CN1030093C - 冷镦制造的中部真空钻头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种在一工作表面上钻孔的钻头，包括一硬质耐磨嵌入刀片和一带有不规则表面构造的顶工作表面的金属体，顶工作表面带有一固定硬质耐磨嵌入刀片的槽。金属体的金属晶粒结构大致平行于金属体的轮廓。在最佳实施例中金属体是通过冷镦成型的。

Description

本发明涉及钻头。更具体说本发明涉及冷镦制造的中部真空钻头。

一个钻头一般安装在一细长的中空钻杆的工作端，钻杆与一旋转动力源连接。然后钻头和钻杆就可用来在一工作表面上钻孔，例如在矿井入口的顶部岩层上钻孔以安装顶部锚杆成容纳***。

固定于钻杆工作端的钻头包括一带有顶工作表面的圆柱体，一个由硬质耐磨材料如碳化钨硬质合 金制成的嵌入刀片安装在顶工作表面上。一对粉尘收集口位于刀片下方并与通过钻头底端延伸的一轴向孔连通。

由于在岩层上的钻孔会产生大量的钻孔切屑物和粉尘，按惯例就要将这些切屑物料经钻头体上的粉尘收集口然后经中空钻杆取出。采用一适当的真空泵可将切屑物料抽入钻头体并通过中空钻杆，或者作为另一种选择，可迫使冷却流体向上通过钻杆并经收集口流出从而冲走切屑物料或粉尘。

通过在一尺寸有限的圆柱状钢坯料上完成一系列复杂的机械操作以制造一个在矿井入口顶层钻孔的钻头体已为公知。更具体说，通过先提供一圆柱状钢坯料然后在坯料中心钻出和扩出一轴向孔而制造一钻头体已成惯例。然后在内轴向孔的外面加工一个或两个扩孔卸荷环，随后扩出六角形内径向孔，然后铣削坯料的两侧以形成两个平侧表面。然后，坯料的顶工作表面被加工成一锥形，带有交错的斜顶面和压缩面，以便当钻头深入岩层时允许粉尘和类似物绕钻头体流动。然后通过侧表面钻出上述的粉尘收集口。然后在收集口下方钻出一个孔以提供一固定装置例如可从Kennametal公司获得的5522卡盘和9240钢夹，以便把钻头固定在钻杆上。最后在顶工作表面上在斜顶面和压缩面之间对角地加工出一横向槽，以提供一个将碳化钨硬质合金刀片固定在钻头体上的装置。

制造一钻头体所需的机加工操作是复杂的，并发现会限制生产出的钻头体的尺寸，形状和性能特点。例如，在机加工钻头体平侧表面中形成的边缘一般较为尖锐，这会干涉空气的流动及钻孔粉尘的取出。此外，与部分通过冷镦成型的钻头体相比，通过机加工钻头体会失去更多的晶粒结构。可以认为，因机加工从一钻头体失去过多的金属晶粒结构会削弱钻头的结构整体性，从而不利于改善钻头的性能。制造钻头体所需的各种机加工操作占去了成品总成本的相当大部分。这样如果能找到一种可克服现有技术缺陷的制造钻头的新方法就十分有利。

制造一种新型钻头体的努力是通过铸造。业已发现铸造的钻头体可淘汰一些制造钻头所需的机加工步骤。然而这种铸造的中部真空钻头的缺点是很次的铸造整体性和强度，这会引起钻头过早失效。而且，这些铸造的中部真空钻头还具有与投资铸造工艺相关的高成本。

