ES2980803T3

ES2980803T3 - Unión de una parte de desgaste superdura para un componente de herramienta

Info

Publication number: ES2980803T3
Application number: ES11752165T
Authority: ES
Inventors: Klaus Tank; Siu-Wah Wai; Staden Louise Frances Van
Original assignee: Element Six Abrasives Holdings Ltd
Current assignee: Element Six Abrasives Holdings Ltd
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2024-10-03
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: GB2483157A; US20130199693A1; GB2483157B; WO2012025516A3; AU2011295093A1; GB201014059D0; WO2012025516A2; US20170167260A1; EP2609290B1; GB201114555D0; EP2609290A2

Abstract

Un componente de herramienta que comprende una pieza de desgaste cubierta al menos en parte por un elemento de conexión, teniendo la pieza de desgaste una dureza especificada y siendo el elemento de conexión un metal o aleación, y comprendiendo la pieza de desgaste una superficie que incluye una o más depresiones o proyecciones de la misma, y habiéndose presionado el elemento de conexión contra esa superficie de modo que al menos la superficie del elemento de conexión que mira hacia la superficie de la pieza de desgaste sigue el perfil de la pieza de desgaste, con lo que se evita sustancialmente el movimiento relativo entre la pieza de desgaste y el elemento de conexión. El elemento de conexión de metal o aleación se puede unir fácilmente a un cuerpo de herramienta, por ejemplo, mediante soldadura fuerte o similar. La pieza de desgaste puede comprender un material que no se puede soldar fácilmente, por ejemplo, un material cerámico o un cermet o un material superduro o un compuesto de dichos materiales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Unión de una parte de desgaste superdura para un componente de herramienta

La presente invención se refiere en general a un componente de herramienta que comprende una parte de desgaste cubierta al menos en parte por un miembro de conexión, comprendiendo la parte de desgaste un material superduro, o un material de cerámica, o un material cermet, o un composite de un material de cerámica y un material superduro o un composite de un material cermet y un material superduro, y comprendiendo el miembro de conexión un metal o una aleación. La invención también refiere a un procedimiento de aseguramiento de una tal parte de desgaste a un tal miembro de conexión. El componente de herramienta puede, en determinados ejemplos, utilizarse dentro de un cuerpo de herramienta, siendo el miembro de conexión utilizado como miembro intermedio para unir la parte de desgaste al cuerpo de herramienta. La invención también se refiere en general a un componente de herramienta segmentado que comprende dos o más componentes de herramienta del tipo descrito anteriormente asegurados entre sí por sus respectivos miembros de conexión.

Una parte de desgaste proporciona típicamente la porción de trabajo de una herramienta; es esa parte de la herramienta que está generalmente expuesta en funcionamiento a la acción abrasiva.

Tal como se utiliza en la presente memoria, un material “cerámico” es un sólido inorgánico de carácter no metálico, aunque puede incluir elementos metálicos, particularmente en forma de compuestos. Los ejemplos no exhaustivos de materiales cerámicos son el carburo de silicio, el nitruro de silicio, el carburo de titanio, el óxido de aluminio, el óxido de circonio, el carburo de tántalo, la alúmina y el nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN).

Un cermet es un material de composite compuesto de materiales cerámicos y metálicos.

Como ejemplos de materiales superduros, pueden mencionarse el diamante, los materiales de composite de diamante cerámico que comprenden SiC y diamante y denominados en lo sucesivo material SCD, incluidos el SCD de baja presión y el SCD de alta presión conocidos como Syndax™, el nitruro de boro cúbico (cBN), el diamante policristalino (PCD) y el material de nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN). Los documentos US 6,447,852 y US 6,709,747 divulgan un tipo de material de composite SCD que comprende SiC y diamante y un procedimiento para fabricar el mismo. Las aplicaciones del material SCD son tan diversas como la gestión térmica de dispositivos electrónicos, y aplicaciones de desgaste tales como boquillas para fluidos, por ejemplo, chorros de agua, insertos para brocas de perforación de rocas, sellos mecánicos y cojinetes.

Los materiales superduros, cerámicos, cermets y composites de estos, que forman la parte de desgaste de la presente invención, son materiales duros y resistentes al desgaste y, en consecuencia, son difíciles de mecanizar o procesar/acabar con precisión y con tolerancias estrechas, y/o con un acabado superficial pulido. De hecho, estos materiales duros y resistentes al desgaste pueden fabricarse de manera frecuente con un tamaño y una forma casi netos, de modo que no se requieren operaciones de acabado por mecanizado. Los materiales también son típicamente difíciles de humedecer, típicamente difíciles de soldar, y también pueden ser quebradizos. Estas propiedades hacen que la inclusión de estos materiales en componentes de herramienta sea difícil y costosa. Las dificultades de mecanizado y/o acabado hacen que sea difícil y costoso fabricar partes hechas de estos materiales duros para que se ajusten en cuerpos de herramienta existentes donde las especificaciones de tolerancia son muy precisas. Las dificultades de humectación dificultan la soldadura fuerte, la soldadura o la soldadura blanda, y la naturaleza quebradiza de algunos de los materiales hace que el ajuste por contracción sea inadecuado. Además, cuando los materiales son térmicamente inestables, esto también descarta técnicas de unión a altas temperaturas, tales como la soldadura.

En uso, las partes de desgaste se incluyen típicamente como insertos dentro de herramientas. Como ejemplos de herramientas en las cuales pueden incluirse partes de desgaste, se pueden mencionar herramientas de corte o perforación, cojinetes, boquillas y similares. La parte de la herramienta a la cual se asegura la parte de desgaste puede comprender típicamente, por ejemplo, un metal o una aleación o un material polimérico. Cuando la parte de desgaste comprende un material de cerámica, un cermet, un material superduro, un composite de una cerámica y un material superduro, o un composite de cermet y material superduro, el aseguramiento de esa parte de desgaste a otra parte la cual comprende un material distinto del material de la parte de desgaste no es sencilla. Los materiales cerámicos, los cermets, los materiales superduros, y los composites de materiales superduros y cerámicos, por ejemplo, el material SCD antes mencionado, tienen poca humectabilidad y no pueden unirse fácilmente a metales o aleaciones mediante técnicas tales como la soldadura, la soldadura fuerte, o la soldadura blanda. Además, las cerámicas, los cermets, el material superduro y composites de este son frecuentemente quebradizos, lo que hace indeseable el uso de un ajuste por contracción dentro de otro miembro, ya que un tal ajuste por contracción podría causar la fractura de la cerámica o del material superduro o del composite de este. Aunque los adhesivos pueden utilizarse para unir cerámicas, cermets, materiales superduros y composites de estos a temperaturas moderadas, a altas temperaturas, por ejemplo, a 250 °C, 300 °C, 350 °C, o incluso 400 °C, tales como las que se experimentan durante muchas operaciones de herramienta, la mayoría de las uniones adhesivas se romperán.

El documento WO2009/010934 describe un procedimiento para unir una parte de composite SCD (diamante cementado con carburo de silicio) a una herramienta de carburo de tungsteno, comprendiendo el procedimiento tratar primero la parte SCD con ácidos para hacer más áspera la superficie de unión y para eliminar cualquier grafito presente en la superficie de unión, aplicando después una capa de carburo de titanio, una capa metálica de tungsteno posterior y luego una capa de plata resistente a la oxidación, y soldando la capa de plata a la herramienta de carburo de tungsteno utilizando una aleación de soldadura convencional asegurando así la parte SCD en la herramienta de carburo de tungsteno.

El documento US 7673785 (Sandvik) describe un pico de corte utilizado en maquinaria para excavación mecánica de rocas que comprende una punta de corte hecha de composite de carburo de silicio y diamante (denominado SiC-D en el documento US 7673785), y un soporte de punta de corte o cuerpo de pico que comprende un metal que tiene un coeficiente de expansión térmica mayor que el de la punta de corte de SiC-D. La base de la punta de corte de SiC-D puede estar galvanizada con un recubrimiento de cobre, y se incluye una soldadura blanda o soldadura fuerte entre el recubrimiento de cobre y el cuerpo de pico metálico. La parte se calienta para efectuar la soldadura fuerte, o fundir la soldadura blanda, y el cuerpo de pico metálico emplea la diferencia de expansión térmica entre este y la punta de corte de SiC-D para ejercer presión para fijar la punta de corte al cuerpo de pico.

La publicación de solicitud de patente japonesa número 2010023146 se dirige a una herramienta de carburo cementado en la cual una viruta de carburo cementado se ajusta por contracción a un miembro de retención cilíndrico hecho de acero. Se forman partes de recesión/proyección en la parte periférica exterior de la viruta de carburo cementado y algunas partes del miembro de retención se deforman plásticamente y acoplan con las partes de recesión/proyección.

La publicación de patente japonesa número 56062735 está dirigida a la fabricación de una herramienta a través de procesamiento en frío para unir el miembro de borde de corte y el cuerpo de base.

El documento US 4794894 está dirigido a una varilla de pivote con punta de cerámica y divulga un componente de herramienta que incluye una parte de desgaste que está recubierta al menos en parte por un miembro de conexión, teniendo la parte de desgaste una dureza de al menos 15 GPa, y el miembro de conexión comprende un metal o aleación, teniendo el miembro de conexión una dureza menor que 15 GPa, estando el miembro de conexión en forma de una lámina o siendo una parte cilíndrica, y proporcionando el miembro de conexión una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste; habiendo sido al menos una parte del miembro de conexión presionada contra al menos una parte de la superficie de la parte de desgaste de tal manera que una superficie del miembro de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte de desgaste siga el perfil de la dicha parte de la superficie de la parte de desgaste contra la cual se ha presionado, por lo tanto, las superficies de la parte de desgaste y el miembro de conexión son conformadas de manera cooperativa de tal manera que el movimiento relativo entre las dos partes se evite sustancialmente al menos durante el funcionamiento del componente de herramienta; y en el que no sólo la superficie del miembro de conexión que se enfrenta a la parte de desgaste sigue el perfil de la parte de desgaste, sino también la superficie opuesta del miembro de conexión. La parte de desgaste se divulga como formada por material de cerámica.

Sumario de la invención

La invención se define mediante las reivindicaciones 1 a 11 adjuntas.

Breve descripción

Se proporciona un componente de herramienta que comprende una parte de desgaste que está recubierta al menos en parte por un miembro de conexión, teniendo la parte de desgaste una dureza de al menos 15 GPa, y estando el miembro de conexión hecho a partir de un metal o aleación, que tiene una dureza menor que 15 GPa, estando el miembro de conexión en forma de una lámina o siendo una parte cilíndrica y proporcionando el miembro de conexión una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste, habiendo sido al menos una parte del miembro de conexión presionada contra al menos una parte de la superficie de la parte de desgaste de tal manera que una superficie del miembro de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte de desgaste siga el perfil de la dicha parte de la superficie de la parte de desgaste contra la cual ha sido presionada, por lo tanto las superficies de la parte de desgaste y el miembro de conexión están conformadas de manera cooperativa de tal manera que el movimiento relativo entre las dos partes se evite sustancialmente al menos durante el funcionamiento del componente de herramienta; y en el que no sólo la superficie del miembro de conexión que se enfrenta la parte de desgaste sigue el perfil de la parte de desgaste pero también la superficie opuesta del miembro de conexión. La relación entre el espesor del miembro de conexión y el espesor de la parte de desgaste subyacente medido en cualquier punto será como máximo 1:10; en el que la parte de desgaste es sustancialmente cilindrica, comprendiendo la parte de desgaste una superficie que incluye una o más depresiones en la misma, comprendiendo la una o más depresiones una o más ranuras anulares que se extienden alrededor de la parte de desgaste sustancialmente cilíndrica; en el que al menos parte del miembro de conexión ha sido presionado contra al menos una parte de la superficie de la parte de desgaste que incluye la una o más depresiones en la misma; y en el que la parte de desgaste comprende un material de cerámica, un material cermet, o un material superduro o un composite de un material de cerámica y un material superduro, o un cermet y un material superduro.

