CN105209190B - 麻花钻及制造方法 - Google Patents

Abstract

按本发明的麻花钻(1)具有钻头头部(3)、连续的双线、三线直至六线的螺旋部(4)以及插入端部(5)，它们依次设置在钻头轴线(2)上。螺旋部(4)具有周期性地在绕钻头轴线(2)每一圈回转中两次、三次直至六次变化的径向外尺寸(18)。本发明还涉及一种用于这种钻头的制造方法。

Description

麻花钻及制造方法

技术领域

本发明涉及一种麻花钻和一种用于麻花钻的制造方法，尤其是用于钻凿式加工岩石和钢筋混凝土的麻花钻的制造方法。

背景技术

用于加工岩石、钢筋混凝土等的钻头例如由US7021872已知。螺旋部应首先将钻屑从钻孔运出。不仅由于可靠的钻屑运出，而且由于适当的制造花费，传统的螺旋形的螺旋部为此证明是合适的。但是，尤其由于使用的制造方法，传统的螺旋部在其它的特性方面需要妥协。一个方面是螺旋部在钻孔壁上的摩擦。

发明内容

按本发明的麻花钻具有钻头头部、连续的双线、三线直至六线的螺旋部以及插入端部，它们依次设置在钻头轴线上。所述螺旋部具有周期性地在绕钻头轴线的每一圈回转中两次、三次直至六次变化的径向外尺寸。所述外尺寸优选至多变化10％，并且优选至少变化2％。

所述麻花钻具有连续的螺旋部，所述螺旋部沿其整个回转用于运出钻屑。螺旋部的变化的直径导致该螺旋部仅在几个点上贴靠在钻孔壁上。由此能减少摩擦。

用于麻花钻的按本发明的制造方法具有下述步骤。将多个凹部辊轧到坯件的周面中，用于形成肋的网格。彼此平行的第一肋沿着坯件的轴线延伸并且彼此平行的第二肋以倾角相对于第一肋倾斜延伸。所述第一肋具有位于相邻的第二肋之间的区段。在这些区段中辊轧出槽。在辊轧的坯件的端侧上构成钻头头部。

两阶段的辊轧方法是用于钻头的有效的制造方法，该制造方法同时允许钻头形状的新的造型自由性。

所述凹部可在彼此平行的并且沿着轴线定向的行中进行辊轧。沿着轴线相邻的凹部可沿着轴线重叠。在周向方向上相邻的凹部可在周向方向上间隔。

一种设计方案规定，所述凹部的表面沿每个方向都是凹形的。所述凹部以其形状在曲率方面显著偏离于要制造的螺旋部。但是，为了制造期望的螺旋部，所述凹形的凹部被证明是足够的。有利的是，相比于在螺旋部的形状中直接地辊轧出槽，所述凹部对滚轧工具提出更小要求。

一种设计方案规定，所述槽平行于所述第二肋地延伸。所述槽的表面可以在平行于各第二肋的方向上是凸形的。在所述凹部上再次辊轧所述槽。所述槽与传统螺旋部的螺旋底部的凸形的变化曲线一致。

