NO844773L - Skjaereelement for borkrone og fremgangsmaate til fremstilling av samme - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører roterbare borkroner for anvendelse ved boring eller neddriving av dype huller i undergrunnsformasjoner, og særlig en type av enkeltskjær for anvendelse på slike borkroner.

Roterbare borkroner av den art som vedrøres av oppfinnelsen, omfatter en kronesokkel med et mellomstykke og en innerkanal for fremføring av borevæske til sokkelytterflaten. Kronesokkelen er forbundet med et antall såkalte "prefabrikerte" enkeltskjær. Hvert enkeltskjær innbefatter et tynt, hardt ytterlag som danner skjærets fremre skjæreflate og er forbundet med et mindre hardt støttelag. Det harde ytterlag kan eksempelvis bestå av polykrystallinsk diamant eller annet, superhardt materiale og støtte-laget av sementert wolframkarbid. Ved enkeltskjær av denne tolags-type vil det oppnås en viss grad av selvsliping, idet det mindre harde støttelag under bruk vil bortslites lettere enn det harde skjærelag.

De prefabrikerte enkeltskjær blir vanligvis montert på kronesokkelen ved å fastgjøres, f.eks. ved slaglodding, til en bæredel som kan være i form av en tapp av wolframkarbid som opptas og plasseres i en forsenkning i kronesokkelen.

Eksempler på anvendelse av slike prefabrikerte enkeltskjær, fremstillingen av disse og monteringen på roterbare borkroner er kjent fra US-patentskrifter 3.743.489, 3.745.623, 3.767.371, 4.098.362, 4.109.737 og 4.156.329.

Hvert enkeltelement er vanligvis sammensatt av lag av ensartet tykkelse, og elementene er som oftest sirkelformet, selv om andre utforminger iblant kan komme til anvendelse.

Selv om borkroner med prefabrikerte enkeltskjær av denne type er generelt meget effektive, kan det ofte oppstå problemer som skyldes at enkeltskjærene svikter ved å knekke eller løsne fra kronen under påvirkning av de meget høye spenninger som opp- står under boring. Oppfinnelsen har derfor som formål å frem-bringe et enkeltskjær av forbedret type som vil være mindre tilbøyelig til å svikte under drift.

Det er ifølge oppfinnelsen frembrakt et enkeltskjær for en roterbar borkrone, som omfatter et tynt, hardt ytterlag som danner en fremre skjæreflate og som er forbundet med et mindre hardt støttelag, hvor støttelaget er av varierende tykkelse og har større tykkelse ved skjærekanten (som definert i det etter-følgende) av ytterlaget enn over det øvrige flateparti av ytterlaget .

I beskrivelsen er ytterlagets skjærekant definert som den kant av ytterlaget som er bestemt for å bringes i anlegg mot, og bortfrese og/eller borslipe den formasjon hvori det bores, når enkeltskjæret er i bruk og montert på en roterende borkrone.

Det er konstatert at visse fordeler kan oppnås dersom støttelaget er tykkest ved skjæreggen.

Enkeltskjærets innretting i forhold til den tilhørende bæredel vil normalt bestemmes av den nødvendige skjærevinkel for den fremre skjæreflate i forhold til formasjonsoverflaten. Ved enkeltskjær av ensartet tykkelse vil denne nødvendige skjærevinkel for skjæreflaten også være bestemmende for innrettingen av de flatepartier av støttelaget og bæredelen som må forbindes med hverandre. Det er åpenbart at den skyvespenning som påføres heftforbindelsen under drift, vil avhenge av innrettingen av de sammenføyde flater, og at en innretting som reduserer skyvespenningen også vil minske sannsynligheten for limfugebrudd. Avhengig av den nøyaktige utforming av enkeltskjæret og av baksiden på det tilhørende støttelag, vil en økning av støttelagets tykkelse ved skjæreggen kunne medføre endring av innrettingen av de flater som skal sammenføyes, at skyvespenningen som påvirker forbindelsen under drift, og følgelig tilbøyeligheten til å svikte, minsker.

Den ovennevnte bæredel tjener som et stivt opplegg for enkeltskjæret, og minsker derved risikoen for at skjæret skal knekkes grunnet bøyning. Det er derfor vanligvis nødvendig at materialet i bæredelen har en høy elastisitetsmodul. Dersom tykkelsen av enkeltskjærets støttelag økes ved skjæreggen, vil imidlertid skjæret få sin største styrke i sonen for den høyeste spenning, og bæredelen kan derfor tilvirkes av et materiale med lavere elastisitetsmodul, hvorved det oppnås kostnadsbesparelse og bedre slitasjeegenskaper.

