專利名稱：凸形齒頂切削齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于石油、天然氣和地質(zhì)鉆井牙輪鉆頭上的凸形齒頂切削齒。
背景技術(shù)：
牙輪鉆頭被廣泛應(yīng)用于油田、礦山和工程鉆探領(lǐng)域，在鑲齒牙輪鉆頭的牙輪上鑲裝有多排切削齒，現(xiàn)有的牙輪鉆頭的切削齒有楔形齒和勺形齒等，其齒頂一般呈平直圓弧面狀，即齒頂為水平柱面狀。在牙輪鉆頭的實際鉆探過程中，由于切削齒吃入地層時，整段齒頂同時與地層接觸，導(dǎo)致接觸面積較大，不利于巖石破碎，影響了牙輪鉆頭的切削效率，增加了鉆井成本；且由于邊緣效應(yīng)，齒頂兩端產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得齒頂兩端易發(fā)生疲勞剝落，降低了合金切削齒的使用壽命。中國專利98235654.4是僅將勺形齒頂設(shè)計成凸頂，沒有給出明確的實施方案，難以實施，且難以保證凸頂與相鄰曲面之間成光滑過渡，因而在工作過程中，齒頂與相鄰曲面之間的連接部位會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低齒的性能和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種易于破碎巖石、能提高切削效率并可改善切削齒吃入地層時齒頂及相鄰曲面間應(yīng)力分布狀況的凸形齒頂切削齒。
為解決上述提出的問題，本實用新型采用以下的技術(shù)方案包括有齒柱和齒冠，所述的齒冠由錐形冠基和對應(yīng)設(shè)置的兩個楔面構(gòu)成，兩個楔面上端與齒頂交匯，其不同之處在于齒頂是由一段外凸曲線繞一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基而構(gòu)成的回轉(zhuǎn)曲面。
按上述方案，所述的構(gòu)成齒頂回轉(zhuǎn)曲面的外凸曲線兩端各有一段與之位于同一平面內(nèi)并與之相切或圓滑連接的曲線，繞同一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基形成同一回轉(zhuǎn)曲面，構(gòu)成相貫一體的凸形齒頂和齒頂兩側(cè)的對應(yīng)楔面。
按上述方案，所述的軸線與齒柱軸線垂直相交(兩線位于同一平面)或垂直立體交叉(兩線不在同一平面)。
按上述方案，所述的構(gòu)成齒頂回轉(zhuǎn)曲面的外凸曲線為圓弧，或橢圓弧，或拋物線，或雙曲線，或其它曲線；所述的構(gòu)成齒冠楔面的回轉(zhuǎn)曲面的曲線是圓弧，或直線段，或橢圓弧，或拋物線，或雙曲線，或其它曲線。所述的切削齒可由硬質(zhì)合金制成，構(gòu)成硬質(zhì)合金切削齒。
本實用新型的有益效果在于1、具有向上凸起的回轉(zhuǎn)曲面齒頂?shù)那邢鼾X在工作時，其齒頂是由齒頂中部最上部位開始到齒頂兩端，逐步與巖石接觸的，在剛開始與巖石接觸時，只有齒頂中部與巖石接觸，接觸面積小，使得巖石上產(chǎn)生的局部接觸應(yīng)力較高，更利于巖石破碎，因而可提高齒的切削效率，也即增強了牙輪鉆頭的切削性能，從而降低鉆井的綜合成本；2、由于齒頂中部高，兩端低，降低了齒頂兩端由于邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的高應(yīng)力，減少齒頂兩端發(fā)生破損的機率，提高了齒的壽命；3、由于齒頂與相鄰的其它齒冠曲面是光滑連接的，消除了連接的應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效改善合金齒吃入地層時齒頂及齒頂與相鄰曲面之間的連接部應(yīng)力分布狀況，減少齒頂與相鄰的其它齒冠曲面的連接部位發(fā)生破碎的機率，增強了齒冠的強度，進一步提高了齒的壽命；4、由于齒頂曲面與相貫楔面的旋轉(zhuǎn)軸線為同一軸線，易于加工和實施。


圖1為現(xiàn)有的一種用于牙輪鉆頭切削齒的正視圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3為本實用新型第一個實施例的正視圖。
圖4為圖3的左視圖。
圖5為本實用新型第一個實施例的立體圖。
圖6為本實用新型第二個實施例的正視圖。
圖7為圖6的左視圖。
圖8為本實用新型第三個實施例的正視圖。
圖9為圖8的左視圖。
圖10為本實用新型第四個實施例的正視圖。
圖11為圖10的左視圖。
圖12為本實用新型第五個實施例的正視圖。
圖13為圖12的左視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的實施例，第一個實施例如圖3、圖4、圖5所示，包括有齒柱1和齒冠2，所述的齒冠由錐形冠基9和對應(yīng)設(shè)置的兩個楔面8構(gòu)成，兩個楔面上端與齒頂3交匯，齒頂和兩個楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲線5、外凸曲線4和外凸曲線6同時繞軸線7旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基9而構(gòu)成，所述的曲線均為圓弧，其中齒頂3是由外凸曲線5、兩個楔面由外凸曲線4、6，三條曲線相切連接繞軸線7旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基9而構(gòu)成。構(gòu)成齒頂外凸曲線5的曲率半徑R為5-50毫米，通常為10-30毫米；軸線7位于切削齒對稱平面上，且與齒柱軸線垂直相交，同時與上述的三條外凸曲線位于同一平面內(nèi)，且位于構(gòu)成齒頂?shù)耐馔骨€5的內(nèi)凹側(cè)。這種齒在工作時，其齒頂是由齒頂中部最上部位開始到齒頂兩端，逐步與巖石接觸的，在剛開始與巖石接觸時，只有齒頂中部與巖石接觸，接觸面積小，使得巖石上產(chǎn)生的局部接觸應(yīng)力較高，更利于巖石破碎，因而可提高齒的切削效率，降低鉆井的綜合成本；由于其齒冠是由外凸圓弧旋轉(zhuǎn)而成的，就象拱形結(jié)構(gòu)一樣，具有很高的強度，提高了齒的承載能力和壽命；降低了齒頂兩端由于邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的高應(yīng)力，減少齒頂兩端發(fā)生破損的機率，進一步提高了齒的壽命；由于齒頂與相鄰的其它齒冠曲面是光滑連接的，消除了連接部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，減少了連接部位發(fā)生破碎的機率，進一步提高了齒的壽命；易于加工和實施。
