CN104955597A - 用于钻头的切削区段 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切削区段(11)，该切削区段可沿转动方向(21)围绕转动轴线(22)转动，该切削区段包括环状区段(13)、一个或多个切削元件(14)以及插接元件(15)，所述切削元件固定在环状区段(13)的第一端部上，所述插接元件在背离切削元件(14)的端部上与环状区段(13)连接。所述插接元件(15)具有至少一个缝槽状缺口(26)，该缝槽状缺口具有横向缝槽(33)和连接缝槽(34)，该横向缝槽(33)垂直于转动轴线(22)设置并且通过连接缝槽(34)与插接元件(15)的上边缘(35)连接。

Description

用于钻头的切削区段
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用于钻头的切削区段。
背景技术
US3888320A公开一种切削区段，其能够通过可拆的插接－转动连接结构与钻杆区段连接为钻头。钻头固定在取芯设备的刀夹中并且在钻孔运行中被取芯设备沿转动方向围绕转动轴线驱动。切削区段具有一个环状区段、多个在第一端部上与环状区段连接的切削元件和一个外侧插接元件，该外侧插接元件在背离切削元件的第二端部上与环状区段连接。钻杆区段具有圆柱形钻杆，该钻杆在朝向切削区段的端部上具有一个内侧插接元件。所述内侧和外侧插接元件沿平行于转动轴线的插接方向构成插接连接结构。外侧插接元件在内侧上具有多个销元件，所述销元件在垂直于转动轴线的平面中径向向内定向。内侧插接元件具有多个L形的缝槽状缺口，销元件导入所述缺口中。L形缺口具有横向缝槽和连接缝槽，横向缝槽垂直于转动轴线延伸，连接缝槽平行于转动轴线延伸并且将横向缝槽与内侧插接元件的下边缘连接起来。钻杆区段的插接元件在连接缝槽区域中构造成开口的。固定在切削区段上的销元件通过连接缝槽导入。
该已知的切削区段的缺点在切削区段卡在基础中时表现出来。在取芯时切削区段在钻孔期间常常会卡在基础中并且必须被操作者松开。为了松开卡住的切削区段，在通过钻架引导的取芯设备中逆着转动方向驱动钻头并且由钻架向钻头施加逆着钻孔方向定向的拉力。操作者尝试通过借助套筒扳手手动转动切削区段并且同时借助钻架将其拉出于基础。在已知切削区段的L形缺口中存在这样的危险：操作者围绕转动轴线转动钻杆区段直至销元件挡靠在连接缝槽上并且同时操作钻架的手轮，以致销元件从连接缝槽中脱出。一旦切削区段和钻杆区段之间的插接－转动连接结构松开，就必须以其它方式将切削区段取出于基础，例如通过刨开基础而取出。
发明内容
本发明的任务在于改进用于钻头的、可更换的切削区段，在此降低在从基础取出卡住的钻头时连接意外松开的危险并且降低钻杆区段在无切削区段的情况下被取出于基础的危险。另外，应进一步提高切削区段在钻孔时的稳定性以及切削区段相对于由钻架引起的拉力负荷的抗变形性。
该任务在开头所提的切削区段中根据本发明通过独立权利要求1的特征得以解决。有利的方案由从属权利要求给出。
根据本发明规定，所述插接元件具有至少一个缝槽状缺口，该缝槽状缺口具有横向缝槽和连接缝槽，横向缝槽垂直于转动轴线设置并且通过连接缝槽与插接元件的上边缘连接。切削区段的插接元件在连接缝槽的区域中构造成开口的。固定在钻杆区段上的销元件通过连接缝槽导入，在此，连接缝槽可平行或倾斜于转动轴线设置。从销元件到插接元件的扭矩传递在横向缝槽中进行。
具有缝槽状缺口的钻头区段比固定有销元件的钻头区段更加易于通过拉力负荷变形。缝槽状缺口设置在可更换的切削区段上的优点在于，更换较不稳定的那一个钻头区段。根据本发明的切削区段具有较高的稳定性和相对于拉力负荷的较高的抗变形性。
