CN1032131A - 具有倒棱强力切削刃的砖石钻头刀片 - Google Patents

Abstract

一种切削刀片，安装在朝第一方向回转而且用于 石头和砖石材料上钻孔的钻头上。该刀片是平面形 的，具有一个第一和第二刀面相交于一点所确定的刀 尖和总是平行于纵轴线延伸的第三和第四侧刃，以及 由旋转方向所确定的至少在一个侧刃上的前刀刃上 的倒棱。

Description

本发明是关于钻头，特别是关于一种用在砖石钻头上的切削刀片。该钻头包括一个带槽的钻杆，用于安装刀片而且能够排除在刀片旋转时产生的切屑。

在现有技术中，砖石钻头一般采用尖状切削刀片。该切削刀片插入一个带螺旋槽的轴顶端，螺旋槽轴能够排除刀片旋转时所产生的切屑。

如前所述，切削是利用刀片的旋转实现的。在现有技术中，旋转方向一经选定，切削刃就设置在刀片横刃的每个侧边上，它是利用旋转方向确定的刀片前刀面和在进刀方向确定的刀片最前面相交而产生的。平行于钻头进刀轴线的一条侧刃是建立在刀尖的各侧边上。它是利用刀片的一个前刀面和平行进刀轴线的刀片最外侧面相交产生的。而且该切削刃和该侧刃相交形成了一些在横刃各侧的刀片刀尖。该刀尖是切削和磨损开始之处，也是切削和磨损最迅速之处。在切削时，由于摩擦，各侧刃和切削刃都产生磨损。

上述结构的钻头是公知的现有技术，而且已由美国佛蒙特公司以及许多其他公司所生产。已知现有技术钻头包括一个用以增加对整个切削的抗力为目的切削刃倒棱。但是这是以增大吃刀阻力为代价而获得的。对于在本技术领域中有经验的人来说，该倒棱产生一个负前角。现有技术的刀具中没有一种如本发明所提供的那样，在砖石钻头刀片的一条侧刃上使用产生负前角的倒棱。

砖石钻头现有技术的一个实例，由美国专利-4026，327所公开。该专利公开的是一种转动冲击钻头。在美国专利-4243113中公开的是稍微类似于本发明所提出的一种结构的钻头，但没有这些倒棱刃。

具有其它特点的钻头在美国专利-3106927和3555937，以及英国专利-1062158中所公开。但都没有说明是直接切削砖石的钻头。

本发明提供一种新型有用的廉价的结构，该结构改进了用于砖石钻头的性能，特别是提高了在砖石或岩石这样硬脆材料上钻孔的磨损寿命，而且减少了钻头进刀所需的力。

根据本发明的一个特征，发现对于砖石钻头来说，特别是对于具有一个刀尖和多个侧刃的平面形状的钻头来说，当钻头进给时，切削刃被送进要切削的材料之中，钻头最容易在切削刃和侧刃的相交处开始损坏。一般地说，磨损是沿导向切削刃和侧刃扩大，而且导致各个相交出的刀尖降低和两个切削刃的倒圆。随着磨损的加剧，会逐渐地使所需进给力增加，直至所需进给力大于了可得到的力。

意想不到地发现本发明范围的各种结构，可控制切削刃和各侧刃的相交处磨损不在该相交处，结果使切削刃在较大长度范围内磨损更为均匀一致而且提供了对切削和主要破裂具有更大结构抗力的几何形状。

在本发明范围内的各种结构，进一步提供了具有硬化侧刃的钻头。发明它意外地大大增加了钻头的使用寿命。

进一步说，意外地发现通过把侧刃倒棱可提高在砖石上钻孔时钻头的效率。

在本发明的概述中提供一种朝第一方向旋转而且用于钻孔例如在砖石和岩石材料上钻孔的钻头上安装的切削刀片。该刀片是平面形的，而且具有一个由第一和第二切削刃确定的横刃，该横刃和第三及第四侧刃相交是导向刃，该导向刃至少是一个侧切削刃，并且通过旋转方向来确定，并在导向刃处倒棱。

在本发明范围内的几种结构将在附图中表示。考虑到阅读下文的进一步披露之后，对于本领域技术上有经验的人做出的其他变化的结构，也属于本发明的范围是可以理解的。

根据本发明的实施例和现有技术将在附图中表示。

图1是按照本发明的刀片实例安装在钻头刀柄上的立体图。

图2是现有技术中切削刀片的平面图。

图3是图2所示的切削刀片的正视图。

图4是沿图3中线4-4平面剖开的剖视图。

图5是沿图3中线5-5平面剖开的剖视图。

图6A-6B是其它现有技术钻头的平面图。

图7是现有技术中另一例钻头的立体图。

图8A和8B是表示按照本发明钻头刀片一种结构的实施例的平面图及正视图。

图9A和9B是属于本发明范围的其他钻头刀片结构的平面视图。

图10是属于本发明范围的钻头和现有技术中钻头特性比较曲线图。

首先参考图1，它是本发明范围内的切削刀片安装在现有技术中公知的钻头刀柄上的立体图。在图1中属于本发明范围的刀片1被固定在开有槽的柄件26上，该刀片例如可由碳化钨做成，刀片的具体结构在下文描述。

