БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2020 года по МПК E21B10/36 E21B10/54 C21B7/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к буровой коронке для бурения, в частности ударно-вращательного бурения, отверстия, в частности летки плавильной печи, причем буровая коронка содержит бурильную головку по меньшей мере с одной вставкой из твердого материала и корпус для соединения с приводным элементом, при этом вставка из твердого материала вставлена в образованное в осевой торцевой поверхности бурильной головки гнездо таким образом, что по меньшей мере одна верхняя режущая кромка вставки из твердого материала выступает за осевую торцевую поверхность.

Уровень техники

Буровая коронка указанного выше типа раскрыта в патентном документе RU 2 581 059 С1. Эта известная коронка содержит на осевой торцевой поверхности бурильной головки вставленные в выемки в виде пазов вставки из твердого материала, каждая из которых содержит выступающую за осевую торцевую поверхность верхнюю режущую кромку. Крепление вставок из твердого материала в гнездах в виде пазов производится пайкой твердым припоем.

Для получения достаточно стойкого крепления вставок из твердого материала в бурильной головке требуется неразъемное соединение с замыканием материалом по существу по всей поверхности контакта вставок из твердого материала с образованными в бурильной головке гнездами. Причем выполнение соединения вставок из твердого материала с бурильной головкой пайкой твердым припоем требует двух технологических шагов, при этом на первом шаге нагревают бурильную головку и покрывают поверхность гнезд, предназначенную для контакта с вставками из твердого материала, слоем материала припоя. На втором шаге, после ввода вставок из твердого материала в гнезда, производится нагрев вставок для получения требуемого паяного соединения вставок из твердого материала с бурильной головкой.

Сварное соединение вставок из твердого материала с бурильной головкой, которое сделало бы ненужным нагрев, необходимый для производства паяного соединения этих элементов, не может быть применено из-за сравнительно низкой термостойкости вставок из твердого материала.

Для того чтобы, несмотря на вышеупомянутую низкую термостойкость вставок из твердого материала, в частности твердосплавных, можно было применять сварку для соединения вставок из твердого материала с бурильной головкой буровой коронки, предложено, например в патентом документе WO 03/012244 А1, осуществлять не прямое, а опосредованное сварное соединение бурильной головки буровой коронки с веденными в гнезда бурильной головки вставками из твердого материала следующим образом: вставки из твердого материала перед введением в гнезда снабжают гильзами, соединенными со вставками из твердого материала с геометрическим замыканием, и после введения в гнезда оснащенных гильзами вставок из твердого материала производят приваривание гильз к бурильной головке.

Хотя такой способ и позволяет применять также и сварку для крепления вставок из твердого материала в бурильной головке буровой коронки, однако этот известный способ требует подготовки дополнительной детали, которая к тому же должна выполняться в виде гильзы - из-за необходимости соединения с геометрическим замыканием между этой дополнительной деталью и вставкой из твердого материала.

Раскрытие сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача предложить буровую коронку, обеспечивающую термостойкое и, в то же время, легко осуществимое механическое соединение вставок из твердого материала и бурильной головки буровой коронки.

Указанная задача решена буровой коронкой согласно настоящему изобретению с признаками по п. 1 формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению участок боковой стенки, расположенный напротив образованного во вставке из твердого материала углубления, снабжен перемычкой, которая по меньшей мере частично образована из сварочного материала, посредством сварочного материала неразъемно с замыканием материалом соединена с бурильной головкой и входит в упомянутое углубление для образования соединения с геометрическим замыканием со вставкой из твердого материала.

