一种具有可拆卸钻头头部的钻头的制作方法

本发明涉及一种用于流体操作的冲击钻具的钻头组件。具体地，本发明涉及一种用于与潜孔锤、特别是液压潜孔锤一起使用的钻头组件。

背景技术：

用于流体操作的冲击钻具(例如潜孔锤)的冲击钻头通常包括钻头头部，在头部的前表面上组装有切削嵌件。钻头头部形成有轴向延伸的柄部，该柄部具有比钻头头部更小的直径。当锤旋转时，旋转驱动最通常通过设置在柄部上的圆柱形外壁上的花键与设置在钻具的驱动卡盘内部的花键配合而传递到柄部。其它可能的驱动装置包括六边形或八边形柄部，其与相应形成的卡盘配合。

在钻凿周期期间，冲击活塞与柄部的后端部碰撞，迫使钻头头部上的切削嵌件进入正被钻凿的岩石中。被称为冲洗空气的加压空气用于在锤操作时将切屑冲出钻孔。润滑油可以在钻机处被添加到冲洗空气流。通常使用两种机构中的一种来提供冲洗空气。

在中心冲洗系统中，钻头具有冲洗孔，该冲洗孔延伸穿过柄部的中心并且延伸穿过钻头端面，在穿过钻头的前端面露出之前通常分叉到多个通道中。相应的中心冲洗孔延伸穿过活塞的整个长度，将冲洗空气从钻机供给到钻头端面。

在外部冲洗系统中，冲洗空气沿着钻头柄部的花键(或其它驱动装置)行进，而不是穿过中心冲洗孔。在这种布置中，钻头柄部是实心的，并且可以在钻头头部中设置通道以将空气从花键引导到钻头的切削面。

对于上述两种布置，柄部和钻头头部通常例如通过从单个坯料或锻件加工钻头而一体地形成。在传统的锤中，当钻头头部或切削面磨损时，柄部可能通常处于良好的状态，但是由于其与切削面一体制成，因此必须将柄部丢弃。在会磨损切削头中的嵌件的非常磨蚀的岩石或材料中进行钻凿时，可能发生钻头/切削面的过早磨损。

在某些中心冲洗布置中，钻头可以形成为两个分离的部分，这两个部分可以通过螺纹连接而连结在一起，这允许更换钻头头部而不需要不必要地丢弃柄部。然而，存在与中心冲洗布置相关的某些缺点。当迫使包含润滑油的冲洗空气通过钻头的孔时，由于油的存在可能会发生气蚀现象。当活塞与钻头碰撞，迫使油以高速从由配合的活塞前端和钻头柄部包围的环形区域流出时，这个问题加剧。经常在活塞前端上和钻头柄部的后端部处观察到气蚀损伤。中心冲洗布置的另一个缺点是花键可能受到不充分的润滑。尽管一些冲洗空气将不可避免地泄漏到钻头的花键部分内，但它将不能总是提供足够的润滑，尤其是在冲洗空气压力相对低的应用中。不充分的花键润滑增加了由于摩擦而损坏的风险以及由此引起的可能故障。

虽然中心冲洗布置对于其中冲洗空气通常以与工作流体相同的压力(或接近该压力)被提供的气动潜孔锤来说是可接受的，但是花键润滑的水平对于通常以高频率操作并因此由于摩擦而更需要花键润滑的液压潜孔锤来说可能是不够的。

技术实现要素：

本发明提供一种用于流体操作的冲击钻具的钻头组件，所述钻头组件包括：

冲击钻头，所述冲击钻头包括钻头头部，所述钻头头部可拆卸地连接到轴向延伸的柄部；

形成在柄部的圆柱形外壁上的轴向延伸的花键，所述柄部上的花键与形成在驱动卡盘内部的互补花键可滑动地接合，由此来自卡盘的旋转驱动能够传递到柄部；

至少一个冲洗通道，所述至少一个冲洗通道在所述钻头柄部的圆柱形外壁与所述钻头头部的切削面之间延伸，以在所述钻头柄部的花键部分与所述钻头头部的切削面之间提供用于冲洗介质的流体路径。