结果，就有必要提供一种改进的工艺和设计，以便在钻头体的生产中陶汰尽可能多的机加工步骤，而不会牺牲某些必要的机械性质。

为了解决上述问题，我们发明一种钻头体的新设计和制造钻头体的新工艺。本发明淘汰了机加工钻头体侧表面以形成平侧表面的必要，和机加工顶工作表面和扩出钻头体中心内六角形孔的必要。本发明还允许淘汰钻出和扩出一内轴向孔的步骤及机加工一个或两个扩孔卸荷环的步骤。淘汰扩孔卸荷环的优点是增加了钻头体的强度。此外，本发明的优点是可以更快更经济地制成钻头体，由于锻造流动线（晶粒结构）跟随钻头体的轮廓故制成的钢钻头体强度更高。根据本发明的钻头体相对于机加工的钻头体展现出超级的韧性并淘汰了扩六角内孔时的机加工锐有，从而提供了一个厚度一致的钻头体，这赋予钻头体附加的强度。钻头体可具有大致均匀的直经，或根据本发明的另一实施例，钻头体的外侧表面从顶工作表面朝钻头体的相对一端逐渐变细。其锥度可根据需要改变。

这里所用“逐渐变细”一词意指沿钻头体的长度线性或非线性宽度方向尺寸减小。

在本发明中最好采用低合金钢，这是由于可增加钻头体的强度。采用低合金金属，可使对钻头体的进一步机加工更为容易。例如，在钻头体的顶部可方便地加工各种尺寸，位置和数量的复杂的简单的嵌入刀片槽。

本发明的其它优点是现在有可能使钻头体具有复杂的外体结构，从而改善环绕钻头体顶工作表面的空气流动，而改善钻探操作，并且现在也可方便并经济地制成各种套简结构以将钻头体固定在钻杆上。例如，根据本发明的一个实施例，一个逐渐变细的钻头体为顶工作表面提供了附加的强度并改善了钻孔期间空气和物料的流动。

因此，本发明的目的在于提供一个带有一包括顶工作表面的钻头体的中部真空钻头及制造钻头的方法。

根据本发明生产的钻头包括一个硬质耐磨嵌入刀片和一个金属体，金属体带有一不规则表面构形的顶工作表面和一个固定硬质耐磨嵌入刀片的槽。钻头体最好通过冷镦成型，以提供一种大致平行于钻头体轮廓的金属晶粒结构。钻头体可具有大致均匀的直径，或根据本发明的另一实施例，钻头体可 从顶工作表面朝钻头体的相对端逐渐变细。其锥度可根据需要改变。

钻头体包括一个通过钻头体一端向上延伸的内轴向孔，至少两个在钻头体外侧平行于钻头体中心轴线延伸的，或从顶工作表面朝钻头体一相对端斜削的相对凹入倒C形平侧表面，和至少两个相对的粉尘收集口。每个收集口通过一相应的平侧表面延伸并与轴向孔相通。收集口通常是椭圆形的并相对于中心轴线以约45度角定位，收集口也可为圆形。一对相对而置的断面为弧形的直立部分在收集口之间延伸。

收集口在其下边缘限定了一对相对而置的横向弯曲肩部。

钻头体的顶工作表面包括交错的第一对相对而置的斜顶面和第二对相对而置的斜压缩面。一个槽在交错的斜顶面和压缩面对之间横向延伸以容纳嵌入刀片。

每个斜顶面为略微凸起的锥形，沿离开中心轴线的方向向下并向外延伸。每个斜压缩面为馅饼形凹入凹面，朝相关收集口向下并向外延伸而与平侧表面连接，并且相对于中心轴线以大于20度的倾斜角度倾斜。

在本发明的一个实施例中，斜压缩面向下并向外延伸至终止于收集口的弯曲边缘，以促进改善空气，粉尘和岩屑的流动以便经轴向孔排出和取出。

由一带有一前端和一后端的坯料制造一带有一钻头体（包括顶工作表面）的钻头的方法包括冷镦坯料以成型钻头体，然后在顶工作表面上加工一个槽并在钻头上加工粉尘收集口。

更具体说，冷镦的方法包括的步骤为：将坯料成型为均匀圆柱体尺寸，将坯料的前端模制成截锥体，在坯料的前端和后端冲压出一对中装置，在坯料的侧面成型至少两个具有斜扇贝形应力释放表面的相对侧表面，成型顶工作表面以形成交错的斜锥形顶面和斜锥形压缩面，成型一个与对中装置同心的轴向孔。

