CN101166885B - 钻孔工具 - Google Patents
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Abstract
一种例如锤钻的钻，包括：柄部，其适于容纳在刀架中；轴向相对的钻头(13)；和输送部(11)，该输送部(11)使所述柄部和所述钻头(13)互相连接。钻头具有自由端面，该自由端面限定沿直径方向延伸的主切削刃(16)和一对辅切削刃(18)，主切削刃具有尖端(17)，辅切削刃相对于尖端径向延伸并与主切削刃限定一对相对的钝角(180°-α)，以限定所述自由端面的一对相对的扇形(20)。输送部(11)仅限定通向相对的钝角扇形(20)的两个螺旋槽(12)。为了增加钻的可能钻进速度，槽的总横截面积是钻的输送部(11)的总圆形横截面积的45％至55％。每个槽(12)的轴向延伸进口(22)具有轴向长度(L)，该轴向长度(L)是每个螺旋槽的轴向宽度(w)的25％至35％。螺旋槽(12)的螺旋角为30°至45°，优选的35°至40°。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔工具、例如旋转锤钻或其它冲击型钻，尤其涉及砖石或岩石钻孔工具。
背景技术
砖石或岩石钻孔工具通常包括：柄部，其适于容纳在刀架或卡盘中；轴向相对的钻头，其具有限定一个或多个切削刃的自由端面；和输送部，其使所述柄部和所述钻头互相连接，并且限定通向钻头的所述自由端面的多个螺旋槽。钻头可包括：沿直径方向延伸的主切削刃和一对辅切削刃，主切削刃限定中心尖端，辅切削刃相对于尖端径向延伸，并与主切削刃一起限定一对相对的钝角，以限定所述自由端面的一对相对的扇形。切削刃通常由切削板或元件限定，该切削板或元件由硬质或烧结合金单独地制成并且容纳在形成于钻头自由端面中的沿直径方向的沟槽或凹槽中。这种类型的钻孔工具例如在EP-A-657,617、EP-A-1,405,984、DE-A-195 37 900和DE-A-197 03 994中披露。
发明内容
这些公知的钻孔工具通常在许多方面令人满意地操作。但是，期望的是改进这些公知的钻，以便就关心的钻进速度而言获得更高的效率。本发明的目的是获得这样的改进。
本发明提供以上类型的钻或钻孔工具，包括：柄部，其适于容纳在刀架中；轴向相对的钻头，其具有自由端面，该自由端面限定沿直径方向延伸的主切削刃和一对辅切削刃，主切削刃限定中心尖端；辅切削刃相对于尖端径向延伸并且与主切削刃一起限定一对相对的钝角，以限定所述自由端面的一对相对的扇形；和输送部，其使所述柄部和所述钻头相互连接并且限定通向所述相对的钝角扇形的多个螺旋槽，并且根据本发明的钻的特征在于输送部仅仅限定两个螺旋槽，每个螺旋槽分别通向所述钝角扇形中相应的一个扇形内，并且槽的横截面积是钻的输送部的总圆形横截面积的45％至55％。
已发现关于在砖石或混凝土中可钻进某一长度或深度的钻孔的速度的基本限制因素是由切削刃切削或疏松的材料-所谓的钻屑-可从钻头的自由有效端去除的速度。根据本发明，基本的改进可通过增加钻的槽的总横截面积获得，使得该面积是钻的输送部的总圆形横截面积(与钻的纵向轴线成直角)的45％至55％，这意味着钻的实心部的横截面积仅仅是圆形横截面积的55％至45％。为了获得这样的横截面槽面积并减少钻屑暴露的摩擦力，仅仅使用两个螺旋槽。
有利地，两个螺旋槽的总横截面积是钻的输送部的总圆形横截面积的45％至50％，并且优选地48％至49％。在优选实施方式中，输送部的实心部的横截面形状的轮廓或外形如附图的图15所示地大体上向外凸，并且该大体上的凸形轮廓可包括稍微凹曲的轮廓部。如图15所示，包括钻芯和使槽分开的一对沿直径方向相对延伸的螺旋腹材或肋条的实心部的横截面形状可具有基本为八边形的轮廓。
