包括具有邊緣加工的切削鑲片的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于接合地層材料的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，包括一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的鉆頭尖本體，該鉆頭尖本體在軸向前端處具有一個(gè)頭部并且在軸向后端處具有一個(gè)柄部，該頭部具有與鉆頭尖本體的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)偏離的兩個(gè)安裝臂。該雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖還包括在該鉆頭尖本體的軸向前端處附接至每個(gè)安裝臂上的一個(gè)切削鑲片。每個(gè)切削鑲片包括：面向該旋轉(zhuǎn)方向的一個(gè)前導(dǎo)面、具有后刀面的一個(gè)頂表面、在前導(dǎo)面與該頂表面的后刀面之間延伸的一個(gè)T形刃帶表面、以及在該T形刃帶表面與該頂表面的后刀面的相交處形成的一個(gè)切削刃。
【專(zhuān)利說(shuō)明】包括具有邊緣加工的切削鑲片的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及一種挖掘工具，例如用于鉆通不同地層的旋轉(zhuǎn)鉆頭尖。更確切 地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種帶有切削鑲片的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，例如用于在地下礦產(chǎn)中鉆出孔 洞的頂板鉆頭尖。

【背景技術(shù)】
[0002] 地下礦產(chǎn)（例如像煤礦）的擴(kuò)采要求挖出一條隧道。起初，這條隧道具有一個(gè)無(wú) 支撐的頂板。因?yàn)樵擁敯逦词艿街危霈F(xiàn)礦穴的可能性增加，這當(dāng)然會(huì)增加地下煤礦開(kāi)采 的危險(xiǎn)。此外，無(wú)支撐的頂板容易遭遇從頂板落下的巖石和碎片。落下的巖石和碎片可能 傷害工人并且在隧道的地板上產(chǎn)生危險(xiǎn)的雜物。為了對(duì)地下隧道中的頂板進(jìn)行支撐并使其 穩(wěn)定，在該頂板（即，地層）中鉆出多個(gè)孔眼。
[0003] 用于鉆出這些孔的裝置通常包括帶有一根長(zhǎng)軸（即鉆鋼）的鉆頭，該長(zhǎng)軸被附接 到該鉆頭上。一個(gè)頂板鉆頭尖被可拆卸地安裝到該鉆鋼的遠(yuǎn)端處。在某些頂板鉆頭尖中， 在頂板鉆頭尖的本體上安裝了一個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)切削鑲片。然后將該頂板鉆頭尖壓靠在頂板 上并且操作該鉆孔裝置來(lái)在該頂板中鉆出一個(gè)孔眼。根據(jù)具體情況，這些孔眼在約兩英尺 與約二十英尺之間延伸進(jìn)入到該頂板之中。然后將多個(gè)頂板支撐構(gòu)件，如頂板面板，附接到 頂板錨桿上。在一個(gè)替代的過(guò)程中，將這些孔眼用樹(shù)脂填充，并且將多個(gè)頂板錨桿固定在這 些孔眼之內(nèi)。在另一個(gè)替代的過(guò)程中，這些頂板錨桿使用多個(gè)機(jī)械膨脹殼來(lái)將這些頂板錨 桿固定到這些孔眼中。使用以上任一過(guò)程的最終結(jié)果是，頂板受到支撐，并且因此該頂板與 無(wú)支撐的頂板相比具有大得多的穩(wěn)定性。這樣減少了與地下采礦相關(guān)的危險(xiǎn)性。頂板錨桿 安裝過(guò)程被認(rèn)為是一種重要的地下開(kāi)采活動(dòng)。
[0004] 頂板錨桿安裝造成了地下開(kāi)采中最大數(shù)量的失時(shí)工傷。在頂板錨桿安裝過(guò)程中， 頂板沒(méi)有受到支撐因而不具有最優(yōu)的穩(wěn)定性。此外，該頂板錨桿安裝過(guò)程在頂板上施加了 應(yīng)力從而進(jìn)一步增加了頂板錨桿安裝過(guò)程中的安全危害。因此，鉆出孔眼所必須的總時(shí)間 的減少降低了完成該頂板錨桿安裝過(guò)程所用的時(shí)間。這是所希望的，因?yàn)檫@促進(jìn)了頂板錨 桿安裝過(guò)程的總的速度、效率和安全性。因此，已經(jīng)提出了許多解決方案來(lái)減少完成必須孔 眼的鉆探的總時(shí)間。例如，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了帶有不同切削鑲片和不同切削幾何形狀的頂板鉆頭 尖。還對(duì)增加頂板鉆頭尖的總使用壽命做出了努力。