冲压步骤包括在坯料后端冲压出一第一环形槽，并在坯料的后端冲压出一个直径大于第一环形槽的第二环形槽，并在截锥体的前端成型一凹入。

然后，垂直于中心轴线在各对交错的斜锥形顶面和斜锥形压缩面之间加工一个槽以容纳嵌入刀片，并在钻头体上加工与轴向孔相通的粉尘收集口。

参照附图，通过下面的详细描述可更为清楚地了解本发明的进一步特征和其它目的及优点，其中：

图1是根据本发明制造的一个钻头的透视图;

图2是根据本发明制造的一个钻头的前视图;

图3是沿3-3线所取的图2所示钻头的横剖视图;

图4是一坯料的侧视图，由该坯料制造根据本发明的钻头体;

图5是一冲头和镦段模的局部剖视图，用以成型图6的坯料;

图6，8和13是逐次的中间坯料的侧视图，根据本发明的钻头体由此坯料制造;

图7是一冲头和镦段模的局部剖视图，用以成型图8的坯料;

图9是图8所示坯料转过90度的侧视图;

图10是图8所示坯料的顶视图;

图11是一镦锻冲头和模的局部剖视图，用以成型图13所示的坯料;

图12是图11所示镦锻冲头和模转过90度的局部剖视图;

图14是沿14-14线所取的图13所示钻头体的剖视图;

图15是一镦锻冲头和模的局部剖视图，用以成型图17所示的坯料;

图16是图15所示镦锻冲头和模转过90度的局部剖视图;

图17是一冷镦钻头体在嵌入刀片固位槽形成之前的侧视图;

图18是沿图18-18所取的图17所示钻头体的剖视图;

图19是图17所示钻头体的顶视图;

图20是一透视图，示出了根据本发明制造的钻头的另一实施例;

图21是图20所示钻头的前视图;

图22和24是具有楔形侧表面的逐次的中间坯料的侧视图;

图23和25是分别沿23-23线和25-25线所取的图22和24所示钻头体的剖视图;

图26是一透视图，示出了根据本发明制造的钻头的另一实施例;

图27是图26所示钻头的前视图;

图28是一透视图，示出了根据本发明制造的钻头的另一实施例;

图29是图28所示钻头的前视图;

图30是一显微照片，示出了图25所示钻头体的一部分剖面的抛光区的平行金属晶粒结构（放大倍数6.3X）。

在下面的描述中，相同的参考号表示相同的零件。还有，在下面的描述中，应当注意这类用词如“向前”，“向后”，“向上”，“向下”，“向内”，“向外”及类似用词是出于方便目的，而不应被认为是限制用语。

现在参照附图，图1，2，20，21和26-29示出了一个钻头10，包括一个带有一顶工作表面16的钻头体14，一嵌入刀片12固定于该顶工作表面上，该钻头与一钻杆（未示出）配合使用在各类地层包括不规则的，硬的，软的，中硬度的岩层上完成钻探工作。钻头10可通过安装装置安装在钻杆上，如快速连接端部（未示出）或熟知此技术者已知的任何其它适当的安装装置。

钻头体14包括由冷镦形成的单一一个件。由于钻头体14是由冷镦形成的，所以钻头的金属晶粒结构最好大致平行于钻头体的轮廓。与通过机加工制造的传统钻头相比，具有平行金属晶粒结构的钻头体14可提供一种强度改善成本降低的钻头。

如图1，2，20，21和26-29所示，钻头10包括一具有顶工作表面16的细长圆柱体14。通过钻头体14的一相对端15向上延伸的是一个断面为六角形的内轴向孔18。内轴向孔18最好具有任何最合适的断面形状和长度以限定一内套筒，用以以内锁的关系容纳转动钻杆的一***端，并将转动力从一驱动装置（未示出）传递到钻头10。