Соответственно, буровая коронка согласно настоящему изобретению благодаря перемычке, входящей в углубление вставки из твердого материала, оказывается в зацеплении со вставкой из твердого материала, что в комбинации с противолежащими участками боковых стенок однозначно фиксирует положение вставки из твердого материала относительно бурильной головки; тем самым обеспечивается определенное позиционирование в бурильной головке образованной на вставке из твердого материала верхней режущей кромки, и благодаря этому может быть достигнуто желаемое воспроизводимое режущее воздействие верхней режущей кромки в процессе бурения. При этом перемычка, в принципе, может быть выполнена произвольно и, в частности, не обязательно должна иметь форму, соответствующую внешней форме вставки из твердого материала. Более того, перемычка может быть выполнена просто в виде планки или прямоугольного параллелепипеда, чтобы обеспечить требуемое зацепление в углублении вставки из твердого материала.

Соединение перемычки, входящей с геометрическим замыканием во вставку из твердого материала, с бурильной головкой выполняется как неразъемное сварное соединение с использованием сварочного материала, причем в отличие от варианта с использованием гильзы, которая должна подгоняться по форме не только к вставке из твердого материала, но и к гнезду в бурильной головке, перемычка может просто привариваться встык к стенке гнезда.

Особое преимущество обеспечивает то, что для образования термостойкого и механически прочного соединения входящая в углубление вставки из твердого материала перемычка может быть целиком образована из сварочного материала, так что, кроме этого сварочного материала, никакого дополнительного материала и никаких деталей для соединения вставки из твердого материала и бурильной головки не требуется.

Особенно предпочтительно, чтобы перемычка образовывала сварную точку; в этом случае для производства сварного соединения, кроме подвода сварочной головки к месту сварки, никаких дополнительных перемещений сварочной головки относительно бурильной головки буровой коронки не требуется.

Если сварная точка по меньшей мере частично заполняет как выемку, выполненную примыкающей к углублению во вставке из твердого материала, так и выемку, образованную в противолежащем участке боковой стенки гнезда, то можно осуществить особенно прочное нагружаемое точечное сварное соединение.

Гнездо в бурильной головке предпочтительно имеет продольное протяжение, которое по существу радиально относительно оси вращения бурильной головки, и на своем радиально внешнем конце содержит отверстие, причем вставка из твердого материала, имеющая соответствующее радиально ориентированное продольное протяжение, вставлена в гнездо так, что вставка из твердого материала своим выступом, радиально ориентированным относительно оси вращения, выступает за периферическую поверхность бурильной головки.

Таким образом, можно сформировать вставку из твердого материала так, чтобы ее верхняя режущая кромка выступала за периферический край осевой торцевой поверхности бурильной головки.

В частности, для такого исполнения вытянутой верхней режущей кромки, которое обеспечивает значительную стабилизацию вставки из твердого материала, противодействуя, в частности, возникновению колебаний вставки из твердого материала, предпочтительно снабжать ее по существу параллельным оси вращения бурильной головки удерживающим отростком, входящим в зацепление с образованной в дне гнезда донной выемкой.

Особенно эффективное исполнение вставки из твердого материала, дающее вклад в повышение производительности, возможно в том случае, когда радиальный выступ вставки из твердого материала образует периферическую режущую кромку, проходящую по существу параллельно оси вращения бурильной головки.

Если периферическая режущая кромка, начинаясь от выступающей за осевую торцевую поверхность бурильной головки верхней режущей кромки, проходит за дно гнезда, так, что ножка периферической режущей кромки входит во вторую донную выемку на дне гнезда, то в бурильной головке образуется дополнительная опора, противодействующая возникновению колебаний вставки из твердого материала.

Предпочтительно по периферии торцевой поверхности бурильной головки распределены несколько вставок из твердого материала, каждая из которых вставлена в свое гнезде.

Особенно предпочтительно, если по меньшей мере две вставки из твердого материала имеют различное продольное протяжение, ориентированное радиально относительно оси вращения бурильной головки, так что радиально внутренние концы верхних режущих кромок находятся на разных расстояниях от оси вращения бурильной головки, чтобы можно было дополнительно оптимизировать производительность резания буровой коронки.

Вместо выполнения буровой коронки со вставками из твердого материала, которые имеют определенное радиальное продольное протяжение в бурильной головке, возможно также исполнение буровой коронки, в котором гнездо выполнено цилиндрическим, в частности в виде просверленного отверстия, причем вставка из твердого материала содержит удерживающий отросток, выполненный по существу комплементарно гнезду и вставленный в указанное гнездо.

