專利名稱：具有倒棱強(qiáng)力切削刃的磚石鉆頭刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于鉆頭，特別是關(guān)于一種用在磚石鉆頭上的切削刀片。該鉆頭包括一個帶槽的鉆桿，用于安裝刀片而且能夠排除在刀片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的切屑。
在現(xiàn)有技術(shù)中，磚石鉆頭一般采用尖狀切削刀片。該切削刀片插入一個帶螺旋槽的軸頂端，螺旋槽軸能夠排除刀片旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的切屑。
如前所述，切削是利用刀片的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)方向一經(jīng)選定，切削刃就設(shè)置在刀片橫刃的每個側(cè)邊上，它是利用旋轉(zhuǎn)方向確定的刀片前刀面和在進(jìn)刀方向確定的刀片最前面相交而產(chǎn)生的。平行于鉆頭進(jìn)刀軸線的一條側(cè)刃是建立在刀尖的各側(cè)邊上。它是利用刀片的一個前刀面和平行進(jìn)刀軸線的刀片最外側(cè)面相交產(chǎn)生的。而且該切削刃和該側(cè)刃相交形成了一些在橫刃各側(cè)的刀片刀尖。該刀尖是切削和磨損開始之處，也是切削和磨損最迅速之處。在切削時，由于摩擦，各側(cè)刃和切削刃都產(chǎn)生磨損。
上述結(jié)構(gòu)的鉆頭是公知的現(xiàn)有技術(shù)，而且已由美國佛蒙特公司以及許多其他公司所生產(chǎn)。已知現(xiàn)有技術(shù)鉆頭包括一個用以增加對整個切削的抗力為目的切削刃倒棱。但是這是以增大吃刀阻力為代價而獲得的。對于在本技術(shù)領(lǐng)域中有經(jīng)驗(yàn)的人來說，該倒棱產(chǎn)生一個負(fù)前角。現(xiàn)有技術(shù)的刀具中沒有一種如本發(fā)明所提供的那樣，在磚石鉆頭刀片的一條側(cè)刃上使用產(chǎn)生負(fù)前角的倒棱。
磚石鉆頭現(xiàn)有技術(shù)的一個實(shí)例，由美國專利-4026，327所公開。該專利公開的是一種轉(zhuǎn)動沖擊鉆頭。在美國專利-4243113中公開的是稍微類似于本發(fā)明所提出的一種結(jié)構(gòu)的鉆頭，但沒有這些倒棱刃。
具有其它特點(diǎn)的鉆頭在美國專利-3106927和3555937，以及英國專利-1062158中所公開。但都沒有說明是直接切削磚石的鉆頭。
本發(fā)明提供一種新型有用的廉價的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)改進(jìn)了用于磚石鉆頭的性能，特別是提高了在磚石或巖石這樣硬脆材料上鉆孔的磨損壽命，而且減少了鉆頭進(jìn)刀所需的力。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，發(fā)現(xiàn)對于磚石鉆頭來說，特別是對于具有一個刀尖和多個側(cè)刃的平面形狀的鉆頭來說，當(dāng)鉆頭進(jìn)給時，切削刃被送進(jìn)要切削的材料之中，鉆頭最容易在切削刃和側(cè)刃的相交處開始損壞。一般地說，磨損是沿導(dǎo)向切削刃和側(cè)刃擴(kuò)大，而且導(dǎo)致各個相交出的刀尖降低和兩個切削刃的倒圓。隨著磨損的加劇，會逐漸地使所需進(jìn)給力增加，直至所需進(jìn)給力大于了可得到的力。
意想不到地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明范圍的各種結(jié)構(gòu)，可控制切削刃和各側(cè)刃的相交處磨損不在該相交處，結(jié)果使切削刃在較大長度范圍內(nèi)磨損更為均勻一致而且提供了對切削和主要破裂具有更大結(jié)構(gòu)抗力的幾何形狀。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提供了具有硬化側(cè)刃的鉆頭。發(fā)明它意外地大大增加了鉆頭的使用壽命。
進(jìn)一步說，意外地發(fā)現(xiàn)通過把側(cè)刃倒棱可提高在磚石上鉆孔時鉆頭的效率。
在本發(fā)明的概述中提供一種朝第一方向旋轉(zhuǎn)而且用于鉆孔例如在磚石和巖石材料上鉆孔的鉆頭上安裝的切削刀片。該刀片是平面形的，而且具有一個由第一和第二切削刃確定的橫刃，該橫刃和第三及第四側(cè)刃相交是導(dǎo)向刃，該導(dǎo)向刃至少是一個側(cè)切削刃，并且通過旋轉(zhuǎn)方向來確定，并在導(dǎo)向刃處倒棱。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的幾種結(jié)構(gòu)將在附圖中表示。考慮到閱讀下文的進(jìn)一步披露之后，對于本領(lǐng)域技術(shù)上有經(jīng)驗(yàn)的人做出的其他變化的結(jié)構(gòu)，也屬于本發(fā)明的范圍是可以理解的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)將在附圖中表示。