钻头体14可具有基本上始终不变的直径，如图1，2，20和21所示，或者在本发明的另一实施例中，钻头体可以从顶工作表面朝钻头体的一相对端15逐渐变细，如图26-29所示。这里所用的“逐渐变细”一词意指沿钻头体的长度宽度方向的线性或非线性尺寸递减。

钻头体14逐渐变细的程度可以不同。例如，长度约为2英寸的钻头体14的锥度从顶工作表面16到相对端15在直径上可变化约0.004英寸。然而，为了增加顶工作表面的强度并改善钻探期间空气和物料的流动，钻头体14的外表面锥度从钻头体的顶工作表面16朝相对端15被认为至少应当是0.020英寸。

钻头体14包括一对相对的粉尘收集口20，它们相对于钻头体内的中心轴线22以约45度角定位。相应地，收集口20相对于中心轴线22沿角度方向定位，并通常相对于该轴线径向对中。口20最好是一般的椭圆形状。然而，口20也可具有任何最合适的形状，例如圆形或类似的形状。

粉尘收集口20通过凹入的，通常为倒C形的平侧表面24延伸。凹入的平侧表面24相互平行延伸并平行于钻头体14的垂直中心轴线22，如图1，2，20和21所示，或者在另一实施例中，侧表面24从钻头体的顶工作表面16朝相对端15斜削，如图26-29所示。如图1，2，20，21和26-29所示，口20在其下边缘提供了一对相对而置的，通常横向弯曲的肩部26。由于弯曲肩部26是形成在相对于中心轴线22的顶部以约45度角定位的收集口20的下边缘，所以弯曲肩部最好给出一带有后表面21的边缘，该后表面向下并朝孔18向内倾斜，从而便于使粉尘或类似物移到孔18内。肩部26最好位于钻头体14的轴向长度的中点。通过这种布置，口20就带有最大横断面积，并基本上位于钻头体14的上半部。

钻头体14还包括一对相对而置的直立部分28，该直立部分28与顶工作表面16作成一体并支承该顶工作表面16。部分28在横断面上通常最弧形的，并位于垂直于包含相关收集口20的平面延伸的垂直平面内。部分28可以是平行的，如图1，2，20和21所示，或者在另一实施例中，部分28从钻头体14的顶工作表面16到相对端15可以是倾斜的，如图26-29所示。

钻头体14的顶工作表面16具有一不规则的表面结构，它由交错的第一对相对而置的斜顶面30和第二对相对而置的斜压缩面32限定。钻头体14的顶工作表面16的斜顶面30和压缩表面32共同配合允许钻孔粉尘及类似物流入粉尘收集口20并通过轴向孔18。这里所用的“不规则表面”是指这样一种表面，即从由钻头体中心轴线22和垂直于中心轴线22的平面相交所限定的点到由该平面和不规则表面的轮廓相交所限定的任何一点径向所测之距离是不同的。

如图1，2，20，21和26和26-29所示，斜顶面30位于通过钻头体垂直中心轴线22的垂直平面的相对侧面。斜顶面30是略微凸起的锥形，并沿离开钻头体14垂直中心轴线22的方向向下和向外延伸，并且为嵌入刀片12提供了一个支持或支撑。如图所示，斜顶面30相对于钻头体14的直立部分28的角度可是任何合适的角度，以防止钻头体顶工作表面16与被钻的岩层摩擦啮合。在一最佳实施例中，斜顶面30相对于水平面形成约25度的角度。

斜压缩面32位于上述垂直平面的相对侧面，这样各对中的其中一个表面位于平面的同一侧面，从而合并成顶边缘，顶边缘大致位于嵌入刀片12相对侧面上的同一总平面内。斜压缩面32为一大致呈馅饼形的凹形凹面，并离开钻头体14的工作表面16的顶部朝收集口20向下和向外延伸。在一可选择的实施例中，斜压缩面32向下并向外延伸至终止于口20的弯曲边缘（图20，21和28，29），以有助于改进空气，粉尘，岩屑和类似物的流动而经轴向孔18排出和取出。