Независимая от направления вращения работа буровой коронки возможна, если вставка из твердого материала имеет первую и вторую верхние режущие кромки, расположенные параллельно друг другу и проходящие радиально к оси вращения буровой коронки.

Если образованная во вставке из твердого материала выемка содержит примыкающий к уступу для образования углубления плоский участок, проходящий до верхней режущей кромки, то обеспечивается особенно высокая доступность выемки при введении сварочного материала для образования перемычки.

Предпочтительно этот плоский участок расположен в плоскости, перпендикулярной верхней режущей кромке.

Особенно предпочтительно, чтобы вставка из твердого материала напротив плоского участка и над удерживающим отростком содержала проходящий в направлении верхней режущей кромки радиальный выступ, выступающий за участок противолежащей боковой стенки, чтобы длина верхней режущей кромки не была ограничена этим плоским участком.

Эффективное использование осевой торцевой поверхности бурильной головки возможно, если по ней распределены несколько вставок из твердого материала, каждая из которых вставлена в свое гнездо.

Краткое описание чертежей

Ниже предпочтительные примеры выполнения буровой коронки раскрыты более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи. На чертежах представлены:

на ФИГ. 1 - аксонометрическая проекция корпуса первого варианта осуществления буровой коронки с образованными в осевой торцевой поверхности гнездами для приема вставок из твердого материала;

на ФИГ. 2 - аксонометрическая проекция вставки из твердого материала;

на ФИГ. 3 - аксонометрическая проекция буровой коронки со вставленными в гнезда осевой торцевой поверхности вставками из твердого материала;

на ФИГ. 4 - показанная на ФИГ. 3 буровая коронка под другим углом зрения;

на ФИГ. 5 - вставленные в гнезда и закрепленные с геометрическим замыканием перемычками вставки из твердого материала;

на ФИГ. 6 - вид сверху вставленной в гнездо осевой торцевой поверхности корпуса вставки из твердого материала с перемычкой, выполненной в первом варианте осуществления;

на ФИГ. 7 - соответствующее ФИГ. 6 изображение с перемычкой в следующем варианте осуществления;

на ФИГ. 8 - соединительный элемент для образования показанной на ФИГ. 7 перемычки;

на ФИГ. 9 - буровая коронка во втором варианте осуществления;

на ФИГ. 10 - изображенная отдельно вставка из твердого материала показанной на ФИГ. 9 буровой коронки.

Осуществление изобретения

На ФИГ. 1 показана бурильная головка 10 изображенной на ФИГ. 5 буровой коронки 11. Бурильная головка 10 содержит корпус 12, который, будучи соединен с соответствующим - не показанным - приводным элементом, вращается вокруг оси R вращения.

Корпус 12 имеет осевую торцевую поверхность 13, содержащую гнезда 14, предусмотренные для образования буровой коронки 11 с вставками 16 из твердого материала, которые могут быть изготовлены, например, в виде фасонных изделий из карбида вольфрама. При использовании буровой коронки 11 для бурения летки оснащенную вставками 16 из твердого материала осевую торцевую поверхность 13 прижимают к заделочной массе летки для выполнения вращательного или ударно-вращательного бурения, причем в последнем случае ось вращения является также и ударной осью. Продольная ось 15 каждого из гнезд 14 в данном случае располагается радиально и перпендикулярно оси R вращения.

Как ясно видно, в частности, из совместного рассмотрения ФИГ. 2 и 3, фасонное изделие 17 вставки 16 из твердого материала, имеет на верхней продольной кромке верхнюю режущую кромку 18, а на осевом торцевом конце - периферическую режущую кромку 19. Для изготовления показанной на ФИГ. 5 буровой коронки 11 некоторое количество вставок 16 из твердого материала, соответствующее количеству гнезд 14, вставляют в эти гнезда 14, причем так, что образованный на нижней стороне 20 фасонного изделия 17 удерживающий отросток 21 входит в донную выемку 22 дна 23 гнезда 14 по существу параллельно оси 12 вращения.

