專利名稱：旋轉沖擊式麻花鉆頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按專利權利要求1定義屬類的前序部分所述之旋轉沖擊式麻花鉆頭。
旋轉沖擊式麻花鉆頭是鉆孔工具，它與支持軸向竄動的旋轉式鉆機結合使用。在這種情況下通常它主要涉及鉆石機或墻鉆，它們可用于在混凝土或砌體中旋轉沖擊地制造孔或洞。由DE-C-3020284已知一種用于堅固的巖石中打孔的旋形鉆頭，它有一根鉆桿，鉆桿上有兩個螺旋形地在鉆桿上延伸的鉆屑排屑槽。桿端處設有硬質合金鉆刃，它們在地下通過鑿和磨蝕加工制造鉆孔。硬質合金鉆刃十字形地設在桿端的端面，并沿軸向伸出端面。尤其是，硬質合金鉆刃一方面設在一個沿鉆桿直徑延伸的連續(xù)的硬質合金片上，以及另一方面設在附加的、沿鉆桿的一個與硬質合金片成90°的直徑設置的硬質合金件上。在設于硬質合金片上的主鉆刃與附加的副鉆刃之間，總是設有基本上與鉆桿軸線平行地延伸的槽，它們與鉆桿上的排屑槽連通。排屑槽用于排出在地下鉆削剝離加工時形成的鉆屑。主鉆刃和副鉆刃相對于鉆桿的圓周表面還有一個徑向超出量，以防止鉆孔工具被咬死在孔中。這種已知的麻花鉆頭允許在可認為正當?shù)哪p硬質合金鉆刃的情況下有強大的鉆孔效率。
由EP-B-0452255已知一種旋轉沖擊式麻花鉆頭，它有一個沿鉆桿直徑所設的刀片以及由硬質合金頭構成的副鉆刃，它們總是有沿軸向和沿徑向超出鉆桿的超出量。在硬質合金刀片上制有此鉆孔工具的主鉆刃。副鉆刃相對于主鉆刃沿軸向回移并基本上只履行鉆孔工具的導向功能。在這種改進的旋轉沖擊式麻花鉆頭中，主鉆刃和副鉆刃彼此偏轉90°角設置。尤其是這樣選擇此結構，即按鉆孔工具的旋轉方向看，走在刀片前面的副鉆刃與刀片構成一個大于90°的夾角，而與此同時跟在此刀片后面的副鉆刃與刀片構成一個銳角。這一結構形式的優(yōu)點是，在各主鉆刃前面的區(qū)域擴大，并允許有加寬的主排屑槽開口。在朝著跟在后面的副鉆刃方向的較窄區(qū)內還設有一個較窄的副排屑槽。在刀片和副鉆刃的這種“X”形結構中，通過位于刀片前面加寬了的主排屑槽，保證改進鉆屑的排出，并通過副鉆刃保證有足夠的導向。
但還希望再進一步改善旋轉沖擊式麻花鉆頭的鉆孔效率。尤其是應創(chuàng)造前提條件，以便刀片和副鉆刃在它們的單位應力方面能夠最佳化。在這種情況下應當注意到，硬質合金刀片的中央部分，由于旋轉沖擊式鉆機的軸向沖擊，與刀片的周邊區(qū)或副鉆刃(它們上面主要出現(xiàn)剪切力)相比，還要承受其他負荷。尤其是在鉆孔時，旋轉沖擊式鉆機的全部沖擊能量必須由硬質合金刀片的中央部分承受。因此本發(fā)明的目的是對旋轉沖擊式麻花鉆頭作下列改進，使之能適應硬質合金鉆刃的各種負荷。在這種情況下應至少保持此鉆孔工具的工作能力，并保證能非常良好地排出鉆屑。
采用一種旋轉沖擊式麻花鉆頭來實現(xiàn)上述目的，這種鉆頭具有專利權利要求1特征部分所列舉的特征。按照本發(fā)明，副鉆刃沿軸向和/或徑向伸出刀片的周緣區(qū)域。沿旋轉沖擊式麻花鉆頭的旋轉方向看，副鉆刃與跟隨在它后面的刀片之間的夾角小于90°。在這種情況下主排屑槽在每個副鉆刃之前。通過使副鉆刃沿軸向或沿徑向，或既沿軸向又沿徑向超出刀片的周緣區(qū)，使副鉆刃承擔主鉆刃的工作，并在制造鉆孔時受到巨大的剪切應力。因為在副鉆刃處實施實際上的材料切割，所以較寬的切屑主排屑槽沿鉆孔工具旋轉方向看位于副鉆刃的前面。以此方式，使切下的材料直接輸入主排屑槽。刀片和副鉆刃按X形狀態(tài)的結構，其中沿鉆孔工具旋轉方向看在前面的副鉆刃與后續(xù)的刀片之間構成一個小于90°的銳角，從而允許加寬主排屑槽。以此方式保證進一步改善鉆屑的排出。刀片的鉆刃只是還用來履行旋轉沖擊式麻花鉆頭的定向功能，并能進一步優(yōu)化它們的工作。