斜压缩面32最好以这样的倾斜角度定位，即该角度大于斜顶面30的倾斜角度。如图所示，压缩面32相对于中心轴线的倾斜角度大于20度，最佳角度是60度。各压缩面32的下边缘与平的垂直侧表面24邻接，它们一起配合作为一个粉尘和类似物的管道使粉尘流到收集口20。

粉尘收集口20位于斜压缩面32的下方，这样压缩面和槽36的组合宽度方向尺寸就基本上等于相应侧表面24的相应横向尺寸。收集口20与顶工作表面16垂直隔开一预定距离，这样粉尘和类似物被自动地计量离开压缩面32，通过侧表面24并进入粉尘收集口20。这是以一种方式实现的，以便不会塞满口20，从而防止收集口和通过钻杆的轴向孔18搭桥或堵塞。

如图17和24所示，通过冷镦形成的钻头10的多个交错的顶面和压缩面30及32一起限定了一个横向延伸的***部34，然后对其进行机加工以形成一凹槽或槽36，用以容纳一嵌入刀片12（图1，20，26和28）。多个交错的顶面30和压缩面32最好具有这样一种形状和尺寸。用以在嵌入刀片12切割岩层时给刀片12提供侧向和轴向支撑。用以容纳嵌入刀片12的槽36的侧壁最好平行于钻头体的垂直中心轴线22。

固定在槽36内的嵌入刀片12可具有板状结构并由一种高强度，耐磨损的材料制成，这种材料可由碳化钨硬质合金或类似物形成。嵌入刀片12可永久地或可分离地固定在槽36内。如图1，2，20，21和26-29所示，一个“A”形房屋式碳化钨刀片通过钎焊固定在槽内。可以使用或不使用诸如美国专利No.4，817，742所公开钎焊垫片将嵌入刀片钎焊在金属体上。

嵌入刀片12侧向地向外延伸并在收集口20上方伸出槽36两端一预定距离，以便在钻头10钻孔时为钻头体14提供一缝隙。如图1，20和26和28所示，嵌入刀片12的外露侧表面38一般来说，与限定各收集口20的相应侧表面24是垂直对准的。通过这种布置，粉尘和类似物在压缩面32上被向下和向外导向以便最大程度地被排出。此外，通过这种布置，对称定位的斜顶面30和压缩面32与整体部分28一起提供了一基本上整块的刚性材料，以便顶工作表面16具有最大的强度。

如图所示，粉尘收集口20和侧表面24位于通常平行于钻头10垂直中心轴线22的平面内。所以，收集口20相互径向相对地定位并与斜顶面30和侧表面24一起限定了粉尘收集通道以连续计量切下的粉尘物料使之进入在钻头14的纵向中心轴线22相对侧上相互平行延伸的收集口内。

根据本发明之钻头10的钻头体14的改善性能是通过一系列冷镦操作获得的，现在参照附图4-19和22-25对之进行描述。

开始，一定长的线材可通过一最好由硬质合金制成的模抽拉成均匀的直径。然后线材可被输入一切割工位并推顶在一挡料器上，并被剪切成长度适当的坯料40，如图4所示。坯料40最好用熟知此技术者已知的传统技术制造，并由任何最合适的金属制成，例如USX公司提供的卷材或棒材形式的AISI15B35，4140，8630或8640钢。

在根据本发明的冷镦操作中，坯料直径的尺寸应当小于相应冷镦锻模的直径，以允许冷镦期间材料在模内流动，而且，应当知道坯料40在各次连续操作之后从冷镦工位到冷镦工位的传递可用熟知此技术者已知的任何手段实现。