El miembro de conexión proporciona una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste. El miembro de conexión está en forma de una lámina, por ejemplo, una lámina envuelta, o en la forma de una parte cilíndrica. Cuando el miembro de conexión está en forma de una parte cilíndrica, ese cilindro puede ser, por ejemplo, una parte cilíndrica hueca abierta en ambos extremos, o cerrada en un extremo. Típicamente, el miembro de conexión puede envolver o rodear al menos una parte de la parte de desgaste. El miembro de conexión puede formar una vaina alrededor de al menos una parte de la parte de desgaste.

El miembro de conexión el cual proporciona una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste puede ser sustancialmente uniforme en espesor a lo largo de su extensión, o puede variar en espesor a lo largo de su extensión.

El miembro de conexión proporciona una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste, y la relación entre el espesor del miembro de conexión y el espesor de la parte de desgaste subyacente medido en cualquier punto es como máximo de 1:10. Mediante esta terminología se quiere decir que en una vista en sección transversal tomada a través de la parte de desgaste y el miembro de conexión superpuesto en cualquier punto sobre el miembro de conexión, trazando una línea perpendicular al miembro de conexión (o a una tangente al miembro de conexión si es curva) la relación entre el espesor del miembro de conexión y el espesor de la parte de desgaste medido a lo largo de esa línea es como máximo de 1:10. El espesor del miembro de conexión es más delgado con respecto al de la parte de desgaste. Por ejemplo, la antes mencionada relación entre el miembro de conexión y el espesor de la parte de desgaste puede ser como máximo de 1:15, o como máximo de 1:20, o como máximo de 1:40. Cuando la parte de desgaste es una parte hueca, por ejemplo, un anillo, el espesor de la parte de desgaste es el espesor de la pared del anillo a partir de su periferia exterior hasta su periferia interior. Cuando la parte de desgaste es sólida, por ejemplo, un cilindro sólido que puede estar encerrado, por ejemplo, por un miembro de conexión cilíndrico, el espesor de la parte de desgaste es el diámetro del cilindro. Cuando la parte de desgaste es sustancialmente sólida, por ejemplo, como en una boquilla cilíndrica en la que el paso a través de la boquilla es muy pequeño en comparación con el espesor de las paredes de la boquilla, entonces el espesor de la parte de desgaste puede considerarse el diámetro total de la boquilla.

La parte de desgaste comprende una superficie que incluye una o más depresiones en la misma, y al menos parte del miembro de conexión ha sido presionado contra al menos parte de la superficie de la parte de desgaste que incluye las depresiones. Generalmente, el miembro de conexión se presiona en contacto directo con la parte de desgaste. También es posible que exista una capa intermedia entre el miembro de conexión y la parte de desgaste.

En el componente de herramienta, al menos parte del miembro de conexión ha sido presionado contra al menos parte de la superficie de la parte de desgaste que incluye las depresiones. El prensado puede lograrse mediante una fuerza de prensado externa, o mediante una fuerza de estirado interna. Se pueden mencionar diversos procedimientos adecuados para presionar el miembro de conexión contra la parte de desgaste. Estos incluyen el prensado isostático, la embutición profunda mecánica en un molde flexible, el hilado de metales, o el ajuste por contracción. En general, los procedimientos de ajuste por contracción los cuales se logran usualmente calentando o enfriando un componente antes del ensamblaje y dejándolo regresar a la temperatura ambiente después del ensamblaje aplican tensiones considerables al componente subyacente, pero tales tensiones se minimizan si se utiliza el ajuste por contracción en la presente disposición debido a la delgadez relativa del miembro de conexión con respecto a la parte de desgaste sobre la cual se presiona.

El espesor máximo del miembro de conexión puede ser de 6 mm en algunos ejemplos. En otros ejemplos puede ser incluso más delgado, por ejemplo, un espesor máximo de 4 mm, 2 mm, 1 mm, 0,8 mm, 0,5 mm o 0,3 mm. Para diversos ejemplos un espesor preferente es de aproximadamente 0,2 mm. En algunos ejemplos, el espesor mínimo del miembro de conexión es de 0,01 mm. Otros espesores mínimos pueden ser 0,03 mm, o 0,05 mm, o 0,1 mm.

La parte de desgaste contra la cual se presiona el miembro de conexión, en particular cuando el miembro de conexión tiene un espesor máximo de 0,8 mm o menos, puede tener, en algunos ejemplos, al menos 8 mm de espesor o al menos 9 mm de espesor, o, en algunos ejemplos, al menos 15 mm de espesor.

En el componente de herramienta, al menos una parte del miembro de conexión se ha presionado contra al menos una parte de la superficie de la parte de desgaste que incluye las depresiones, de tal manera que una superficie del miembro de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte de desgaste sigue la forma del perfil de la dicha parte de la superficie de la parte de desgaste contra la cual se ha presionado. No sólo la superficie del miembro de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte de desgaste, sino también la superficie opuesta del miembro de conexión sigue el perfil de la superficie de la parte de desgaste como resultado de la operación de prensado. Como ejemplo, cuando un miembro de conexión rodea una parte de desgaste en la que ambas superficies del miembro de conexión siguen el perfil exterior de la parte de desgaste, entonces la superficie exterior y la superficie interior del miembro de conexión seguirán la forma del perfil (incluyendo cualquier ranura o depresión) en la superficie exterior de la parte de desgaste. Del mismo modo, cuando el miembro de conexión está dentro de la parte de desgaste, sus superficies interior y exterior siguen el perfil (incluidas las ranuras o depresiones de la superficie interior de la parte de desgaste). También como ejemplos, para un procedimiento de prensado isostático, particularmente dada la delgadez relativa o absoluta del miembro de conexión, ambas superficies del miembro de conexión seguirán típicamente el perfil de la parte de desgaste después del procedimiento de prensado. Lo mismo se aplica típicamente en un procedimiento de hilado o embutición profunda. En algunos ejemplos, el miembro de conexión tiene un espesor sustancialmente uniforme sobre esa parte de la parte de desgaste con los salientes y/o depresiones en ellos, con ambas superficies interior y exterior del miembro de conexión siguiendo el perfil de la parte de desgaste.

En algunos ejemplos, la parte de desgaste puede tener una dureza de al menos 20 GPa, o al menos 25 GPa.

El término componente de herramienta, tal y como se utiliza en la presente memoria descriptiva, se refiere a un componente que en funcionamiento se utilizará adyacente a al menos otra parte de una herramienta. Por ejemplo, el componente de herramienta de la presente invención puede fijarse dentro, alrededor, o a un lado del cuerpo de herramienta. El miembro de conexión del componente de herramienta de la invención sirve como un miembro intermedio para unir la parte de desgaste (la cual comprende un material que como se describió anteriormente es típicamente muy difícil de unir a otros materiales tales como metales, aleaciones, carburos, polímeros y similares) a un cuerpo de herramienta (el cual típicamente comprende uno o más de esos materiales). El componente de herramienta de la invención puede fijarse dentro de otro cuerpo, alrededor de otro cuerpo o a un lado de otro cuerpo, por ejemplo.

Cuando se dice que las superficies de la parte de desgaste y del miembro de conexión están conformadas de manera cooperativa sustancialmente para evitar el movimiento relativo entre las dos partes durante el funcionamiento de la parte de desgaste, se quiere decir que están conformadas de modo que se evite sustancialmente cualquier movimiento que pudiera evitar el funcionamiento correcto de la parte de desgaste en uso, y/o que pudiera dañar la parte de desgaste o el cuerpo de herramienta.

Las partes conformadas cooperantes pueden no ejercer ninguna fuerza entre sí o ejercer una fuerza pequeña. No existe una fuerza significativa entre las partes, como sería el caso en un ejemplo típico de ajuste por contracción en el cual el espesor de un miembro de ajuste por contracción es un porcentaje considerable de la parte sobre la cual se va a encoger. En las aplicaciones de ajuste por contracción, una parte (una parte exterior) se fabrica típicamente para que tenga un diámetro interior (u otra dimensión si no es circular en sección transversal) que sea más pequeño que el diámetro exterior de otra partea (interior). A continuación, se calienta la parte exterior para que se expanda, y ahora tiene un diámetro interior mayor que el diámetro exterior de la parte interior, se posiciona sobre la parte interior y se deja enfriar y volver a sus dimensiones anteriores. Entonces existe un ajuste de interferencia entre las dos partes, dependiendo la magnitud de ese ajuste de interferencia de la diferencia en las dimensiones de las dos partes. En determinados ejemplos de la invención en los que el componente de herramienta se fija en un cuerpo de herramienta, no existe ajuste de interferencia entre el componente de herramienta y el cuerpo de herramienta. Típicamente existirá una holgura entre el componente de herramienta y el cuerpo de herramienta, por ejemplo, una holgura de hasta 0,5 mm, por ejemplo, de hasta 0,4 mm o de hasta 0,3 mm.

Como se ha indicado, la parte de desgaste del componente de herramienta de la presente invención comprende un material superduro, o un material de cerámica, o un cermet, o un composite de un material de cerámica y un material superduro o un composite de un cermet y un material superduro. En algunos ejemplos, un composite cerámico/superduro preferente es el material SCD antes mencionado que comprende diamante en una matriz de carburo de silicio.

El material SCD, al igual que muchos materiales cerámicos y superduros, no sólo es duro y difícil de mecanizar, sino que también es difícil de unir. No se humedece fácilmente con aleaciones de soldadura fuerte incluso en condiciones de vacío. Se ha indicado, por ejemplo, en el documento US 7673785 que el material de composite de carburo de silicio y diamante es muy difícil de unir al acero mediante técnicas normales de soldadura fuerte y soldadura blanda, y que una explicación de esta dificultad es que el composite de carburo de silicio y diamante tiene un alto contenido de carbono el cual reduce significativamente la capacidad de soldadura fuerte para unirse al mismo. Además, generalmente es duro y quebradizo y, por lo tanto, no puede fijarse mecánicamente utilizando pernos, remaches o similares.

El material SCD y muchos otros materiales cerámicos y superduros también tienen una poca tenacidad a la fractura. Como tal, las técnicas que implican el ajuste por contracción alrededor del SCD (o materiales similares) no son adecuadas para la unión a SCD (o materiales frágiles similares). El SCD tiene una dureza de fractura por deformación plana de K<ic>de aproximadamente 4-6 MPa m1/2 El procedimiento de conexión descrito en la presente invención es particularmente adecuado para materiales que tienen una dureza de fractura por deformación plana de K<ic>menor que 13, o menor que 10, o menor que 8, o menor que 6 MPa m1/2 Los componentes de herramienta de la invención pueden tener una parte de desgaste que tiene una dureza de fractura por deformación plana de Kic menor que 13, o menor que 10, o menor que 8, o menor que 6 M Pam 1/2.