Далее, на нижней стороне 20 фасонного изделия 17 имеется еще один, образованный ножкой 24 периферической режущей кромки 19 отросток, который входит в зацепление со второй донной выемкой 25 на дне 23 гнезда, расположенную в области отверстия 26, выполненного на радиально внешнем конце гнезда 14, так что периферическая режущая кромка 19 образует радиальный выступ, выходящий за периферическую поверхность 28 корпуса.

Как видно, в частности, из совместного рассмотрения ФИГ. 1 и 4, для изготовления показанной на ФИГ. 5 буровой коронки 11, вставки 16 из твердого материала вставляют в гнезда 14 осевой торцевой поверхности 13 бурильной головки 10 так, что эти вставки 16 из твердого материала встают между участком 29 боковой стенки и противоположным участком 30 противолежащей боковой стенки гнезда 14, которые в данном случае проходят параллельно продольной оси 15 гнезда 14. При этом вставки 16 из твердого материала передней стороной 31 примыкают к участку 29 боковой стенки, а задней стороной 32 примыкают к участку 30 противолежащей боковой стенки.

На задней стороне 32 вставки 16 из твердого материала снабжены примыкающей к углублению 33 выемкой 40, расположенной напротив выемки 34, образованной на участке 30 противолежащей боковой стенки, причем выемки 40, 34 в данном случае выполнены комплементарными, так что выемки 40 и 34 взаимно дополняют друг друга, образуя по меньшей мере некоторыми частями выемку в форме отверстия, которая по меньшей мере частично образует полость гнезда для перемычки 35, показанной на ФИГ. 6, или для перемычки 36, показанной на ФИГ. 7.

Образование перемычки 35 начинается с показанной на ФИГ. 4 стадии, на которой вставки 16 из твердого материала вставлены в гнезда 14, а выемки 40 во вставках 16 из твердого материала расположены напротив выемок 34 на участках 30 противолежащих боковых стенок гнезд 14, так что точечная наплавка, при которой сварочный материал 37 вносится в выемку 34 и сваривается с участком 30 противолежащей боковой стенки гнезда 14, формирует перемычку 35 так, что она проходит из выемки 34 на участке 30 противолежащей боковой стенки и входит в выемку 40 вставки 16 из твердого материала. При этом между сварочным материалом 37 и корпусом 14 образуется неразъемное соединение с замыканием материалом. Образующаяся в процессе наплавки сварочного материала перемычка 35 входит в зацепление с выемкой 40 вставок 16 из твердого материала с геометрическим замыканием, но без образования неразъемного соединения с замыканием материалом. Выбором количества сварочного материала 37, образующего перемычку 35, можно прикладывать силу давления перемычки 35 на вставки 16 из твердого материала, которая приводит к тому, что передняя сторона 31 вставок 16 из твердого материала с силовым замыканием прилегает к участку 29 боковой стенки образованного в корпусе 14 гнезда 14, благодаря чему может быть реализовано строго определенное относительное расположение вставки 16 из твердого материала для получения соответственно строго определенной геометрии резания на осевой торцевой поверхности 13.

В частности, если сила давления, действующая на вставки 16 из твердого материала, возникающая в результате наплавки, должна быть приложена к поверхности контакта как можно более равномерно, то предпочтительно, чтобы, как в случае перемычки 36, эта перемычка 36 была образована не только из сварочного материала 37, но входила в зацепление в выемке 40 фасонного изделия 17 с соединительным элементом 39 из поддающегося сварке материала - для образования определенной контактного контура 38, адаптированного под выемку 40 в фасонном изделии 17 вставки 16 из твердого материала.

Таким образом, соединительный элемент 39 играет роль не только элемента зацепления с геометрическим замыканием, но и элемента введения силы для определенной передачи силы давления, вызываемой наплавкой, на вставки 16 из твердого материала.