Grunnet de nødvendige, høye temperaturer vil det harde ytterlag på enkeltskjæret kunne påføres varmeskade under fast-gjøring av skjæret til bæredelen, eksempelvis ved såkalt "LS-forankring" av støttelaget til et flateparti på bæredelen.

(LS-forankring er kjent fra US-patentskrift 4.225.322). Dersom støttelagets tykkelse økes vil avstanden øke mellom ytterlaget og de flatepartier som sammenføyes, hvorved varmeskaden som påføres skjæreggen som er den mest kritiske sone i ytterlaget, kan reduseres i størst mulig grad.

I visse utførelsesformer som er beskrevet i det etter-følgende, er det anordnet enkeltskjær av varierende tykkelse hvorved skjærets konturform kan anpasses mer nøyaktig til kon-turen av den bæredel hvortil skjæret er fastgjort, og dette kan gi bedre strømningsegenskaper for borevæsken rundt skjæret og bæredelen, og bedre kontroll av turbulensen i borevæsken. Videre har anvendelsen av enkeltskjær av ensartet tykkelse hittil hatt tendens til å begrense den mulige utforming av de bæredeler hvortil skjærene er fastgjort på grunn av, som tidligere nevnt, nødvendigheten av å plassere enkeltskjærenes fremre skjæregg i den nødvendige skjærevinkel. Ved økning av støttelagets tykkelse ved skjæreggen vil det oppnås større muligheter for utforming og innretting av bæredelen.

Oppfinnelsen kan også ha fordelaktig innvirkning på fremstillingen av enkeltsk^erene. Pref abrikerte enkeltskjær blir normalt fremstilt under store trykk i en presse, og dette er en meget kostbar prosess. Produksjonsprisen for hvert enkeltskjær kan reduseres ved økning av antallet skjær som fremstilles i hver presseprosess. Ved et eksempel av oppfinnelsen som er beskrevet i det etterfølgende, fremstilles to enkeltskjær ved at det først i pressen fremstilles en mellomkonstruksjon som deretter skjæres i to deler for frembringelse av enkeltskjærene. Volumet som opptas av mellomkonstruksjonen i pressen, kan være mindre enn det samlete volum som opptas av to atskilte enkeltskjær, og antallet enkeltskjær som fremstilles i hver presseprosess, kan derfor økes slik at enkeltprisen senkes.

Selv om det harde ytterlag og det mindre harde støttelag kan tilvirkes av hvilke som helst, egnete materialer, kan, som tidligere omtalt, ytterlaget bestå av polykrystallinsk diamant og støttelaget av sementert wolframkarbid.

Støttelagets tykkelse vil fortrinnsvis variere kontinuer lig og jevnt langs skjæreggflaten. Ytterlagets hovedplan kan for-løpe stort sett vinkelrett mot enkeltskjærets midtakse, og støttelagbaksidens hovedplan danne en vinkel under 90° med midtaksen, for oppnåelse av den ønskete tykkelsesvariasjon. Støtte-lagets bakside er fortrinnsvis praktisk talt plan, og støtte-lagets tverrsnitt blir derved stort sett kileformet.

Ytterlaget kan likeledes være plant, men oppfinnelsens ramme innbefatter anordninger hvor ytterlagets overflate er utformet på andre måter, slik at ytterlaget eksempelvis er delsylindrisk eller delsfærisk med konkav eller konveks ytter-lagsforside.

Enkeltskjæret kan i sin helhet ha stort sett sirkelformet tverrsnitt og kan eksempelvis utgjøre en del av en sylinder.

Oppfinnelsens ramme innbefatter en skjærkonstruksjon for en roterbar borkrone, som omfatter en kombinasjon av et enkeltskjær av en av de ovennevnte typer og en bæredel for montering på borkronen, hvor baksiden av enkeltskjærets støttelag er forbundet med et flateparti av bæredelen.

Bæredelen som kan bestå av wolframkarbid, kan være anordnet i form av en sylindrisk tapp med en endeflate som danner en vinkel under 90° med tappens midtakse og hvortil baksiden av enkeltskjærets støttelag er fastgjort.

Oppfinnelsens ramme innbefatter videre en roterbar borkrone omfattende en kronesokkel med et mellomstykke og en innerkanal for fremføring av borevæske til sokkelytterflaten, og med et antall påmonterte enkeltskjær av en av de ovennevnte typer.

Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte som er bestemt for fremstilling av et enkeltskjær av en av de ovennevnte typer og som kjennetegnes ved prosesstrinn som omfatter tilvirkning av en mellomkonstruksjon som omfatter to harde ytterlag som er forbundet med motsatte sider av et midtre, mindre hardt lag med påfølgende deling av mellomkonstruksjonens midtlag langs et plan som danner en vinkel under 90° med mellomkonstruksjonens midtakse, for frembringelse av to enkeltskjær med skjæregg som dannes av det ene av de to harde ytterlag og med støttelag som dannes av den ene del av det delte midtlag.

I samtlige ovennevnte anordninger er støttelaget av varierende tykkelse fortrinnsvis forbundet i ett stykke med det tynne, harde ytterlag, idet forbindelsen opprettes på konven-sjonell måte under utforming av skjæret i en presse. Støttelaget kan imidlertid også med fordel tilvirkes i to deler, nemlig en første del som er forbundet med det harde ytterlag på vanlig måte i formingspressen, og en andre del som deretter forbindes med baksiden av den første del, eksempelvis ved "LS-heftforankring". I sistnevnte tilfelle vil den første del normalt være av ensartet tykkelse mens den andre del har varierende tykkelse og derved, ved å forbindes med den første del, vil gi et totalt støttelag av uensartet tykkelse i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse. Støttelagets andre del kan eksempelvis ha stort sett kileformet tverrsnitt slik at den i kombinasjon med den første del av ensartet tykkelse vil gi et støttelag som i sin helhet er kileformet.

Fastgjøringen av støttelagets andre del til den første del kan foretas samtidig med fastgjøringen av støttelagets andre del til bæredelen.

En slik anordning gjør det mulig å oppnå samtlige av de ovennevnte fordeler ved oppfinnelsen, bortsett fra at fordelen med den minskete skyvespenning langs forbindelsessonen vil opp-veies av den kjensgjerning at heftforankringen mellom de to deler av støttelaget vil utsettes for samme skyvespenning som den bakre del av et konvensjonelt enkeltskjær av ensartet tykkelse.

De to deler som danner støttelaget, er fortrinnsvis av samme materiale, f.eks. sementert wolframkarbid, av samme hardhetsgrad, selv om materialer av forskjellig hardhetsgrad også kan komme til anvendelse forutsatt at begge lag er mindre hard enn enkeltskjærets ytterlag, for oppnåelse av den ønskete selv-slipingseffekt.

Tilvirkningen av støttelaget i to deler har den fordel at den første del som er forbundet med det harde ytterlag, kan være tynn slik at et øket antall ytterlag/førstedelsenheter kan fylles i høytrykk-formingspressen, hvorved enhetens pris reduseres. Den andre, bakre del av støttelaget kan prefabrikeres på konven-sjonell måte, avhengig av materialet som anvendes.

Videre er det i oppfinnelsens ramme innbefattet anordninger med harde ytterlag og støttelag som er prefabrikert separat og deretter sammenføyet. Dersom det harde ytterlag er tilvirket av polykrystallinsk diamant, har det hittil vært nødvendig å forbinde diamantlaget med støttelaget under ut-formingen av de to lag i høytrykk-formingspressen. Dette skyldes at det angjeldende, polykrystallinske diamantmateriale ikke har vært varmestabilt ved de temperaturer som kreves for påfølgende fastgjøring av laget til et støttelag. Den senere tids utvikling har imidlertid resultert i fremstilling av varmestabile, polykrystallinske diamantmaterialer som kan tåle slike høyere temperaturer. Følgelig kan et lag av slikt materiale prefabrikeres separat og senere forbindes med et separat fremstilt støttelag av varierende tykkelse, for frembringelse av et enkeltskjær som er i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse og som har i hvert fall noen av fordelene med oppfinnelsen.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et sideriss av en typisk borkrone hvor skjæreelementene ifølge oppfinnelsen kan komme til anvendelse.

Fig. 2 viser et enderiss av borkronen ifølge fig. 1.

Fig. 3a viser et skjematisk snitt av et enkeltskjær ifølge oppfinnelsen, som er montert på en tapp i en borkronesokkel. Fig. 3b viser et enderiss av montasjen ifølge fig. 3a. Fig. 4a-4b til fig. 8a-8b viser liknende riss av alter-native anordninger. Fig. lla-15a viser enderiss av ulike versjoner av skjæreelementet ifølge oppfinnelsen. Fig. llb-15b viser motsvarende sideriss av den mellom-konstruks jon hvorav de respektive enkeltskjær er utformet. Fig. 16-18 viser skjematiske snitt av andre enkeltskjær og deres montering. Fig. 1 og 2 viser en fullprofil-borkrone av en type hvor enkeltskjærene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan komme til anvendelse.