El material SCD puede fabricarse mediante un procedimiento que implica proporcionar una mezcla de partículas de diamante, generar un cuerpo verde mezclando las partículas con un aglutinante adecuado y prensando, quemar el aglutinante para formar un cuerpo marrón y, a continuación, infiltrar con silicio y sinterizar por reacción para formar carburo de silicio in situ. La silicona se posiciona típicamente adyacente al cuerpo marrón para la infiltración de silicio.

El miembro de conexión comprende un metal o una aleación. Como ejemplos de metales y aleaciones adecuados pueden mencionarse el carburo cementado, el cobre, el hierro, el níquel, el molibdeno, o aleaciones, incluidos los aceros.

Las dos partes del componente de herramienta de la presente invención son la parte de desgaste y el miembro de conexión. Éstas pueden estar situadas unas con respecto a la otra de diversas maneras. Por ejemplo, el miembro de conexión puede rodear al menos parte de la parte de desgaste, o puede estar en una superficie interior de la parte de desgaste, o a un lado de la parte de desgaste, o cualquier combinación de estas posibilidades.

La parte de desgaste y el miembro de conexión tienen una forma cooperante que evita sustancialmente el movimiento relativo entre las dos partes, al menos durante el funcionamiento de la parte de desgaste y, opcionalmente, también cuando no está en funcionamiento, es decir, en todo momento. Para este propósito, las dos partes tienen formaciones cooperantes en sus superficies, es decir, depresiones y/o salientes sobresalientes en sus superficies. Por ejemplo, las partes pueden tener depresiones con forma cooperante, hoyuelos o boquillas roscadas, ranuras, crestas, depresiones o crestas en forma de cruz, una o más ranuras en ángulo, es decir, ranuras en ángulo con respecto a la dirección circunferencial, proyecciones o ranuras helicoidales del tipo rosca de tornillo, o similares. Tales formaciones que se extienden a partir de las superficies pueden ser de forma convexa o cóncava, o una combinación de estas. La cooperación de dichas superficies conformadas es para estos ejemplos el medio por el cual se evita sustancialmente el movimiento relativo entre la dicha pieza de desgaste y dicho miembro de conexión, al menos durante el funcionamiento o uso de la parte de desgaste. Las formaciones pueden tener cualquier altura/profundidad adecuada, y cualquier ancho adecuado, por ejemplo, cada una o cualquiera de estas dimensiones puede ser de al menos 0,05 mm o al menos 0,1 mm, o al menos 0,15 mm, o al menos 0,2 mm, o al menos 0,3 mm, o al menos 0,4 mm, o al menos 0,5 mm, o al menos 0,75 mm, o al menos 1 mm, o al menos 1,25 mm, o al menos 1,5 mm, o al menos 1,75 mm, o al menos 2 mm.

Además de las depresiones cooperantes en la parte de desgaste y el miembro de conexión las cuales sirven para evitar el movimiento relativo entre esas partes, la forma general de la parte de desgaste y el miembro de conexión también puede estar conformada de manera cooperativa, por ejemplo, con bridas de tope, por ejemplo bridas escalonadas, sustancialmente para evitar el movimiento de una parte con respecto a la otra en al menos una dirección, siendo el movimiento relativo entre las dos partes en una dirección opuesta en algunos ejemplos sustancialmente evitado durante el funcionamiento por una fuerza que actúa sobre una o ambas de la parte de desgaste y el miembro de conexión durante el funcionamiento de la parte de desgaste, por ejemplo el fluido que fluye a través de una boquilla.

También se puede utilizar cualquier combinación de las formas cooperantes antes mencionadas.

El miembro de conexión proporciona una capa sobre una parte de una superficie de la parte de desgaste. Cuando tiene forma de lámina, puede ser una lámina envuelta. Puede ser en forma de una forma general de copa con una base y lados, esa copa puede tener cualquier forma de base formada, y la base puede o no tener una abertura a través de ella. Puede ser en forma de cilindro con una brida que se extiende hacia el exterior a partir de un extremo de este a la manera de un “sombrero de copa”. Todos estos son ejemplos de configuraciones y también son considerados otros, siempre que el miembro de conexión proporcione una capa de espesor adecuado sobre la parte de la parte de desgaste la cual lleva depresiones en forma de ranuras en la misma y siempre que el miembro de conexión tenga forma de lámina o sea una parte cilíndrica. Cuando se dice que los miembros de conexión recubren al menos parte de una superficie de la parte de desgaste, este recubrimiento puede estar en una superficie interior o exterior o ser un recubrimiento lateral de la parte, o una combinación de estos.

La parte de desgaste puede ser sólida o abierta en sección transversal.

Como se ha indicado anteriormente, la parte de desgaste es sustancialmente cilíndrica. Las superficies conformadas cooperantes de la parte de desgaste y del miembro de conexión pueden ser una o más ranuras anulares que se extienden alrededor de la circunferencia de la parte de desgaste cilíndrica y del miembro de conexión conformado de manera cooperativa. El miembro de conexión puede ser sustancialmente en forma de copa, la base de la copa se asienta contra la base de la parte de desgaste, y los lados de la copa se extiende al menos en parte hacia arriba de la parte de desgaste, y recubren las dichas ranuras anulares en la parte de desgaste. La base de la parte de desgaste y la base del miembro de conexión en forma de copa de recubrimiento pueden incluir también, o en su lugar, formaciones cooperantes, por ejemplo, depresiones o salientes o similares que cooperan sustancialmente para evitar la rotación relativa entre la parte de desgaste y el miembro de conexión de recubrimiento.

El miembro de conexión puede formarse adyacente a la parte de desgaste de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, el miembro de conexión, por ejemplo, un miembro de conexión de acero puede ser estirado en frío o laminado en forma de copa. Por ejemplo, la copa puede tener un espesor de pared mínimo de 0,01 mm, o 0,03 mm, o 0,05 mm, o 0,1 mm y un espesor de pared máximo de 6, 5, 4, 3, 2, 1 mm, o 0,5 mm o 0,3 mm. A modo de ejemplo, una copa de acero estirado puede tener un espesor de aproximadamente 0,2 mm. Estos espesores mínimo y máximo también se aplican a otros ejemplos de otras formas de miembros de conexión. El miembro de conexión de la copa de acero puede entonces prensarse, por ejemplo, isostáticamente, por ejemplo, CIPed (prensado isostático en frío) o HIPed (prensado isostático en caliente) contra la parte de desgaste de modo que siga el perfil de esa parte. Esta parte de desgaste puede ser adecuada, por ejemplo, como pico mecánico. Cuando está formado de este modo, el miembro de conexión prensado isostáticamente se mueve hacia la parte de desgaste para seguir el perfil de al menos parte de su superficie. Tanto la superficie interior como la exterior se deforman mediante el procedimiento de CIPing o HIPing para seguir la forma del perfil de la parte de desgaste. El procedimiento de prensado isostático pone la parte de desgaste bajo cierta compresión, de modo que se evita sustancialmente cualquier posibilidad de fractura o agrietamiento o similar. Aunque el procedimiento de prensado isostático somete a compresión la parte de desgaste, esto es mucho menor que las fuerzas que se aplicarían en el caso de un procedimiento de ajuste por contracción estándar sobre la parte de desgaste, especialmente cuando, como es típico para el ajuste por contracción, se utilizan partes retráctiles relativamente gruesas. La compresión sobre la parte de desgaste resultante del prensado isostático, y también de cualquier soldadura posterior o similar, del miembro de conexión a un cuerpo de herramienta puede ser ventajosa para materiales los cuales tienen una resistencia a la compresión mayor que la resistencia a la tracción. El material SCD es un ejemplo de material que tiene típicamente una mayor resistencia a la compresión que a la tracción. El miembro de conexión (típicamente una copa de acero) puede soldarse con soldadura fuerte o similar a un cuerpo de herramienta metálico adyacente. La soldadura fuerte puede tener un espesor adecuado para ocupar cualquier espacio entre la parte de desgaste y la parte metálica adyacente. Por lo tanto, de nuevo, la presente invención proporciona ventajas sobre los procedimientos de fijación de la técnica anterior, tales como el ajuste por contracción estándar, ya que la variación en el espesor de aleación de soldadura fuerte permite una tolerancia dimensional en las dimensiones de la parte de desgaste. La variación en el espesor de aleación de soldadura fuerte también proporciona una tolerancia relajada para adaptarse a las irregularidades o rugosidades de superficie de la parte de desgaste. Esto significa ventajosamente que el mecanizado de partes fabricadas con superficies no uniformes o rugosas puede eliminarse, o al menos reducirse o minimizarse.

Una ventaja del ajuste con forma cooperante del miembro de conexión a la parte de desgaste es que asegura las dos partes juntas. Por lo tanto, permite que el miembro de conexión sea asegurado, o bloqueado mecánicamente, a una parte de desgaste que consiste en un material que de otro modo no puede ser fácilmente asegurado, por ejemplo, mediante soldadura, soldadura blanda, soldadura fuerte, ajuste reducido, o fijado mecánicamente por procedimientos tales como atornillado, remachado o similares. La cerámica y los materiales superduros y sus composites se ajustan en esta categoría de materiales que no se unen fácilmente a muchos otros materiales y los cuales, a veces, por ser frágiles, pueden no ser adecuados para fijaciones por contracción. El componente de herramienta de dos partes (parte de desgaste más miembro de conexión) puede entonces, mediante la elección apropiada del material para el miembro de conexión (por ejemplo, metal, aleación,) ser fácilmente unido dentro de otra parte tal como una parte de herramienta, ya que el miembro de conexión es en sí mismo fácilmente unible a la otra parte, por ejemplo, por soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda, si es apropiado, o puede ser fácilmente asegurado por medios mecánicos tales como atornillado, remachado o similares.

Por lo tanto, el miembro de conexión, al estar fijado mecánicamente a la parte de desgaste, sirve como miembro intermedio para asegurar la parte de desgaste dentro de un cuerpo de herramienta o similares que comprenda un material que sea típicamente diferente al de la parte de desgaste.

El miembro de conexión puede estar conformado para seguir el perfil de la parte de desgaste en al menos un 10 % o al menos un 20 % o al menos un 30 % o al menos un 50 % o al menos un 70 % o al menos un 80 % o al menos un 90 % o al menos un 95 % o al menos un 100 % de la superficie de la parte de desgaste.

