运动。这就推动了连杆和连接器30之间的上部轴销点向下运动，于是促使连杆29的下端向外扩展。这个扩展运动引起钻杆D围绕上部轴销15而回转，钻杆的下端则向外扩展，从而推动刃具组件E进入扩展位置。为了控制钻杆的径向扩展，对于环形柱塞F的向下运动必须通过环绕连接轴套31的制动轴套40加以限制，此轴套则靠在套管11的孔11a和孔11c之间所形成的环形肩11d上。当此柱塞的下端顶靠着制动轴套40的上端时，柱塞就不再继续运动，从而限制了连杆29的下端的扩展范围。

如图3所示，刃具组件E包含有圆锥形刃具50（具有适当形状的占用元件，如齿形或插入形，图上未画出）。刃具50具有适当的外形，即大家都熟知的圆锥形，还有一个内膛52，部分通过中心。刃具组件E包括将刃具50固定在钻杆D的销钉54上的连接器。销钉54位于钻杆D的下端，基本上垂直。销钉54从钻杆D的下部向下向内伸展，具有一个延伸的中心孔56。中心孔56是润滑腔58的一部分，以便为刃具组件E起作用的部分提供润滑。紧靠孔56外端的插塞60的作用是一个柱塞，给组件提供润滑油，并承受油压，油压施加在插塞60上，以使刃具组件在工作时保持油压和润滑。

紧扣在销钉54上的是一个套管或轴套62，它与刃具50的内筒52接触，以接受由锥形刃具50转动造成的磨损。在图3所示的实施例中，轴承套62基本上是一个整体结构的、杯状的轴承件，它围绕着销钉54，由沿着销钉54筒状外壁的螺纹64加以固定。另一种方法，轴承套62的顶端可以是打开式的，销钉54的顶端可以暴露在外，但不会碰到刃具50的内壁52。不管哪种方法，显而易见，当锥形刃具50自由转动时，销钉54都不会受到磨损。在销钉54的内壁56的顶端的轴承套62里面有一横向切槽63，其作用是使拆装轴承套62十分方便，这一点以后再讲。

锁定轴承滚珠66用来防止轴承套62偶尔与销钉54脱开。组装时，轴承滚珠66装入轴承套62上的槽68之内。钥匙件74将锁定轴承滚珠66从径孔72挤到侧孔70内。一旦轴承套62附在销钉54上，钥匙件74就进入径孔72，迫使轴承滚珠66进入槽68，这样，这两个部件就锁定在一起了。辅助钥匙件76的作用是防止钥匙件74脱开。更重要的是，钥匙件76是用螺纹固定在径孔72内的，而钥匙件74则自由转动。也就是说，只有用带螺纹的钥匙件来保证锁定轴 承滚珠66。

为了把锥形刃具50固定在轴承套62上，还有一些组装件，轴承套62使刃具50自由转动，还能承受扩孔时出现的各种负载。组装件中包括一些轴承滚珠80，轴承套62和锥形刃具50之间有一槽81，滚珠就位于这一环形槽内。轴承滚珠80位于孔82内，用手压到位，由插塞84卡住。另外，轴颈轴承86位于锥形刃具50和轴承套62之间，其作用是减少部件之间的磨损。也可用一些滚柱轴承代替轴颈轴承。最后一个组装件是密封圈88，其作用是不使在轴承间流动的润滑油漏出，保证正常润滑。在理想的实施例中，轴承套62最好有一外缘90，这样密封圈88和轴颈轴承86周围就可有较为合适的间隙。

如图3所示，组装刃具组件E，首先要将锥形刃具50固定在轴承套62上，轴承86和密封圈88位于二者之间。将轴承套62插入刃具50的内孔52之后，再将滚珠轴承80放入槽81内，并用插塞84固定在位。然后用螺纹将刃具50和轴承套62安装在销钉54上。如需要的话，可通过孔56到槽63，使轴承套转动更为方便，因为锥形刃具50趋于脱离轴承套转动。组装完毕之后，即放入锁定轴承滚珠66，由钥匙件74固定到位。

插塞60，再加上孔56，就构成了刃具组件E的润滑油腔。这个润滑油腔通过轴承套62内外壁上的一系列润滑油槽，向轴承80、86和各负载承受面提供润滑油。

在使用时，刃具组件以正常的方式进行钻孔。不过，当刃具在转动时，一切运动都是在轴承套62的外表面上进行。轴承套62侧壁的外表面承受了在钻孔时刃具组件所施加的径向负载“b”。不过反向推力负载“c”却是由滚珠轴承80的表面92承担的。法向推力负载 “a”则由轴承套62的底部表面和滚珠轴承80的底部表面94所承担。由于采取了措施来吸收各种推力负载，本发明所推出的刃具组件的使用寿命要比现有装置的长得多。还有一点，因为销钉54周围没有转动，销钉52上也没有磨损，所以扩孔器的钻杆也就不再需要进行切割以换装新的销钉。不过，当轴承套62确实因磨损严重需要更换时，也可进行更换，但费用极其微小。

图4的实施例介绍的是往销钉上安装轴承套的另一种方法，可防止轴承套和销钉之间的转动。如图4所示，销钉154上有许多侧孔155，这些侧孔与中心孔156成直角。此外，半圆孔157钻在轴承套162上，一个157孔对应一个156侧孔。刃具在工作中，销钉159的作用是将轴承套162与销钉154扣紧。每个销钉159都有一个前加工表面的主体，恰好与半圆孔157相吻合。轴承套162装好之后，要用固定件161将销钉159固定在孔157内，以将轴承套162锁定在位。固定件161在孔156内滑动，其下端将销钉159向外推。装好后，圆头环163将固定件161卡在中心孔156内。插塞160的作用是形成一润滑油腔158，为刃具组件E的各有关部件提供润滑。在图4的实施例中，已用滚柱轴承186代替了轴颈轴承，不过这两种轴承均可使用。

本发明的另一个实施例见图5。在此实施例中，用滚珠轴承代替了销钉159，以固定轴承套。滚珠轴承202安装于孔204，并用手压紧，再用固定件206固定。辅助密封圈208的作用是防止润滑油漏出，同时防止杂物进入刃具组件。然而同外密封圈288不同，密封圈208不随刃具转动，因此不会对销钉264造成磨损。同其他实施例一样，图5的实施例安装容易，只需将轴承套262和刃具250放在销钉上，再将滚珠轴承202放在轴承套内即可。

总之，本发明所提供的扩孔器结构可承受很大的推力负载，扩孔器钻杆和销钉基本上没有磨损，无需频繁更换。修理十分简便，费用低廉，因为只有轴承套会因各种推力负载造成的磨损需要更换。

上述详细说明只是为了更好地理解本发明，应当认识到这里存在着局限性，在不脱离本发明的范围和所附权利要求的基础上，可做一些必要的修改，这对本技术领域的人来说是显而易见的。