[0005] 因此，需要克服了已知頂板鉆頭尖的缺陷、局限性和缺點(diǎn)的改進(jìn)的頂板鉆頭尖。例 如，將希望提供一種改進(jìn)的頂板鉆頭尖，該改進(jìn)的頂板鉆頭尖便于迅速完成頂板錨桿安裝 過(guò)程。還將希望的是提供一種具有更長(zhǎng)使用壽命的改進(jìn)的頂板鉆頭尖。還將希望的是提供 一種具有增加的穿透速度的改進(jìn)頂板鉆頭尖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于接合地層材料的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖包括具有一 條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的一個(gè)鉆頭尖本體，該鉆頭尖本體在軸向前端處具有一個(gè)頭部并且在軸向后端 處具有一個(gè)柄部，該頭部具有與鉆頭尖本體的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)偏離的兩個(gè)安裝臂。這種雙叉式旋 轉(zhuǎn)鉆頭尖還包括在該鉆頭尖本體的軸向前端處附接至每個(gè)安裝臂上的一個(gè)切削鑲片。每個(gè) 切削鑲片包括：面向該旋轉(zhuǎn)方向的一個(gè)前導(dǎo)面、具有一個(gè)后刀面的一個(gè)頂表面、在該前導(dǎo)面 與該頂表面的后刀面之間延伸的一個(gè)T形刃帶表面、以及在該T形刃帶表面與該頂表面的 后刀面的相交處形成的一個(gè)切削刃。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于接合地層材料的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖的切削鑲片 包括：面向旋轉(zhuǎn)方向的一個(gè)前導(dǎo)面、具有一個(gè)一級(jí)后刀面和一個(gè)二級(jí)后刀面的一個(gè)頂表面、 在該前導(dǎo)面與該頂表面的一級(jí)后刀面之間延伸的一個(gè)T形刃帶表面、以及在該T形刃帶表 面與頂表面的一級(jí)后刀面的相交處形成的一個(gè)切削刃。
[0008] 本發(fā)明的這些和其他方面在查看本說(shuō)明書(shū)及附圖之后將得到更全面的理解。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的一種雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖的等距視圖。
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面在圖1中示出的一個(gè)切削鑲片的等距視圖。
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面在圖1和圖2中示出的切削鑲片的頂部平面視圖。
[0012] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面沿圖3的線(xiàn)3A-3A截取的一個(gè)截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下說(shuō)明僅出于展示本發(fā)明的不同方面的目的、而并非出于限制本發(fā)明的范圍的 目的。
[0014] 參見(jiàn)附圖，圖1至圖3A展示了頂板鉆頭尖形式的一種雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，總體上 指定為410。頂板鉆頭尖410具有一個(gè)通常由例如鋼制成的鉆頭尖本體412。鉆頭尖本體 412具有一條中心旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)Z-Z并且在如箭頭411指示的方向上旋轉(zhuǎn)。鉆頭尖本體412在 一個(gè)軸向前端414處具有一個(gè)頭部413并且在一個(gè)軸向后端416處具有一個(gè)柄部415。頭 部413包括兩個(gè)間隔開(kāi)的安裝臂417,這兩個(gè)安裝臂是與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)Z-Z偏離的。一方面，該 頂板鉆頭尖410可以是濕式或干式頂板鉆頭尖。另一方面，雙叉式頂板鉆頭尖可以用于對(duì) 頂板錨桿和幫錨桿進(jìn)行濕式鉆削并且在常規(guī)采礦中用于鉆孔和爆破孔。