螺旋槽必须通向钻头的自由端面。因此，两个槽中的每个槽优选地包括进口，该进口沿与钻的纵向方向成0°与10°之间的角度的方向轴向延伸，并且这些进口中的每个进口通向所述钝角扇形中相应的一个钝角扇形。重要的是螺旋槽的这些进口中的每个进口具有的横截面积不小于槽其它部分的横截面积。为了获得期望的横截面积，在螺旋槽开口端处的进口中的每个进口优选地具有限定可例如为135°至150°的钝角的成角度的横截面形状，并且在优选实施方式中每个进口的横截面积与每个螺旋槽的横截面积基本相同。为了减少钻屑暴露的摩擦，钝角由进口的横截面形状限定的顶点优选地被合适地圆整。
优选地，主切削刃轴向延伸稍微超出辅切削刃。此外，由主辅切削刃限定的钝角中的每个钝角应足够大以允许每个槽进口具有足够的横截面积。因此，由切削刃限定的钝角中的每个钝角能够是125°至145°、优选的127°至140°、例如大约130°。
还发现进口的轴向延伸应保持相对短。因此，进口的轴向长度或延伸应优选地不大于螺旋槽中每个螺旋槽轴向宽度的25％至35％。
影响钻屑沿着螺旋槽输送的另一因素是槽的螺距应合适地小。因此，根据本发明，螺旋槽的螺旋角应仅为30°至45°，并优选的35°至40°。
如上所述，切削刃可由切削板或构件限定，该切削板或构件单独由硬质或烧结合金制成并且容纳在形成于钻头自由端面中的沿直径方向的沟槽或凹槽中，正如本领域所周知地那样。可选择地，具有主切削刃和辅切削刃的钻头由硬质或烧结合金形成为单一零件，该单一零件已通过在共同未决丹麦专利申请No.PA2005 00225中披露的方式紧固到输送部的自由端，该专利申请通过引用纳入本文。因此，切削构件可形成具有形成在其上的对接表面的钻头，该对接表面覆盖并接合输送部的自由端面，该钻头限定在所述径向延伸切削刃中相应的一个切削刃与输送部槽中相应的一个槽的邻近端之间分别延伸的槽表面。
在这样的钻孔工具中，钻头形成工具的自由切削端部并覆盖输送部的邻近端面。这意味着切削刃、外围工具引导表面和将切削材料或钻屑从切削刃引导到输送部工具的槽或沟槽中的表面可通过增加的自由度形成，并因此可更接近最优结果。此外，因为钻头或切削构件与输送部之间基本增加的对接表面，所以可获得具有增加强度的更耐用的连接，并且因为工具的暴露至与钻进的孔的底部冲击接触的自由端部由钻头更耐久的材料制成，所以显著地增加工具的有效使用寿命。
该单独形成的钻头可以由常规用于砖石钻的切削构件或切削板的任何耐磨材料、例如硬质或烧结合金制成。原则上，钻头的对接表面和输送部的端面可以不同，只要该端面被对接表面覆盖即可。但是，优选地这些表面是互补的并且具有基本一致的轮廓。
为了增加钻头与输送部之间连接的强度，它们的相互接合表面可设置有配合的突起和凹陷。作为示例，形成在钻头对接表面上的舌部可与限定在输送部端面中的沿直径方向延伸的凹槽接合。
附图说明
现在将参考附图进一步说明本发明，其中：
图1和2是根据本发明的锤钻的第一实施方式的一部分的侧视图；
图3是图1和2所示钻头的端视图；
图4和5是根据本发明的锤钻的第二实施方式的侧视图；
图6是图4和5所示钻头的端视图；
图7和8是根据本发明的锤钻的第三实施方式的侧视图；
图9是图7和8所示钻头的端视图；
图10至14是图7至9所示锤钻的钻头的透视图；
图15是图1至9所示任何实施方式的输送部的横截面视图；并且
图16是公知的可供比较的锤钻的输送部的横截面视图。
具体实施方式
附图所示锤钻实施方式10包括：柄部(未图示)，其容纳在钻床的刀架或卡盘中；中间输送部11，其限定一对螺旋槽或凹槽12；和钻头13。在图1至6所示实施方式中，柄部、输送部11和钻头13优选地由钢一体地形成，而沿直径方向延伸的主切削板14和一对沿直径方向相对的辅切削板15以例如铜焊的常规方式安装在钻头13的自由端面中。主辅切削板14、15由硬质或烧结合金或者类似的硬切削材料制成。主切削板14限定沿直径方向延伸的主切削刃16和中心尖端17，而辅切削板15限定一对径向延伸辅切削刃18。主切削板14的沿直径方向长度稍微超过传输部11和钻头13的直径，而辅切削板15的径向外端也稍微延伸超出钻头13的圆周，从而被钻的圆柱孔的直径由切削板14、15确定。