由于刀片的任務減為進行鉆孔工具的導向而只受到不大的剪力，所以只沿其縱側夾持著的刀片松動的危險性也降低了。完成材料的主切割任務的副鉆刃沒有沿鉆桿的整個直徑延伸，并因而至少通過其沿軸向周長的大部分埋入鉆桿中。因此，盡管在副鉆刃上作用了大的剪力，仍然減少了使副鉆刃松動的危險。
為了進一步改進鉆屑的排出，業(yè)已證實設置副排屑槽是有利的，沿旋轉沖擊式麻花鉆頭旋轉方向看，此副排屑槽在副鉆刃的后面。副排屑槽設在走在前面的副鉆刃與刀片之間較窄的區(qū)域內。
在通過副鉆刃從鉆孔孔壁上切割材料時，桿端有向側面偏移的傾向。為使鉆孔工具作圓周運動，最好令刀片的徑向超出量至少等于副鉆刃徑向超出量的50％。以此方式可以使桿端的偏移只有一個很有限的量，并保證鉆孔工具作充分的圓周運動。
通過下列做法可以進一步改善刀片周緣區(qū)的導向作用刀片的軸線平行于鉆桿軸線延伸的端面設計成彎曲的，在這種情況下它的曲率與鉆桿圓周表面的曲率相適應。當?shù)镀瑥你@桿圓周表面伸出的部分與鉆孔孔壁接觸時，由于其端面彎曲的形狀所以它們只是沿著鉆孔孔壁滑動，并在實際上對于材料剝離地切割沒有貢獻。因此減少了鉆孔工具在此鉆孔中的摩擦。
為了使旋轉沖擊式麻花鉆頭在開始鉆孔時和在制造一個鉆孔期間有足夠的定心，刀片的中心區(qū)最好超出周緣區(qū)和副鉆刃。在這種情況下，中心區(qū)最好設計為沿軸向加厚。以此方式可以適應尤其在開始鉆孔時刀片中心區(qū)很高的沖擊負荷。
在本發(fā)明的一種最佳方案中，刀片分成段，這些段通過薄的材料隔片互相連接起來。以此方式在刀片上提供額定斷裂位置，它用來防止在受到過高的機械應力時刀片無控制地斷裂。另一個優(yōu)點在于，通過刀片的這種分段式結構，可以節(jié)省材料，這種材料通常是一種昂貴的特殊硬質合金。
尤其在副鉆刃離分段式刀片抬高了的中心區(qū)的徑向距離大于材料隔片的長度時，大直徑的旋轉沖擊式麻花鉆頭是有優(yōu)點的。在按照穿孔鉆的樣式設計的鉆孔工具中，在制造鉆孔時的摩擦阻力降低。地下的非磨蝕性作業(yè)的環(huán)形區(qū)有很低的穩(wěn)定性，通過導向的刀片或鉆桿的端面便容易地被粉碎。
若刀片用一種有沖擊韌性的材料制造是有利的。因而尤其可適應于這種情況，即，由于從旋轉式鉆機傳遞給鉆孔工具軸向沖擊，因而使刀片的中心區(qū)受到高的沖擊負荷。完成主要的材料切割任務的副鉆刃，在本發(fā)明的這一實施方案中最好用一種比刀片硬的材料制成。以此方式使鉆刃根據(jù)它的不同的負荷而得到優(yōu)化設計。
出自于使負荷對稱的原因，在本發(fā)明的一種最佳實施例中副鉆刃在一個直徑上處于彼此相對的位置上，并安排為離端面中心距離相同。
為了使承擔材料主要切割任務的副鉆刃更為有效，將它們設計為帶屋脊狀鉆刃的硬質合金小片。
本發(fā)明的其他優(yōu)點在下面結合示意圖對按本發(fā)明的旋轉沖擊式麻花鉆頭的實施例的說明中給出。其中

圖1按本發(fā)明旋轉沖擊式麻花鉆頭第一種實施例的端面視圖；圖2按本發(fā)明的旋轉沖擊式麻花鉆頭另一種實施例的側視圖；圖3按圖2實施例的端面視圖；圖4分段式刀片的側視圖；圖5按圖4的刀片的俯視圖；以及圖6和7副鉆刃的兩個側視圖。
