一种宽顶加强齿制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于石油、地质钻探镶齿牙轮钻头或具有牙轮结构的钻头或破岩工具用的牙齿，能有效提高现有较宽牙齿的强度。其技术方案是：一种宽顶加强齿，包括齿柱和齿冠，所述齿冠呈扁楔形，齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α

【技术实现步骤摘要】
一种宽顶加强齿
本技术涉及一种用于石油、地质钻探镶齿牙轮钻头或具有牙轮结构的钻头或破岩工具用的牙齿。
技术介绍
钻头牙齿的结构是影响钻头钻进效率的关键因素之一。在现有技术中，镶齿牙轮钻头及具有牙轮结构的钻头常用的牙齿齿型(或“齿形”)有勺形齿、楔形齿、锥球齿、球形齿等。针对不同的地质条件，应使用不同齿型的牙齿(也可称切削齿)，以提高钻头对地层的适应性。现有技术中，用于镶齿牙轮钻头或具有牙轮结构的钻头或破岩工具上的牙齿的下部齿柱部分为圆柱形，上部齿冠部分由下部圆柱向牙齿轴线逐渐收缩过渡，多为楔形或锥形，牙齿的齿顶宽度均明显小于下部齿柱部分的直径，以形成较尖锐的冲击头部。在矿山、油田钻头用硬质合金齿的中华人民共和国国家标准(GB/T2527-2008)中，规定的全部齿型中牙齿的两侧斜角均大于等于13°(如两侧斜角最小的楔型齿和勺形齿的斜角均大于等于13°，其他齿型的两侧斜角均明显大于13°)，牙齿的齿顶宽度小。牙轮钻头以冲击压碎方式破碎岩石，即牙齿通过对岩石的冲击、挤压和伴有少量的滑移刮切来破碎岩石，其缺点是能量利用率不高，破岩效率较低，且钻头工作过程中，轴承受到的冲击大，动载系数大。针对硬地层钻进，本领域技术人员提出了一种大宽度硬质合金横镶牙齿(参考专利：一种盘式镶齿牙轮钻头，专利申请号：CN201310063619.2)。该牙齿的齿刃宽度大，齿刃尖锐易于侵入岩石，将其横向镶装到钻头的牙轮上，牙齿将以滚动碾压、劈裂的方式作用于井底岩石，以接近于静压的方式压碾、劈裂破岩，牙齿受的动载小，特别适合于硬脆性岩层的钻进。但其强度较低，工作时易出现断齿、碎齿现象。专利
技术实现思路
本技术的目的是为了有效提高现有较宽牙齿的强度，提供一种宽顶加强齿，这种牙齿具有齿刃宽度大强度高等优点。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：一种宽顶加强齿，包括齿柱和齿冠，其特征在于：所述齿冠呈扁楔形，齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α1和α2的范围是0°≤α1≤10°，0°≤α2≤10°，且齿冠在齿厚方向的至少一个侧面设有加强筋。本专利宽顶加强齿的主要参数有宽顶加强齿的齿高H、齿冠高度h、齿柱高度h’、加强筋顶端距齿顶的高度h1、宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的过渡半径R及齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α1和α2(参考图1、图2所示)。宽顶加强齿的齿高H是指宽顶加强齿的总高度，齿冠高度h是指宽顶加强齿冠部的高度，齿柱高度h’是指宽顶加强齿齿柱的高度，其中H＝h’+h。宽顶加强齿的齿宽是指宽顶加强齿的齿顶区域在垂直于宽顶加强齿轴线的平面内的最大横向尺寸，宽顶加强齿的齿厚是指宽顶加强齿齿顶区域在垂直于宽顶加强齿宽度方向上的最大横向尺寸。宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的过渡半径R及齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α1和α2是表征宽顶加强齿横向尺寸的两个重要参数。宽顶加强齿的齿顶轮廓线的过渡半径R越小，宽顶加强齿的厚度越小；宽顶加强齿两侧的斜角α1和α2越小，宽顶加强齿的宽度越大。宽顶加强齿宽度越大且厚度越小，宽顶加强齿越锋利，越容易吃入岩石，但也越容易发生强度失效。冠顶位置线是指过宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的中心点且沿齿高方向的线。齿柱的横截面的中心线是指过齿柱的横截面的几何中心且沿齿高方向的线。对于轴对称或旋转对称结构的齿柱，齿柱的横截面的中心线即是齿柱的中心轴线。齿顶偏转角是指齿顶线(平行于宽顶加强齿的齿顶宽度方向，通过齿顶最高点或最高区域的中心，且与宽顶加强齿轴线相垂直的直线)与宽顶加强齿所在牙轮的轮锥母线的夹角g(如图3所示)，一般指齿顶线与轮锥母线所成的锐角或直角。本说明书中规定：从齿顶沿宽顶加强齿轴线方向向牙轮体看，齿顶线相对牙轮的轮锥母线逆时针偏转时为正偏转，反之则为负偏转。现有大多数牙轮钻头牙轮上的宽顶加强齿的齿顶无偏转(即齿顶偏转角g为0°)，或有少量钻头的部分齿圈的宽顶加强齿齿顶有偏转，偏转角g一般在50°以内。