交叉的切削刃16和18将钻头13的端面分成圆的一对锐角扇形19和一对钝角扇形20。锐角α(图3和6)可例如为35°至55°，这意味着每个钝角扇形可限定125°至145°的角度。由一对腹板21分开的两个相同螺旋槽12可具有如图15所示的横截面形状，使得两个槽的横截面积是钻输送部11的总圆形横截面积的大约一半或更多。槽12经由进口22通向钝角扇形20中的每个钝角扇形。在图1至3和7至9所示实施方式中，进口22的开口具有如同钝角(γ)(图9)的横截面形状，并且进口平滑地并入图15所示的槽形。优选地，钝角γ为135°至150°。进口22可沿轴向方向延伸或与轴向方向限定小锐角。进口22的轴向长度L保持尽可能的小，并且例如仅为每个槽12的轴向宽度w的四分之一，参阅图2。
图4至6所示实施方式与根据图1至3的实施方式的不同在于槽进口22的形状。因此，图6中进口22的开口的横截面形状大体上为延伸85°至105°、优选的约95°的角度β的一段圆，而不是钝角。同样在该实施方式中，每个进口平滑地并入对应的槽12。在图7至8所示实施方式中，钻头13和切削刃由硬质或烧结合金或类似的硬切削材料形成为整体单元。钻头通过槽/舌连接23和/或通过铜焊连接到输送部11的自由端面。输送部11与钻头13的接合端面相应地具有相同的轮廓，使得当钻头13已安装在输送部11上时它们对接并彼此覆盖。
在图7至14所示的实施方式中，辅切削刃15径向向内几乎延伸到圆顶或尖端17，使得主切削刃16和辅切削刃18限定X或十字。
当钻10用于在砖石或混凝土中钻孔并沿由箭头R指示的方向旋转时，切削刃16、18的冲击和旋转运动使砖石或混凝土材料疏松，由此形成所谓的钻屑。重要的是螺旋槽12和它们的进口22具有的尺寸和形状使得钻屑只要形成就将它们从切削刃16、18输送离开，以避免钻屑颗粒的压碎和粉碎，因为精细分开的钻屑倾向于围绕钻头并沿着槽的长度压紧，由此基本上削弱冲击效果以及因此的钻进效率。
通过形成具有较大横截面积的槽12以及它们的进口22、通过使进口的轴向长度L较短、以及通过在30°至45°、优选的35°至40°的范围内仔细选择槽的螺旋角来获得钻屑离开切削刃的有效传输。
比较示例
如图1至3和15所示根据本发明的钻(本发明)的性能与如EP-A-1405984的图1至6所示的公知钻(现有技术)相比较。被测试的钻的横截面形状在图15(本发明)和图16(现有技术)中示出。
在钻试验设备R
bel No.334/04中并结合具有600×800×250mm尺寸和40MN压缩强度的混凝土砌块来进行钻的试验。用于容纳钻的钻床HILTI TE76水平地设置在活动车架上，并且该系统还包括用于收集相关数据的计算机。
该设备操作如下：
在对于每个试验的钻的每次钻进操作开始之前，具有设置在其中的钻的钻床朝着混凝土砌块前进，直到钻头开始接触混凝土砌块。然后重新设定设备的深度计。然后，具有钻床的活动车架以指定的力前进，并且通过设备测量并记录每十秒钟的数据，例如以mm测量的钻进速度、孔深等。
试验的两个钻中的每个钻都用于钻进具有40m累积深度的104个钻孔，并且仅仅对于104个钻孔的第5个至第14个和第95个至第104个计算测量参数的平均值。对于这些孔的钻进的平均值计算如下：
| 本发明 | 现有技术 | |
| 钻直径 | 22.0mm | 22.0mm |
| 槽数 | 2 | 4 |
| 槽螺旋角 | 40° | 50° |
| 横截面槽面积 | 48.5％ | 43％ |
| 进口的轴向长度L | 9.0mm | 9.0和25.5mm |
