CN103889622B - 钻头和用于钻头的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻头。按照本发明的钻头（1）沿着轴线（2）在钻头头部（3）与插入端部（5）之间具有柄部（4）。柄部（4）配设有至少两个沿着轴线（2）延伸的第一槽（34）和至少一个螺旋形的第二槽（31）。第一槽（34）和第二槽（31）在多个交叉部（41）处相互交叉。第一槽（34）的槽宽度（35）在两个相邻的交叉部（41）之间由其中一个交叉部（41）直至最窄的部位（42）的走向中连续地减小。在最窄的部位（42）之后，槽宽度（35）直至其中另一个交叉部（41）连续地增大。

Description

钻头和用于钻头的制造方法

技术领域

本发明涉及一种钻头和用于钻头的制造方法。

背景技术

带有附加的平行于轴线延伸的钻屑槽的螺旋钻头由US2,728,558已知。附加的轴向钻屑槽在采用凿(meiβelndenEinsatz)期间应能实现在钻孔内改善的压力平衡。EP1621274A1同样提出一种附加的轴向槽，当螺纹(螺纹)堵塞时，该轴向槽应补偿在钻孔中的过压。

发明内容

按照本发明的钻头沿着轴线在钻头头部与插入端部之间具有柄部。柄部配设有至少两个沿着轴线延伸的第一槽和至少一个螺旋形的第二槽。第一槽和第二槽在多个交叉部处相互交叉。第一槽的槽宽度在两个相邻的交叉部之间的走向中由其中一个交叉部直至最窄的部位连续地减小。在最窄的部位之后，槽宽度直至其中另一个交叉部连续地增大。

轴向第一槽也在与螺旋形的第二槽的交叉部之外具有变化的宽度。变化的宽度被证实为适合的，以减少或者甚至禁止钻屑沿着轴向槽的流动并且因此使流动沿着螺旋形的槽转向，以便确保有效的运走。

钻头可以具有带有多个螺旋形的槽的多线的螺纹，特别是螺纹可以包括两个或四个转动对称地设置的螺旋形的槽。在多于一个螺旋形的槽时，第一槽交替地与螺旋形的槽交叉，相邻的交叉部因此是轴向槽与不同的螺旋形的槽的交叉部。轴向槽的数量不与螺旋形的槽的数量耦合。特别是可以设有正好两个或正好四个轴向槽。轴向槽优选相对于轴线旋转对称地设置。

一种构造形式规定，所述钻头具有多个螺旋形的肋。肋被第一槽沿周向方向以及第二槽沿着轴线所限定。螺旋形的肋沿周向方向具有凸形地拱曲的表面。凸形拱曲的表面使在各相邻的交叉部之间的轴向的槽变窄。

一种构造形式规定，所述第二槽比第一槽更宽。第一槽的平均槽宽度最高是第二槽的槽宽度的一半。垂直于轴向的槽的走向并且被轴向槽和柄部的圆柱形的包络曲线所限定的第一面最高为如下的第二面的四分之一，所述第二面垂直于螺旋形的槽的走向并且被螺旋形的槽和该圆柱形的包络曲线所限制。

一种构造形式规定，所述第一槽与轴线的径向距离等于第二槽与轴线的径向距离，或者比所述第二槽与轴线的径向距离小直至10％。钻屑的流在交叉部的区域中经历紊流，所述紊流可能负面地影响流动行为。在此方面，同样深或者优选稍深的在5％至10％之间更深的轴向的第一槽被证明为是有利的。

用于钻头的制造方法，包括如下步骤：形成棒形的坯件，所述坯件具有一个圆柱形的芯和至少两个由圆柱形的芯径向伸出的且沿着坯件的轴线延伸的板条和沿周向方向在各板条之间沿着轴线延伸的第一槽，所述第一槽使圆柱形的芯露出；将使板条交叉的螺旋形的第二槽纵向辊轧到坯件中。将钻头在端侧上安装在辊轧好的坯件上。所述坯件的另一端部改型成插入端部或者配设有插入端部。

用于螺纹的传统辊轧方法是横向辊轧方法，在所述横向辊轧方法中，坯件围绕轴线在辊成形轮廓上滚动。该方法以自然的方式与螺纹的螺旋对称性相协调。所述的纵向辊轧方法打破高的对称性。最初引入轴向的槽能实现构成很大程度平滑的螺旋形的槽。螺旋形的槽被轴向的槽的中断证明为对于螺纹的功能可承受的。