También se proporciona una herramienta que comprende un componente de herramienta de acuerdo con la invención asegurado dentro de un cuerpo de herramienta. El miembro de conexión del componente de herramienta sirve para conectar la parte de desgaste del componente de herramienta con el cuerpo de herramienta. Como ejemplo, la herramienta de la invención puede ser una máquina que utiliza un pico, siendo la dicha parte de desgaste del componente de herramienta el pico resistente al desgaste, y siendo el cuerpo de herramienta en el cual se asegura el pico a través de un miembro de conexión metálico el cuerpo de pico. En este caso, el miembro de conexión y el cuerpo de pico están comprendidos cada uno por un metal o una aleación, y el miembro de conexión se fija al cuerpo de herramienta mediante soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda. Como otro ejemplo, la herramienta puede comprender un equipo de perforación o corte, por ejemplo, una broca de cono de rodillo, la parte de desgaste del inserto de acuerdo con la invención proporciona un cojinete dentro del equipo de perforación o corte y el miembro de conexión típicamente es un metal o aleación que puede unirse mediante soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda al equipo de perforación o corte, por ejemplo, a una superficie de la broca de cono de rodillo. Como otro ejemplo, la herramienta puede comprender una boquilla, el componente de herramienta de la invención que proporciona un inserto de boquilla, la parte de desgaste del inserto de acuerdo con la invención que proporciona el núcleo resistente al desgaste al inserto de boquilla el cual está expuesto al paso de fluido, y el miembro de conexión que proporciona un alojamiento para ese núcleo, cuyo alojamiento puede, por ejemplo, estar hecho de un material más fácilmente formado y/o mecanizado con tolerancias más estrictas que el material de la parte de desgaste.

En general, los componentes de herramientas de acuerdo con la invención pueden utilizarse como insertos de corte o perforación, cojinetes, insertos de boquilla, y en todo tipo de otras partes de desgaste.

Como se ha indicado, las partes de desgaste de los componentes de herramienta son partes de desgaste sustancialmente cilíndricas las cuales pueden incluir una parte de desgaste que puede tener la forma de un anillo anular. Como antes, esta parte de desgaste anular y el miembro de conexión pueden comprender formaciones cooperantes en sus superficies, por ejemplo, cada uno incluye una o más depresiones, hoyuelos sobresalientes, crestas de ranuras o similares, por ejemplo, una o más ranuras que se extienden longitudinalmente, por ejemplo en la superficie radialmente hacia afuera, o hacia adentro, de la parte de desgaste anular, estas ranuras que se extienden longitudinalmente se extienden en parte o todo el recorrido a lo largo de la longitud de la parte anular. Las ranuras que se extienden helicoidalmente (por ejemplo, como en un tornillo) también son posibles en este y otros ejemplos. Cuando la parte de desgaste tiene forma anular, el miembro de conexión puede ser igualmente anular. El miembro de conexión anular puede rodear la parte de desgaste anular. Como alternativa, la parte de desgaste anular puede rodear el miembro de conexión anular. Como otra opción, el miembro de conexión puede ser sólo parcialmente anular, es decir, extenderse sólo parcialmente alrededor o dentro de la parte de desgaste anular. Las partes de desgaste anulares pueden tener, por ejemplo, aplicaciones como cojinetes.

En cada uno de los ejemplos anteriores, el miembro de conexión anular puede comprender una o más bridas que se extienden sobre al menos parte de una o ambas superficies de extremo de la parte de desgaste anular. Tales bridas evitan sustancialmente el movimiento longitudinal de la parte de desgaste con respecto al miembro de conexión en la dirección de la brida. Un medio conveniente para incorporar una tal brida en un miembro de conexión sobre una parte de desgaste anular es formar un miembro de conexión en forma de copa sobre la parte de desgaste anular, por ejemplo, para formar una forma de copa metálica mediante estirado de metal, descansando la base de copa contra una cara de extremo de la parte de desgaste anular, y extendiéndose los lados de la copa al menos en parte, opcionalmente todo el recorrido hasta la superficie anular exterior curvada de la parte de desgaste, y luego perforar un orificio en la base de copa estirada para corresponder al “orificio” de la parte de desgaste anular. La parte restante de la base de copa proporciona una brida en una cara de extremo de la parte de desgaste anular, evitando así sustancialmente el movimiento longitudinal en esa dirección. Opcionalmente, se puede incorporar una segunda brida en la segunda cara de extremo de la parte de desgaste anular. Esto puede lograrse convenientemente formando un segundo miembro de conexión en forma de copa sobre la parte de desgaste anular recubierta por el primer miembro de conexión en forma de copa; la base de la segunda copa se posiciona adyacente a la cara de extremo descubierta de la parte de desgaste anular, y los lados de la copa se extienden sobre los lados del primer miembro de conexión en forma de copa. Como antes, la copa puede formarse convenientemente mediante una técnica de estirado de metal. Por lo tanto, esta segunda copa proporciona una segunda brida en la cara de extremo opuesta de la parte de desgaste anular, y se evita sustancialmente el movimiento longitudinal entre las partes en ambas direcciones longitudinales. En una dirección, el movimiento se evita sustancialmente mediante la brida del primer miembro de conexión, y en la dirección opuesta, el movimiento relativo se evita sustancialmente mediante la brida del segundo miembro de conexión.

(i) Las bridas del miembro de conexión que se extienden sobre las caras de extremo planas de las partes de desgaste anulares y/o (ii) las caras de extremo de las partes de desgaste anulares pueden estar conformadas de manera cooperativa sustancialmente para evitar el movimiento relativo entre ellas durante el funcionamiento, por ejemplo, conteniendo rebajes cooperantes, hoyuelos sobresalientes, ranuras, crestas o similares. Tales bridas conformadas de manera cooperativa del miembro de conexión y las caras de extremo de la parte de desgaste anular pueden ser además de, o en vez de partes conformadas de manera cooperativa en

las superficies curvadas de la parte de desgaste anular y el miembro de conexión anular o parte de este último.

En algunos ejemplos, el componente de herramienta proporciona un inserto de boquilla, la parte de desgaste proporciona un componente de núcleo (central) adyacente al agujero de fluido, la superficie exterior de ese componente de núcleo está proporcionada con una o más depresiones, y el miembro de conexión que comprende un metal o aleación que puede ser de metal estirado sobre la parte de desgaste o prensado isostáticamente para seguir formaciones (salientes o depresiones) en el mismo. El miembro de conexión puede entonces ser soldado o similar a un alojamiento de metal en forma de que corresponde al del núcleo de la boquilla de parte de desgaste. La parte de desgaste es sustancialmente en forma cilíndrica y en este ejemplo tiene una brida anular que se extiende radialmente hacia afuera de la misma, siendo la brida adyacente al extremo de entrada de la boquilla. El alojamiento tiene la forma correspondiente para cooperar con la forma del núcleo. En estos casos las depresiones y salientes coincidentes formados por el metal que estira el miembro de conexión en el núcleo de parte de desgaste además del extremo de brida del núcleo contra el alojamiento, en combinación con el flujo fluido actúan sustancialmente para evitar el movimiento longitudinal relativo entre el núcleo de boquilla de parte de desgaste y el miembro de conexión.

También se proporciona un procedimiento para fabricar un componente de herramienta uniendo (i) una parte de desgaste que tiene una dureza de al menos 15 GPa a (ii) un miembro de conexión que comprende un metal o aleación que tiene una dureza menor que 15 GPa y que tiene forma de una lámina o que es una parte cilíndrica; la unión se lleva a cabo presionando el miembro de conexión metálico contra la parte de desgaste de modo que el miembro de conexión proporcione una capa sobre al menos una parte de la parte de desgaste de tal manera que una superficie del miembro de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte de desgaste siga el perfil de dicha parte de la superficie de la parte de desgaste contra la cual se ha presionado, por lo tanto, las superficies de la parte de desgaste y del miembro de conexión tengan una forma cooperante de tal manera que se evite sustancialmente el movimiento relativo entre las dos partes al menos durante el funcionamiento del componente de herramienta; y en el que no sólo la superficie del miembro de conexión que se enfrenta a la parte de desgaste sigue el perfil de la parte de desgaste sino también la superficie opuesta del miembro de conexión. La relación entre el espesor del miembro de conexión y el espesor de la parte de desgaste subyacente medido en cualquier punto será como máximo 1:10; en el que la parte de desgaste es sustancialmente cilíndrica, comprendiendo la parte de desgaste una superficie que incluye una o más depresiones en la misma, comprendiendo la una o más depresiones una o más ranuras anulares que se extienden alrededor de la parte de desgaste sustancialmente cilíndrica y en el que al menos parte del miembro de conexión que ha sido presionado contra al menos parte de la superficie de la parte de desgaste que incluye la una o más depresiones en la misma; y en el que la parte de desgaste comprende un material de cerámica, un material cermet, o un composite de un material de cerámica y un material superduro, o un cermet y un material superduro.

En la formación de formaciones cooperantes tales como depresiones a partir de las superficies de la parte de desgaste y del miembro de conexión, las ranuras pueden ser mecanizadas en verde en la parte, por ejemplo, para algunas partes SCD a la vez que esa parte está en estado verde, antes de la combustión y sinterización del aglutinante. Otros procedimientos posibles para los materiales SCD u otros materiales incluyen el esmerilado, el corte EDM, el corte general y similares.

El material del miembro de conexión comprende un metal o aleación y puede elegirse generalmente para ser un metal o aleación fácilmente adherible, por ejemplo, material que puede ser soldado, soldado fuerte o soldado blando, y el procedimiento puede comprender unir, por ejemplo, mediante soldadura, soldadura fuerte o soldadura blanda, soldadura por fricción o unión ultrasónica del miembro de conexión a un cuerpo de herramienta. De manera alternativa, el procedimiento puede implicar unir mecánicamente el miembro de conexión al cuerpo de herramienta, por ejemplo, mediante atornillado, remachado o similares. El miembro de conexión puede estar proporcionado con bridas las cuales pueden utilizarse para el aseguramiento mecánico.

El material del miembro de conexión puede ser un material que sea más dúctil que el material de la parte de desgaste.

También se proporciona un componente de herramienta dispuesto en segmentos, comprendiendo cada segmento una parte de desgaste y un miembro de conexión dispuestos uno con respecto al otro de la manera definida anteriormente, y estando los miembros de conexión de segmentos adyacentes asegurados entre sí, asegurando así dichas partes de desgaste de segmentos adyacentes entre sí.

El procedimiento de fabricación de un componente de herramienta comprende además la fabricación de un componente de herramienta el cual está segmentado, comprendiendo cada segmento una parte de desgaste y un miembro de conexión dispuestos uno con respecto al otro de la manera definida anteriormente, comprendiendo además el procedimiento asegurar entre sí los miembros de conexión de segmentos adyacentes (por ejemplo, mediante soldadura fuerte, soldadura blanda, soldadura, medios mecánicos tales como atornillado, remachado o similares), asegurando así entre sí dichas partes de desgaste de segmentos adyacentes.

El componente de herramienta segmentado puede ser una boquilla en la cual los segmentos están dispuestos de extremo a extremo a lo largo del eje de la boquilla, o dispuestos de lado a lado alrededor del eje de la boquilla. Los ejemplos mencionados anteriormente permiten extender una parte de desgaste, que se construye en segmentos. Esto puede permitir ventajosamente la fabricación de partes de desgaste de gran tamaño y/o con diseños específicos.