[0015] 頂板鉆頭尖410還包括一個(gè)切削鑲片（或旋轉(zhuǎn)鉆頭尖鑲片）422,每個(gè)安裝臂417 附接有一個(gè)切削鑲片。每個(gè)鑲片422圍繞該頂板鉆頭尖410的中心旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)Z-Z軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。 鑲片422典型地使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的常規(guī)組合物和技術(shù)、通過(guò)例如機(jī)械附接或 者通過(guò)硬焊、粘合或壓力配合而附接到該安裝臂417上的。每個(gè)鑲片422是相同的，并且因 此為了簡(jiǎn)化，此處對(duì)一個(gè)鑲片422的說(shuō)明總體上涉及這兩個(gè)鑲片。
[0016] 該切削鑲片422是例如由一種燒結(jié)碳化鎢制成，該燒結(jié)碳化鎢是鈷與碳化鎢的混 合物。可以使用其他超硬耐磨損材料（例如，多晶金剛石、陶瓷、或金屬陶瓷）作為補(bǔ)充物和 /或替代物。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，例如，涂有碳化鉻的金屬以及其中向碳化鎢中添加了 碳化鈦或碳化釩的其他金屬陶瓷可以是鑲片材料的候選材料。用于這類(lèi)應(yīng)用的替代性陶瓷 包括鋁基、硅基、鋯基的變體以及玻璃變體。另外的其他鑲片材料替代物包括難熔的立方型 過(guò)渡金屬碳化物或者任何其他已知的或隨后開(kāi)發(fā)的比該基底材料更硬的一種或多種材料。 也可以使用這些鑲片的涂層，例如PVD或CVD涂層。
[0017] 切削鑲片422具有一個(gè)切削鑲片本體，總體上指定為424,該切削鑲片本體具有一 個(gè)總體上指定為426的頂表面、總體上指定為428的底表面、以及總體上指定為434和436 的相反端面。該切削鑲片422進(jìn)一步包括一個(gè)前導(dǎo)面440和一個(gè)相反的后部面或尾隨面 442。前導(dǎo)面440總體上面向該頂板鉆頭尖410的旋轉(zhuǎn)方向。一方面，頂表面426包括一個(gè) 一級(jí)后刀面444。另一方面，頂表面426還包括一個(gè)二級(jí)后刀面446,其中，該一級(jí)后刀面 444與該二級(jí)后刀面446是鄰接的并且是不共面的。在另一方面，該二級(jí)后刀面446從該一 級(jí)后刀面444朝向該切削鑲片422的后部面或尾隨面442延伸。在另一方面，該二級(jí)后刀 面446從該一級(jí)后刀面444延伸至該后部面或尾隨面442。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該切削鑲片422包括邊緣加工，例如一個(gè)總體上指定為 448的T形刃帶表面，該T形刃帶表面總體上在前導(dǎo)面440與該頂表面426的一級(jí)后刀面 444之間延伸。在一個(gè)方面，該T形刃帶表面448是一個(gè)平的表面。在另一方面，該T形刃 帶表面448與前導(dǎo)面440是鄰接并且是不共面的。在另一方面，該T形刃帶表面448與該一 級(jí)后刀面444是鄰接的并且是不共面的。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，該T形刃帶表面448可以包括除平 的表面外的其他表面，例如它可以包括一個(gè)圓化的或彎曲的（即非平面的）T形刃帶表面。
[0019] 該切削鑲片422還包括在該Τ形刃帶表面448與該頂表面426的一級(jí)后刀面444 的相交處形成的一個(gè)切削刃450。在一個(gè)方面，該切削刃450可以是圓化的。
[0020] 具有在該Τ形刃帶表面448與該一級(jí)后刀面444的相交處形成的切削刃450這一 構(gòu)形使得該切削刃450具有一個(gè)負(fù)的軸向前角R3(例如，見(jiàn)圖3Α)。在一個(gè)方面，這個(gè)負(fù)的 軸向前角R3是在約10度到約40度的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體的實(shí)例中，圖12A中所示的這個(gè) 前角R3約為負(fù)25度。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，該切削刃450可以包括一個(gè)圓化的或彎曲的切削刃。
[0021] 該T形刃帶表面448是相對(duì)于該一級(jí)后刀面444以角度X3定位的（例如，見(jiàn)圖 3A)。角度X3可以稱(chēng)為相對(duì)于或關(guān)于切削刃450的后角。在一個(gè)方面，該T形刃帶表面448 是相對(duì)于該一級(jí)后刀面444以一個(gè)大于90度的角度X3定位的。在一個(gè)具體的實(shí)例中，圖 12A中所示的這個(gè)角度X3約為115度。