圖1是按照本發(fā)明的刀片實(shí)例安裝在鉆頭刀柄上的立體圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中切削刀片的平面圖。
圖3是圖2所示的切削刀片的正視圖。
圖4是沿圖3中線4-4平面剖開的剖視圖。
圖5是沿圖3中線5-5平面剖開的剖視圖。
圖6A-6B是其它現(xiàn)有技術(shù)鉆頭的平面圖。
圖7是現(xiàn)有技術(shù)中另一例鉆頭的立體圖。
圖8A和8B是表示按照本發(fā)明鉆頭刀片一種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的平面圖及正視圖。
圖9A和9B是屬于本發(fā)明范圍的其他鉆頭刀片結(jié)構(gòu)的平面視圖。
圖10是屬于本發(fā)明范圍的鉆頭和現(xiàn)有技術(shù)中鉆頭特性比較曲線圖。
首先參考圖1，它是本發(fā)明范圍內(nèi)的切削刀片安裝在現(xiàn)有技術(shù)中公知的鉆頭刀柄上的立體圖。在圖1中屬于本發(fā)明范圍的刀片1被固定在開有槽的柄件26上，該刀片例如可由碳化鎢做成，刀片的具體結(jié)構(gòu)在下文描述。
導(dǎo)屑槽27螺旋環(huán)繞在刀柄26上，當(dāng)?shù)侗?6旋轉(zhuǎn)時，刀片的切削刃產(chǎn)生的切屑，受鉆進(jìn)材料的進(jìn)給力F作用，從導(dǎo)屑槽27排出。
圖2～圖6B說明了現(xiàn)有技術(shù)中公知的鉆頭刀片。圖2是一個現(xiàn)有技術(shù)刀片的實(shí)例的平面圖。圖3是同一刀片的正視圖，它是由七個表面限定的一個實(shí)體，刀面5A和7A是相對于刀片旋轉(zhuǎn)中心線對稱配置在兩側(cè)，使得兩個刀面相交產(chǎn)生了橫刃3，在此處5A和7A相交的角度小于180°。同樣，刀面5A與刀面4相交確定了切削刃5，刀面7A與刀面4相交確定了切削刃7。在圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)中，刀面5A和7A是在刀面4和刀面6之間成B角延伸，例如在圖4和圖5中所示成15°～30°，形成了切削刃5和7后面的間隙。該切削刃5和7如圖所示是通過刀面5A和7A分別與側(cè)刀面6和4相交所得。
在圖2和圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，側(cè)刃面10A和11A可以是如圖2所示的平面，而且側(cè)刃10和11是通過刀面10A和11A分別和刀面6和刀面4相交產(chǎn)生的。刀面10A和11A相對于刀面6和4夾角為C，由此提供了如圖所示的側(cè)切削刃10和11后面的間隙。雖然，切削刃5和7最終延伸與側(cè)刃10和11相交，產(chǎn)生了刀尖13和14。在鉆頭是新的或還未磨損的情況下，其切削作用是通過主切削刃5和7來實(shí)現(xiàn)的，鉆孔直徑由刀尖13和14之間的距離決定。側(cè)刃10和11只不過是隨刀尖13和14之后的兩條刃帶。切削刀片是由堅硬的材料制成，例如可以是由小的硬顆粒適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合到一起的密聚體，例如普遍使用的燒結(jié)的硬質(zhì)合金。
檢查刀尖13和14的細(xì)微結(jié)構(gòu)，可以看到每個刀尖最外層的硬顆粒比其鄰近的顆粒結(jié)合到刀體上的表面少得多，而且被結(jié)合到刀體上的顆粒面積正比于由刀面7A、6、10A和類似地5A、4、11A所確定的立體角。例如，如圖7所示在一刀角上的刀尖14上的顆粒15通過3個表面結(jié)合到本體上，而顆粒16通過4個表面結(jié)合到本體上。顯然，在刀尖14處的顆粒15更容易移位。
顆粒15和16能夠表示單一顆粒或者它們能夠表示一個顆粒的集合。在磨損時，兩個單個顆粒和顆粒的集合被移位。無論它是單個顆粒還是顆粒的集合，在特定過程中均被移位。這取決于多種條件和過程的復(fù)合作用，其中包括恒定力、沖擊力、力的方向，被切削材料的不均勻性、切削刀片材料的不均勻性，相對于硬顆粒的尺寸和硬度以及在切削刀片中結(jié)合在一起的材料的厚度和硬度，從工件切下的切屑的尺寸和硬度等。然而無論把磨損的機(jī)理結(jié)合得多么精確，結(jié)果磨損仍然開始產(chǎn)生在刀尖13和14之處，而且還要逐漸加重，最后切削刃5和7變鈍，側(cè)刃10和11變斜，使得切削刀片在正視圖中變成楔形的。這些變化導(dǎo)致鉆孔所需的進(jìn)給力增大，再使用這樣的鉆頭就不實(shí)際了。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，意外地發(fā)現(xiàn)切削刃5和7的實(shí)際強(qiáng)度要比按全部磨損機(jī)理予算的強(qiáng)度大得多，而且加強(qiáng)了切削刃5和7的刀尖部分的強(qiáng)度將大大地增加鉆頭的使用壽命。