Ejemplos

Las realizaciones de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista lateral, parcialmente en sección de un componente de herramienta de acuerdo con la invención, siendo el componente de herramienta un pico (una parte de desgaste) en combinación con una capa de conexión, y estando el componente de herramienta insertado dentro de un cuerpo de pico, estando la parte de desgaste del componente de herramienta asegurada al cuerpo de herramienta por medio del miembro de conexión del componente de herramienta con una capa de soldadura fuerte;

La Figura 2a es una vista en perspectiva del pico que se muestra en la Figura 1;

La Figura 2b es una vista en perspectiva o el componente de herramienta de la Figura 12b que muestra el interbloqueo mecánico del miembro de conexión con el pico;

La Figura 2c es una vista parcialmente seccionada del componente de herramienta de las Figuras 1 y 2b asegurado dentro de un cuerpo de herramienta por medio de una capa de soldadura fuerte;

La Figura 3 es una vista parcialmente seccionada que muestra un ejemplo alternativo de un pico;

La Figura 4a es una vista en perspectiva de un cojinete y un miembro de conexión para el cojinete; La Figura 4b es una vista en perspectiva del cojinete y el miembro de conexión de la Figura 4a soldados a un segundo miembro anular opcional de metal o aleación (un miembro de montaje);

La Figura 4c es una vista en sección en planta del miembro de conexión de cojinete y del miembro exterior anular de acero de la Figura 4b;

La Figura 4d es una vista en sección transversal tomada a lo largo de A-A f de la Figura 4c;

Las Figuras 4e y 4f, 4g y 4h, 4i y 4j, 4k y 4l, 4m y 4n, 4o y 4p, 4q y 4r son para cada par de figuras, vista en planta y lateral respectivamente de posibles perfiles alternativos al que se muestra en las Figuras 4a a 4d como ejemplos para cojinetes, sellos mecánicos, picos y boquillas, etc.;

La Figura 5a es una vista en perspectiva de una versión interior-exterior del cojinete de las Figuras 4a a 4d; La Figura 5b muestra el cojinete de la Figura 5a en vista en sección en planta, con un segundo miembro anular opcional de metal o aleación (miembro de montaje) que se muestra a la derecha de la Figura;

La Figura 5c es una vista en sección transversal a través de la opción izquierda de la Figura 5b, sin el segundo miembro anular opcional de metal o aleación (miembro de montaje);

La Figura 5d es una vista en sección transversal a través de la opción derecha de la Figura 5b, con el segundo miembro anular opcional de metal o aleación (miembro de montaje) colocado;

La Figura 6 es una vista en sección lateral de dos cojinetes similares a los de las Figuras 4a-4d, uno de diámetro relativamente grande, y el otro de diámetro relativamente más pequeño;

La Figura 7 es una vista en sección lateral a través de dos cojinetes del tipo que se muestra en las Figuras 5a a 5d;

La Figura 8a es una vista de extremo de una pluralidad de partes de desgaste SCD en un cojinete de empuje montado en un anillo alrededor de una parte de alojamiento de metal;

La Figura 8b es una vista en sección tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 8a;

La Figura 8c es una vista en sección ampliada de la porción encerrada en un círculo de la Figura 8b;

La Figura 9 es una vista en sección lateral de un inserto de boquilla que se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o realización de la invención;

La Figura 10 es una vista en sección lateral de un inserto de boquilla de acuerdo con la invención;

La Figura 11 es una vista en sección transversal a través de una disposición de sello mecánico que muestra dos componentes de herramienta de acuerdo con la invención mantenidos dentro de soporte de herramienta respectivos y dispuestos para ser empujados uno contra otro; la Figura 11 se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o realización de la invención;

La Figura 12 es una vista en sección ampliada a través de la parte C encerrada en un círculo de la Figura 13; la Figura 12 se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o una realización de la invención;

Las Figuras 13a a 13c son vistas en perspectiva las cuales muestran etapas secuenciales en la unión de componentes de herramienta entre sí para hacer un componente de herramienta plano más grande segmentado; las Figuras 13a a 13c se incluyen únicamente con fines ilustrativos y no se consideran ejemplos o realizaciones de la invención;

La Figura 14a es una vista en sección a través de componentes de herramienta unidos entre sí para hacer una variedad de componentes de herramienta de boquilla segmentada y se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o realización de la invención;

La Figura 14b es una vista en sección a través de componentes de herramienta unidos entre sí para hacer una variedad de componentes de herramienta de boquilla segmentada; la Figura 14b se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o realización de la invención; y

La Figura 15 es una vista en perspectiva que muestra los medios de fijación de una herramienta de perforación cortante preparada para su ajuste en un vástago de taladro; la Figura 15 se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo o realización de la invención.

La Figura 1 muestra un componente de herramienta de acuerdo con la invención que comprende una parte de desgaste y un miembro de conexión. La parte de desgaste es un pico 2 SCD y el miembro de conexión es una copa 10 de acero. El pico 2 se mantiene a través de una copa 10 de acero de miembro de conexión dentro de un cuerpo 13 de pico metálico. La copa 10 de acero se asegura al cuerpo 13 de pico metálico mediante una aleación 15 de soldadura fuerte. El pico 2 SCD se asegura a la copa 10 de acero en virtud de sus formas cooperantes, como se describe con más detalle más adelante.

Las Figuras 2a y 2b muestran etapas secuenciales en la fabricación del componente de herramienta que comprende el pico 2 y la copa 10 de acero, y la Figura 2c muestra el procedimiento de aseguramiento del pico 2 dentro del cuerpo 13 de pico a través de la copa 10 de acero.

El pico 2 es generalmente cilindrico, con una punta 3 sustancialmente puntiaguda. Tiene una porción 6 de anclaje. La porción 6 de anclaje incluye dos ranuras 8 anulares, longitudinalmente espaciadas entre sí. El diámetro del pico 2 cilindrico es de aproximadamente 15 mm. El pico 2 comprende material SCD, que es un composite de diamante y carburo de silicio. El material SCD puede formarse en su estado verde en una forma generalmente cilíndrica (con punta 3 puntiaguda) y luego las ranuras 8 anulares pueden mecanizarse en el cuerpo SCD verde. Las ranuras pueden tener hasta 2 mm de profundidad. La parte ranurada puede entonces sinterizarse.

La Figura 2b muestra el pico 2 SCD de la Figura 2a con un miembro 10 de conexión posicionado alrededor del pico 2. El miembro 10 de conexión tiene la forma de una copa 10 de acero dulce de 0,2 mm de espesor que ha sido estirada sobre el pico 2 SCD de modo que la base de copa está en contacto con la base de la porción 6 de anclaje del pico 2, y los lados de la copa se extienden sobre los lados del pico 2 en parte hacia la punta 3 del pico 2. Los lados de la copa 10 han sido entonces CIPed (prensados isostáticamente en frío) en su lugar alrededor de la porción 6 de anclaje del pico 2, de modo que la “base” de la copa 10 está en contacto con la porción 6 de anclaje del pico 2, y los “ lados” de la copa 10 se extienden hacia arriba alrededor de los lados de la porción 6 de anclaje del pico 2, y se extienden longitudinalmente más allá de las ranuras 8 anulares en el pico 2. Los “ lados” de la copa 10 siguen el perfil del pico 2, formando ranuras 12 cooperantes adyacentes a las ranuras 8 en el pico 2. El espesor de la copa 10 de acero CIPed es de aproximadamente 0,2 mm en todos los puntos. No existe una unión química específica entre la copa 10 de acero CIPed y el pico 2 SCD, pero debido a los perfiles cooperantes del pico 2 y la copa 10 de acero CIPed, no hay movimiento relativo entre el pico 2 y la copa 10 de acero CIPed en una dirección longitudinal del pico 2 sustancialmente cilíndrico. En este ejemplo podría producirse una rotación relativa entre el pico 2 y la copa 10 de acero, pero se consideran diseños alternativos que podrían evitar tal rotación, si así se desea.

El procedimiento de CIPing o cualquier posible procedimiento alternativo de prensado isostático aplica ventajosamente una fuerza sustancial uniforme en todas las direcciones hacia el interior del pico 2 SCD. Dado que la copa 10 está fabricada a partir de acero dulce, se requiere una fuerza baja para realizar el CIP en su lugar y seguir el perfil del pico 2 SCD. Además, dado que la copa 10 está hecha a partir de acero dulce, es dúctil y, por lo tanto, no hay tensión residual en la copa 10, y poca o ninguna tensión residual en el pico 2.

La Figura 2c muestra el pico 2 y la copa 10 de acero de la Figura 2b aseguradas dentro del cuerpo 13 de pico metálico. La copa 10 CIPed que rodea el pico 2 SCD se ha asegurado al cuerpo 13 de pico metálico mediante soldadura fuerte de forma convencional. Una aleación 15 de soldadura se inserta entre el cuerpo 13 de pico y la copa 10 de acero de forma convencional y se muestra uniendo la copa 10 de acero al cuerpo 13 de pico. El inserto 15 de soldadura tiene típicamente un espesor aproximado de 0,1 mm. El inserto 15 de soldadura absorbe ventajosamente la energía, actuando como amortiguador, ya que la soldadura 15 es típicamente dúctil. Esto mejora ventajosamente la resistencia al impacto del pico 2 SCD asegurado. Además, la capa 15 de soldadura puede tener diferentes espesores para permitir alguna variación en las dimensiones del pico 2. Por ejemplo, el pico puede tener típicamente una tolerancia de diámetro dimensional de aproximadamente 0,2 mm, y esto puede adaptarse utilizando diferentes espesores de soldadura. La tolerancia dimensional de soldadura también facilita la unión a superficies no uniformes. Además, la soldadura somete al pico 2 SCD a cierta compresión (aunque no tan grande como sería el caso con un ajuste por contracción). Cierta compresión puede ser ventajosa, ya que los materiales SCD tienen típicamente mejor resistencia a la compresión que a la tracción, por lo que la ligera compresión significa que es menos probable que el componente SCD esté sometido a tensiones de tracción durante el funcionamiento.

Se llevaron a cabo pruebas de empuje (evaluación de la tensión por cizallamiento) para determinar la resistencia de fijación lograda utilizando la configuración que se ilustra en la Figura 2c, y se alcanzó un valor medio de tensión de cizallamiento (promediado sobre 6 muestras) de aproximadamente 240 MPa. Los valores reales de tensión de cizallamiento para cada una de las muestras medidas fueron 260, 172, 180, 252, 255 y 312 MPa. Este valor de 240 MPa es significativamente superior (más de tres veces superior) a la tensión de cizallamiento esperada por el experto en la técnica para la simple fijación adhesiva de un pico SCD en el cuerpo de herramienta.

La Figura 3 muestra un ejemplo alternativo de pico 2' de acuerdo con la invención. El pico 2' comprende material SCD como antes. Una copa 10' de acero CIPed rodea el pico 2', y el pico 2' y la copa 10' de acero cooperante tienen cada uno ranuras 8', 12' anulares cooperantes respectivamente. La copa 10' de miembro de conexión tiene bridas 11 que se extienden en su parte superior radialmente hacia fuera. Estas son para la conexión dentro de un cuerpo de pico (no se muestra). El pico 2' SCD y la copa 10' de acero también tienen una pluralidad de ranuras 19 cooperantes a lo largo de sus bases, que se extienden radialmente. Estas ranuras evitan sustancialmente la rotación relativa entre el pico 2' y la copa 10' de acero de miembro de conexión.

Otras variaciones de formaciones cooperantes en las superficies del pico 2 SCD y el miembro 10 de conexión que no sean las ranuras anulares que se muestran también están consideradas, incluyendo, pero no limitadas a ranuras longitudinales en parte o en toda la longitud del pico 2 SCD, ranuras en ángulo, crestas, hoyuelos, depresiones, orientaciones de rosca de tornillo y similares.