本實用新型的第二個實施例如圖6、圖7所示，與第一個實施例的主要不同之處在于兩個楔面中的一個楔面是由一條內(nèi)凹曲線6a繞軸線7旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基9而構(gòu)成，即齒頂和兩個楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲線5、外凸曲線4和內(nèi)凹曲線6a同時繞軸線7旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基9而構(gòu)成，形成兩個不對稱的楔面，所述的內(nèi)凹曲線為內(nèi)凹圓弧，其它部分與上一實施例相同。
本實用新型的第三個實施例如圖8、圖9所示，與第一個實施例的主要不同之處在于形成兩個楔面的曲線均為直線段4b、6b，即齒頂和兩個楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲線5、直線段4b、6b同時繞軸線7旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基9而構(gòu)成，其它部分與第一個實施例相同。
本實用新型的第四個實施例如圖10、圖11所示，與第一個實施例的主要不同之處在于整個齒頂3相對齒柱軸線平行偏移一段距離e，e的取值范圍是0.5-20毫米，常用為1-10毫米。
本實用新型的第五個實施例如圖12、圖13所示，與第一個實施例的主要不同之處在于形成兩個楔面的外凸曲線4、6是不對稱的，其中一條較短，其它部分與上一實施例相同。
權(quán)利要求1.一種凸形齒頂切削齒，包括有齒柱和齒冠，所述的齒冠由錐形冠基和對應(yīng)設(shè)置的兩個楔面構(gòu)成，兩個楔面上端與齒頂交匯，其特征在于齒頂是由一段外凸曲線繞一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基而構(gòu)成的回轉(zhuǎn)曲面。
2.按權(quán)利要求1所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述的構(gòu)成齒頂回轉(zhuǎn)曲面的外凸曲線兩端各有一段與之位于同一平面內(nèi)并與之相切或圓滑連接的曲線，繞同一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基形成同一回轉(zhuǎn)曲面，構(gòu)成相貫一體的凸形齒頂和齒頂兩側(cè)的對應(yīng)楔面。
3.按權(quán)利要求1或2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述的軸線與齒柱軸線垂直相交或垂直立體交叉。
4.按權(quán)利要求1或2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述的構(gòu)成齒頂回轉(zhuǎn)曲面的外凸曲線為圓弧或橢圓弧或拋物線或雙曲線。
5.按權(quán)利要求2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述的構(gòu)成齒冠楔面的回轉(zhuǎn)曲面的曲線是圓弧或直線段或橢圓弧或拋物線或雙曲線。
6.按權(quán)利要求1或2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于切削齒可由硬質(zhì)合金制成，構(gòu)成硬質(zhì)合金切削齒。
7.按權(quán)利要求1或2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于構(gòu)成齒頂外凸曲線(5)的曲率半徑R為5-50毫米。
8.按權(quán)利要求1或2所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于整個齒頂相對齒柱軸線平行偏移一段距離e，e的取值范圍是1-10毫米。
9.按權(quán)利要求2或5所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述齒頂和兩個楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲線(5)、外凸曲線(4)和外凸曲線(6)同時繞軸線(7)旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基(9)而構(gòu)成。
10.按權(quán)利要求2或5所述的凸形齒頂切削齒，其特征在于所述齒頂和兩個楔面是由位于同一平面的相切的外凸曲線(5)、外凸曲線(4)和內(nèi)凹曲線(6a)同時繞軸線(7)旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基(9)而構(gòu)成。
專利摘要本實用新型涉及一種用于石油、天然氣和地質(zhì)鉆井牙輪鉆頭上的凸形齒頂切削齒。它包括有齒柱和齒冠，所述的齒冠由錐形冠基和對應(yīng)設(shè)置的兩個楔面構(gòu)成，兩個楔面上端與齒頂交匯，其特征在于齒頂是由一段外凸曲線繞一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基而構(gòu)成的回轉(zhuǎn)曲面。構(gòu)成齒頂回轉(zhuǎn)曲面的外凸曲線兩端各有一段與之位于同一平面內(nèi)并與之相切或圓滑連接的曲線，繞同一軸線旋轉(zhuǎn)切割錐形冠基形成同一回轉(zhuǎn)曲面，構(gòu)成相貫一體的凸形齒頂和齒頂兩側(cè)的對應(yīng)楔面。本實用新型的有益效果在于易于破碎巖石，提高牙輪鉆頭切削齒的切削效率，降低鉆井的綜合成本；降低齒頂及齒頂與相鄰曲面之間的連接部應(yīng)力分布，提高了齒的強度和使用壽命，齒頂及齒冠回轉(zhuǎn)曲面易于加工和實施。
文檔編號E21B10/08GK2828298SQ20052009686
公開日2006年10月18日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者樊孝兵, 閆秋榮 申請人:江漢石油鉆頭股份有限公司