其他現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)也已在圖6A和6B中表示。在圖6A中側(cè)刀面由兩個圓表面17和18構(gòu)成，該半圓的直徑D2等于鉆孔直徑。當(dāng)鉆頭朝F方向旋轉(zhuǎn)時，鉆頭側(cè)刃與鉆頭轉(zhuǎn)動所形成的迴轉(zhuǎn)表面相一致。倒棱表面19和20是成角度配置的，使得它們的后刃避開了迴轉(zhuǎn)表面。在圖6B所示的結(jié)構(gòu)中，圓側(cè)表面21、22的直徑D2是鉆頭的直徑，這樣整個側(cè)刀面與刀刃的迴轉(zhuǎn)面相一致。
現(xiàn)在參照圖1，該圖表示一個屬于本發(fā)明范圍的使用了鉆頭刀片的鉆具，圖8A、8B是該鉆頭刀片的放大圖。圖8A、8B所表示的屬于本發(fā)明范圍的鉆頭刀片的主要特征是在圖2中所示的側(cè)刃10A和11A，以及在圖6A中所示的刀面17和18，在圖6B中所示的刀面21、22均由圖8A中的側(cè)刀面43、44所代替。
根據(jù)本發(fā)明的主要特征，在圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例中的側(cè)刀面10A和11A做出如圖所示的倒棱43和44這樣的改進(jìn)，使得產(chǎn)生了新刃46和47，以及新刃52和53，和一組如圖所示的新切削刀尖57、58、59、60，其中59、60所相應(yīng)的刀尖是現(xiàn)有技術(shù)中沒有的。
在刀尖57、58、59、60處的類似立體角要比現(xiàn)有技術(shù)例子中的刀尖13或14處的立體角度大。而且結(jié)合到切削刀片本體上的連接面積要比圖2和圖3中所示的切削刀片的刀尖13、14所相應(yīng)的末端部分大得多。已發(fā)現(xiàn)由于切削是以微米或微米形式進(jìn)行的，這種幾何形狀的改變使得在最大磨損處的物理結(jié)構(gòu)更堅固了。
改變切削刃63和64的迎角，可使本發(fā)明裝置進(jìn)一步強(qiáng)化。切削刃63和64與圖2和圖3中的刃口5和7相對應(yīng)。
屬于本發(fā)明范圍的另一些方案也已在圖9A～9B中表示。在圖9A中一個刀片帶有橫刀面70、71，側(cè)刃72、73，該側(cè)刃的直徑D3與其鉆頭的直徑相一致。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，倒棱74、75成角度F和G，確定了類似于圖8A、8B中所示的切削刀尖76～81。
在圖9B中表示屬于本發(fā)明范圍的另一種可行的方案。該方案中具有橫刃92、93，以及一個半圓的直徑D4等于鉆頭直徑的側(cè)刃82、83。該刃在84、85處有弧形倒棱，其倒棱部分的長度小于由確定刀尖86～91的整個側(cè)刃的長度。
一般來說，在本發(fā)明的范圍內(nèi)確定了切削刀片的切削面和刀尖的倒棱面能夠相對于旋轉(zhuǎn)中心對稱布置，或可非對稱布置。它們可以是在側(cè)刃的全部長度上，也可以如圖所示僅延伸在側(cè)刃的部分長度上。它們還可以相對于鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜布置，從而形成一個三角形倒棱面。設(shè)計切削刀片時，要把倒棱包括進(jìn)去，這樣的刀片側(cè)刀面要相對于鉆頭旋轉(zhuǎn)圓柱面留有間隙，或者把切削刀片設(shè)計成使之與鉆頭的旋轉(zhuǎn)圓柱面相一致，或者把切削刀片設(shè)計得把間隙和鉆頭的旋轉(zhuǎn)圓柱面相一致結(jié)合起來。
結(jié)合了本發(fā)明特征的鉆頭，經(jīng)試驗(yàn)與各種結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)中一律沒有如前所述本發(fā)明的在刀片側(cè)刀面上倒棱的前刀刃的切削刀片進(jìn)行了比較。把本發(fā)明結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金刀片裝到鉆頭上與其他制造者生產(chǎn)的稍微有某些類似的刀片結(jié)構(gòu)但決沒有如前所述的附加刀尖的鉆頭進(jìn)行比較，從試驗(yàn)中得出的結(jié)論是倒棱的角度從7.5°開始加大，效果就有所改進(jìn)。倒棱面與側(cè)刀面夾角為7.5°～70°最好是45°。倒棱的厚度可以是刀片厚度的1/5到3/4之間，以大約1/3厚為最佳。由倒棱產(chǎn)生的兩刀尖之間的距離是刀片所述側(cè)刀面間距離的1/5到3/4。由倒棱到所述側(cè)刀面產(chǎn)生的最前刀尖，從前刀面到其對應(yīng)面至少是0.010英寸。