Kronesokkelen 10 er typisk tilvirket av en wolframkarbid-matrise som er infiltrert med en bindelegering og utstyrt i den ene ende med et gjenget mellomstykke 11 for fastkopling til bor-strengen.

Kronesokkelens virksomme endeflate 12 innbefatter et antall blader 13 som utgår fra kronens midtparti og som er forbundet med enkeltskjær 14 som er fordelt i bladlengderetningen.

Borkronen innbefatter en styreseksjon 15 med anslag 16 som bringes i kontakt med borehullveggen, for stabilisering av borkronen i borehullet. Gjennom en midtkanal (ikke vist) i kronesokkelen og mellomstykket fremføres borevæske gjennom dyser 17

i endeflaten 12, på kjent måte.

Det bør bemerkes at dette bare er et eksempel på de mange mulige variasjoner av den borkronetype hvor oppfinnelsen kan komme til anvendelse, med innbefatning av borkroner hvor sokkelen er fremstilt av stål.

Hvert enkeltskjær omfatter et prefabrikert skjæreelement som er forbundet med en bæredel i form av en tapp som er innmontert i en forsenkning i kronesokkelen. Hvert prefabrikert skjæreelement er fortrinnsvis sirkelformet og utstyrt med et tynt ytterlag av polykrystallinsk diamant som er forbundet med et støtte-lag av wolframkarbid, hvor begge lagene er av ensartet tykkelse. Baksiden av hvert enkeltskjærs støttelag er fastgjort, eksempelvis ved slaglodding, til et hensiktsmessig beliggende flateparti på tappen som også kan være tilvirket av wolframkarbid.

Fig. 3a og 3b viser et modifisert enkeltskjær, innbefattende et skjæreelement ifølge oppfinnelsen. Selve skjæreelementet 20 er sirkelformet og som omfatter et tynt, hardt ytterlag 21 av polykrystallinsk diamant og et tykkere støttelag 22 av sementert wolframkarbid. Ytterlaget 21 forløper rettvinklet mot enkeltskjærets midtakse 24. Ifølge oppfinnelsen har imidlertid støtte-laget 22 varierende tykkelse, og støttelagets bakside 23 danner en vinkel under 90° med enkeltskjærets midtakse 24. Støttelaget 22 er således stort sett kileformet med sin største tykkelse ved enkeltskjærets skjæregg, som vist ved 25.

Den skrånende bakside 23 av støttelaget 22 er forbundet med en skråflate 26 på en stort sett sylindrisk wolframkarbidtapp 27 som er innmontert i en forsenkning 28 i kronesokkelen 29.

Innrettingen av enkeltskjæret 20 bestemmes av den nødven-dige skjærevinkel for det fremre skjærelag 21 i forhold til formasjonen 30 som utfreses eller bores. Hovedkreftene som påvirker skjæret under boring, er den bremsende belastning som virker i en retning stort sett parallelt med formasjonsoverflaten 30, og den belastning grunnet "tyngden på borkronen" som virker vinkelrett mot den førstnevnte. Selv om de krefter som påvirker enkeltskjæret under boring er variable og vanskelig å forutsi eller beregne med nøyaktighet, er det antatt at kreftenes resul-tant virker i slik retning at den resulterende skyvespenning langs forbindelsessonen mellom de to flatepartier 23 og 26 kan reduseres ved minskning av vinkelen mellom forbindelsessonen og formasjonsoverflaten. Ved et konvensjonelt skjær av ensartet tykkelse vil denne forbindelsessone nødvendigvis forløpe i en vinkel som er lik skjæreggens skjærevinkel, og følgelig forut-bestemt, men ved det kileformete støttelag i anordningen ifølge fig. 3a og 3b reduseres vinkelen mellom forbindelsessonen og formasjonsoverflaten under opprettholdelse av samme skjærevinkel for skjæreggen. Denne fordel vil oppnås ved samtlige utførelses-former av oppfinnelsen som er beskrevet i det etterfølgende.