В показанной на ФИГ. 9 буровой коронке 41 бурильная головка 42 оснащена вставками 43 из твердого материала, введенными в выполненные цилиндрическими гнезда 44, причем вставки 43 из твердого материала содержат удерживающий отросток 45, выполненный по существу комплементарным гнезду 44, в которое и вставлен. На ФИГ. 10 отдельно показана вставка 43 из твердого материала.

Вставки 43 из твердого материала содержат первую верхнюю режущую кромку 46 и вторую верхнюю режущую кромку 47, которые расположены параллельно друг другу и проходят радиально к оси R вращения буровой коронки 41.

Образованная в каждой вставке 43 из твердого материала выемка 48 на уступе для образования углубления 49 содержит примыкающий плоский участок 50, который проходит до верхних режущих кромок 46, 47 и расположен в плоскости, перпендикулярной верхним режущим кромкам 46, 47. Между участком 54 боковой стенки и плоским участком 50 проходит образованная наплавкой сварочного материала 37 на участок 54 боковой стенки перемычка 53, входящая в выемку 48 с геометрическим замыканием.

Напротив плоского участка 50 и над удерживающим отростком 45 вставки 43 из твердого материала содержат проходящий в направлении верхних режущих кромок 46, 47 и выходящий за участок 51 противолежащей боковой стенки радиальный выступ 52.

Изобретение относится к буровой коронке для бурения, в частности ударно-вращательного бурения, отверстия, в частности летки плавильной печи. Технический результат заключается в обеспечении термостойкого механического соединения вставок из твердого материала и бурильной головки буровой коронки. Буровая коронка содержит бурильную головку по меньшей мере с одной вставкой из твердого материала и корпус для соединения с приводным элементом. Вставка из твердого материала вставлена в образованное в осевой торцевой поверхности бурильной головки гнездо таким образом, что по меньшей мере одна верхняя режущая кромка вставки из твердого материала выступает за осевую торцевую поверхность. Гнездо содержит участок боковой стенки и напротив указанного участка боковой стенки – участок противолежащей боковой стенки, между которыми расположена вставка из твердого материала. Участок боковой стенки, расположенный напротив образованного во вставке из твердого материала углубления, снабжен перемычкой, которая по меньшей мере частично образована из сварочного материала, посредством сварочного материала неразъемно с замыканием материалом соединена с бурильной головкой и входит в указанное углубление для образования соединения с геометрическим замыканием со вставкой из твердого материала. 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Буровая коронка (11, 41) для бурения, в частности ударно-вращательного бурения, отверстия, в частности летки плавильной печи, причем буровая коронка (11, 41) содержит бурильную головку (10, 42) по меньшей мере с одной вставкой (16, 43) из твердого материала и корпус (12) для соединения с приводным элементом, при этом вставка (16, 43) из твердого материала вставлена в образованное в осевой торцевой поверхности (13) бурильной головки (10, 42) гнездо (14, 44) таким образом, что по меньшей мере одна верхняя режущая кромка (18, 46, 47) вставки (16, 43) из твердого материала выступает за осевую торцевую поверхность (13),

отличающаяся тем, что

гнездо (14, 44) содержит участок (29, 54) боковой стенки и напротив указанного участка боковой стенки - участок (30, 51) противолежащей боковой стенки, между которыми расположена вставка (16, 43) из твердого материала, причем участок (29, 54) боковой стенки, расположенный напротив образованного во вставке (16, 43) из твердого материала углубления (33, 49), снабжен перемычкой (35, 36, 53), которая по меньшей мере частично образована из сварочного материала (37), посредством сварочного материала (37) неразъемно с замыканием материалом соединена с бурильной головкой (10, 42) и входит в указанное углубление (33, 49) для образования соединения с геометрическим замыканием со вставкой (16, 43) из твердого материала.