La disposición que se muestran en las Figuras 1-3 permite que un pico SCD, o un pico de carburo, los cuales se sabe que son difíciles de unir a otros materiales (por ejemplo a metales) por procedimientos convencionales (por ejemplo soldadura fuerte, soldadura blanda, soldadura por fricción, unión por ultrasonidos, o fijación por contracción) se sujeten de manera segura dentro de un cuerpo 13 de pico de metal o de carburo, a través de la copa 10 de acero de miembro de conexión, siendo copa 10 de acero de miembro de conexión: (a) asegurada mecánicamente, pero no unida superficialmente al pico 2 SCD por las ranuras 8 y 12 cooperantes, y (b) unida superficialmente al cuerpo 13 de pico por medio de soldadura 15 fuerte.

La Figura 4a muestra un cojinete 18 anular el cual contiene seis ranuras 20 que se extienden longitudinalmente en su superficie exterior curvada. El diámetro del anillo 18 anular es de aproximadamente 60 mm. Las ranuras 20 tienen una profundidad aproximada de 0,5 mm. El cojinete 18 anular está comprendido de material SCD. Rodeando al cojinete 18 SCD está un anillo 22 anular CIPed de acero, que contiene seis ranuras 24 correspondientes a las ranuras 20 en la parte 18 SCD. El anillo 22 de acero CIPed tiene un espesor aproximado de 0,2 mm. El anillo 22 de acero CIPed cubre toda la superficie exterior (tal como se define) del cojinete 18 anular SCD. Una brida se extiende a partir de la superficie anular curvada del anillo de acero CIPed, en parte sobre la cara de extremo oculta del anillo 18 SCD. La brida no es visible en la Figura 4a, pero es visible y está referenciada con 23 en las Figuras 4b y 4d las cuales se describen más adelante. La dicha brida se extiende a partir de todo el límite circunferencial entre la superficie curvada del anillo 18 y la dicha cara de extremo oculta del anillo 18 aproximadamente hasta la mitad hacia el límite circunferencial interior que define la superficie interior del anillo 18 anular.

El anillo 22 de acero con brida 23 puede fabricarse convenientemente estirando una copa de acero dulce sobre el anillo SCD, de modo que la base de copa esté adyacente a la cara de extremo plana del anillo 18 SCD que se oculta en la Figura 4a, y los lados de la copa se solapen con toda la superficie exterior curvada del anillo 18 anular, perforando una abertura circular en la copa estirada, y luego CIPing la copa en estrecho contacto con el anillo 18 de modo que siga el perfil de este.

Otras variaciones de formaciones cooperantes de las superficies del anillo 18 SCD y el recubrimiento 22 de acero distintas de las ranuras longitudinales que se muestran también están consideradas como se describe anteriormente, incluyendo, pero no limitado a ranuras longitudinales que se extienden sólo parcialmente a lo largo de la longitud (entre las caras de extremo planas) del anillo 18 SCD, ranuras en ángulo, crestas, depresiones de hoyuelos, orientaciones de rosca de tornillo y similares.

No existe una unión específica entre el anillo 22 de acero de miembro de conexión CIPed y el anillo 18 de cojinete SCD, pero debido a los perfiles cooperantes del anillo 18 de cojinete ranurado y el anillo 22 de acero de miembro de conexión CIPed, no hay movimiento relativo entre el cojinete 18 y el anillo 22 en dirección radial. El movimiento longitudinal del cojinete 18 con respecto al anillo 22 en la dirección de la brida 23 se evita sustancialmente mediante la brida 23.

La Figura 4b es una vista en sección en perspectiva que muestra la mitad del anillo 18 de cojinete SCD y el anillo 22 de acero de miembro de conexión CIPed y también un segundo miembro 26 de acero anular que rodea el primer anillo 22 de acero CIPed. El miembro 26 de acero proporciona un miembro de montaje, por ejemplo, para el montaje dentro de un cuerpo de herramienta. El miembro 26 de montaje puede soldarse al anillo 22 CIPed utilizando una soldadura fuerte, por ejemplo, una soldadura fuerte a 1100 °C, de manera convencional. La capa de soldadura se indica con el número de referencia 25. El segundo miembro 26 de acero rodea toda la superficie exterior curvada del anillo 22 de acero CIPed, y también tiene una brida 30 con una sección que se extiende fuera de los anillos anulares para su posterior fijación dentro de un cuerpo de herramienta, por ejemplo, mediante atornillado, remachado o similar, y otra sección 33 que se extiende parcialmente a lo largo de la cara 32 de extremo del cojinete 18 SCD. La sección 33 de la brida 30 evita sustancialmente el movimiento longitudinal del anillo del cojinete 18 con respecto a las cubiertas 22 y 26 de acero en la dirección hacia la derecha, como se muestra en la Figura 4b. Por lo tanto, en combinación, las respectivas bridas 23 y 33 de los recubrimientos 22 y 26 de acero evitan sustancialmente cualquier movimiento longitudinal relativo entre el cojinete 18 y las cubiertas de acero. El movimiento rotacional relativo se evita sustancialmente mediante las ranuras 20 y 24 cooperantes en el cojinete 18 de desgaste SCD y el recubrimiento 22 de acero CIPed, por lo que no hay sustancialmente ningún movimiento relativo que ocurre entre el cojinete 18 de desgaste SCD y los miembros 22 y 26 de conexión de recubrimiento de acero.

La Figura 4c es una vista en sección frontal a través del cojinete 18 SCD, la copa 22 de metal CIPed, la capa 25 de soldadura, y el segundo miembro 26 anular de acero que se muestran en perspectiva en la Figura 4b. La Figura 4d es una vista en sección transversal a través de la línea A-A de la vista de la Figura 4c. La Figura 4d muestra la brida 23 de la copa 22 de metal y la sección 33 de brida que se extiende a partir del miembro 26 de montaje.

El miembro 26 de montaje puede tener cualquier perfil adecuado dependiendo de su aplicación. El ejemplo que se muestra en las Figuras 4a a 4d permite, por lo tanto, fijar un cojinete SCD a cualquier parte de metal conformada por medio de la forma perfilada de cojinete SCD interbloqueo y la capa de acero de forma cooperante. El cojinete 18 y la capa 22 de acero de estas Figuras pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones en las que es deseable combinar las propiedades de resistencia al desgaste, como las que proporciona el material SCD, con la facilidad y funcionalidad de fijación, como las que proporcionan las partes de metal, tales como la capa 22 de acero de recubrimiento y el miembro 26 de montaje de acero. Por ejemplo, el cojinete puede utilizarse en herramientas de fondo de pozo. Se puede utilizar, por ejemplo, en brocas de cono de rodillo. En tales aplicaciones, el miembro 26 de acero puede asegurarse en cuerpos de herramienta de metal, aleación, carburo o carburo cementado de diversas maneras, por ejemplo, atornillado, soldado, o con soldadura fuerte, por ejemplo, con una soldadura fuerte típicamente en el intervalo de 600 °C a 1100 °C, aunque también podrían utilizarse soldaduras fuertes a temperaturas más altas.

Cuando existe un miembro de montaje del tipo descrito anteriormente, la conexión del componente de herramienta a un cuerpo de herramienta puede ser a través del miembro de conexión y el miembro de montaje, estando el miembro de conexión asegurado al componente de herramienta y unido de alguna manera al miembro de montaje, y estando el miembro de montaje a su vez asegurado al cuerpo de herramienta.

Las Figuras 4e y 4f muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18" SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. En este caso, el cojinete 18" SCD está proporcionado con salientes en forma de secciones 27m salientes que se extienden circunferencialmente y salientes 29"' en ángulo. Los salientes en ángulo adyacentes se extienden en un ángulo entre sí. Las secciones 27" salientes que se extienden circunferencialmente pueden extenderse de manera continua o en secciones aisladas alrededor de toda la circunferencia del cojinete 18'" SCD.

Las Figuras 4g y 4h muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18iv SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. En este caso, el cojinete 18iv SCD está proporcionado con depresiones en forma de ranuras 27iv que se extienden circunferencialmente y salientes 29 iv en ángulo. Las ranuras 27 iv que se extienden circunferencialmente pueden extenderse de manera continua o en secciones aisladas alrededor de toda la circunferencia del cojinete 18 iv SCD. El ejemplo de las Figuras 4g y 4h es, por lo tanto, el mismo que el ejemplo de las Figuras 4e y 4f, excepto que, en el ejemplo de las Figuras 4g y 4h, las depresiones en forma de ranuras sustituyen a las secciones 27m salientes que se extienden circunferencialmente del ejemplo de las Figuras 4 e y 4f.

Las Figuras 4i y 4j muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18v SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. Es similar a la ilustrada en las Figuras 4e y 4f excepto que los salientes 29" en ángulo se sustituyen por una pluralidad de salientes 29vlongitudinales cada uno de las cuales se extiende parcialmente entre los salientes 27'" circunferenciales.

Las Figuras 4k y 4l muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18vi SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. Es similar a la de las Figuras 4i y 4j, excepto que los salientes 27" circunferenciales y los salientes 29v longitudinales se sustituyen por las ranuras 27vi circunferenciales y las ranuras 29vi longitudinales.

Las Figuras 4m y 4n muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18vii SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. En este caso, el cojinete 18 vii SCD está proporcionado con salientes en forma de secciones 29 vii salientes que se extienden longitudinalmente y salientes 31vii en forma de cruz. Estos salientes elevados pueden estar dispuestos alrededor de toda la circunferencia o de una parte solamente de la circunferencia del cojinete 18vii SCD.

Las Figuras 4o y 4p muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18viii SCD el cual puede sustituir al cojinete 18 ilustrado en las Figuras 4a a 4d. Es similar al ejemplo de las Figuras 4m y 4n, excepto que las depresiones 29viii y 31viii acanaladas sustituyen a las secciones 29vii y 31vii salientes elevadas.

Las Figuras 4q y 4r son vistas en planta y lateral, respectivamente, que muestran un ejemplo alternativo de cojinete 18ix SCD, el cual puede sustituir al cojinete 18 que se ilustra en las Figuras 4a a 4d. Incluye una ranura 27ix circunferencial, y ranuras 29ix que se extienden axialmente.

El ejemplo alternativo que se ilustra en las Figuras 4e a 4r tiene dos o más formaciones que se extienden en diferentes direcciones, y ventajosamente puede evitar sustancialmente el movimiento relativo entre la parte 18 SCD y el miembro 22 de conexión sin necesidad de cualquier brida(s) adicional(es).

El ejemplo que se muestra en las Figuras 4a a 4d o cualquiera de sus variantes descritas con referencia a las Figuras 4e a 4p puede utilizarse, por ejemplo, como cojinete rotativo o sello mecánico.