[0022] 在另一方面，該切削刃450可以包括一個(gè)第一切削刃區(qū)段450A和一個(gè)第二切削刃 區(qū)段450B，該第一切削刃區(qū)段與該第二切削刃區(qū)段在一個(gè)切削頂點(diǎn)451處相遇。在另一方 面，該T形刃帶表面448可以包括一個(gè)第一 T形刃帶區(qū)段448A和一個(gè)第二T形刃帶區(qū)段 448B，該第一 T形刃帶區(qū)段與該第二T形刃帶區(qū)段在一個(gè)T形刃帶頂點(diǎn)449處相遇。在另 一方面，該一級(jí)后刀面444可以包括一個(gè)第一一級(jí)后刀面區(qū)段444A以及一個(gè)第二一級(jí)后刀 面區(qū)段444B，該第 級(jí)后刀面區(qū)段與該第二一級(jí)后刀面區(qū)段在一個(gè)一級(jí)后刀面頂點(diǎn)445 處相遇。在另一方面，該二級(jí)后刀面446可以包括一個(gè)第一二級(jí)后刀面區(qū)段446A以及一個(gè) 第二二級(jí)后刀面區(qū)段446B，該第一二級(jí)后刀面區(qū)段與該第二二級(jí)后刀面區(qū)段在一個(gè)二級(jí)后 刀面頂點(diǎn)447處相遇。
[0023] 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，所描述的T形刃帶448、切削刃450、負(fù)的軸向前角和/或后角單獨(dú)的 和/或組合的構(gòu)形有利地避免了該切削刃450的尖銳過(guò)渡從而在頂板鉆頭尖410的操作過(guò) 程中使該切削刃450折斷或碎裂的可能性減小或最小化。
[0024] 該切削鑲片422例如是通過(guò)粉末冶金學(xué)方法使用一種壓機(jī)來(lái)制成的，該壓機(jī)包括 一個(gè)模片和頂部以及底部壓頭/沖頭用于壓制成完成形狀。多個(gè)部分可以被壓制成最終形 狀或者通過(guò)濕法/干法噴射（blast)、或金剛石磨削其他材料成形方法來(lái)修改成最終形狀， 其他材料成形方法是例如但不限于EDM(放電機(jī)加工）、EDG(放電磨削）、生坯機(jī)加工、激光 消融。有利的是，本發(fā)明在制作過(guò)程中使得鑲片的臨界切削刃從模片套（die case)與壓頭 的交叉點(diǎn)處移動(dòng)該。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該臨界切削刃現(xiàn)在在壓頭/沖頭中完全成形。 這樣避免了在該切削刃上形成毛邊。毛邊是不希望的，例如因?yàn)槊吺菓?yīng)力集中物。應(yīng)該認(rèn) 識(shí)到，本發(fā)明的如在此闡述的這些及其他方面有助于獲得該切削鑲片的所希望的邊緣（即 切削刃）加工。
[0025] 雖然已經(jīng)出于解說(shuō)的目的在上文中說(shuō)明了本發(fā)明的多個(gè)具體的方面，但是對(duì)于本 領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員而言顯然可以對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)進(jìn)行多種變更而并不背離如所附權(quán) 利要求書(shū)中限定的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于接合地層材料的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，該雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖包括： 具有一條旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的一個(gè)鉆頭尖本體，該鉆頭尖本體在一個(gè)軸向前端處具有一個(gè)頭部 并且在一個(gè)軸向后端處具有一個(gè)柄部，該頭部具有與該鉆頭尖本體的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)偏離的兩個(gè) 安裝臂；以及 在該鉆頭尖本體的軸向前端處附接至每個(gè)安裝臂上的一個(gè)切削鑲片，每個(gè)切削鑲片包 括： 面向該旋轉(zhuǎn)方向的一個(gè)前導(dǎo)面； 一個(gè)頂表面，該頂表面具有一個(gè)后刀面； 一個(gè)T形刃帶表面，該T形刃帶表面在該前導(dǎo)面與該頂表面的后刀面之間延伸；以及 一個(gè)切削刃，該切削刃是在該T形刃帶表面與該頂表面的后刀面的相交處形成的。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該切削刃具有一個(gè)負(fù)的軸向前角。
3. 如權(quán)利要求2所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該負(fù)的軸向前角是在約10度至約40 度的范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該切削刃包括在一個(gè)切削頂點(diǎn)處相遇 的一個(gè)第一切削刃區(qū)段和一個(gè)第二切削刃區(qū)段。