2. Буровая коронка (11, 41) по п. 1, отличающаяся тем, что входящая в углубление (33, 49) вставки (16, 43) из твердого материала перемычка (35, 53) полностью образована из сварочного материала (37).

3. Буровая коронка (11, 41) по п. 2, отличающаяся тем, что перемычка (35, 53) выполнена в виде сварной точки.

4. Буровая коронка (11) по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что перемычка (35) по меньшей мере частично заполняет как выемку (40), выполненную примыкающей к углублению во вставке (16) из твердого материала, так и выемку (34), выполненную в противолежащем участке (29) боковой стенки гнезда (14).

5. Буровая коронка (11) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что гнездо (14) в бурильной головке (10) имеет продольное протяжение, которое, по существу, радиально относительно оси R вращения бурильной головки (10), и на радиально внешнем конце содержит отверстие (26), причем вставка (16) из твердого материала, имеющая соответствующее радиально ориентированное продольное протяжение, вставлена в гнездо (14) так, что вставка (16) из твердого материала своим выступом (27), радиально ориентированным относительно оси R вращения, выступает за периферическую поверхность (28) бурильной головки (10).

6. Буровая коронка (11) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что вставка (16) из твердого материала содержит по меньшей мере один, по существу, параллельный оси R вращения бурильной головки (10) удерживающий отросток (21), входящий в зацепление с образованной в дне (23) гнезда (14) донной выемкой (22).

7. Буровая коронка (11) по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что радиальный выступ (27) вставки (16) из твердого материала образует периферическую режущую кромку (19), проходящую, по существу, параллельно оси R вращения бурильной головки (10).

8. Буровая коронка (11) по п. 7, отличающаяся тем, что периферическая режущая кромка (19), начинаясь от верхней режущей кромки (18), выступающей за осевую торцевую поверхность (13) бурильной головки (10), проходит за дно (23) гнезда (14) так, что ножка (24) периферической режущей кромки (19) входит во вторую донную выемку (25) на дне (23) гнезда (14).

9. Буровая коронка (11) по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что несколько вставок (16) из твердого материала, каждая из которых вставлена в гнездо (14), распределены по периферии торцевой поверхности (13) бурильной головки (10).

10. Буровая коронка (11) по п. 9, отличающаяся тем, что по меньшей мере две вставки (16) из твердого материала имеют различное продольное протяжение, ориентированное радиально относительно оси R вращения бурильной головки (10), так что радиально внутренние концы верхних режущих кромок (18) находятся на разных расстояниях от оси R вращения бурильной головки (10).

11. Буровая коронка (41) по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что гнездо (44) выполнено цилиндрическим, в частности в виде просверленного отверстия, причем вставка (43) из твердого материала содержит удерживающий отросток (45), выполненный, по существу, комплементарно гнезду (44) и вставленный в указанное гнездо (44).

12. Буровая коронка (41) по п. 11, отличающаяся тем, что вставка (43) из твердого материала имеет первую и вторую верхние режущие кромки (46, 47), расположенные параллельно друг другу и проходящие радиально к оси R вращения буровой коронки (41).

13. Буровая коронка (41) по п. 11 или 12, отличающаяся тем, что образованная во вставке (43) из твердого материала выемка (48) содержит примыкающий к уступу для образования углубления (49) плоский участок (50), проходящий до верхней режущей кромки (46, 47).

14. Буровая коронка (41) по п. 13, отличающаяся тем, что плоский участок (50) расположен в плоскости, перпендикулярной верхней режущей кромке (46, 47).

15. Буровая коронка (41) по п. 14, отличающаяся тем, что вставка (43) из твердого материала напротив плоского участка (50) и над удерживающим отростком (45) содержит проходящий в направлении верхней режущей кромки (46, 47) радиальный выступ (52), выступающий за участок (51) противолежащей боковой стенки.

16. Буровая коронка (41) по одному из пп. 11-15, отличающаяся тем, что несколько вставок (16, 43) из твердого материала, каждая из которых вставлена в гнездо (44), распределены по осевой торцевой поверхности бурильной головки (42).