一种设计方案规定，所述槽以与所述凹部深度偏离至多10％的深度进行辊轧。

附图说明

下面的说明借助于示范性的实施例和附图阐述本发明。附图如下：

图1示出麻花钻；

图2示出通过麻花钻的螺旋部的横剖视图II-II；

图3示出通过麻花钻的螺旋部的横剖视图III-III；

图4示出沿着螺旋形的螺旋底部的剖视图；

图5示出通过第一辊轧机架的剖视图；

图6示出朝第一辊轧机架观察的通过半成品的剖视图VI-VI；

图7示出通过半成品的横剖视图VII-VII；

图8示出沿观察方向VIII的半成品的第一侧视图；

图9示出沿观察方向IX的半成品的第二侧视图；

图10示出半成品的再次辊轧的表面；

图11示出通过第二辊轧机架的剖视图；

图12示出通过第二辊轧机架的剖视图XII-XII；

图13示出在第二辊轧机架之后的半成品的再次辊轧的表面。

在附图中，相同的或功能相同的元件以相同的附图标记标识，而除非另外说明。

具体实施方式

图1示意性地简化地示出示例性的麻花钻1。该麻花钻1沿着钻头轴线2依次具有钻头头部3、螺旋形的螺旋部4和插入端部5。

示出的麻花钻1设计为用于加工具有钢筋的岩石，尤其用于与旋转运动叠加的凿式作业。钻头头部3具有四个指向冲击方向6的凿刃7。所述凿刃7分别构成为在钻头1的转动方向上位于前面的面和位于后面的面的交叉线，这两个面相对于钻头轴线2倾斜并且彼此以至少60度倾斜。所述凿刃7基本上在径向方向上延伸，例如从钻头头部3的尖端8直到钻头头部3的边缘，在那里凿刃7优选地在冲击方向6上相对于尖端8缩进。凿刃7相对于钻头轴线2的倾斜在径向方向上可以是固定不变的或者在尖端8的区域中比在边缘上小。凿刃7尤其能在边缘上垂直于钻头轴线2延伸。在指向冲击方向6的凿刃7上在钻头头部3的边缘上紧接着断裂棱9，其平行于钻头轴线2地延伸。断裂棱9优选地沿径向突出于螺旋部4。钻头头部3在其周向上设有与钻头轴线2平行地延伸的导出沟10，钻削能沿着这些导出沟从钻孔中运出。导出沟10在周向方向11上设置在凿刃7之间。钻头头部3优选是由烧结的硬质金属制成的连续体，该硬质金属例如包括碳化钨和金属粘结剂。示出的钻头头部3具有两对构成不同的凿刃，其中构成尖端8的凿刃被称为主刀刃并且另一对凿刃被称为副刀刃。代替四个凿刃，凿削体也可以具有两个(例如仅主刀刃)或三个或多于四个凿刃。

螺旋部4具有多个螺旋形的螺旋板条12，它们围绕旋转对称的芯13设置。螺旋板条12的数量优选与凿刃7的数量相同。示例性的螺旋部4具有四个螺旋板条12，也就是说该螺旋部是四线的。螺旋板条12例如在周向方向11上以相同的角度间隔设置，例如以90度的间隔。相邻的螺旋板条12之间的轴向间隔A优选是同样大的并且沿着钻头轴线2是固定不变的。在该示例中，轴向间隔A是螺旋板条12的导程的四分之一。

螺旋板条12优选地具有相同的尺寸和相同的形状。螺旋板条12的表面具有两个螺旋形地缠绕钻头轴线2的侧面15、16。所述侧面之中的第一侧面15连续地朝向钻头头部3，所述侧面之中的第二侧面16连续地与钻头头部3背离。第一侧面15到钻头轴线2的径向间隔在周向方向11上基本是单调递增的，第二侧面16到钻头轴线2的径向间隔在周向方向11上基本是单调递减的。第一侧面15和第二侧面16之间的过渡、即其径向突出的边缘构成螺旋脊17。所述螺旋脊17可以是基本上垂直于钻头轴线2定向的螺旋形的带或在几何结构方面简化地是连续的缠绕钻头轴线2的线。沿着钻头轴线2连续的所述线包括所有垂直于钻头轴线2定向的通过螺旋板条12的横剖面之中的每一个横剖面的以下点，该点具有到钻头轴线2最大的间隔18。间隔18在下面被称为螺旋脊17的高度18。

螺旋形的螺旋底部19分别在两个相邻的螺旋板条12之间延伸。螺旋底部19可以是连续的螺旋形的线或基本上垂直于钻头轴线2定向的带。螺旋底部19具有到钻头轴线2的最小的径向间隔。芯13在螺旋底部19上露出。

传统的螺旋部具有横剖面的沿着轴线始终不变的形状和尺寸。在一个平面中的横剖面可以仅通过绕钻头轴线旋转而构成为与在各平行平面中的所有横剖面全等。螺旋脊的高度尤其是固定不变的。

麻花钻1的螺旋部4的横剖面的形状沿着钻头轴线2周期性地变化。该形状优选地以相邻的螺旋板条12的轴向间隔A重复，也就是说，周期性优选地与轴向间隔A的倒数相同。图2示出在垂直于钻头轴线2的平面II-II中的第一横剖面，图3示出在平行于平面II-II的平面III-III中的第二横剖面。在这两个平面II-II和III-III之间的错位与半个周期相对应，这也就是说，在两个相邻螺板条12之间的轴向间隔A的一半。如由图2和图3可见，在平面II-II、III-III中的横剖面不能通过旋转而彼此全等地构成，这在下面被称为不同形状。在半个周期内的各横剖面具有不同形状。