本发明还提供一种用于流体操作的冲击钻具的钻头组件，所述钻头组件包括：

冲击钻头，所述冲击钻头包括钻头头部，所述钻头头部可拆卸地连接到轴向延伸的柄部；

形成在柄部的外壁上的接合装置，所述柄部的接合装置能够与形成在驱动卡盘内部的互补接合装置接合，由此来自卡盘的旋转驱动能够被传递到柄部；

至少一个冲洗通道，所述至少一个冲洗通道在所述钻头柄部的所述外壁与所述钻头头部的切削面之间延伸，以在所述钻头柄部的所述外壁与所述钻头头部的所述切削面之间提供用于冲洗介质的流体路径。

接合装置可以包括例如八边形或六边形柄部，并且互补接合装置可以包括相应形成的卡盘。例如，柄部的横截面可以是六边形的，并且卡盘可以形成有双六边形内部轮廓，使得柄部能够与卡盘的六边形轮廓中的一个接合，从而允许冲洗介质通过形成在柄部和第二六边形轮廓之间的通道。类似的布置也可以用于其它轮廓，例如八边形轮廓。

本发明的优点是提供了充分的花键(或接合装置)润滑，同时使活塞前端的气蚀风险最小化，并避免了不必要地更换钻头柄部。这在液压潜孔锤中能够是特别有利的，液压潜孔锤以高频率操作并且因此由于摩擦而具有更大的花键润滑的需要。使携带润滑剂的冲洗空气的全部而不是仅仅一部分中心冲洗空气行进通过花键，意味着在较低的冲洗空气压力下可以实现充分的花键润滑。

在一个实施例中，至少一个冲洗通道中的每一个包括：

在所述钻头柄部中的第一通道部分，所述第一通道部分从所述钻头柄部的所述(圆柱形)外壁延伸到所述钻头柄部的邻近所述钻头头部的端面；以及

第二通道部分，所述第二通道部分延伸穿过所述钻头头部。

在某些实施例中，所述第一通道部分或每个第一通道部分的第一端部可以与钻头柄部的(圆柱形)外壁相交。

在其它实施例中，所述第一通道部分或每个第一通道部分的第一端部可以与钻头柄部的(圆柱形)外壁相邻。所述第一通道部分或每个第一通道部分的第一端部可以与钻头柄部上的邻近(圆柱形)外壁的向外指向的肩部相交。钻头头部可以包括轴向延伸的护罩，其延伸超过所述第一通道部分或每个第一通道部分的第一端部。这种布置的优点是，在使用过程中冲洗介质从组件的泄漏被最小化。在所述钻头柄部的端面和所述钻头头部之间可以设置腔室，其中所述腔室将所述第一通道部分连接到所述第二通道部分。

这种布置的优点在于，冲洗空气从第一通道部分排出到腔室中，冲洗空气从该腔室穿过第二通道部分到达钻头端面，从而避免了提供第一通道部分和第二通道部分的精确对准的需要。

在一个实施例中，所述腔室通过与所述钻头头部的后端部处的外肩部接合的所述钻头柄部上的肩部提供，使得当组装所述钻头时，所述钻头柄部的端面与所述钻头头部的内部后面部间隔开。

在另一个实施例中，所述腔室通过位于所述钻头柄部的端面和所述钻头头部的内部后面部中的至少一者中的凹部提供，其中所述第一通道部分和所述第二通道部分与所述凹部流体连通。

所述凹部可以以环形槽的形式设置在所述钻头柄部的端面和所述钻头头部的内部后面部中的至少一者中。这种布置的优点在于，无论钻头头部和钻头柄部的旋转对准如何，都能够形成第一通道部分与第二通道部分之间的流体路径。

在另一实施例中，凹部位于钻头柄部的端面和/或钻头头部的内部后面部的中心。

钻头头部可以螺纹连接到柄部。在一个实施例中，第一通道部分在钻头柄部的(圆柱形)外壁和钻头柄部的螺纹部分之间延伸，使得第一通道部分与设置在钻头柄部外部的螺纹相交。这种布置的优点在于，螺纹连接可以由冲洗流体润滑，从而减少由于钻头头部和柄部之间的微观移动而在螺纹中产生的摩擦磨损。