做試驗(yàn)用了三種材料，即具有破碎聚合體的壓力澆注混凝土、具有礫石聚合體的混凝土、以及花崗巖。試驗(yàn)以不同的進(jìn)給力進(jìn)行。其結(jié)論是根據(jù)本發(fā)明制做的鉆頭取得優(yōu)秀的結(jié)果。表現(xiàn)在進(jìn)刀速度的降低方面，超過與其相比較的其他鉆頭。而且降低了磨損速度，結(jié)果使鉆頭的有效壽命實(shí)際上提高了。所有這些都表示在圖10中。該圖說明了以鉆孔的深度為基準(zhǔn)進(jìn)行鉆頭刀尖的進(jìn)刀速度的比較，結(jié)果清楚地說明了本發(fā)明范圍的刀具的優(yōu)越性。
即使對本發(fā)明鉆頭的優(yōu)越性的所有道理均不能充分理解的話，那么至少應(yīng)相信產(chǎn)生了一部分改進(jìn)。因?yàn)榍邢髁τ善邆€刀尖來分擔(dān)，如所所述這樣結(jié)構(gòu)更堅固。還做出另一些改進(jìn)，因?yàn)榍邢魅羞m應(yīng)于引導(dǎo)切削力進(jìn)入刀片本體，而不是象現(xiàn)有技術(shù)那樣與切削軌跡的弧相切。更進(jìn)一步說，由于改變了切削力的方向，使切削刃的強(qiáng)度大大增加。還可以獲得另一些改進(jìn)，因?yàn)樵黾恿饲邢魅械目傞L度，這樣可以減少每單位切削刃長度上的切削力。
由上述已能理解。但對于本技術(shù)領(lǐng)域中有經(jīng)驗(yàn)的人，通過閱讀上述說明可發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)的實(shí)施例以及其他結(jié)構(gòu)，這均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于傳統(tǒng)典型的石頭和磚石鉆頭上的平面切削刀片，具有一個由第一和第二刀面相交而確定的刀尖，有前刀面和位于該刀尖對應(yīng)側(cè)的側(cè)刀面，由此形成了分別位于這些刀面的前刀刃的交線上兩個刃角，其改進(jìn)包括至少有一個該刀片的迴轉(zhuǎn)前刀刃沿所述前刀面和側(cè)刀面的交線倒棱，從而使鄰近刀片的最前部分處產(chǎn)生雙交線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，倒棱面相對于所述對應(yīng)側(cè)面的角度成7.5度到70度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)明，其中，倒棱面相對于該對應(yīng)側(cè)刀面的角度成45度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，由該雙交線產(chǎn)生的兩個最前刀尖和一個由倒棱和側(cè)刀面相交產(chǎn)生的刀尖之間的距離是該相對刀面之間的距離的1/5到3/4之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其中由倒棱和側(cè)刀面相交產(chǎn)生的該最前刀尖，從前刀面到其相對應(yīng)的前面至少是0.010英吋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，該倒棱形一個僅在該側(cè)面部分長度上延伸的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，該倒棱形成相對于鉆頭的迴轉(zhuǎn)軸線成傾斜布置的三角形表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，只在一個該迴轉(zhuǎn)前刀刃上倒棱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其中，在多個迴轉(zhuǎn)前刀刃上倒棱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其中，該倒棱是不對稱的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其中，該倒棱是對稱的。
全文摘要
一種切削刀片，安裝在朝第一方向回轉(zhuǎn)而且用于石頭和磚石材料上鉆孔的鉆頭上。該刀片是平面形的，具有一個第一和第二刀面相交于一點(diǎn)所確定的刀尖和總是平行于縱軸線延伸的第三和第四側(cè)刃，以及由旋轉(zhuǎn)方向所確定的至少在一個側(cè)刃上的前刀刃上的倒棱。
文檔編號B23B51/02GK1032131SQ88101340
公開日1989年4月5日 申請日期1988年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年2月9日
發(fā)明者唐納德·彭寧通 申請人:佛蒙特美洲公司