Ved anvendelse av et konvensjonelt enkeltskjær av ensartet tykkelse kan en jevn overgang mellom skjæret og bæretappen iblant bare oppnås ved spesiell utforming av tappen. Som oftest er enkeltskjæret helt enkelt forbundet med et parti av en skråside av større flateareal, slik det fremgår av fig. 3a og 3b. Ved skråstilling av støttelagets bakside i samme vinkel som skrå-flaten på bæretappen 27 og dimensjonering av tappen med samme diameter som enkeltskjæret, som vist i fig. 4a og 4b, kan de to flatepartier som skal sammenføyes, tilpasses innbyrdes med nøyaktig samme flatestørrelse og form, hvorved strømningsmønsteret rundt skjærkonstruksjonen forbedres og antallet spenningskonsent-rasjonssoner reduseres. Fig. 5a og 5b viser en alternativ anordning av liknende art som anordningen ifølge fig. 4a og 4b, men hvor midtaksen 31 for tappen 27 skråner i forhold til formasjonsoverflaten istedenfor å forløpe vinkelrett mot denne, som tidligere beskrevet. Oppfinnelsen tillater større fleksibilitet ved innrettingen av tappen, idet forbindelsesflåtene mellom skjæret og tappen kan innrettes som ønsket, ved at baksiden av støttelaget 22 danner en passende vinkel, hvorved tappen i sin tur kan innrettes som ønsket. Fig. 6a og 6b viser en alternativ anordning hvor tappen 27 hovedsakelig er av større diameter enn enkeltskjæret, men innbefatter et integrerende halsparti 32 for opprettelse av en jevn overgang mot skjæret. Fig. 7a og 7b viser en anordning hvor midtaksen 31 for tappen 27 heller fremad i retning fra formasjonen.

Selv om det prefabrikerte enkeltskjærs fremre ytterlags-parti vanligvis er plant, som i de hittil beskrevne anordninger, er det også kjent å anvende sylindrisk eller sfærisk konkave ytterlag, og fig. 8a og 8b viser et enkeltskjær ifølge oppfinnelsen med et sylindrisk konkavt ytterlag.

Fig. 9 viser en anordning hvor bæredelen for enkeltskjæret 20 består av en liten, sylindrisk tapp 27 som er anordnet koaksialt med skjæret 20, og hvor skjærkonstruksjonen opptas i en

forsenkning i et blad 33 som er utformet på kronesokkelen 29.

Fig. 10 viser en annen, alternativ anordning hvor tappen

27 er innmontert i en forsenkning i et blad 33 som er utformet på kronesokkelen. I tillegg til de førnevnte fordeler i forbindelse med skyvespenningsreduksjonen og innrettingen av bæretappen, vil samtlige enkeltskjær som er beskrevet i det ovenstående, også gi de andre fordeler som er omtalt i beskrivelsens innledning. Fig. Ila og 11b viser hvordan to enkeltskjær ifølge oppfinnelsen kan fremstilles, ved at det i en presse først tilvirkes en mellomkonstruksjon 34 omfattende et midtlag 35 av sementert wolframkarbid hvis motsatte ender er forbundet med tynne ytterlag 36 av polykrystallinsk diamant. Etter fremstillingsprosessen i pressen blir mellomkonstruksjonen delt langs et skrånende snittplan 37 for frembringelse av to separate enkeltskjær som hvert for seg er i overensstemmelse med oppfinnelsen. Snittplanets 37 hellingsvinkel kan selvsagt endres i motsvarighet til den nødvendige tykkelsesvariasjon hos støttelaget. Foruten å være en særlig hensiktsmessig fremgangsmåte for fremstilling av enkeltskjær ifølge oppfinnelsen har denne fremgangsmåte, som tidligere nevnt, den fordel at det vil kreves et mindre volum i pressen for mellomkonstruksjonen som er vist i fig. 11b, enn det som kreves for to parallellsidete enkeltskjær av samme maksimumstykkelse som skjærene ifølge oppfinnelsen, slik at det totale antall enkeltskjær som tilvirkes i pressen på én gang vil øke, med derav følgende reduksjon i enhetspris. Fig. 12a og b - fig. 15a og b viser andre, mulige utførel-sesformer av mellomkonstruksjonene og de derved frembrakte enkeltskjær. Ifølge fig. 12a og b er diamantytterlagene delsfæriske og konkave, mens de ifølge fig. 13a og b er delsylindriske. Fig.

14a og b viser en anordning hvor snittplanet 37 er vinkelfor-skjøvet om mellomkonstruksjonsaksen i forhold til de delsylindriske, konkave ytterlag.

Denne utførelsesform av oppfinnelsen som er vist i fig. 16, er av liknende art som utførelsesformen ifølge fig. 9, men i dette tilfelle er enkeltskjæret 22 ikke montert på en tapp eller bæredel, men er selv forankret til matrisen 29. Skjæret kan f.eks. fastgjøres til matrisen ved lavtemperaturlodding hvorved det mellom skjæret og den tilhørende bæredel, eksempelvis en tapp, opprettes en forbindelse som har mindre skyvespenningsstyrke enn LS-heftforankringen. Grunnet sin utforming vil imidlertid skjæret ifølge oppfinnelsen tillate dette, som følge av den reduserte skyvespenning som derved oppnås, som tidligere omtalt.