优选插接元件具有三个或更多个缝槽状缺口。在此，缝槽状缺口优选均匀地围绕切削元件的转动轴线分布地设置。基于缝槽状缺口的均匀分布在销元件和缺口之间不存在配对关系并且一个销元件可导入任一缺口中。
在一种优选实施方式中，所述插接元件垂直于转动轴线具有外径和内径并且平行于转动轴线具有长度。环状插接元件允许插接连接结构设有内侧插接元件和外侧插接元件。内侧插接元件优选设置在钻杆区段上并且外侧插接元件设置在切削区段上。通过将缝槽状缺口设置在外侧插接元件上并且将销元件设置在内侧插接元件上，钻头可在内侧上密封地构造并且避免错误引导冷却和冲洗介质。例如通过钻头的插入端部被供应的冷却和冲洗介质在密封的钻头中完全流到加工位置上并且确保冷却切削元件以及运走钻屑。另外，根据本发明的切削区段允许操作者监控插接－转动连接结构的打开和闭合。当缝槽状缺口设置在内侧插接元件上时，则无法或只能受限地进行监控。
特别优选所述插接元件的长度至少为18mm。当插接元件的最小长度为18mm时，确保切削区段具有足够的抗变形性。缝槽状缺口可在插接元件上定位于这样的高度中，使得切削区段在借助钻架松开卡住的钻头时相对于出现的拉力负荷是抗变形的。
在此，所述插接元件的长度特别优选不大于28mm。直至插接元件28mm的长度，切削区段相对于拉力负荷的抗变形性提高。插接元件的更大长度不影响或仅略微影响切削区段相对于拉力负荷的抗变形性并且仅引起材料成本和加工成本的升高。
优选横向缝槽平行于转动轴线到环状区段的下部距离至少为3mm。当最小距离为3mm时，确保在借助钻架取出卡住的钻头时切削区段相对于拉力负荷具有足够的抗变形性。
在此，横向缝槽到环状区段的下部距离特别优选不大于5mm。直至5mm的距离，切削区段相对于拉力负荷的抗变形性得到改善。更大的距离不影响或仅略微影响切削区段相对于拉力负荷的抗变形性并且仅引起材料成本和加工成本的升高。
在切削区段的一种扩展方案中，横向缝槽具有带动区域和锁定区域，该带动区域在连接缝槽的朝向转动方向的一侧上与连接缝槽连接，并且锁定区域在连接缝槽的背离转动方向的一侧上与连接缝槽连接。从钻杆区段向切削区段的扭矩传递通过销元件和带动区域进行。锁定区域设置在连接缝槽的与带动区域相反的一侧上。锁定区域减小在从基础中松开卡住的钻头时钻杆区段和切削区段之间的插接－转动连接结构意外打开的危险。操作者尝试通过借助套筒扳手围绕转动轴线转动钻杆区段并且同时借助钻架将卡住的切削区段拉出于基础。实践表明：尤其是当销元件挡靠在横向缝槽上时，操作者才拉拔钻杆区段。当销元件挡靠在带动区域或锁定区域上时，插接－转动连接结构没有打开危险。在根据本发明的切削区段中，只有当操作者正好在销元件位于连接缝槽上时拉拔钻杆区段，插接－转动连接结构才被打开。与L形缝槽状缺口相比，插接－转动连接结构意外打开危险大大降低。
在第一种优选方案中，所述带动区域的宽度与锁定区域的宽度一致。在此，带动区域和锁定区域优选具有销半径加1.5mm的最小宽度和销半径加3mm的最大宽度。该实施方式特别适合于直径大的钻头，此时横向缝槽在圆周上的比例小。
在第二种优选方案中，带动区域的宽度大于锁定区域的宽度。在此，带动区域和锁定区域优选具有销半径加1.5mm的最小宽度和销半径加3mm的最大宽度。该实施方式特别适合于直径小的钻头，此时横向缝槽在圆周上的比例大。
优选连接缝槽平行于切削区段转动轴线的高度至少为10mm。当高度至少为10mm时，确保切削区段相对于由钻架引起的拉力负荷具有足够的抗变形性。
在此，连接缝槽平行于转动轴线的高度特别优选不大于13mm。直至13mm的高度，切削区段相对于由钻架引起的拉力负荷的抗变形性得到改善。更大的高度不影响或仅略微影响切削区段相对于由钻架引起的拉力负荷的抗变形性并且仅引起材料成本和加工成本的升高。