在圖1的俯視圖中表示的旋轉沖擊式麻花鉆頭的實施例，包括一根帶有兩個主排屑槽4、5的鉆桿1。在它的一個桿端10上，鉆桿1配備有一個刀片6，刀片例如通過焊接固定在一個沿鉆桿1直徑延伸的槽9中。刀片6上有大體設計為屋脊狀的硬質合金鉆刃7，它從一個高出端面3的刀尖8向外朝著鉆桿1的圓周表面2沿軸向后退。除此之外在端面還設有副鉆刃11，它們的縱軸線L與刀片6的縱向構成一個銳角。在所表示的此實施例中，沿直徑互相對置地設有兩個副鉆刃11，在這種情況下它們的縱軸線L與鉆桿1的一個直徑重合。以此方式刀片6和副鉆刃11基本上構成了一個X的形狀。在圖示的實施例中，副鉆刃11設在離端面3中心等距離處。
副鉆刃11對于鉆桿1圓周表面2有一個徑向超出量r，它大于刀片6的徑向超出量s。在這種情況下，刀片的徑向超出量至少等于副鉆刃徑向超出量的50％。以此方式由副鉆刃11決定了包絡圓H，在圖1中包絡圓H用點劃線表示。沿旋轉沖擊式麻花鉆頭的旋轉方向R看，在每一個副鉆刃11的前面有一個主排屑槽4、5。在副鉆刃11與沿旋轉方向R落在后面的刀片6之間，設有鉆屑的副排屑槽14、15，它們最好沿著鉆桿1通入主排屑槽4、5。
如圖1所示，刀片6平行于軸線延伸的端面13設計成彎曲的。端面13的曲率在這種情況下適應于鉆桿1圓周表面2的曲率，并最好是一個圓柱面的一部分。決定包絡圓H的副鉆刃11上平行于軸線定向的端面12，最好設計為鉆刃22，以進一步提高它的鉆削剝離效果。
圖2和3表示了按本發(fā)明旋轉沖擊式麻花鉆頭的另一種實施例。它包括一根帶兩個主排屑槽4、5的鉆桿1，并在其一個桿端10配備有一個刀片6，刀片6設計為分段式的。具體而言刀片6分為一個中央鉆刃17和周緣段18，它們通過窄的材料隔片19互相連接起來，在圖4和5中對此作了詳細表示。中央鉆刃17高出周緣段18，并在其中心區(qū)有橫截面增厚區(qū)20。沿鉆桿1直徑延伸的槽9在端面3的中心區(qū)有一個缺口16，它設計用來安裝刀片6增厚的中心區(qū)20。以此方式將刀片6通過形狀相配固定在槽9中。
副鉆刃11無論沿軸向還是沿徑向都突出于刀片的周緣段18。副鉆刃11離中央鉆刃17抬高區(qū)的距離，大于薄的材料隔片19的長度。因此，周緣段18只履行旋轉沖擊式麻花鉆頭的導向功能。真正的回采作業(yè)由副鉆刃11承擔和還由中央鉆刃17承擔一小部分。因為刀片6和尤其在圖中舉例表示的刀片分段式方案時的中央鉆刃17，主要承受由于軸向沖擊作用在此工具上的軸向負荷，因此最好用一種有沖擊韌性的材料制造刀片6。實際上完成和受有高鉆削力的副鉆刃11，用一種比刀片6更硬的材料制造。所涉及的在兩種情況下適用的硬質合金，都是由先有技術已知的。
由圖5可以看出，刀片6的側端面13，或在舉例表示的分段式刀片的情況下為周緣段18的側端面23，都設計成彎曲的。例如，端面23是一個圓柱面的一部分，它的曲率大體上與鉆桿1圓周表面2的曲率一致。
在圖6和7中表示了副鉆刃11一種實施例的兩個端面視圖。其中，圖7表示的是從副鉆刃11在使用時與鉆孔孔壁接觸的那個自由端面12的方向看的側視圖。副鉆刃11具有大體屋脊形的鉆刃24。它的自由端面12同樣設計為鉆刃22，以便在使用中進一步提高它們的鉆削剝離效果。副鉆刃的底部25例如設計為倒圓的，以此方式能更好地與鉆桿1安裝槽26的底部形狀相適應。如圖1和3舉例表示的那樣，副鉆刃的安裝槽26設計為單獨的槽。以此方式使副鉆刃11可以彼此獨立地安排它們相對于刀片6的方向。但也可以考慮將副鉆刃11裝在唯一的一個沿鉆桿1的直徑延伸的安裝槽26中，并在那里例如通過焊接加以固定。
在按本發(fā)明的旋轉沖擊式麻花鉆頭中，副鉆刃沿軸向或沿徑向，或既沿軸向也沿徑向超出刀片的周緣區(qū)。因此副鉆刃承擔主切割功能，并在制造鉆孔時承受巨大的剪應力。因為真正的材料切割在副鉆刃上完成，所以沿鉆孔工具旋轉方向看，較寬的主排屑槽位于副鉆刃的前面。以此方式使切割下來的材料直接輸入主排屑槽內。刀片和副鉆刃構成一個x的形狀，其中沿鉆孔工具的旋轉方向看走在前面的副鉆刃，與走在后面的刀片構成一個小于90°的銳角，從而允許加寬主排屑槽。以此方式保證進一步改善鉆屑的排出。刀片的鉆刃只是還履行此旋轉沖擊式麻花鉆頭的導向功能，并可以進一步優(yōu)化它們的工作。