| 切削刃的横截面角度 | 138° | 138° |
以上试验结果表明在相同的条件下，根据本发明的钻具有的钻进速度比试验的现有技术的钻的钻进速度高大约20％。因为钻直径和切削角度对于试验的钻相同，所以通过根据本发明的钻获得的显著改进一定是由其它参数造成的，例如横截面槽面积、槽螺旋角以及进口22的轴向长度L。
要理解的是，在所附权利要求限定的本发明的范围内能够作出根据在此示出并描述的本发明的钻的实施方式的各种改变和变型。作为示例，图9至14所示的钻头在根据本发明的钻头的设计中给出高度的自由度，并允许切削刃的最优设计、疏松材料或钻屑从钻头的有效去除以及同时钻头非常高的强度。可见钻头13可以在由所附权利要求限定的范围内以不同于所示并描述的任何其它常规方式成形。
Claims (17)
1.一种钻，包括：
柄部，该柄部适于容纳在刀架中；
轴向相对的钻头(13)，其具有自由端面，该自由端面限定沿直径方向延伸的主切削刃(16)和一对辅切削刃(18)，主切削刃限定中心尖端(17)，辅切削刃相对于尖端径向延伸并与主切削刃一起限定一对相对的钝角(180°-α)，以限定所述自由端面的一对相对的扇形(20)；和
输送部(11)，其使所述柄部和所述钻头(13)互相连接，并限定通向所述相对的钝角扇形的多个螺旋槽，
其中，输送部(11)仅限定两个螺旋槽(12)，这两个螺旋槽中的每一个分别通向所述钝角扇形(20)中相应的一个扇形，
其特征在于，所述输送部(11)的实心部的横截面形状的轮廓基本向外凸，
其中，槽的横截面积是钻的输送部(11)的总圆形横截面积的45％至55％，并且所述输送部的所述凸形轮廓包括稍微凹曲的部分。
2.如权利要求1所述的钻，其中所述槽(12)的横截面积是钻的输送部(11)的总圆形横截面积的45％至50％。
3.如权利要求2所述的钻，其中所述槽(12)的横截面积是钻的输送部(11)的总圆形横截面积的48％至49％。
4.如权利要求1、2或3所述的钻，其中所述输送部(11)的横截面具有基本类似于八边形的形状。
5.如权利要求1至3中任一项所述的钻，其中所述两个槽(12)中的每个槽都包括进口(22)，该进口(22)沿与钻的纵向方向限定0°与10°之间的角度的方向延伸，并且通到所述钝角扇形(20)中。
6.如权利要求5所述的钻，其中每个进口(22)具有在进口的开口端限定钝角的成角度的横截面形状。
7.如权利要求5所述的钻，其中每个进口(22)的横截面面积基本上与每个螺旋槽(12)的横截面面积相同。
8.如权利要求6所述的钻，其中由每个进口(22)限定的钝角(γ)为135°至150°。
9.如权利要求6至8中任一项所述的钻，其中由进口(22)的横截面形状限定的钝角的顶点是圆整的。
10.如权利要求6至8中任一所述的钻，其中进口(22)的轴向长度(L)为螺旋槽(12)中每个螺旋槽(12)的轴向宽度(w)的25％至35％。
11.如权利要求1至3中任一项所述的钻，其中由切削刃(16、18)限定的钝角中的每个钝角为125°至145°。
12.如权利要求11所述的钻，其中由切削刃(16、18)限定的钝角中的每个钝角为127°至140°。
13.如权利要求12所述的钻，其中由切削刃(16、18)限定的钝角中的每个钝角为130°。
14.如权利要求1至3中任一项所述的钻，其中主切削刃(16)轴向延伸稍微超出辅切削刃(18)。
15.如权利要求1至3中任一项所述的钻，其中螺旋槽(12)的螺旋角为30°至45°。
16.如权利要求15所述的钻，其中螺旋槽(12)的螺旋角为35°至40°。
17.如权利要求1至3中任一项所述的钻，其中具有主切削刃(16)和辅切削刃(18)的钻头(13)由硬质或烧结合金制成单一零件，该单一零件已被紧固到输送部(11)的自由端。
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