La Figura 5a muestra una versión interior-exterior del ejemplo de las Figuras 4a a 4d. La Figura 5b muestra el cojinete de la Figura 5a en vista en sección frontal, con un segundo miembro 26 de acero anular interior' opcional que se muestra para la opción del lado derecho de la Figura. La Figura 5c es una vista en sección transversal a través de la opción del lado izquierdo de la Figura 5b, sin el segundo miembro 26' de acero anular adicional, y la Figura 5d es una vista en sección transversal a través de la opción del lado derecho de la Figura 5b, con el segundo miembro 26' de acero anular colocado. En el ejemplo de la Figura 5, un anillo 22' de acero anular se encuentra dentro del anillo 18' SCD, con ranuras 20' cooperantes en el anillo 18' y 24' SCD en el anillo 22' de acero como antes. Como antes, una brida se extiende a partir del anillo 22' de acero de recubrimiento a través de parte de la cara de extremo del anillo 18' SCD (no visible en la Figura 5a pero referenciado como 23' en las Figuras 5c y 5d) sustancialmente para evitar el movimiento longitudinal del anillo 18' SCD con respecto al anillo 22' de acero en el plano del papel (en la orientación ilustrada en la Figura 5a). También, como antes, un segundo miembro 26' de acero con brida 33' a través de la cara de extremo opuesto del anillo 18' puede soldarse alrededor del anillo 22'. Esto se ilustra como la opción de la derecha en la Figura 5b. El cojinete de la Figura 5b podría ser adecuado, por ejemplo, como cojinete estacionario.

Cualquiera de las variantes ilustradas en las Figuras 4e a 4p también sería adecuada para su uso en la variante de cojinete interior, exterior de la Figura 5.

De manera similar, cualquiera de las variaciones de formaciones de salientes o depresiones ilustradas en las Figuras 4e a 4o para el cojinete SCD también sería adecuada para su uso en el pico SCD de las Figuras 1 a 3.

La Figura 6 es una vista en sección lateral de dos cojinetes similares al que se ilustra en la Figura 4, pero con ranuras 206 y 246 que se extienden circunferencialmente en lugar de longitudinalmente del cojinete 186 SCD y la copa 226 de acero respectivamente. Uno de los cojinetes tiene un diámetro relativamente grande y el otro, uno relativamente más pequeño. Estos podrían utilizarse, por ejemplo, como cojinetes rotativos en una broca de cono de rodillo, operando el cojinete más grande contra la superficie principal del pasador de cojinete metálico de la broca, y operando el cojinete más pequeño operando contra la superficie de nariz sustancialmente paralela del pasador de cojinete metálico de la broca. Para cada cojinete, la capa 226 de acero actúa como un miembro de conexión, estando asegurada mecánicamente a la parte 186 de desgaste SCD por sus ranuras de forma cooperante, y unida al miembro 266 de montaje por la capa 256 de soldadura. El movimiento longitudinal del anillo 186 de cojinete SCD con respecto a la copa 226 de acero se evita sustancialmente en cada caso no sólo por la brida 236 en las copas 226 de acero y por las bridas 336 en los extremos opuestos de los segundos miembros 266 anulares de acero, sino también por las ranuras 206 y 246 coincidentes circunferenciales en el cojinete 186 SCD y la copa 226 de acero respectivamente. Las bridas 236 y 336 son en este caso opcionales.

La Figura 7 es una vista en sección lateral a través de dos cojinetes similares al que se ilustra en las Figuras 5a a 5d, pero con las ranuras 207 y 247 que se extienden circunferencialmente en lugar de longitudinalmente del cojinete 187 SCD y la copa 227 de acero respectivamente. Uno es de diámetro relativamente grande y el otro de diámetro relativamente pequeño. Se pueden utilizar como cojinetes estacionarios, por ejemplo, en una broca de cono de rodillo. Para cada cojinete, la capa 22' de acero actúa como miembro de conexión, estando asegurada mecánicamente a la capa 18' de desgaste SCD por ranuras de forma cooperante en las dos capas, y unida a los árboles 26' de metal por la capa 25' de soldadura. El movimiento longitudinal del anillo 18' de cojinete SCD con respecto a la copa 22' de acero se evita sustancialmente en cada caso en una dirección por las bridas 23' de las copas 22' de acero. El movimiento en la otra dirección longitudinal se evita sustancialmente, en el caso del cojinete más pequeño, por la cara de extremo de tope del árbol 26' metálico dentro del cojinete más grande y, en el caso del cojinete más grande, por una brida 33'.

Los ejemplos de las Figuras 6 y 7 pueden utilizarse conjuntamente entre sí. Por ejemplo, el ejemplo de la Figura 7 puede formar un par de cojinetes interiores estacionarios dentro del par de cojinetes exteriores rotativos de la Figura 6.

La Figura 8a es una vista de extremo de una pluralidad de partes de desgaste SCD en un cojinete de empuje, estando las partes de desgaste montadas en un anillo alrededor de una parte de alojamiento de metal. La Figura 8b es una vista en sección tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 8a y la Figura 8c es una vista en sección ampliada de la porción encerrada en un círculo de la Figura 8b. Cada parte 152 de desgaste SCD está rodeada por una copa 158 de metal la cual está soldada a su vez por la capa 160 de soldadura al alojamiento 120 de metal. El cilindro 152 SCD y la copa 158 de metal circundante están asegurados entre sí por medio de ranuras 122 anulares cooperantes alrededor de los lados curvados y por ranuras 124 radiales cooperantes en la cara de extremo del cilindro 152 y la “base” de la copa 158 (véase la Figura 8c). La cara 161 de extremo expuesta del cojinete 152 cilíndrico solido SCD proporciona una superficie de cojinete de empuje. Un cojinete de empuje de este tipo podría ser adecuado, por ejemplo, como cojinete de empuje para accionamientos de fondo de pozo, motores hidráulicos y/o turbinas.

La Figura 9 se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo de la invención y es una vista en sección transversal a través de una boquilla 60 para el paso de fluido, por ejemplo, para la separación de aceite/arena. La dirección del flujo de fluido en uso se indica mediante la flecha A. La boquilla contiene un agujero central, y es una pieza de dos partes la cual comprende una parte 64 interior de núcleo de desgaste SCD y una parte 66 adyacente de alojamiento. La superficie exterior de la parte 64 de núcleo de desgaste SCD tiene forma frustocónica, y la parte 67 puede considerarse como un frustocono sólido con un agujero cilíndrico que se extiende a través de este para el paso de fluido. La superficie interior de la parte 66 adyacente de alojamiento circundante tiene una forma que se corresponde con el núcleo 64 de desgaste SCD. La parte 66 de alojamiento está hecha a partir de un material fácilmente mecanizable tal como un metal o aleación tal como el acero o el carburo de tungsteno. La parte 64 de núcleo SCD no sólo está formado para ser sustancialmente frusto-cónica, sino que también tiene ranuras 65 anulares formadas alrededor de la parte frusto-cónica. Una copa 67 de acero es estirada sobre la parte 64 frustocónica SCD y luego CIPed de modo que siga el perfil del núcleo 64 dentro de las ranuras 65 del núcleo 64 SCD. Las superficies interior y exterior de la parte 67 CIPed siguen el perfil subyacente de la parte 64 SCD. A continuación, la capa 67 de acero CIPed puede soldarse mediante la capa 68 al alojamiento 66 metálico. Las ranuras cooperantes del núcleo 64 SCD y de la capa 67 de acero actúan en combinación con la forma frusto-cónica de la boquilla sustancialmente para evitar el movimiento relativo entre el núcleo 64 SCD y la capa 67 de acero.

La Figura 10 es una vista en sección transversal a través de una boquilla 70 para el paso de fluido, por ejemplo, para la separación de aceite/arena. Al igual que en la Figura 9, la dirección del flujo de fluido en uso se indica mediante la flecha A. La boquilla contiene un agujero central, y es una pieza de dos partes la cual comprende una parte 74 interior de núcleo de desgaste SCD y una parte 76 adyacente de alojamiento. La parte 74 de núcleo de desgaste SCD tiene una forma sustancialmente cilíndrica, con una brida 79 anular en el extremo de entrada de fluido. La superficie interior de la parte 76 adyacente de alojamiento circundante tiene una forma que se corresponde con el núcleo 74 de desgaste SCD. La parte 76 de alojamiento está hecha a partir de un material fácilmente mecanizable tal como un metal o aleación tal como el acero o el carburo de tungsteno. En este ejemplo, la parte 74 de núcleo SCD está formada para tener una forma sustancialmente cilíndrica con una brida 79 anular que se extiende hacia fuera, y tiene ranuras 75 anulares formadas alrededor de la parte cilíndrica. Una copa 77 de acero es estirada sobre la parte 74 SCD y luego CIPed de modo que siga el perfil del núcleo 74 dentro de la ranura 75 de la parte 74 de núcleo SCD. A continuación, la capa 77 de acero CIPed, junto con su brida 79, puede soldarse mediante la capa 78 de soldadura al alojamiento 76 de aleación. En este caso, las ranuras cooperantes del núcleo 74 SCD y la copa 77 de acero actúan en combinación con la brida del núcleo 74 SCD sustancialmente para evitar el movimiento relativo entre el núcleo 74 SCD y la copa 77 de acero.

Las Figuras 11 y 12 muestran una disposición de sello mecánico en la cual dos anillos 200 SCD anulares coincidentes con caras 201 de desgaste o sellado coincidentes se mantienen cada uno en respectivos soportes 202 de herramientas de metal anulares, siendo las dos superficies 201 de sellado de anillo SCD empujadas una hacia la otra a través de un resorte 208, o similar. La forma en la cual los anillos 200 SCD se mantienen en el soporte 202 de herramienta se ilustra en la vista ampliada de la Figura 12. La Figura 12 muestra que cada anillo 200 SCD contiene ranuras en su superficie circunferencial y también en su cara de montaje que se enfrenta hacia el soporte 202 de herramienta sobre el cual se ha presionado isostáticamente una capa 204 de copa de acero de modo que siga el perfil del anillo SCD. La capa 204 de copa de acero está soldada al soporte 202 de herramienta de metal, aleación o carburo mediante una capa 206 de soldadura. Los sellos de junta tórica se ilustran en estas Figuras mediante la referencia 210. El componente de herramienta de este ejemplo de la Figura 13/14 es similar al cojinete de las Figuras anteriores, especialmente de la Figura 4 anterior. La parte de desgaste/sellado es un anillo anular y la copa 204 de acero recubre parte de la superficie circunferencial del anillo 200 (en cambio, cubre toda la superficie circunferencial del anillo en el ejemplo de cojinete que se ilustra en la Figura 4). La copa 204 de acero en el ejemplo de la Figura 11/12 también cubre toda la cara de montaje del anillo 200 SCD (la cara 209 de extremo enfrentada hacia el soporte de herramienta). Cuando en la presente memoria descriptiva se dice que una capa cubre otra superficie se refiere a que cubre esa capa al menos en parte, por ejemplo, hasta el 10 %, hasta el 20 %, hasta el 50 %, hasta el 70 % o la totalidad de esa capa.

Las Figuras 13a a 13c muestran etapas secuenciales en la fabricación de un componente de herramienta en partes segmentadas. La Figura 13a muestra un componente de herramienta que comprende un segmento 220 SCD en forma de un bloque rectangular. Hacia la base del bloque y paralelo a los bordes horizontales del bloque, como se ilustra una ranura 222 longitudinal ha sido mecanizada en verde (es decir, mecanizada en el bloque cuando está en estado verde) en el bloque alrededor de toda la periferia del bloque 220. En la Figura 13b, una parte 224 conformada de copa de cobre se ha colocado por CIPed alrededor del bloque 220. A continuación, se aplica el mismo procedimiento a un bloque 220' SCD separado con una copa 222' de cobre separada, y luego las dos partes pueden posicionarse adyacentes entre sí con las bases de copa enfrentadas y soldadas entre sí a través de una capa de soldadura posicionada como se indica mediante la flecha 224 en la Figura 13c entre las dos caras 222 y 222' de copa enfrentadas. Por lo tanto, un componente de herramienta segmentado más grande se fabrica a partir de dos segmentos más pequeños. Este procedimiento puede repetirse para fabricar componentes de herramienta con tres o más, incluso una pluralidad de partes. Aunque se ejemplifica mediante un bloque rectangular, el experto en la técnica apreciará que esta técnica para fabricar componentes de herramienta segmentados puede aplicarse a una amplia variedad de componentes de herramienta conformados diferentes, y la configuración simple del bloque se ilustra simplemente a modo de explicación.