權利要求
1.旋轉沖擊式麻花鉆頭有一個鉆桿(1)，它配備有至少一個螺形地沿鉆桿縱向延伸用于鉆屑的主排屑槽(4，5)，并在桿端(10)配備有一個刀片(6)和副鉆刃(11)，它們設在鉆桿(1)端部的端面(3)中互相基本上構成x形且被固定住，并沿軸向或徑向伸出鉆桿(1)的端面(3)和圓周表面(2)，其特征為副鉆刃(11)沿軸向和/或沿徑向伸出刀片(6)的周緣區(qū)；沿旋轉沖擊式麻花鉆頭的旋轉方向(R)看，副鉆刃(11)和走在后面的刀片(6)之間的夾角小于90°，以及在每個副鉆刃(11)的前面是一個主排屑槽(4、5)。
2.按照權利要求1所述之鉆頭，其特征為設有用于鉆屑的副排屑槽(14，15)，沿旋轉沖擊式麻花鉆頭的旋轉方向(R)看，它們位于副鉆刃(11)的后面。
3.按照權利要求1或2所述之鉆頭，其特征為刀片(6)的徑向超出量(s)至少等于副鉆刃徑向超出量(r)的50％。
4.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為刀片(6)與鉆桿軸線平行延伸的端面(13；23)設計成彎曲的，在這種情況下它們的曲率與鉆桿(1)圓周表面(2)的曲率相適應。
5.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為刀片(6)的中心區(qū)伸出周緣區(qū)和副鉆刃(11)，并最好有一個沿軸向的增厚區(qū)(20)。
6.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為刀片(6)分成段(17、18)，它們通過薄的材料隔片(19)互相連接在一起。
7.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為副鉆刃(11)離分段式刀片(6)的抬高了的中央?yún)^(qū)(17)的徑向距離大于材料隔片(19)的長度。
8.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為刀片(6)由一種有沖擊韌性的材料制造；以及，副鉆刃(11)用一種比刀片(6)更硬的材料制造。
9.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為副鉆刃(11)在鉆桿(1)的一個直徑上彼此處于相對位置，并離端面(3)的中心等距離設置。
10.按照前列諸權利要求之一所述之鉆頭，其特征為副鉆刃(11)設計為帶有屋脊形鉆刃(22、24)的硬質合金小片。
全文摘要
旋轉沖擊式麻花鉆頭有一根鉆桿(1)，它至少配備有一個螺旋形地沿鉆桿縱向延伸的主排屑槽(4、5)。在桿端(10)設有刀片(6)和副鉆刃(11)，它們設在鉆桿(1)端部的端面(3)中互相基本上構成X形且被固定住，并沿軸向伸出鉆桿(1)的端面(3)和沿徑向伸出圓周表面(2)。副鉆刃(11)沿軸向和/或徑向伸出刀片(6)的周緣區(qū)。沿旋轉沖擊式麻花鉆頭的旋轉方向(R)看，在副鉆刃(11)與隨后的刀片(6)之間的夾角小于90°。在每個副鉆刃(11)前面是一個主排屑槽(4、5)。
文檔編號E21B10/58GK1154900SQ96121810
公開日1997年7月23日 申請日期1996年11月25日 優(yōu)先權日1995年12月7日
發(fā)明者沃納·克萊恩 申請人:希爾蒂股份公司