本发明还提供一种包括如上所述的钻头组件的液压潜孔锤。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的钻头组件的纵向剖视图；

图2是根据本发明的第二实施例的钻头组件的纵向剖视图；

图3是根据本发明的第三实施例的钻头组件的纵向剖视图；

图4是结合图2的钻头组件的液压潜孔锤的纵向剖视图；

图5是根据本发明的第四实施例的钻头组件的纵向剖视图；

图6是根据本发明的第五实施例的钻头组件的纵向剖视图；

图7是结合图6的钻头组件的液压潜孔锤的纵向剖视图；以及

图8是根据本发明的第六实施例的钻头组件的纵向剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的钻头组件。组件1包括具有钻头头部3的冲击钻头2，所述钻头头部设置有碳化钨嵌件20，所述钻头头部螺纹连接到轴向延伸的柄部4。在柄部的前端部处设置有阳螺纹连接件10，以与钻头头部上的阴螺纹连接件11接合。当钻头组装时，阳连接件10与阴连接件11接合，直到钻头头部3上的肩部18抵接钻头柄部4上的外部环形肩部19。

轴向延伸的花键5形成在柄部的圆柱形外壁6上。当钻头组件装配到冲击钻具中时，花键5与形成在驱动卡盘内部的互补花键可滑动地接合，以将旋转驱动从卡盘传递到柄部。

冲洗通道7在钻头柄部的圆柱形外壁6和钻头头部的切削面8之间延伸，以在钻头柄部的花键部分9和钻头头部的切削面8之间为冲洗介质提供流体路径。每个冲洗通道7包括在钻头柄部中的第一通道部分12和延伸穿过钻头头部的第二通道部分14，所述第一通道部分从钻头柄部的圆柱形外壁延伸到钻头柄部的邻近钻头头部的端面13。在图1所示的实施例中，第一通道部分12在钻头柄部的圆柱形外壁和钻头柄部的螺纹部分10之间延伸，在第一端部处与圆柱形外壁相交，在第二端部处与钻头柄部的螺纹部分10相交。第一通道部分包括与壁6相交的第一部分15和平行于柄部的纵向轴线延伸的第二部分16。

如图1所示，钻头头部和钻头柄部之间的螺纹连接使得，当肩部18和19彼此抵靠时，钻头柄部的端面13与钻头头部的内部后面部22间隔开，从而在它们之间形成腔室17。第一通道部分12和第二通道部分14与腔室17流体连通。

在使用中，冲洗介质沿着花键5行进到第一通道部分12中并且被排放到腔室17中，冲洗介质从该腔室进入第二通道部分14中，通过钻头的切削面离开以在冲击钻具操作时将切屑冲出孔。

图2示出了根据本发明的第二实施例的钻头组件。该钻头组件基本上与图1所示的钻头组件相似。但是，每个第一通道部分12的第一部分15都比第一实施例的长，使得第一通道部分12不与钻头柄部的螺纹部分相交。因为第一通道部分不与柄部的螺纹部分相交，所以维持了完全的螺纹接触。由于冲洗孔更居中地定位在柄部内，柄部也可以被加强。

图3示出了根据本发明的第三实施例的钻头组件。如第一和第二实施例，组件1包括具有钻头头部3的冲击钻头2，所述钻头头部设置有碳化钨嵌件20，所述钻头头部螺纹连接到轴向延伸的柄部4。轴向延伸的花键5形成在柄部的圆柱形外壁6上。在柄部的前端部处设置有阳螺纹连接件10，以与钻头头部上的阴螺纹连接件11接合。当组装钻头时，阳连接件10与阴连接件11接合，直到钻头柄部4的端面13抵接钻头头部。

冲洗通道7在钻头柄部的圆柱形外壁6和钻头头部的切削面8之间延伸，以在钻头柄部的花键部分9和钻头头部的切削面8之间为冲洗介质提供流体路径。每个冲洗通道7包括在钻头柄部中的第一通道部分12和在成角度的方向上延伸穿过钻头头部的第二通道部分14，所述第一通道部分在成角度的方向上从钻头柄部的圆柱形外壁延伸到钻头柄部的邻近钻头头部的端面13的中心部分。