在切削区段的一种扩展方案中，环状区段具有导向区段，该导向区段平行于转动轴线地齐平地连接到切削元件的外边缘上、或内边缘上、或外边缘和内边缘上。通过使导向区段齐平地连接到切削元件上，导向区段在钻孔时构成用于切削元件的导向装置并且稳定切削元件。在此，切削元件外侧上的导向可通过包围钻孔的基础或在钻头的内侧上通过钻芯实现。
优选导向区段平行于转动轴线的长度小于4mm。小于4mm的导向区段不妨碍或至少不明显妨碍冷却和冲洗介质的供应。
在切削区段的一种优选实施方式中，外侧插接元件具有凹槽，该凹槽沿轴向方向设置在缝槽状缺口的高度上。轴向方向是指平行于切削区段转动轴线的方向。所述凹槽可与设置在钻杆区段内侧插接元件上的凸缘沿轴向方向形成形锁合连接结构。通过钻杆区段和切削区段之间的附加的形锁合连接结构可进一步减小在从基础中取出卡住的钻头时钻杆区段和切削区段之间的可拆连接意外打开的危险。
在外侧插接元件的缝槽状缺口之间产生显示弹性作用的区段。通过缝槽状缺口的数量和轴向高度以及外侧插接元件的长度可调整该弹性作用。为了分离钻杆区段与切削区段，借助工具沿轴向方向向外侧插接元件的端面施加力。基于该力作用外侧插接元件的弹性区段偏转并且凸缘和凹槽之间的形锁合连接结构可松开。
特别优选凹槽构造成环状的并且设置在垂直于转动轴线的平面中。构造成环状且设置在缝槽状缺口高度上的凹槽增强缝槽状缺口之间的外侧插接元件区段的弹性作用。
实施例
下面参考附图说明本发明的实施例。附图不必按照尺寸来表示实施例，更准确地说，附图以示意性和/或稍微变形的形式来用于解释。关于对能够直接从附图中看出的教导的补充，可以参考相关的现有技术。这里可以考虑对实施方式的形式和细节进行多方面的改进和改变，而不脱离本发明的一般性构思。在说明书、附图和权利要求书中公开的本发明特征单独地或任意组合地都可以对于本发明进一步方案是实质性的。另外在说明书、附图和/或权利要求书中公开的至少两个特征的全部组合都落入本发明的范畴中。本发明的一般性构思不局限于下面所示和所述的优选实施方式的精确形式或细节或不局限于与权利要求书中所要求保护的技术方案相比受限的技术方案。在尺寸范围被说明时，处于所述界限中的值也作为极限值被公开并且可任意使用和要求保护。出于简化原因，接下来为相同或相似的部件或具有相同或相似功能的部件使用相同附图标记。
附图如下：
图1A、1B为处于未连接状态(图1A)和连接状态(图1B)中的本发明切削区段，该切削区段能够通过可拆的插接－转动连接结构与钻杆区段连接；
图2A、2B为切削区段沿图1A中的剖面A-A的纵剖面图(图2A)和切削区段插接元件的放大图(图2B)；
图3为切削区段沿图1中剖面B-B的纵剖面图；
图4为本发明切削区段的另一种实施方式，该切削区段能够通过附加的形锁合连接结构与钻杆区段连接。
图1A、1B示出包括根据本发明的切削区段11的钻头10，该切削区段能够通过可拆的插接－转动连接结构与钻杆区段12连接。在此，图1A示出在插接－转动连接结构打开时处于未连接状态中的切削区段11和钻杆区段12，并且图1B示出通过插接－转动连接结构与钻杆区段12连接的切削区段11。
切削区段11包括环状区段13，该环状区段在第一端部上与多个切削元件14连接并且在第二端部上具有第一插接元件15。在此，第一插接元件构造为外侧插接元件15。切削元件14与环状区段13熔焊、钎焊、螺纹连接或以其它适合的固定方式固定在环状区段13上。代替多个切削元件14，切削区段11也可具有一个唯一的、构造为切削套筒的切削元件，该切削元件与环状区段13连接。切削区段11垂直于转动轴线22具有圆形横截面，或者根据本发明的切削区段可具有其它适合的横截面、如多边形横截面。