导屑槽27螺旋环绕在刀柄26上，当刀柄26旋转时，刀片的切削刃产生的切屑，受钻进材料的进给力F作用，从导屑槽27排出。

图2～图6B说明了现有技术中公知的钻头刀片。图2是一个现有技术刀片的实例的平面图。图3是同一刀片的正视图，它是由七个表面限定的一个实体，刀面5A和7A是相对于刀片旋转中心线对称配置在两侧，使得两个刀面相交产生了横刃3，在此处5A和7A相交的角度小于180°。同样，刀面5A与刀面4相交确定了切削刃5，刀面7A与刀面4相交确定了切削刃7。在图2和图3所示的结构中，刀面5A和7A是在刀面4和刀面6之间成B角延伸，例如在图4和图5中所示成15°～30°，形成了切削刃5和7后面的间隙。该切削刃5和7如图所示是通过刀面5A和7A分别与侧刀面6和4相交所得。

在图2和图3所示的现有技术结构中，侧刃面10A和11A可以是如图2所示的平面，而且侧刃10和11是通过刀面10A和11A分别和刀面6和刀面4相交产生的。刀面10A和11A相对于刀面6和4夹角为C，由此提供了如图所示的侧切削刃10和11后面的间隙。虽然，切削刃5和7最终延伸与侧刃10和11相交，产生了刀尖13和14。在钻头是新的或还未磨损的情况下，其切削作用是通过主切削刃5和7来实现的，钻孔直径由刀尖13和14之间的距离决定。侧刃10和11只不过是随刀尖13和14之后的两条刃带。切削刀片是由坚硬的材料制成，例如可以是由小的硬颗粒适当地结合到一起的密聚体，例如普遍使用的烧结的硬质合金。

检查刀尖13和14的细微结构，可以看到每个刀尖最外层的硬颗粒比其邻近的颗粒结合到刀体上的表面少得多，而且被结合到刀体上的颗粒面积正比于由刀面7A、6、10A和类似地5A、4、11A所确定的立体角。例如，如图7所示在一刀角上的刀尖14上的颗粒15通过3个表面结合到本体上，而颗粒16通过4个表面结合到本体上。显然，在刀尖14处的颗粒15更容易移位。

颗粒15和16能够表示单一颗粒或者它们能够表示一个颗粒的集合。在磨损时，两个单个颗粒和颗粒的集合被移位。无论它是单个颗粒还是颗粒的集合，在特定过程中均被移位。这取决于多种条件和过程的复合作用，其中包括恒定力、冲击力、力的方向，被切削材料的不均匀性、切削刀片材料的不均匀性，相对于硬颗粒的尺寸和硬度以及在切削刀片中结合在一起的材料的厚度和硬度，从工件切下的切屑的尺寸和硬度等。然而无论把磨损的机理结合得多么精确，结果磨损仍然开始产生在刀尖13和14之处，而且还要逐渐加重，最后切削刃5和7变钝，侧刃10和11变斜，使得切削刀片在正视图中变成楔形的。这些变化导致钻孔所需的进给力增大，再使用这样的钻头就不实际了。

根据本发明的一个特征，意外地发现切削刃5和7的实际强度要比按全部磨损机理予算的强度大得多，而且加强了切削刃5和7的刀尖部分的强度将大大地增加钻头的使用寿命。

其他现有技术结构也已在图6A和6B中表示。在图6A中侧刀面由两个圆表面17和18构成，该半圆的直径D₂等于钻孔直径。当钻头朝F方向旋转时，钻头侧刃与钻头转动所形成的迴转表面相一致。倒棱表面19和20是成角度配置的，使得它们的后刃避开了迴转表面。在图6B所示的结构中，圆侧表面21、22的直径D₂是钻头的直径，这样整个侧刀面与刀刃的迴转面相一致。

现在参照图1，该图表示一个属于本发明范围的使用了钻头刀片的钻具，图8A、8B是该钻头刀片的放大图。图8A、8B所表示的属于本发明范围的钻头刀片的主要特征是在图2中所示的侧刃10A和11A，以及在图6A中所示的刀面17和18，在图6B中所示的刀面21、22均由图8A中的侧刀面43、44所代替。

根据本发明的主要特征，在图3所示的现有技术的实施例中的侧刀面10A和11A做出如图所示的倒棱43和44这样的改进，使得产生了新刃46和47，以及新刃52和53，和一组如图所示的新切削刀尖57、58、59、60，其中59、60所相应的刀尖是现有技术中没有的。

在刀尖57、58、59、60处的类似立体角要比现有技术例子中的刀尖13或14处的立体角度大。而且结合到切削刀片本体上的连接面积要比图2和图3中所示的切削刀片的刀尖13、14所相应的末端部分大得多。已发现由于切削是以微米或微米形式进行的，这种几何形状的改变使得在最大磨损处的物理结构更坚固了。