Anordningen ifølge fig. 16 er økonomisk rimeligere enn anordningen ifølge fig. 9, da kravet om LS-heftforankring bort-faller. Den kan også bli billigere enn de kjente anordninger hvor parallellsidete enkeltskjær er innsatt direkte i kronesok-kelmatrisen, da skjæret er av mindre volum enn et parallellsidet skjær av samme maksimumstykkelse hvilket, som tidligere nevnt, kan redusere skjærenes fremstillingspris ved at flere skjær vil kunne tilvirkes i hver enkelt pressingsprosess.

Da det kileformete enkeltskjær 22 ifølge fig. 16 ikke rager like langt inn i bladet 33 som konstruksjonen ifølge fig. 9 eller det tilsvarende, parallellsidete element, vil skjæret i alle fall ikke svekke bladet 33 i samme grad. Matrisen i bladet 33 er derfor sterkere og mindre utsatt for brudd når kronen er i bruk.

Selv om det isamtlige av de hittil beskrevne anordninger inn-går sirkelformete enkeltskjær, bør det bemerkes at oppfinnelsen er like egnet for anvendelse ved skjær av annen form, og fig.

15a og 15b viser eksempel på tilvirkning av enkeltskjær av rek-tangulær tverrsnittsform.

I samtlige ovenstående tilfeller er enkeltskjærene slik montert på kronesokkelen at det tykkeste parti av støttelaget befinner seg ved skjæreggen, dvs. den kant av ytterlaget som under drift vil skjære og/eller slipe formasjonen.

Selv om støttelagets bakside i samtlige, ovenstående eksempler er vist plan og skrånende, for oppnåelse av øket tykkelse ved skjæreggen, bør det bemerkes at i hvert fall visse av fordelene ved oppfinnelsen vil oppnås ved baksider av annen utforming. Støttelagets bakside kan eksempelvis være bueformet, av-trappet eller for øvrig utstyrt med flatepartier som danner en vinkel med hverandre.

I samtlige av de hittil viste og beskrevne eksempler er enkteltskjærets støttelag 22 utformet i ett stykke samtidig med diamantytterlaget i diamantforankringspressen. Som tidligere omtalt, er det imidlertid i oppfinnelsens ramme innbefattet anordninger hvor støttelaget består av to deler, nemlig en første del som er forbundet med diamantlaget i diamantforankringspressen og en andre del som deretter er forbundet med den første del.

I fig. 9 og 10 er det med brutte linjer 40 vist en mulig plassering for forbindelsessonen mellom de to deler av støtte-laget 22. Selv om den viste forbindelsessone forløper parallelt med den fremre skjæreflate på hvert enkeltskjær, kan den isteden danne en vinkel med denne flate. Dersom f.eks. denne forbindelsessone heller slik i forhold til skjæreflaten at støttelagets første del, i likhet med den andre del, får størst tykkelse ved skjæreggen, vil dette medføre minskning av skyvespenningen langs forbindelsessonen mellom de to deler av støttelaget.

I hvert av de beskrevne tilfeller kan dessuten ytterlaget 21 bestå av et separat prefabrikert, varmestabilt diamantsjikt som forbindes med det separat tilvirketestøttelag 22 under et senere prosesstrinn.

I samtlige av de hittil beskrevne anordninger, hvor støtte-laget 22 er utformet i ett stykke, er skjærets skrånende bakside vist fullstendig i anlegg mot støttelaget. Alternativt kan imidlertid den skrånende bakside strekke seg gjennom skjærets fremre skjæreflate, som vist i fig. 17, for opprettelse av en "omranding" ved skjæreflaten 41.

En av fordelene med den foreliggende oppfinnelse er, som tidligere nevnt, at støttelagets økete tykkelse ved skjæreggen minsker sannsynligheten for varmebeskadigelse av skjæreggen, som er den mest kritiske sone av ytterlaget, når enkeltskjæret for-ankres til bæredelen. Da støttelaget ifølge oppfinnelsen avtar i tykkelse fra skjæreggen, vil det fremre skjærelagparti lengst fra skjæreggen utsettes for de høyeste temperaturer under forank-ringsprosessen. Materialet i skjærelaget, eksempelvis polykrystallinsk diamant, er meget varmeledende, og denne varme vil derfor ledes langs selve skjærelaget mot skjæreggen. For å minske denne varmeoverføring i størst mulig grad, kan skjærelaget være utstyrt med en rettlinjet, tversgående sliss i kort avstand fra den utadragende kant ved skjærelaget, slik det f.eks. er vist ved 42 i fig. 18. Slissen 42 vil virke som et varmeskjold og derved ytterligere redusere risikoen for varmebeskadigelse av skjæreggen 25 som følge av varmeleding langs skjærelaget. Skjærelag-partiet 43 lengst fra skjæreggen 25 tjener intet nyttig formål og vil kunne fjernes fullstendig. Selv om fig. 18 viser oppret-telsen av slissen 42 eller fjerningen av partiet 43 i et "om-randet" enkeltskjær av type som beskrevet i tilknytning til fig. 17, er det åpenbart at en liknende fordel kan oppnås ved opp rettelse av en tilsvarende sliss eller fjerning av et parti av skjærelaget i hver av de andre, tidligere beskrevne utførelses-former av oppfinnelsen.