根据本发明的一钻头体14是通过将图4所示 的坯料40传送到图5所示的第一冷镦工位生产的。冷镦工位包括一冲头42和一互补模44。冲头42一般是一刚性圆柱体，其尺寸可配入模22之内，并在其前端包括一个圆柱尖端状的凸起54，其直径小于模的直径。模44一般是一中空缸体，带有一后部开口48和一具有向内取向的凸形凹入46的前壁。在操作中，图4所示的坯料40被冲头42在压力下推入模腔44以形成一图6所示的尺寸均匀的坯料。更具体些，坯料的前端被加工成截锥体56的形状，并且如这里更充分描述的坯料的后端被冲出一个如环形槽58所示的第一对中装置，用以使坯料对中，而且使坯料的圆柱尺寸均匀。

然后，图6所示的坯料40被一脱模销41从模44内取出，并从脱模销和冲头42之间传送到图7所示冷镦工位的第二脱模销61和冲头60。

图7所示的冷镦工位包括一个冲头60和一个互补的端部开口模62。冲头60的前端包括一个尖端状凸起63，其形状应加工出如环形槽66所示的第二对中装置，该槽延伸进入坯料40的后端。模62的直径与图5所示的模44基本上相同，并在模62的前侧壁内包括两个三角形状凸起70，它们在坯料的前端内形成交错的斜顶面30和压缩面32，如图8，9和10所示。

在操作中，图6所示的坯料固定在第二脱模销61和位于第一环形槽58内的冲头60之间。冲头60和第三脱膜销6配合，迫使坯料40进入端部开口模62的中部。如图7-10所示，在坯料的前端形成至少两个相对的凹入侧表面24和顶工作表面16的交错的斜顶面30和压缩面32，在坯料40的侧表面24上还形成有渐窄的锥形体鼻状物或扇贝形应力释放表面64，并在坯料的后端内形成一如环形槽66所示的第二对中装置，其直径大于第一环形槽58。

如图4，6，8，13，17，22和24所示，随着形成坯料40的材料移动，锥形鼻状应力释放表面64的斜度向离开坯料前端的方向逐渐减小。应力释放表面64最好便于材料流动并防止模爆裂和坯料40内的应力裂缝。然后，脱模销61将坯料40从模62内推出，如图7所示脱模销有一定位凸台72。定位凸台72在坯料40的顶表面内最好形成一凹入74，在随后的冷镦模对中操作中帮助后续的脱模销定位。

然后，图8所示的坯料40被传送到图11和12所示的下一个冲头80和模82。坯料40在第三脱模销81和冲头80之间在模82内对中，第三脱模销81位于凹入74内，冲头82则位于第二环形槽66内。在该冷镦工位中，形成坯料40的材料在模82内被向后挤压，从而进一步提高了成品钻头10的性能。模82包括凸起部分68和两个三角形状凸起88，凸起部分68在坯料40的直接相对的侧面上形成平侧表面24，三角形状凸起88的尺寸大于前面的模62以进一步成型在坯料前端的交错的斜顶面30和压缩面32。如图所示冲头80是一六角形柱杆，带有一截锥形的前端86。图11和12所示的冲头80和模82成型内六角形轴向孔18，截锥形前端86与成型在坯料40后端上的第二环形槽66同心。第二环形槽66最好为使冲头88作用于坯料40上提供一对中装置，从而进一步便于成型图13，14，22和23所示的对称的坯料。

然后，图13，14，22和23所示的坯料40被传送到图15和16所示的下一个冷镦工位，其中轴向孔18被成型到所需的深度，并且坯料40的顶工作表面16被进一步限定。如图15和16所示，模90的尺寸和结构与成品钻头10接近相同，并且其尺寸大于模82。冲头92为带有一球形端的圆柱杆形。坯料40在一第四脱模销91和冲头92之间在模90内对中，脱模销91位于凹入74内，冲头92位于轴向孔18内。冲头92和脱模销91配合迫使坯料40进入模90，这样坯料的应力释放表面和轴向孔18被进一步延长到所需长度。

