专利名称：一种用于牙轮钻头的凿形齿的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井的牙轮钻头合金切削齿，特 别涉及到一种用于牙轮钻头的凿形齿。
背景技术：
在现有技术中，楔形齿是用于牙轮钻头的一种主要的切削齿形，用于钻凿中软至 中硬地层。楔形齿齿冠两侧通常有两个对称的平面型楔面，楔面与齿柱相交。在牙轮钻头 的实际使用过程中，因楔形齿受较大弯矩作用，楔面与齿柱相交处应力集中，易先期出现破 损，从而影响牙轮钻头的使用性能。锥楔齿是在楔形齿的基础上进行改进，增大了楔面角，使楔面与齿冠相交，而不与 齿柱相交，相交处与齿柱间有较小的距离H(如图5所示)。这种设计虽然对楔形齿的应力 集中有所改善，但由于齿冠表面仍然存在相贯线，还是不能很好的解决应力集中问题。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供了一 种应力分布状况好、切削效率高和使用寿命长的用于牙轮钻头的凿形齿。本实用新型为解决上述存在的技术问题所采用的技术方案为包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交的空间曲线和 底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥状光顺曲面，齿冠顶端的齿顶呈椭球面或球 面状，并与齿冠侧向光顺相接。按上述方案，所述的两条正交的空间曲线一条为正向空间曲线，另一条为侧向空 间曲线，所述的正向空间曲线由两侧向上内倾的直线或曲线与顶部上凸曲线光顺连接而 成，正向空间曲线两侧直线或曲线与底面的夹角为60° 80°，所述的侧向空间曲线由两 侧向上内倾的直线或曲线与顶部上凸曲线光顺连接而成，侧向空间曲线两侧直线或曲线与 底面的单侧夹角为50° 70°。按上述方案，所述的顶部曲线由圆弧、抛物线、双曲线或样条曲线中的一条或多条 组成。按上述方案，两侧向上内倾的曲线为圆弧或样条曲线。按上述方案，所述的凿形齿由硬质合金制成，或由硬质合金与金刚石层复合而成。本实用新型的有益效果在于1、整个齿冠侧面和顶部无相贯线，表面平滑光顺，减 小了切削齿受工作载荷时的应力集中，提高了牙齿的结构强度和抗冲击性能，因而延长了 切削齿的有效使用寿命；2、齿顶表面呈上凸的椭球面或球面状，相对于平顶齿，可改善齿顶 应力分布，增强牙齿的攻击性能，提高牙齿的破岩切削效率。
图1为现有楔形齿的主视图。[0013]图2为图1的左视图。图3为图1的俯视图。图4为现有楔形齿的立体视图。图5为现有锥楔齿的主视图。图6为图4的左视图。图7为图4的俯视图。图8为现有锥楔齿的立体视图。图9为第一个实施例的立体视图。图10为图9中正向空间曲线的正面图。图11为图9中侧向空间曲线的正面图。图12为本实用新型另一个实施例的立体视图。图13为图12中正向空间曲线的正面图。图14为图12中侧向空间曲线的正面图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。现有楔形齿齿形如图1-4所示，齿冠2上的相贯线3与齿柱1相交于一点，在牙轮 钻头正常工作时，牙齿的该点区域应力集中，易导致牙齿破损，影响钻头的使用性能。图5-8 为现有锥楔齿的视图，齿冠2上的相贯线3不与齿柱相交，相贯线3的最低点与齿柱1间的 垂直距离为H，这种设计虽然可以改善牙齿的应力集中，但由于齿冠表面存在相贯线，应力 集中现象仍然较突出。