改变切削刃63和64的迎角，可使本发明装置进一步强化。切削刃63和64与图2和图3中的刃口5和7相对应。

属于本发明范围的另一些方案也已在图9A～9B中表示。在图9A中一个刀片带有横刀面70、71，侧刃72、73，该侧刃的直径D₃与其钻头的直径相一致。本发明的优点在于，倒棱74、75成角度F和G，确定了类似于图8A、8B中所示的切削刀尖76～81。

在图9B中表示属于本发明范围的另一种可行的方案。该方案中具有横刃92、93，以及一个半圆的直径D₄等于钻头直径的侧刃82、83。该刃在84、85处有弧形倒棱，其倒棱部分的长度小于由确定刀尖86～91的整个侧刃的长度。

一般来说，在本发明的范围内确定了切削刀片的切削面和刀尖的倒棱面能够相对于旋转中心对称布置，或可非对称布置。它们可以是在侧刃的全部长度上，也可以如图所示仅延伸在侧刃的部分长度上。它们还可以相对于钻头的旋转轴线倾斜布置，从而形成一个三角形倒棱面。设计切削刀片时，要把倒棱包括进去，这样的刀片侧刀面要相对于钻头旋转圆柱面留有间隙，或者把切削刀片设计成使之与钻头的旋转圆柱面相一致，或者把切削刀片设计得把间隙和钻头的旋转圆柱面相一致结合起来。

结合了本发明特征的钻头，经试验与各种结构的现有技术中一律没有如前所述本发明的在刀片侧刀面上倒棱的前刀刃的切削刀片进行了比较。把本发明结构的硬质合金刀片装到钻头上与其他制造者生产的稍微有某些类似的刀片结构但决没有如前所述的附加刀尖的钻头进行比较，从试验中得出的结论是倒棱的角度从7.5°开始加大，效果就有所改进。倒棱面与侧刀面夹角为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之间，以大约1/3厚为最佳。由倒棱产生的两刀尖之间的距离是刀片所述侧刀面间距离的1/5到3/4。由倒棱到所述侧刀面产生的最前刀尖，从前刀面到其对应面至少是0.010英寸。

做试验用了三种材料，即具有破碎聚合体的压力浇注混凝土、具有砾石聚合体的混凝土、以及花岗岩。试验以不同的进给力进行。其结论是根据本发明制做的钻头取得优秀的结果。表现在进刀速度的降低方面，超过与其相比较的其他钻头。而且降低了磨损速度，结果使钻头的有效寿命实际上提高了。所有这些都表示在图10中。该图说明了以钻孔的深度为基准进行钻头刀尖的进刀速度的比较，结果清楚地说明了本发明范围的刀具的优越性。

即使对本发明钻头的优越性的所有道理均不能充分理解的话，那么至少应相信产生了一部分改进。因为切削力由七个刀尖来分担，如所所述这样结构更坚固。还做出另一些改进，因为切削刃适应于引导切削力进入刀片本体，而不是象现有技术那样与切削轨迹的弧相切。更进一步说，由于改变了切削力的方向，使切削刃的强度大大增加。还可以获得另一些改进，因为增加了切削刃的总长度，这样可以减少每单位切削刃长度上的切削力。

由上述已能理解。但对于本技术领域中有经验的人，通过阅读上述说明可发现一些结构的实施例以及其他结构，这均属于本发明的范围。

Claims (11)

1、一种用于传统典型的石头和砖石钻头上的平面切削刀片，具有一个由第一和第二刀面相交而确定的刀尖，有前刀面和位于该刀尖对应侧的侧刀面，由此形成了分别位于这些刀面的前刀刃的交线上两个刃角，其改进包括至少有一个该刀片的迴转前刀刃沿所述前刀面和侧刀面的交线倒棱，从而使邻近刀片的最前部分处产生双交线。

2、根据权利要求1所述的发明，其中，倒棱面相对于所述对应侧面的角度成7.5度到70度。

3、根据权利要求2所述的发明，其中，倒棱面相对于该对应侧刀面的角度成45度。

4、根据权利要求1所述的发明，其中，由该双交线产生的两个最前刀尖和一个由倒棱和侧刀面相交产生的刀尖之间的距离是该相对刀面之间的距离的1/5到3/4之间。

5、根据权利要求4所述的发明，其中由倒棱和侧刀面相交产生的该最前刀尖，从前刀面到其相对应的前面至少是0.010英吋。

6、根据权利要求1所述的发明，其中，该倒棱形一个仅在该侧面部分长度上延伸的表面。

7、根据权利要求1所述的发明，其中，该倒棱形成相对于钻头的迴转轴线成倾斜布置的三角形表面。

8、根据权利要求1所述的发明，其中，只在一个该迴转前刀刃上倒棱。

9、根据权利要求1所述的发明，其中，在多个迴转前刀刃上倒棱。

10、根据权利要求9所述的发明，其中，该倒棱是不对称的。

11、根据权利要求9所述的发明，其中，该倒棱是对称的。