5. 如權(quán)利要求4所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該T形刃帶表面包括在一個(gè)T形刃帶 頂點(diǎn)處相交的一個(gè)第一 T形刃帶區(qū)段和一個(gè)第二T形刃帶區(qū)段。
6. 如權(quán)利要求5所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該頂表面的后刀面包括一個(gè)一級(jí)后刀 面，該一級(jí)后刀面與該T形刃帶表面相交而形成該切削刃。
7. 如權(quán)利要求6所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該一級(jí)后刀面包括在一個(gè)一級(jí)后刀面 頂點(diǎn)處相遇的一個(gè)第一一級(jí)后刀面區(qū)段和一個(gè)第二一級(jí)后刀面區(qū)段。
8. 如權(quán)利要求7所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該頂表面的后刀面進(jìn)一步包括從該切 削鑲片的一級(jí)后刀面朝向該切削鑲片的一個(gè)后部面延伸的一個(gè)二級(jí)后刀面。
9. 如權(quán)利要求8所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該二級(jí)后刀面包括在一個(gè)二級(jí)后刀面 頂點(diǎn)處相遇的一個(gè)第一二級(jí)后刀面區(qū)段和一個(gè)第二二級(jí)后刀面區(qū)段。
10. 如權(quán)利要求8所述的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖，其中該一級(jí)后刀面與該二級(jí)后刀面是鄰 接的并且是不共面的。
11. 一種與接合地層材料的雙叉式旋轉(zhuǎn)鉆頭尖結(jié)合使用的切削鑲片，該切削鑲片包 括： 面向旋轉(zhuǎn)方向的一個(gè)前導(dǎo)面； 一個(gè)頂表面，該頂表面具有一個(gè)一級(jí)后刀面和一個(gè)二級(jí)后刀面； 一個(gè)T形刃帶表面，該T形刃帶表面在該前導(dǎo)面與該頂表面的一級(jí)后刀面之間延伸；以 及 一個(gè)切削刃，該切削刃是在該T形刃帶表面與該頂表面的一級(jí)后刀面的相交處形成 的。
12. 如權(quán)利要求11所述的切削鑲片，其中該切削刃具有一個(gè)負(fù)的軸向前角。
13. 如權(quán)利要求12所述的切削鑲片，其中該負(fù)的軸向前角是在約10度至約40度的范 圍內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求12所述的切削鑲片，其中該T形刃帶表面是相對(duì)于該一級(jí)后刀面以一 個(gè)大于90度的角度定位的。
15. 如權(quán)利要求14所述的切削鑲片，其中該二級(jí)后刀面從該一級(jí)后刀面朝向該切削鑲 片的一個(gè)后部面延伸并且該一級(jí)后刀面與該二級(jí)后刀面是鄰接的并且是不共面的。
16. 如權(quán)利要求15所述的切削鑲片，其中該T形刃帶表面與該一級(jí)后刀面是鄰接的并 且是不共面的。
17. 如權(quán)利要求11所述的切削鑲片，其中該切削刃包括在一個(gè)切削頂點(diǎn)處相遇的一個(gè) 第一切削刃區(qū)段和一個(gè)第二切削刃區(qū)段。
18. 如權(quán)利要求17所述的切削鑲片，其中該T形刃帶表面包括在一個(gè)T形刃帶頂點(diǎn)處 相遇的一個(gè)第一 T形刃帶區(qū)段和一個(gè)第二T形刃帶區(qū)段。
19. 如權(quán)利要求18所述的切削鑲片，其中該一級(jí)后刀面包括在一個(gè)一級(jí)后刀面頂點(diǎn)處 相遇的一個(gè)第一一級(jí)后刀面區(qū)段和一個(gè)第二一級(jí)后刀面區(qū)段。
20. 如權(quán)利要求19所述的切削鑲片，其中該二級(jí)后刀面包括在一個(gè)二級(jí)后刀面頂點(diǎn)處 相遇的一個(gè)第一二級(jí)后刀面區(qū)段和一個(gè)第二二級(jí)后刀面區(qū)段。
【文檔編號(hào)】E21B10/43GK104120977SQ201410167233
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】N·J·帕洛斯, S·M·喬治, G·W·謝弗勒, D·C·羅利特 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司