一种构造形式规定，所述棒形的坯件成形为关于包含轴线的平面没有镜像对称性的。缺少径向对称性对于补偿在辊轧时出现的扭力被证明为是有利的。

附图说明

以下的说明借助示例性的实施形式与附图阐述本发明。图中：

图1示出一个钻头；

图2示出钻头的柄部在平面II-II内的纵剖视图，

图3示出钻头的柄部在平面III-III内的纵剖视图，

图4示出钻头的柄部在平面IV-IV内的横剖视图，

图5示出钻头的柄部在平面V-V内的横剖视图，

图6示出柄部的圆柱形部分剖视图，

图7示出钻头的柄部在平面Vll-Vll内的横剖视图，

图8示出用于棒形的坯件的成型轮廓辊的示图，

图9示出由坯件纵向辊轧柄部的视图，

图10示出图9在平面X-X内的剖视图。

具体实施方式

只要未作其他说明，相同的或功能相同的元件通过相同的附图标记在附图中指出。

图1示出一个示例性的钻头1，该钻头特别是设计用于钻凿(Bohrmeiβeln)。钻头1沿着轴线2基本上具有三个相继的功能性区段，即一个钻头头部3、一个柄部4和一个插入端部5。钻头1可以以其插入端部5嵌入到工具机中。工具机使钻头1优选连续地围绕轴线2转动并且周期性地将冲击施加到插入端部5的一个端侧6上，这些冲击沿冲击方向7通过钻头头部3传入到基础中。

钻头头部3具有一个配合座8，在该配合座上一个凿削体9被紧固。凿削体9沿冲击方向7和沿径向方向超过配合座8，以便将冲击冲量和剪切力导入到钻孔中。配合座8例如具有与柄部4相同的径向尺寸并且优选如柄部4那样由钢制成。在配合座8的轴向端侧中可以构成、例如铣削缝隙。凿削体9嵌入到缝隙中并且材料锁合地与配合座8连接。在一种备选的构造形式中，配合座构成为平坦的端面，凿削体9材料锁合地紧固在端面上。

所示的凿削体9具有四个沿冲击方向7指向的凿削棱12。凿削棱12分别形成为沿钻头1的旋转方向在前的面13和在后的面14的交叉线，这两个面相对于轴线2倾斜并且相对彼此倾斜至少60度。凿削棱12基本上沿径向方向延伸，例如由凿削体9的尖端15直至凿削体9的下述边缘，在那里凿削棱12优选相对于尖端15沿冲击方向7向后移。凿削棱12相对于轴线2的倾斜度可以单调地或者也例如在尖端15上的区域中小于在边缘处。凿削棱12特别是可以在边缘上垂直于轴线2延伸。所示的凿削体9具有两对不同地构成的凿削棱，其中，形成尖端15的凿削棱被称为主刀刃并且另一对被称为副刀刃。代替四个，凿削体也可以具有两个例如仅主刀刃或者三个或多于四个凿削棱。沿冲击方向7指向的凿削棱12在凿削体9的边缘上连接一个断裂棱18，该断裂棱沿着轴线2延伸。断裂棱18径向地超过配合座8。凿削体9在其周向上配设有平行于轴线2延伸的导出沟19，钻屑沿着这些导出沟可以从钻孔运送。导出沟19沿周向方向设置在各凿削棱12之间。凿削体9优选是由烧结的硬金属制成的连续体该硬金属例如包含碳化钨或者金属合成体(Binder)。

所示的插入端部5专门为旋錾的钻头1所设计。在钻头1的端部上的基本上圆柱形的区段具有等于商业常见的工具机的工具容纳部的固定内直径的直径。工具容纳部可以具有用于改善转矩传递的板条或者螺栓，所述板条或螺栓接合到相应的用于转动带动插入端部5的槽20中。轴向敞开的槽117通过如下方式逆着冲击方向7敞开，即，所述槽延伸直至钻头的端侧6。钻头1的锁紧可以在工具容纳部中通过其他用于锁紧插入端部5的、沿着轴线2轴向闭合的槽21来进行。其他的钻头1可以具有不带槽的纯圆柱形的插入端部或者代替转动带动槽而带有伸出的板条的插入端部。

钻头头部3和插入端部5通过柄部4刚性连接。柄部4将转矩由插入端部5传递到钻头头部3上，必要时也将轴向的动量由插入端部5传递到钻头头部3上。钻头头部3可以关于柄部4的长度(沿着轴线2的尺寸)导入到钻孔中。符合目的地，柄部4以多倍长于钻头头部3。