La Figura 14a se incluye únicamente con fines ilustrativos y no se considera un ejemplo de la invención.

La Figura 14b muestra un ejemplo de partes segmentadas, es decir, una boquilla segmentada.

La Figura 14a muestra una boquilla fabricada por dos segmentos 320 y 322 SCD longitudinales posicionados de extremo a extremo de manera que se aproximen a la superficie 324 de unión. En este caso, un segmento 320 tiene una región de extremo de un diámetro, esta región de extremo se estrecha en una forma frusto cónica a partir de esa primera región de extremo hacia el otro segmento 322. El otro segmento 322 tiene una forma que coopera y se fija con el segmento superior 320. Por lo tanto, en la orientación que se muestra existe una superficie de unión en parte horizontal y en parte cónica entre los dos segmentos 320 y 322. Dos miembros 334 y 336 de conexión de acero o hierro en forma de copa con una abertura a través de la base de copa para recibir parte de las paredes de boquilla y para rodear los respectivos segmentos 320' y 322' de boquilla, y CIPed se coloca en su lugar alrededor de la parte de boquilla. Parte de la base de copa del miembro 334' y 336' de conexión se extiende a lo largo de la parte horizontal de la superficie de unión de las partes de segmento. Además, las ranuras 337 y 339 están mecanizadas en las caras de extremo de los segmentos 320 y 322 de boquilla respectivamente, en cuyas ranuras se presionan los miembros 334 y 336 de conexión. Estas ranuras mejoran la conexión mecánica. Los segmentos 320 y 322 están soldados a través de sus miembros de conexión mediante la capa 33' de soldadura. Se puede posicionar una tira 340 adicional alrededor del área de unión.

La Figura 14c muestra otro ejemplo de boquilla segmentada formada por dos segmentos 320" y 322" de boquilla SCD dispuestos longitudinalmente. En este caso, el segmento 320" superior en la orientación que se muestra tiene una porción 342 de cuello que se extiende en su extremo inferior hacia una abertura coincidente en la cara superior del segmento 322" inferior. En este caso, el miembro 334" de conexión en el segmento 320" superior comprende una parte cilíndrica de acero o hierro con una brida que se extiende hacia el exterior a partir de un extremo, y el miembro 336" de conexión del otro segmento 322" inferior es una parte de forma similar, pero de mayor diámetro interno, y estando cada miembro de conexión CIPed sobre su respectiva parte 330 y 332 de boquilla SCD. Una capa 338" de soldadura une los segmentos de boquilla SCD a través de los miembros de conexión.

La Figura 14b es otra boquilla segmentada, pero difiere de la Figura 14c ya que en este caso los segmentos están divididos a lo largo de la longitud de la boquilla y están dispuestos de lado a lado. En la orientación que se muestra, el segmento 350 superior y el segmento 352 inferior del SCD proporcionan segmentos de boquilla que se extienden a lo largo de la longitud de la boquilla y están uno al lado del otro alrededor de la abertura de boquilla. Por lo tanto, las partes 350 y 352 de boquilla proporcionan una superficie de unión plana con una abertura de boquilla cilíndrica a través y paralela a esa superficie plana. Las ranuras 356 se mecanizan en cada una de las superficies planas de las partes 350 y 352 de boquilla y una capa 358 de miembro de conexión se presiona (CIPed) contra cada superficie plana y dentro de las ranuras 356. A continuación, una capa de soldadura une los miembros de conexión entre sí. También puede incluirse un anillo o lámina exterior que mantenga unidas las partes de boquilla alrededor de la periferia exterior de las partes 350 y 352 (no se ilustra) para un mayor aseguramiento.

La Figura 15 muestra una herramienta 450 de corte SCD en forma de una broca de corte alrededor de las caras planas cuyo un miembro 452 de conexión de acero dulce ha sido CIPed en su lugar. Esta parte de acero dulce puede entonces fijarse fácilmente, por ejemplo, a un vástago de taladro.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un componente de herramienta que comprende una parte (2;2';18;8';18'^18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste

que está cubierta al menos en parte por un miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión, teniendo la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste

una dureza de al menos 15 GPa, y el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión comprende un metal o aleación, teniendo el miembro de conexión una dureza menor que 15 GPa, estando el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión en forma de una lámina o siendo una parte cilindrica, y proporcionando el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión una capa sobre al menos parte de la parte de desgaste; habiendo sido al menos parte del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión presionado contra al menos parte de la superficie de la parte de desgaste de tal manera que una superficie (12;12') del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste

sigue el perfil de dicha parte de la superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350,3 52) de desgaste contra la cual se ha presionado, por lo tanto, las superficies de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste y el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión están conformados cooperativamente de tal manera que el movimiento relativo entre las dos partes se evita sustancialmente al menos durante el funcionamiento del componente de herramienta; y en el que no sólo la superficie del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que se enfrenta a la parte (2;2';18;18';18'^18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste

sigue el perfil de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste

sino también la superficie opuesta del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión;

caracterizado porquela relación entre el espesor del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión y el espesor de la parte (2;2';18;18';18^18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350, 352) de desgaste subyacente medida en cualquier punto es como máximo 1:10; en el que la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste es sustancialmente cilíndrica, comprendiendo la parte de desgaste una superficie que incluye una o más depresiones (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) en la misma, comprendiendo la una o más depresiones una o más ranuras (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) anulares que se extienden alrededor de la parte de desgaste sustancialmente cilíndrica; en el que al menos una parte del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que ha sido presionado contra al menos parte de la superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350, 352) de desgaste que incluye la una o más depresiones (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) en la misma; y en el que la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350, 352 de desgaste comprende un material de cerámica, un material cermet, o un material superduro o un composite de un material de cerámica y un material superduro, o un material cermet y un material superduro.

2. Un componente de herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión ha sido presionado isostáticamente contra al menos parte de la superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v; 18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste que incluye la una o más depresiones (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356).

3. Un componente de herramienta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión tiene sustancialmente forma de copa, asentándose la base de copa contra la base de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350,352) de desgaste cilindrica, y extendiéndose los lados de la copa al menos en parte hacia arriba por la parte de desgaste cilíndrica, recubriendo y siguiendo los lados de la copa el perfil de dichas ranuras (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) en la misma.

4. Un componente de herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión en forma de copa comprende un metal o aleación que ha sido estirado alrededor de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350,352) de desgaste, y los lados de la copa se han presionado isostáticamente en contacto con los lados curvados de la parte (2;2';18;18';18^18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350,352) de desgaste para seguir el perfil de las ranuras (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) en las mismas.

5. Un componente de herramienta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste es la forma de un anillo (l8;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152) anular, teniendo el anillo (18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152) anular superficies exteriores e interiores curvadas y dos caras de extremo sustancialmente planas, y el miembro (22) de conexión tiene también forma de un anillo anular, rodeando el miembro (22) de conexión anular la parte (18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152) de desgaste anular, o viceversa.

6. Un componente de herramienta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la parte (2;2';18;18';18m; 18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste comprende un material de composite superduro/cerámico, y el componente superduro es material diamantado, y el componente cerámico es carburo de silicio.

7. Un componente de herramienta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, el cual es un inserto (70) de boquilla que contiene un agujero para fluido, o en el que dicha parte de desgaste del componente de herramienta es un pico resistente al desgaste, o en el que dicha parte de desgaste proporciona un cojinete dentro de un equipo de perforación o corte.

8. Una herramienta que comprende un componente de herramienta de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, asegurada dentro de un cuerpo de herramienta a través del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión.

9. Procedimiento para fabricar un componente de herramienta uniendo (i) una parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste que tiene una dureza de al menos 15 GPa a (ii) un miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que comprenda un metal o una aleación que tenga una dureza menor que 15 GPa y esté en forma de una lámina o que sea una parte cilindrica; siendo la unión llevada a cabo presionando el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión metálico contra la parte (2;2';18;18';18^18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;,322";350,352) de desgaste de modo que el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión proporcione una capa sobre al menos parte de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350,352) de desgaste de tal manera que una superficie (12;12') del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que se enfrenta a una superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste sigue el perfil de dicha parte de la superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste contra la cual ha sido presionada, por lo tanto, las superficies de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste y el miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión están conformados cooperativamente de tal manera que el movimiento relativo entre las dos partes se evite sustancialmente al menos durante el funcionamiento del componente de herramienta; y en el que no sólo la superficie (12;12') del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que se enfrenta a la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste sigue el perfil de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste sino también la superficie opuesta del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión;

caracterizado porquela relación entre el espesor del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión y el espesor de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste subyacente medido en cualquier punto es como máximo 1:10; en el que la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74; 320",322";350,352) de desgaste es sustancialmente cilíndrica, comprendiendo la parte de desgaste una superficie que incluye una o más depresiones (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206246;207247;122;75;356) en la misma, comprendiendo la una o más depresiones una o más ranuras (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206246;207247;122;75;356) anulares que se extienden alrededor de la parte de desgaste sustancialmente cilíndrica; y en el que al menos una parte del miembro (10;10';22;334",336";358) de conexión que ha sido presionado contra al menos parte de la superficie de la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350, 352) de desgaste que incluye la una o más depresiones (8;8';20;27iv;27vi,29vi;29viii,31viii;27ix,29ix;206,246;207,247;122;75;356) en la misma; y en el que la parte (2;2';18;18';18m;18iv;18v;18vi;18vii;18viii;18ix;186;187;152;74;320",322";350, 352) de desgaste comprende un material de cerámica, un material cermet, o un material superduro o un composite de un material de cerámica y un material superduro, o un material cermet y un material superduro.

10. Un componente de herramienta segmentado, cada uno de cuyos segmentos comprende un componente de herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo cada segmento una parte (320",322";350,352) de desgaste y un miembro (334",336";358) de conexión dispuestos uno con respecto al otro de la manera definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, y estando los miembros (334",336";358) de conexión de segmentos adyacentes asegurados entre sí, asegurando así dichas partes (320",322";350,352) de desgaste de segmentos adyacentes entre sí.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9 para fabricar un componente de herramienta, estando dicho componente de herramienta segmentado, comprendiendo cada segmento (320",322";350,352) una parte de desgaste y un miembro (334",336";358) de conexión dispuestos uno con respecto al otro de la manera definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 o cualquiera de las reivindicaciones 9 a, comprendiendo el procedimiento adicionalmente asegurar miembros (334",336";358) de conexión de segmentos adyacentes entre sí, asegurando así dichas partes (320",322";350,352) de desgaste de segmentos adyacentes entre sí.