当偏转角g范围在70°≤|g|≤90°中时，宽顶加强齿为横镶宽顶加强齿，当横镶的宽顶加强齿与非横镶的宽顶加强齿位于同一个牙轮上时，两种镶嵌方式的宽顶加强齿将各自发挥不同的破岩机理作用，及其两种不同破岩方式的协同作用。图4所示的复合钻头与图5所示的三牙轮钻头均采用本专利一种宽顶加强齿以偏转角g＝90°的方式横向镶装于钻头的牙轮上。本技术与现有技术相比，其有益效果是：1、本专利宽顶加强齿的齿冠呈扁楔形，齿冠在齿宽方向的两侧分别有斜角α1和α2，其中斜角范围是0°≤α1≤10°，0°≤α2≤10°，宽顶加强齿的齿刃宽度大，有助于增大宽顶加强齿对井底岩石的损伤作用区域，进而提高钻头的破岩效率；且宽顶加强齿的齿冠在齿厚方向的至少一个侧面设有加强筋，因此宽顶加强齿具有强度高、不易折断的优点。而且加强筋的设置将明显提高宽顶加强齿的耐磨性。2、宽顶加强齿齿冠在齿厚方向的侧面设有加强筋，提高了齿刃部分的强度，宽顶加强齿承受冲击载荷的能力进一步增强，有较强的抗断齿能力，宽顶加强齿及钻头的使用寿命长。3、宽顶加强齿吃入地层后，加强筋的存在会对齿侧岩石产生挤压作用，促使岩石内部微裂纹的产生和扩展，产生扩张效应，使岩石表面更容易崩裂破碎。4、宽顶加强齿齿刃宽度大，则宽顶加强齿刮切时扫过的面积较大，刮切破岩的效果更明显。5、本技术宽顶加强齿可为镶齿，因此可选择硬度及耐磨性较优的硬质合金牙齿，立方碳化硼齿，陶瓷齿，金刚石复合齿，聚晶金刚石复合齿，或是用金刚石或耐磨合金做表面加强的硬质合金齿、孕镶金刚石齿等。这些牙齿的耐磨性和硬度等均明显高于普通铣齿牙轮钻头的切削齿，本技术的切削齿寿命和钻头寿命将明显提高。该方案使得其在破岩方式具有明显优势的同时，进一步有利于对硬、极硬、研磨性地层和深井、小井眼的钻进。6、采用本专利宽顶加强齿横向镶装到镶齿牙轮钻头或具有牙轮结构的复合钻头或破岩工具上时，牙轮同齿圈上相邻横镶牙齿之间的间隔大大减小，减小了齿圈的不连续性。对于每一横镶牙齿，及多个连续横镶牙齿的联合而言，其在井底的工作模式为近似纯滚动的碾压、劈裂，利用横镶牙齿对岩石的大的接触应力和挤压来破碎岩石，即以接近静压的方式压碾、劈裂破岩，能明显改善牙齿的受力状况和磨损，提高牙齿的寿命，特别适宜于在研磨性强的硬地层钻进。作为选择，所述宽顶加强齿在齿宽方向的齿顶轮廓线为直线形、圆弧形或波浪形。上述方案中，直线形的齿顶轮廓线有利于宽顶加强齿吃入岩石。圆弧形的齿顶轮廓线使得宽顶加强齿镶装到牙轮上后，齿圈的齿顶轮廓更接近于圆形，有利于齿圈牙齿以滚动碾压、劈裂的方式破碎岩石。波浪形的齿顶轮廓线可使牙齿对岩石产生较大的局部接触应力，进而使得岩石更容易发生崩裂破碎，提高破岩效率。齿顶轮廓线为波浪形时，波浪形可以由直线段与圆弧连接形成，也可以由多段圆弧连接形成。作为选择，所述宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的过渡半径R≤1.5mm。上述方案中，宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的过渡半径小，齿厚较薄，齿刃尖锐，使得宽顶加强齿易于侵入岩石。作为选择，所述加强筋顶端相距齿顶的高度小于等于齿冠高度的一半。作为优选，所述加强筋顶端与齿顶齐平。上述方案中，宽顶加强齿的加强筋顶端相距齿顶的高度小于等于齿冠高度的一半，才能有效提高宽顶加强齿的强度。作为选择，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽顶加强齿，包括齿柱和齿冠，其特征在于：所述齿冠呈扁楔形，齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α

【技术特征摘要】
1.一种宽顶加强齿，包括齿柱和齿冠，其特征在于：所述齿冠呈扁楔形，齿冠在齿宽方向的两侧的斜角α1和α2的范围是0°≤α1≤10°，0°≤α2≤10°，且齿冠在齿厚方向的至少一个侧面设有加强筋。2.按权利要求1所述的一种宽顶加强齿，其特征在于：所述宽顶加强齿在齿宽方向的齿顶轮廓线为直线形、圆弧形或波浪形。3.按权利要求1所述的一种宽顶加强齿，其特征在于：所述宽顶加强齿在齿厚方向的齿顶轮廓线的过渡半径R≤1.5mm。4.按权利要求1所述的一种宽顶加强齿，其特征在于：所述加强筋顶端距齿顶的高度小于等于齿冠高度的一半。5.按权利要求1所述的一种宽顶加强齿，其特征在于：所述齿柱的横断面的长度和宽度不相等。6.按权利要求5所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨迎新，杨燕，陈炼，高翔，林敏，包泽军，
申请(专利权)人：西南石油大学，成都为一石油科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51