以多个剖视图示出柄部4，图2示出平面II-II内的纵剖视图，图3示出平面III-III内的纵剖视图，该平面III-III相对于平面II-II转动了45度，图4示出平面IV-IV内的横剖视图，图5示出平面V-V内的横剖视图并且图7示出平面Vll-Vll内的横剖视图。图6示出柄部相对于轴线2间隔开恒定距离的小的局部视图。

柄部4具有四个螺纹线30，这些螺纹线用于将钻出物从钻孔运走。示例性的柄部4具有四重的转动对称，所述旋转对称通过四个螺纹线30来预给定。螺纹线30的螺旋形的槽31围绕柄部4螺纹形地或螺旋形地连续地延伸。螺旋形的槽31的横截面成型轮廓例如是半圆形的或者圆弓形的。螺纹线的导程或者螺距优选是恒定的并且可以在其他的构造形式中连续地沿着轴线2改变。槽31延伸直至钻头头部3并且优选平滑地过渡到钻头3的导出沟19中。垂直于槽31的螺旋形的走向所测量的槽宽度32和沿径向方向所测量的槽深度33足够地确定尺寸，以便输送钻屑。螺纹线30的数量示例性地并且优选地与凿削棱12的数量相同地选择。

另外四个平行于轴线2延伸的槽34(轴向的槽)引入到柄部4中。轴向槽34至少在螺旋形的槽31的整个轴向长度上延伸。例如轴向槽34在钻头头部3处开始并且沿着轴线2延伸得比螺旋形的槽30更远。螺旋形的槽31和轴向槽34在柄部4的长度上多次相互交叉。轴向的槽34的槽宽度35明显比螺旋形的槽31的槽宽度32更小，例如最高具有张角的一半。特别是，由钻孔和螺旋形的槽31限定的容积明显比相应的由轴向的槽34限定的容积更大。轴向的槽34对将钻出物通过螺旋形的槽31运走没有影响。轴向的槽34的槽深度36大致等于螺旋形的槽31的槽深度33或者比螺旋形的槽的槽深度大直至10％。螺旋形的槽31的走向仅最小地被轴向的槽34所影响，特别是不被横向设置的槽底部上的局部的突起所影响，但也不被深的局部的横向设置的、可能阻碍钻出物运走的沟槽所影响。轴向的槽34的槽底部优选使柄部4的圆柱形的芯37露出。

螺纹线30不是具有连续的螺纹脊38，而是螺纹脊38通过轴向的槽34中断地分别由多个肋39组成。螺纹脊38的肋39沿着螺旋形的线、亦即沿着螺纹脊38设置在柄部4的圆柱形的芯37上。肋39沿着轴线2被相邻的螺旋形的槽30所限定，并且因此具有其相对于轴线2的螺距。肋39沿周向方向被沿周向方向相邻的轴向的槽34所限定。轴向的槽34具有波浪形的边缘，由此轴向的槽34的槽宽度35沿着轴线2调整成能不具有棱的。特别是不形成棱而是形成在螺旋形的槽31与轴向的槽34的交叉部41处的平滑的过渡部。轴向槽34临近于交叉部41地具有轴向槽的最大的槽宽度。在两个交叉部41之间的走向中，槽宽度由交叉部41中的第一交叉部减小直至达到最窄的部位42，并且在最窄的部位42之后增大直至第二交叉部41。槽宽度35连续地、亦即没有突变地进行减小或者增大。此外，变化在最窄的部位42和交叉部41之间单调地进行，亦即轴向槽34局部不再次变宽。肋39的沿旋转方向在前的表面43和沿旋转方向在后的表面44是平滑且弧形的，所述表面沿周向方向限定轴向的槽34，其中，弧形指向相邻的肋39的分别对置的表面43、44。

肋39的在前的表面43和在后的表面44可以不同程度地拱曲，特别是在后的表面44可以具有较小的曲率半径。轴向的槽34因此构造成非对称的并且关于最小槽宽度的区域沿螺纹的旋转方向比逆着其旋转方向更强地拓宽。

另一非对称性存在于轴向的槽34的起始区域45中，在该起始区域中没有引入螺旋形的槽31。在各轴向的槽34之间构成有径向伸出的板条46。通过板条46的脊48及其重心49的平面47虽然是相对于轴线2平行但是相对于轴线2错移。

螺纹的肋39分别具有螺旋形的顶线50，所述顶线沿着最高的点延伸。顶线50是边界线，由该边界线开始肋39的表面沿两个方向平行于轴线2地靠近轴线2。顶线50可以在最高80度并且优选至少30度、例如至少45度的角度范围51上存在于包络柄部4的圆柱体上。在垂直于轴线2投影的顶线50上的曲率半径在该角度范围51内等于顶线50与轴线2的最大径向距离。