钻杆区段12具有圆柱形钻杆16，该钻杆在朝向切削区段11的端部上具有第二插接元件17并且在远离切削区段11的端部上与接纳区段18连接。在此，第二插接元件构造为内侧插接元件17。接纳区段18包括盖19和插入端部20。钻头10通过插入端部20固定在取芯设备的刀夹中。在钻孔运行中，钻头10通过取芯设备沿转动方向21围绕转动轴线22被驱动并且沿平行于转动轴线22的钻孔方向23运动到待加工的基础中。转动轴线22在钻孔运行中同轴于钻杆区段12的纵轴线和切削区段11的纵轴线延伸。
切削区段11通过插接－转动连接结构24与钻杆区段12连接(图1B)。“插接－转动连接结构”是指两个连接元件沿至少一个方向形成插接连接结构，插接的连接元件附加地通过转动连接结构连接。在此，插接连接和转动连接可先后或同时进行。
切削区段11以外侧插接元件15套到钻杆区段12的内侧插接元件17上，在此，该插接连接结构的插接方向平行于转动轴线22延伸。转动连接结构包括六个销元件25，所述销元件插入六个缝槽状缺口26中。六个销元件25固定在内侧插接元件17的外侧27上并且六个缝槽状缺口26设置在外侧插接元件15中。销元件25和缺口26均匀地围绕转动轴线22分布地设置。基于均匀分布，销元件25和缺口26之间没有配对关系并且一个销元件25可插入任一缺口26中。
图2A、2B示出切削区段11平行于图1A图平面的纵剖面图。在此，图2A示出整个切削区段11并且图2B以放大图示出外侧插接元件15中的缝槽状缺口26。
切削区段11具有环状区段13、切削元件14和外侧插接元件15。环状区段13和外侧插接元件15在所示实施方式中构造成一体的。代替一体设计，外侧插接元件15可构造为单独的部件并且随后与环状区段13连接。切削元件14在垂直于转动轴线22的平面中环状地围绕环状区段13设置并且分别具有外边缘31和内边缘32。切削元件14的外边缘31构成具有外径Da的外圆并且内边缘32构成具有内径Di的内圆。外侧插接元件15垂直于转动轴线22具有外径d1,a和内径d1,i。
图2B以放大图示出外侧插接元件15中的缝槽状缺口26。缝槽状缺口26包括一个垂直于转动轴线22设置的横向缝槽33和一个平行于转动轴线22设置的连接缝槽34。连接缝槽34连接横向缝槽33与外侧插接元件15的上边缘35，外侧插接元件在上边缘35上在连接缝槽34的区域中构造成开口的。钻杆区段12的销元件25通过连接缝槽34导入缝槽状缺口26中并且通过围绕转动轴线22的转动移动到横向缝槽33中。从销元件25到外侧插接元件15的扭矩传递在横向缝槽33中进行。
外侧插接元件15平行于纵轴线22具有长度l1并且垂直于纵轴线22具有宽度b1(图3)。横向缝槽33垂直于纵轴线22具有宽度B并且平行于纵轴线22具有高度H。连接缝槽34垂直于纵轴线22具有宽度b并且平行于纵轴线22具有高度h。连接缝槽34的宽度b大于销元件25的销直径，以致销元件25能够容易地导入连接缝槽34中。在此，通过上边缘35上的导入斜面36可使销元件25的导入更加简单。这样选择连接缝槽34的高度h，以致切削区段11在松开卡住的转头时相对于拉力负荷具有足够的抗变形性。如高度h选择得过小，则存在外侧插接元件15变形的危险。
横向缝槽33平行于纵轴线22与环状区段13具有下部距离A1,u并且与上边缘35具有上部距离，该上部距离等于连接缝槽34的高度h。这样选择到环状区段13的下部距离A1,u，使得切削区段11相对于由钻架引起的拉力负荷具有足够的抗变形性。如下部距离A1,u选择得过小，则存在外侧插接元件15变形的危险。