在制造带有倾斜直立部分28和侧表面74的坯料40时，模90的尺寸大于模82。当轴向孔18被成型时，只有形成轴向孔18前部的材料才与模90相符，从而提供了一带锥度的坯料40，它从相对端15到顶工作表面16扩大。

在制造带有基本上平行的平侧表面24和平行直立部分28的坯料40时，模90的尺寸也大于模82。然而，模82带有一较大的后端，这样，在排出模82时坯料40就有一锥度，从相对端15朝顶工作表面16缩小。这样，在坯料40排出模90时形成轴向孔18前部的材料就与模90相符，从而提供了一个带有大致平行的平侧表面24和平行直立部分28的坯料40。

在坯料40被成型到模90和冲头92的形状后，坯料由脱模销91推出。从这些简单的冷镦操作中，图17，18，24和25的示的钻头体14就成型了。

第一和第二环形槽58和66，凹入74和轴向孔18最好配合在一起以提供一种在后续模内使坯料40对中的装置，通过使随后的冷镦工位的冲头和模作用于坯料的中心，保证钻头体14绕其中心轴线22有均匀的尺寸及顶面30和压缩面32在各冷镦工位被成型至正确形状。没有对中装置，连续成型具有不规则顶工作表面的钻头体14就可能有困难。

如图30所示，根据本发明的钻头体的金属晶粒结构基本上平行于钻头体的外形或轮廓。作为平行金属晶粒结构的结果，可以制造出有改善韧性的强度更高钻头体。此外，如果需要也可以使用比以前可能的更低的合金钢，这样机加工更为容易，并且在冷镦前不需要使坯料退火。

钻头10的粉尘收集口20可通过适当的机加工如钻孔或类似工艺加工。在最佳实施例中，粉尘收集口20相对于中线轴线22以45度角钻孔，以提供一通常为椭圆形的开口。收集口20被钻在锥形体鼻状物或扇贝形应力释放表面64上，以提供通向加工在钻头体14内的轴向孔18的入口，这样收集口与轴向孔18相通以允许用真空收集粉尘和类似物。在钻头体14上也可以钻出一固位孔100以便按如前所述和现有技术已知的方式把钻头10固定在钻杆上。类似地，槽36也可被加工在顶工作表面16上以容纳由硬质耐磨材料如碳化钨硬质合金制成的嵌入刀片12。

根据本发明，通过在钻头体上或是机加工或是成型出一适当构形的槽36，可以采用几何形状各不相同的嵌入刀片12，例如复杂的或简单的屋顶形刀片设计。然后，可将嵌入刀片12钎焊在槽36内，之后，可热处理整个钻头体和嵌入刀片。

冷镦工艺允许钻头体14外部构形在宽范围内变化，以改善环绕钻头10上部的空气流动，这样可更好地从钻探孔中清除粉尘和类似物。具有改善空气流动的钻头体14的一例示于图20和21。如前所述及如图20和21所示，斜压缩面32向下并向外延伸至终止于收集口20的弯曲边缘，以促进改善空气和粉尘，岩屑和类似物的流动，以便经轴向孔18排出和取出。

在典型的操作中，图1，2，20，21和26-29所示的钻头10被固定在钻杆上，这样钻头上的孔与中空的钻杆相通。然后，可将钻杆连接于一适当的真空泵（未示出），以在孔18内施加一抽吸力，而取出粉尘和类似物。孔18内的抽吸力被传递至粉尘收集口20并将粉尘从平侧平面24上方的压缩面32向下抽入收集口20。由于由环绕和限定钻孔的岩层施加的向下并向内的压缩力，随着粉尘颗粒越过钻头10的压缩面及侧表面，粉尘颗粒的尺寸逐步减小。在效果上，这一动作将粉尘物料与钻头10外表面挤压，从而减小的物料自由流入开口20以通过孔18排出。