本实用新型的一个实施例如图9-图11所示，包括齿柱1和齿冠2，齿柱为圆柱状， 齿柱上端为齿冠，整个齿冠表面平滑光顺，无相贯线，可使牙齿应力集中现象大为减少，提 高了牙齿的结构强度。齿冠2是由两个垂直相交平面中的两条正交空间曲线即正向空间曲 线6(图中虚线所示)和侧向空间曲线7(图中虚线所示)及齿冠与齿柱相连的底圆5形成 的空间网格所构成的向上收缩的扁锥状光顺曲面；所述的正向空间曲线6由两侧向上内倾 的直线A1B1、ElFl与顶部曲线光顺连接而成，两侧直线与底面的夹角为70°，顶部曲线由 两侧的过渡圆弧B1C1、D1E1 (半径R2 = 2. 5mm)与中间圆弧ClDl (半径Rl = 20mm)连接组 成；所述的侧向空间曲线7由两侧向上内倾的直线A2B2、C2D2与顶部圆弧B2C2(半径R3 = 20mm)光顺连接而成，两侧直线与底面的夹角为60° ；齿顶表面呈椭球面状，微向上凸起。本实用新型的另一个实施例如图12-图14所示，其与上一个实施例的不同之处 在于所述的正向空间曲线6由两侧向上内倾的直线H1J1、KlLl与顶部样条曲线JlKl光顺 连接而成，两侧直线与底面的夹角为65° ；所述的侧向空间曲线7由两侧向上内倾的圆弧 H2J2、K2L2(半径R4 = 30mm)与顶部样条曲线J2K2光顺连接而成，由此构成向上收缩、齿 顶微凸的扁锥状光顺曲面。
权利要求一种用于牙轮钻头的凿形齿，包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥状光顺曲面，齿冠顶端的齿顶呈椭球面或球面状，并与齿冠侧向光顺相接。
2.按权利要求1所述的用于牙轮钻头的凿形齿，其特征在于所述的两条正交的空间 曲线一条为正向空间曲线，另一条为侧向空间曲线，所述的正向空间曲线由两侧向上内倾 的直线或曲线与顶部上凸曲线光顺连接而成，正向空间曲线两侧直线或曲线与底面夹角为 60° 80°，所述的侧向空间曲线由两侧向上内倾的直线或曲线与顶部上凸曲线光顺连接 而成，侧向空间曲线两侧直线或曲线与底面夹角为 50° 70°。
3.按权利要求2所述的用于牙轮钻头的凿形齿，其特征在于所述的顶部曲线由圆弧、 抛物线、双曲线或样条曲线中的一条或多条组成。
4.按权利要求2所述的用于牙轮钻头的凿形齿，其特征在于两侧向上内倾的曲线为圆 弧或样条曲线。
5.按权利要求2所述的用于牙轮钻头的凿形齿，其特征在于所述的正向空间曲线的顶 部曲线由两侧的过渡圆弧与中间圆弧连接组成。
6.按权利要求1或2所述的用于牙轮钻头的凿形齿，其特征在于所述的凿形齿由硬质 合金制成，或由硬质合金与金刚石层复合而成。
专利摘要本实用新型涉及到一种用于石油、天然气和地质钻井的牙轮钻头合金切削齿，特别涉及到一种用于牙轮钻头的凿形齿。包括齿柱和齿冠两部分，其特征在于所述的齿冠表面是由两条正交的空间曲线和底圆形成的空间网格所构成的向上收缩的扁锥状光顺曲面，齿冠顶端的齿顶呈椭球面或球面状，并与齿冠侧向光顺相接。本实用新型的有益效果在于1、整个齿冠侧面和顶部无相贯线，表面平滑光顺，减小了切削齿受工作载荷时的应力集中，提高了牙齿的结构强度和抗冲击性能，因而延长了切削齿的有效使用寿命；2、齿顶表面呈上凸的椭球面或球面状，相对于平顶齿，可改善齿顶应力分布，增强牙齿的攻击性能，提高牙齿的破岩切削效率。
文档编号E21B10/50GK201771431SQ20102053315
公开日2011年3月23日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者陈东方, 韩秀明 申请人:江汉石油钻头股份有限公司