横向缝槽33包括带动区域37、锁定区域38和过渡区域39。带动区域37和锁定区域38关于切削区段11的转动方向21设置在连接缝槽34的不同侧，并且带动区域37和锁定区域38通过过渡区域39与连接缝槽34连接。带动区域37在连接缝槽34的朝向转动方向21的一侧上与连接缝槽34连接，并且锁定区域38在连接缝槽34的背离转动方向21的一侧上与连接缝槽34连接。从钻杆区段12向切削区段11的扭矩传递通过销元件25和带动区域37进行。锁定区域38减小了在从基础松开卡住的钻头时钻杆区段12和切削区段11之间的插接－转动连接结构24意外打开的危险。
带动区域37垂直于纵轴线22具有宽度B1，带动区域37的高度等于横向缝槽33的高度H。锁定区域38垂直于纵轴线22具有宽度B2，锁定区域38的高度等于横向缝槽33的高度H。这样选择带动区域37和锁定区域38的宽度B1、B2，使得销元件25在拉力负荷下保持在横向缝槽33中并且不脱出。
图3示出切削区段11沿图1A中的剖面A-A的纵剖面图。切削区段11具有环状区段13、切削元件14和外侧插接元件15。
切削元件14包括基体区41和中性区42，基体区41由掺有切削颗粒的粉末材料制成并且中性区42由不含切削颗粒的可焊接粉末材料制成。切削元件14的两件式结构对于能将切削元件14与环状区段13焊接是必要的。环状区段13齐平地连接到切削元件14的内边缘32上并且相对于切削元件14的外边缘31具有缩进部43。
环状区段13在内侧上具有导向区段44和取芯区段45。取芯区段45具有内径，该内径朝向切削元件14方向减小，取芯区段45的倾斜表面有助于取出钻芯。导向区段44齐平地连接到切削元件14上并且在钻孔时构成用于切削元件14的导向装置。导向区段44平行于纵轴线22具有长度m。代替在钻头10内侧上导向，导向区段可设置在外侧上，或设置在外侧和内侧上。导向区段44的长度m小于4mm。小于4mm的导向区段44不或至少不明显妨碍冷却和冲洗介质供应。
外侧插接元件15具有外周面46、内周面47和端面48。环状止挡台肩49处于环状区段13与外侧插接元件15的过渡部上。在图3所示的切削区段11中，外侧插接元件15附加地具有倾斜外表面50，该外表面的直径朝向切削元件14方向增大。
图5示出具有根据本发明的切削区段61的另一种钻头60，该切削区段能够通过可拆的插接－转动连接结构与钻杆区段62连接。该钻头60与钻头10的区别在于，沿轴向方向设置附加的形锁合连接结构，该形锁合连接结构加大了切削区段61与钻杆区段62意外松开的难度。
切削区段61除了外侧插接元件15和缝槽状缺口26外还具有第一连接器63并且钻杆区段62除了内侧插接元件17和销元件25外还具有第二连接器64。第一连接器63包括凹槽65，该凹侧设置在外侧插接元件15的内侧47上。第二连接器64包括凸缘66，该凸缘设置在内侧插接元件17上并且径向向外延伸。在钻头60的连接状态中，凸缘66和凹槽65沿轴向方向、即沿钻孔方向23在切削区段61和钻杆区段62之间形成形锁合连接结构。切削区段61借助凸缘66和凹槽65被锁定以防钻杆区段62被拔出于切削区段61。
凸缘66沿轴向方向设置在销元件25和钻杆16之间。为了将钻杆区段62取出于切削区段61，借助工具向外侧插接元件15的端面施加力。基于该力作用，外侧插接元件15的弹性区段偏转并且凸缘66和凹槽65之间的形锁合连接结构可松开。凹槽65构造成环状的，并且设置在垂直于转动轴线22的平面中。构造成环状的、沿轴向方向设置在缝槽状缺口26高度上的凹槽增强缝槽状缺口26之间的外侧插接元件15区段的弹性作用。
维持凸缘66和凹槽65的保持力可通过凸缘66和凹槽65的几何形状来调整。凸缘66向凹槽65中的卡入应对于操作者而言尽可能舒适，倾斜表面可使卡入更加容易。例如凸缘66的径向高度即沿径向方向的高度、凸缘66和内侧插接元件17之间的接触面以及倾角适合用作调整保持力的几何参数。