Den "omrandete" utførelsesform av skjæret ifølge fig. 17

og 18 kan hensiktsmessig frembringes ved anvendelse av fremgangsmåten som er beskrevet i tilknytning til fig. Ila og 11b, men i dette tilfelle vil snittplanet 37, istedenfor å forløpe i sin helhet innenfor midtlaget 35, forløpe i en vinkel som skjærer ytterlagene 36, slik at ytterlaget på hvert ferdig enkeltskjær innbefatter en rett, "randforsynt" kant langs skjæringslinjen med snittplanet 37.

Det bør bemerkes at de fremgangsmåter som er beskrevet i tilknytning til fig. lla-15b ikke er de eneste muligheter for fremstilling av enkeltskjær ifølge oppfinnelsen. Et enkeltskjær ifølge oppfinnelsen kan også tilvirkes ved anvendelse av et konvensjonelt, parallellsidet enkeltskjær hvis bakside deretter ut-formes i en egnet prosess, eksempelvis laserskjæring.

Fremgangsmåten som er beskrevet i tilknytning til fig. 11a-15b, er særlig egnet for tilvirkning av enkeltskjær av varierende tykkelse, ifølge oppfinnelsen. Fremgangsmåten kan imidlertid også benyttes for tilvirkning av konvensjonelle skjær hvis motsatte endeflater forløper parallelt. Snittplanet 37 vil i så fall for-løpe stort sett parallelt med de tynne ytterlag 36 på mellom-konstruks j onen 34, og de to således frembrakte enkeltskjær vil ha konstant tykkelse. De to enkeltskjær kan fremstilles med samme tykkelse ved at snittplanet 37 plasseres midt mellom de to ytterlag, eller de kan fremstilles med forskjellige tykkelser ved at snittplanet forskyves fra midtstillingen.

I de tilfeller hvor skjæret er montert på en bæredel, eksempelvis i form av en tapp som er innmontert i en forsenkning i kronesokkelen, kan bæredelen bestå av et materiale, såsom stål, som er bløtere enn materialet i enkeltskjærets støttelag.

Claims (25)

1. Enkeltskjær for roterende borkrone og omfattende et tynt, hardt ytterlag (21) som danner en fremre skjæreflate og er forbundet med et mindre hardt støttelag (22),karakterisert vedat støttelaget er av varierende tykkelse og tykkere ved ytterlagets skjæregg (25) enn langs den øvrige del av ytterlagsflaten.

2. Enkeltskjær i samsvar med krav 1,karakterisert vedat ytterlaget (21) består av polykrystallinsk diamant og støttelaget (22) av sementert wolframkarbid.

3. Enkeltskjær i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat støttelagets (22) tykkelse endres kontinuerlig og jevnt langs skjæreggflaten.

4. Enkeltskjær i samsvar med krav 3,karakterisert vedat ytterlagets (21) hovedplan forløper stort sett vinkelrett mot enkeltskjærets (20) midtakse og at hoved-planet for støttelagets (22) bakside danner en vinkel under 90° med midtaksen, for opprettelse av den nødvendige tykkelsesvariasjon.

5. Enkeltskjær i samsvar med krav 4,karakterisert vedat støttelagets (22) bakside er praktisk talt plan, slik at støttelagets tverrsnitt blir stort sett kileformet.

6. Enkeltskjær i samsvar med et av kravene 1-5,karakterisert vedat ytterlaget (21) er stort sett plant.

7. Enkeltskjær i samsvar med et av kravene 1-5,karakterisert vedat ytterlaget (21, fig. 8a) er delsylindrisk eller delsfærisk med en konkav forside mot ytterlaget.

8. Enkeltskjær i samsvar med et av kravene 1-7,karakterisert vedat hele skjæret (20) har stort sett sirkulær tverrsnittsform.