在另一种实施形式中，轴向的槽34可以轻微螺旋形地围绕柄部4延伸，其中，轴向的槽优选围绕柄部4缠绕最高一次。轴向的槽34的匝数比螺旋形的槽31的匝数小一个数量级。轴向的槽的旋转方向优选与螺旋形的槽31的旋转方向相反。

以下参照图8和9描述钻头1的示例性的制造方法，图10示出平面X-X内的截面。例如由连续金属丝(Endlosdraht)截取圆柱形的棒60，棒的长度大致等于要制造的钻头1的长度。棒的横截面积大致等于要制造的螺纹的平均横截面积。

第一辊轧过程将圆柱形的棒60变形成非圆柱形棱柱形的坯件61。各辊四重地沿着轴线2延伸的槽62压入到圆柱形的棒中。各槽62优选具有相同的造型并且围绕轴线2相互错移90度地设置。形成的坯件61相应地具有四重对称性，所述对称性与要制造的螺纹的转动对称性相对应。坯件61具有一个圆柱形的芯63，所述芯沿着轴线2延伸并且在槽62的区域内露出。四个沿着轴线2延伸的板条64从圆柱形的芯63径向伸出地形成。坯件61优选相对于包含轴线2的平面不具有镜像对称性。板条64例如可相对于圆柱形的芯63倾斜。所述第一辊轧方法可以包括横向辊(亦即辊成形轮廓沿着棒的周向方向滚动)或者纵向辊(亦即辊成形轮廓沿着轴线滚动)。备选于辊轧方法，成形轮廓也可以通过挤压成型机成形。

第二辊轧过程将螺旋形的槽65成形到板条64中。在使用纵向辊的情况下，辊成形轮廓沿着轴线2在坯件61上滚动。同时总共使用四个辊成形轮廓66，这些辊成形轮廓中的每一个准确地将板条64之一变形为沿着轴线2相继的螺旋形的肋39。辊成形轮廓局部地包围肋64并且以其外部的齿面67作用到与板条64相邻的槽62中。四个辊成形轮廓以其齿面67在槽62内部相互接触并且形成一个围绕坯件61的闭合的环。齿面67优选不延伸直到槽62的底部。

经变形的带有肋39的坯件在端侧上配设有用于钻头头部3的配合座。端侧例如可以被铣出成平坦的面。钻头头部3材料锁合地并且必要时形锁合地紧固在配合座上。在坯件的对置的端部上构成插入端部5、例如通过辊轧或者槽的铣削来构成。

Claims (5)

1.钻头，所述钻头沿着轴线(2)在钻头头部(3)和插入端部(5)之间具有柄部(4)，所述柄部带有至少两个沿着轴线(2)延伸的第一槽(34)和至少一个螺旋形的第二槽(31)，其中，所述第一槽(34)和第二槽(31)在多个交叉部(41)处相互交叉，并且其中，第一槽(34)的槽宽度(35)在两个相邻的交叉部(41)之间由所述交叉部(41)之一直至最窄的部位(42)的走向中连续地减小并且在所述最窄的部位之后直至所述交叉部(41)中的另一个连续地增大，钻头具有多个螺旋形的肋(39)，所述肋被第一槽(34)沿周向方向所限定并且被第二槽(31)沿着轴线(2)所限定，并且所述螺旋形的肋(39)具有沿周向方向凸形拱曲的表面(43、44)。

2.按照权利要求1所述的钻头，其特征在于，所述第二槽(31)比第一槽(34)更宽。

3.按照上述权利要求之一所述的钻头，其特征在于，所述第一槽(34)与轴线(2)的径向距离等于第二槽(31)与轴线(2)的径向距离，或者比所述第二槽与轴线的径向距离小直至30％。

4.用于钻头的制造方法，包括如下步骤：

使棒形的坯件成形，所述坯件具有一个圆柱形的芯和至少两个由圆柱形的芯径向伸出的且沿着坯件的轴线延伸的板条和周向方向上在各板条之间沿着轴线延伸的第一槽，所述第一槽使圆柱形的芯露出，

将对板条进行交叉的螺旋形的第二槽纵向辊轧到坯件中并且将钻头头部安装在坯件的端侧上。

5.按照权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述棒形的坯件成形为关于包含轴线(2)的平面没有镜像对称性的。