Результат интеллектуальной деятельности: Твердосплавная вставка

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к твердосплавным вставкам для армировки буровых долот и коронок.

Известна твердосплавная вставка, содержащая цилиндрический хвостовик и рабочую головку с вершиной в виде части тора, при этом сама головка выполнена конической формы (авт. свидетельство СССР №446622, кл. E21B 10/15, 1972 г.).

К недостаткам данной твердосплавной вставки следует отнести малую надежность крепления вставок в отверстиях корпуса и, как следствие этого, высокую вероятность их выпадения, что снижает все показатели работ буровых долот.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является твердосплавная вставка, содержащая цилиндрический хвостовик, рабочую головку, соединенные между собой коническим участком, и узел фиксации вставки с корпусом бурового долота (патент США №3603414, кл. 175-374, 1971 г.).

В данной вставке узел фиксации выполнен в виде сочетания выступов и впадин на боковой поверхности хвостовика. При запрессовке вставок в отверстия корпуса бурового инструмента выступы в виде продольных ребер врезаются в стенки отверстия корпуса и предохраняют ее от проворота и выпадения.

Основным недостатком данной вставки является сложность изготовления хвостовика, представляющего собой многогранную поверхность. Именно это и послужило причиной того, что вставки такой конструкции не нашли промышленного применения.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления вставки при одновременном сохранении прочности соединения ее с корпусом.

Указанный технический результат достигается тем, что в твердосплавной вставке, содержащей цилиндрический хвостовик, рабочую головку, соединенные между собой коническим участком, и узел фиксации вставки с корпусом бурового долота, согласно изобретению боковая поверхность хвостовика выполнена по меньшей мере с двумя кольцевыми проточками, заполненными мягким металлом, например свинцом, и имеющими во фронтальной плоскости треугольное сечение, при этом цилиндрический участок между кольцевыми проточками выполнен с наклонными пазами для сообщения проточек между собой.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- хвостовик ее выполнен ступенчатой формы, причем проточки выполнены на разных ступенях;

- кольцевая проточка в продольном сечении выполнена в форме прямоугольного треугольника, один из катетов которого расположен перпендикулярно оси хвостовика, а другой - параллельно;

- кольцевая проточка в продольном сечении выполнена в форме тупоугольного треугольника, вершина тупого угла которого расположена на наружной поверхности хвостовика;

- участок хвостовика под нижней проточкой выполнен с продольными ребрами, высота которых не превышает высоту нижней проточки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид вставки; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1.

Предложенная твердосплавная вставка включает цилиндрический хвостовик 1, рабочую головку 2, соединенные между собой коническим участком 3, и узел фиксации вставки с корпусом бурового долота. Отличительной особенностью предложенной вставки является то, что боковая поверхность хвостовика 1 выполнена по меньшей мере с двумя кольцевыми проточками 4 и 5, расположенными ниже конического участка 3 и имеющими во фронтальной плоскости треугольное сечение. При этом кольцевые проточки 4 и 5 заполнены мягким металлом, например свинцом, а цилиндрический участок 6 между кольцевыми проточками выполнен с наклонными пазами 7 для сообщения проточек между собой. Именно через эти пазы 7 и происходит перемещение свинца из одной проточки в другую и плотное заполнение всех зазоров между вставкой и корпусом бурового инструмента.

Такое выполнение вставки позволяет использовать верхнюю кольцевую проточку 4 в качестве фиксатора благодаря тому, что вершина кромки 8 на боковой поверхности хвостовика вставки, направленная вверх, врезаясь в стенки отверстия корпуса бурового инструмента, препятствует выпадению вставки. Этому помогает также наличие конического участка 3, который способствует «затеканию» материала корпуса в полость кольцевой проточки 4, причем как в процессе изготовления инструмента, так и в процессе работы. С целью образования защитного бурта в процессе запрессовки вставок в отверстия корпуса бурового инструмента осуществляют предварительный разогрев до определенной температуры соединяемых элементов. Наиболее целесообразно кромку 8 выполнять с углом при вершине менее 90°. Такая кромка образуется в случае использования проточек 4 с продольным сечением в виде тупоугольного треугольника. При этом остроугольная вершина кромки 8 нижней проточки 5 позволяет упростить процесс запрессовки вставки в отверстие корпуса. Этому также способствует выполнение хвостовика 1 ступенчатой формы, а нижней ступени - с продольными ребрами 9, высота которых не превышает высоту нижней проточки 5. При ступенчатой форме хвостовика 1 путь, который проходят ребра 9 при запрессовке вставки, значительно меньше по сравнению с ребрами вставок прототипа, а следовательно, и меньше требуется усилий для запрессовки вставки в отверстие корпуса бурового инструмента. Количество проточек определяется диаметром породоразрушающего инструмента и физико-механическими свойствами горных пород. При этом диаметр ступеней увеличивается в направлении от хвостовика 1 в сторону рабочей головки 2 вставки, т.е. в каждой вставке диаметр - Д_в верхней ступени больше диаметра - Д_н нижней ступени. В случае выполнения проточки в виде прямоугольного треугольника, один из катетов его располагают перпендикулярно оси 10 хвостовика, а другой - параллельно. Более предпочтительным вариантом является выполнение кольцевых проточек 4 и 5 во фронтальной плоскости в форме тупоугольного треугольника, вершина тупого угла которого расположена на наружной поверхности хвостовика 1.

В предложенной вставке роль фиксатора выполняют верхняя кольцевая проточка 4 на боковой поверхности хвостовика 1 и ребра 8 на поверхности нижней ступени 5. Изготовление такой вставки значительно проще, а надежность соединения сохраняется благодаря «затеканию» материала корпуса бурового инструмента в кольцевую проточку под действием осевого усилия, передаваемого на материал корпуса коническим участком 3 вставки как при изготовлении бурового инструмента, так и в процессе работы.

Таким образом, применение предложенной вставки позволяет снизить себестоимость ее изготовления по сравнению с прототипом, сохраняя ее высокую надежность.