Claims (16)

1.切削区段(11，61)，该切削区段可沿转动方向(21)围绕转动轴线(22)转动，该切削区段包括环状区段(13)、一个或多个切削元件(14)以及插接元件(15)，所述切削元件固定在环状区段(13)的第一端部上，所述插接元件在背离切削元件(14)的端部上与环状区段(13)连接，其特征在于，所述插接元件(15)具有至少一个缝槽状缺口(26)，该缝槽状缺口具有横向缝槽(33)和连接缝槽(34)，横向缝槽(33)垂直于转动轴线(22)设置并且通过连接缝槽(34)与插接元件(15)的上边缘(35)连接。
2.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述插接元件(15)具有三个或更多个缝槽状缺口(26)。
3.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述插接元件(15)垂直于转动轴线(22)具有外径(d1,a)和内径(d1,i)并且平行于转动轴线(22)具有长度(l1)。
4.根据权利要求3的切削区段，其特征在于，所述插接元件(15)的长度(l1)至少为18mm。
5.根据权利要求4的切削区段，其特征在于，所述插接元件(15)的长度(l1)不大于28mm。
6.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述横向缝槽(33)平行于转动轴线(22)到环状区段(13)的下部距离(A1,u)至少为3mm。
7.根据权利要求6的切削区段，其特征在于，所述横向缝槽(33)到环状区段(13)的下部距离(A1,u)不大于5mm。
8.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述横向缝槽(33)具有带动区域(37)和锁定区域(38)，所述带动区域(37)在连接缝槽(34)的朝向转动方向(21)的一侧上与连接缝槽(34)连接，并且锁定区域(38)在连接缝槽的背离转动方向(21)的一侧上与连接缝槽连接。
9.根据权利要求8的切削区段，其特征在于，所述带动区域(37)的宽度(B1)与锁定区域(38)的宽度(B2)一致。
10.根据权利要求8的切削区段，其特征在于，所述带动区域(37)的宽度(B1)大于锁定区域(38)的宽度(B2)。
11.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述连接缝槽(34)平行于转动轴线(22)的高度(h)至少为10mm。
12.根据权利要求11的切削区段，其特征在于，所述连接缝槽(34)平行于转动轴线(22)的高度(h)不大于13mm。
13.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述环状区段(13)具有导向区段(44)，该导向区段(44)平行于纵轴线(22)地齐平地连接到切削元件(14)的外边缘(31)上、或内边缘(32)上、或外边缘和内边缘(31、32)上。
14.根据权利要求13的切削区段，其特征在于，所述导向区段(44)平行于转动轴线(22)的长度(m)小于4mm。
15.根据权利要求1的切削区段，其特征在于，所述插接元件(15)具有凹槽(65)，该凹槽沿轴向方向设置在缝槽状缺口(26)的高度上。
16.根据权利要求15的切削区段，其特征在于，所述凹槽(65)构造成环状的，并且设置在垂直于转动轴线(22)的平面中。
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