本发明的实施最好不受冷镦限制，也可包括温镦或热镦。例如，在温镦或热镦中，形成坯料的材料可先被预热，这样在镦锻操作中，引起材料在模内流动的压力就会大大低于上述冷镦工艺中的压力。温镦工艺的典型材料预热温度在1225-1275度（华氏）之间，热镦工艺在2200-2350度（华氏）之间。

本文所提到的专利在这里作为参考。

本发明的最佳实施例已描述完毕，但应了解在附属权利要求的范围内可以其它方式实施。

Claims (12)

1、一种在一工作表面上钻孔的冷镦制造的中部真空钻头，包括，

(a)一硬质耐磨嵌入刀片；和

(b)一带有不规则表面构造的顶工作表面的金属体，顶工作表面带有一用以容纳所述硬质耐磨嵌入刀片的槽，其特征在于所述金属体的金属晶粒结构基本上平行于所述金属体的轮廓，

其中所述金属体包括：

一个通过所述金属体的一端向延伸的内轴向孔；

在所述金属体外部平行于所述金属体中心轴线延伸的至少两个相对的凹入倒C形平侧表面；

至少两个相对的粉尘收集口，每个所述收集口通过一相应的平侧表面延伸并与所述轴向孔相通；

位于各所述相应收集口下边缘上的一对相对而置的横向弯曲肩部；和

在所述收集口之间延伸的断面为弧形的一对相对而置的直立部分。

2、如权利要求1所述的钻头，其特征在于所述顶工作表面包括交错的第一对相对而置的斜顶面和第二对相对而置斜压缩面;所述槽在所述交错的斜顶面和压缩面对之间横向延伸，以容纳所述嵌入刀片。

3、如权利要求2所述的钻头，其特征在于各所述斜顶面为凸起的锥形，沿离开中心轴线的方向向下和向外延伸，并且各所述斜压缩面为馅饼形凹入面，朝所述收集口向下和向外延伸。

4、如权利要求3所述的钻头，其特征在于各所述斜压缩面相对于中心轴线以大于20度的倾斜角度倾斜，并向下和向外延伸至终止于收集口的弯曲边缘，以有助于改善空气和粉尘和岩屑的流动，而经所述轴向孔排出和取出。

5、如权利要求4所述的钻头，其特征在于所述收集口是圆形的，并形成带有一弯曲边缘的肩部。

6、如权利要求4所述的钻头，其特征在于所述收集口通常是椭圆形的并相对于中心轴线以约45度角定位，以形成带有一弯曲边缘的肩部。

7、如权利要求4所述的钻头，其特征在于所述钻头体的外表面从所述顶工作表面朝所述钻头体的一相对端是逐渐变细的。

8、一种由一坯料制造带有一金属体的冷镦制造中部真空钻头的方法，金属体包括一顶工作表面，坯料具有一前端和一后端，该方法包括以下步骤：

（a）通过下述步骤冷镦所述坯料以成型钻头体：

将所述坯料成型至具有一均匀的圆柱尺寸;

将所述坯料的前端模制成截锥体形状;

在坯料的后端和前端冲压出一对中装置;

在所述坯料的侧面成型至少两个具有斜扇贝形应力释放表面的相对侧表面;

成型顶工作表面以形成交错的斜顶面和斜压缩面;和

成型一个与对中装置同心的轴向孔。

（b）垂直于钻头体的中心轴线加工一槽，用以容纳一嵌入刀片;

（c）在钻头体内加工与轴向孔相通的相对的粉尘收集口;和

（d）将硬质耐磨刀片***槽中。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述冲压步骤包括在坯料的后端冲压出一第一环形槽，并在所述坯料的所述后端冲压出直径大于所述第一环形槽的一第二环形槽，并在所述截锥体的前端形成一凹入。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，在各对交错的斜锥形顶面和斜锥形压缩面之间加工所述槽，以容纳所述嵌入刀片。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，相对的粉尘收集口加工在钻头体上并与轴向孔相通。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述斜顶面被加工成一凸起的锥形，并且所述压缩面被加工成馅饼形凹入凹面。

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