如图3所示，在钻头柄部4的端面13中设置凹部23。相应的凹部21形成在钻头头部的内部后面部22中。凹部23和凹部21一起在钻头柄部的端面13和钻头头部之间形成腔室17。第一通道部分12和第二通道部分14与腔室17流体连通。

在使用中，冲洗介质沿着花键5行进到第一通道部分12中并且被排放到腔室17中，冲洗介质从该腔室进入第二通道部分14中，通过钻头的切削面离开以在冲击钻具操作时将切屑冲出孔。

图4示出了根据本发明实施例的液压潜孔锤。潜孔锤401包括外部圆柱形外耐磨套筒402。内缸403同轴地安装在该外耐磨套筒402内。滑动活塞404安装成用于在内缸和外耐磨套筒中往复移动，以便撞击位于外耐磨套筒402的前端部处的锤钻头组件1，从而对钻头施加冲击力。梭阀407控制活塞的往复运动。活塞408的前部腔室永久地连接到装置的高压管线。梭阀将活塞的后部驱动腔室409交替地连接到装置的高压管线和低压管线，以引起活塞的往复移动。

在图4所示的实施例中，钻头组件如图2所示。旋转力通过卡盘405从旋转的外耐磨套筒传递。中空圆柱形卡盘405在内部加工以在其内壁上提供与柄部4的花键5接合的多个轴向延伸的内花键406，以将旋转驱动从卡盘405传递到钻头。

在使用中，冲洗流体通过通道410并且在外耐磨套筒402与内缸403之间、通过端口411和通道412供应到柄部4的花键部分，冲洗流体从所述花键部分穿过柄部中的第一通道部分12到达钻头头部中的第二通道部分14，通过切削面排出。流体可以携带润滑油，该润滑油可以润滑钻头柄部4和卡盘405之间的花键连接。

图5示出了根据本发明的第四实施例的钻头组件。如前述实施例，组件1包括具有钻头头部3的冲击钻头2，所述钻头头部设置有碳化钨嵌件20，所述钻头头部螺纹连接到轴向延伸的柄部4。轴向延伸的花键5形成在柄部的圆柱形外壁6上，并且向外指向的肩部25形成在圆柱形外壁的紧邻花键的前端部处。在柄部的前端部处设置阳螺纹连接件10，以与钻头头部上的阴螺纹连接件11接合。当组装钻头时，阳连接件10与阴连接件11接合，直到钻头柄部4的端面13抵接钻头头部。

冲洗通道7在钻头柄部的圆柱形外壁6和钻头头部的切削面8之间延伸，以在钻头柄部的花键部分9和钻头头部的切削面8之间为冲洗介质提供流体路径。每个冲洗通道7包括在钻头柄部中的第一通道部分12和延伸穿过钻头头部的第二通道部分14。第一通道部分12在钻头柄部的圆柱形外壁6和钻头柄部的端面13之间沿成角度的方向延伸，在第一端部处紧邻圆柱形外壁的点处与肩部25相交，在第二端部处与端面13相交。

如图5所示，在钻头柄部4的端面13中设置径向底切24。径向底切24是环形槽，其在钻头柄部的端面13和钻头头部之间形成环形腔室17。第二通道部分14在每个端部处被倒角。第一通道部分12和第二通道部分14与腔室17流体连通。环形腔室17提供了第一通道部分12和第二通道部分14之间的流体路径，而与钻头头部和钻头柄部的旋转对准无关。

在使用中，冲洗介质沿着花键5行进到第一通道部分12中，并且被排放到环形腔室17中，冲洗介质从环形腔室进入第二通道部分14，通过钻头的切削面离开，以在冲击钻具操作时将切屑冲出孔。