9. Enkeltskjær i samsvar med et av kravene 1-8, k a r a k - terisert ved at støttelaget (22, fig. 9,10) er tilvirket i to deler, nemlig en første del som er fastgjort til det harde ytterlag (21) i en formingspresse, og en andre del som i en etterfølgende prosess er forbundet med baksiden av den første del.

10. Enkeltskjær i samsvar med krav 9,karakterisert vedat den første del (fig. 9,10) er av ensartet tykkelse og den andre del av varierende tykkelse, slik at det når den andre del forbindes med den første del fremkommer et samlet støttelag av varierende tykkelse.

11. Enkeltskjær i samsvar med krav 10,karakterisert vedat støttelagets andre del (fig. 9,10) har stort sett kileformet tverrsnitt slik at det, når delen forbindes med den første del av varierende tykkelse, fremkommer et støttelag som i sin helhet er kileformet.

12. Enkeltskjær i samsvar med et av kravene 9-11,karakterisert vedat de to deler som danner støttelaget (22, fig. 9, 10) består av samme materiale av samme hardhetsgrad.

13. Skjærkonstruksjon for en roterbar borkrone,karakterisert veden kombinasjon av et enkeltskjær i samsvar med et av kravene 1-12, og en bæredel (27) for fastgjøring på borkronen, hvor baksiden av enkeltskjærets (20) støttelag (22) er forbundet med et flateparti på bæredelen.

14. Skjærkonstruksjon i samsvar med krav 13,karakterisert vedat bæredelen (27) består av wolframkarbid.

15. Skjærkonstruksjon i samsvar med krav 13,karakterisert vedat bæredelen (27) består av et materiale som er bløtere enn enkeltskjærets (20) støttelag (22).

16. Skjærkonstruksjon i samsvar med krav 15,karakterisert vedat bæredelen (27) består av stål.

17. Skjærkonstruksjon i samsvar med et av kravene 13-16,karakterisert vedat bæredelen (27) er i form av en sylindrisk tapp med en skråflate som danner en vinkel under 90° med tappens midtakse og hvortil baksiden av enkeltskjærets (20) støttelag (22) er fastgjort.

18. Skjærkonstruksjon i samsvar med krav 17,karakterisert vedat enkeltskjæret (20, fig. 9) er anordnet koaksialt med den sylindriske tapp (27), og at hellingsvinkelen for tappens skråflate tilsvarer hellingsvinkelen for enkelt-sk jærets bakside.

19. Roterbar borkrone omfattende en kronesokkel med et mellomstykke og en innerkanal for fremføring av borevæske til krone-yttersiden,karakterisert vedat den er forbundet med et antall enkeltskjær (20) i samsvar med et av kravene 1-12, eller et antall skjæranordninger i samsvar med et av kravene 13-15.

20. Fremgangsmåte for fremstilling av et enkeltskjær,karakterisert vedprosesstrinn som omfatter tilvirkning av en mellomkonstruksjon (34) med to harde ytterlag (36) som er forbundet med hver sitt av to motsatte flatepartier av et mindre hardt midtlag (35), og påfølgende deling av midt-konstruksjonen langs et plan (37) som danner en vinkel under 90° med mellomkonstruksjonens midtakse, hvorved det fremkommer to enkeltskjær hvor skjæreggen for hvert skjær dannes av et av de harde ytterlag (36) og støttelaget for hvert skjær dannes av den ene del av det delte midtlag (35).

21. Fremgangsmåte i samsvar med krav 20,karakterisert vedat snittplanet (37) som deler mellomkonstruksjonen, forløper fullstendig innenfor mellomkonstruksjonens midtlag (35) .

22. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 20 eller 21,karakterisert vedat mellomkonstruksjonen (35) er symmetrisk.

23. Fremgangsmåte i samsvar med krav 22,karakterisert vedat mellomkonstruksjonen (35) er av sirkulær tverrsnittsform.

24. Fremgangsmåte for fremstilling av et enkeltskjær,karakterisert vedprosesstrinn som omfatter tilvirkning av en mellomkonstruksjon med to harde ytterlag som er forbundet med hver sitt av motsatt beliggende flatepartier av et mindre hardt midtlag, og påfølgende deling av mellomkonstruksjonen, for frembringelse av to separate enkeltskjær hvor skjæreggen for hvert skjær dannes av ett av de harde ytterlag, mens støttelaget for hvert skjær dannes av den ene del av det delte midtlag.

25. Fremgangsmåte i samsvar med krav 24,karakterisert vedat mellomkonstruksjonen er delt langs et plan som forløper stort sett parallelt med mellomkonstruksjonens motsatt beliggende ytterlag.