图6示出了根据本发明的第五实施例的钻头组件。该钻头组件基本上与图5所示的钻头组件相似。然而，在该实施例中，钻头头部3形成有轴向延伸的护罩26，所述护罩向后延伸超过钻头头部的螺纹部分11和每个第一通道部分的第一端部。护罩在其中限定了环形腔室27。当如图7所示组装在液压潜孔锤中时，卡盘405的端部容纳在腔室27中。

在使用中，冲洗介质沿着花键5行进到第一通道部分12中。冲洗介质从第一通道部分被排放到环形腔室17中，冲洗介质从环形腔室进入第二通道部分14，通过钻头的切削面离开，以在冲击钻具操作时将切屑冲出孔。护罩26使操作期间来自锤的冲洗介质的泄漏最小化。

图7示出了根据本发明的实施例的液压潜孔锤。潜孔锤401与图4所示的潜孔锤相似，并且包括外部圆柱形外耐磨套筒402。内缸403同轴地安装在该外耐磨套筒402内。滑动活塞404安装成用于在内缸和外耐磨套筒中往复移动，以便撞击位于外耐磨套筒402的前端部处的锤钻头组件1，从而对钻头施加冲击力。梭阀407控制活塞的往复运动。活塞408的前部腔室永久地连接到装置的高压管线。梭阀将活塞的后部驱动腔室409交替地连接到装置的高压管线和低压管线，以引起活塞的往复移动。

在图7所示的实施例中，钻头组件如图6所示。旋转力通过卡盘405从旋转的外耐磨套筒传递。中空圆柱形卡盘405在内部加工以在其内壁上提供与柄部4的花键5接合的多个轴向延伸的内花键406，以将旋转驱动从卡盘405传递到钻头。钻头头部3上的轴向延伸的护罩26在卡盘405的端部上方延伸。

在使用中，冲洗流体通过通道410并且在外耐磨套筒402与内缸403之间、通过端口411和通道412供应到柄部4的花键部分，冲洗流体从所述花键部分穿过柄部中的第一通道部分12到达钻头头部中的第二通道部分14，通过切削面排出。流体可以携带润滑油，该润滑油可以润滑钻头柄部4和卡盘405之间的花键连接。

图8示出了根据本发明的第六实施例的钻头组件。如前述实施例，组件1包括具有钻头头部3的冲击钻头2，所述钻头头部设有碳化钨嵌件20，所述钻头头部螺纹连接到轴向延伸的柄部4。轴向延伸的花键5形成在柄部的圆柱形外壁6上。在柄部的前端部处设置阳螺纹连接件10，以与钻头头部上的阴螺纹连接件11接合。当组装钻头时，阳连接件10与阴连接件11接合，直到钻头柄部4的端面13抵接钻头头部。

冲洗通道7在钻头柄部的圆柱形外壁6和钻头头部的切削面8之间延伸，以在钻头柄部的花键部分9和钻头头部的切削面8之间为冲洗介质提供流体路径。每个冲洗通道7包括在钻头柄部中的第一通道部分12和在成角度的方向上延伸穿过钻头头部的第二通道部分14，所述第一通道部分在成角度的方向上从钻头柄部的圆柱形外壁延伸到钻头柄部的邻近钻头头部的端面13。在替代实施例中，第二通道部分可以垂直于钻头头部的切削面8。钻头头部的切削面8上的冲洗槽28允许切屑从钻头头部的切削面下方被冲洗掉。

如图8所示，在钻头柄部4的端面13中设置径向底切24。径向底切24是环形槽，其在钻头柄部的端面13和钻头头部之间形成环形腔室17。第二通道部分14在它们的内端部处被倒角。第一通道部分12和第二通道部分14与腔室17流体连通。环形腔室17提供了第一通道部分12和第二通道部分14之间的流体路径，而与钻头头部和钻头柄部的旋转对准无关。

在使用中，冲洗介质沿着花键5行进到第一通道部分12中并且被排放到腔室17中，冲洗介质从该腔室进入第二通道部分14中，通过钻头的切削面离开以在冲击钻具操作时将切屑冲出孔。

当在此参考本发明使用时，词语“包括/包含”和词语“具有/拥有”用于指定所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、部件或其组合的存在或添加。

应当理解，为了清楚起见在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供。