螺旋部4被描述在具有固定不变的外半径20的柱体内。此外，具有固定不变的内半径21的实的柱体(芯30)能被描述在螺旋部4内。在图2至图4中，柱体被画为虚线的。螺旋部4的径向外尺寸18沿钻头轴线2周期性地变化。径向外尺寸18在平面II-II中大于在III-III中。相应地，螺旋部4只逐点地贴靠在外切的柱体上。径向外尺寸18变化优选至多10％、优选至少2％。考虑到钻屑的连续运出，幅度变化是有限的。轻微变化(例如由于螺旋脊17的沟纹引起，相反地由于细颗粒钻屑的粘结引起)可能不利地导致粘附的钻屑和钻孔壁之间的摩擦提高。径向外尺寸18变化缓慢、例如螺旋脊17在每一圈完整的回转中变化三次至六次，在此例如是四次。由变化的外尺寸18限定的螺旋部4的轮廓22具有相应的三次至六次旋转对称。

图4在绕钻头轴线2展开的视图中示出螺旋脊17的局部。截面IV-IV是螺旋形的并且按照螺旋底部19(横坐标和纵坐标未按比例)。螺旋脊17具有沿着钻头轴线2周期性变化的高度18。在分别垂直于钻头轴线2的各横剖面中，距离钻头轴线2最远的点(螺旋脊17)具有到钻头2不同的间隔(高度18)。高度18具有沿着钻头轴线2以固定不变的轴向间隔A周期性地依次出现的最大值(下面被称为顶点23)以及位于各顶点23之间的最小值(下面被称为鞍点24)。高度18在顶点23(即最大值)和鞍点24(即最小值)之间变化，变化最多10％，优选至少3％。螺旋部4在钻孔时只用顶点23贴靠在钻孔壁上。由此，摩擦损失、尤其是在深钻孔中的摩擦损失能减少。

螺旋脊17在绕钻头轴线2的每一圈回转中具有优选同样多的顶点23，如螺旋部4具有螺旋板条12一样多。相邻的顶点23的轴向间隔优选与相邻的螺旋脊17的轴向间隔A相同。螺旋脊17的两个顶点23在周向方向11上的间隔与通过多个螺旋板条12对圆周进行划分是相同的，在示出的示例中是90度。

螺旋板条12优选具有相同的尺寸、相同的形状并且螺旋板条的布置是旋转对称的。一个螺旋脊17的顶点23在周向方向11上与相邻的螺旋脊17的顶点23对置。因此，一个螺旋脊17的顶点23优选与每个其它螺旋脊17的顶点23一起位于一个垂直于钻头轴线2的平面II-II中。在图2示出的示例中，在平面II-II中，四个螺旋部4之中的每一个螺旋部都具有一个顶点23。此外，优选一个螺旋脊17的顶点23可以在轴向方向上与相邻的螺旋脊17的顶点23对置。每个顶点23位于多条(在此是四条)直线之一上，这些直线平行于钻头轴线2地延伸并且以相同的角度间隔(在此是90度)绕钻头轴线2设置。直线的数量等于螺旋板条12的数量。

所述鞍点24，也就是说高度18的最小值，大约位于两个依次出现的顶点23之间的一半距离上。

螺旋底部19可以具有沿着钻头轴线2固定不变的径向间隔25。在示例的实施方案中，螺旋底部19沿着钻头轴线2产生小的周期性的变化。螺旋底部19的径向间隔25的最小值26优选地与螺旋脊的顶点23一起位于与钻头轴线2垂直的平面II-II中。螺旋底部19的径向间隔25的最大值27优选地与螺旋脊的鞍点24一起位于与钻头轴线2垂直的平面III-III中。因此，螺旋底部19和螺旋脊17具有相对于钻头轴线2的相反的倾斜。

下面描述的用于麻花钻1的制造方法主要涉及螺旋部4的制造。描述的插入端部5的加工和钻头头部3的制造或安装只是优选实施例。

图5和6在纵剖面V-V和横剖面VI-VI中示意性地示出坯件28的第一加工。坯件28例如是柱形的钢材。坯件28的横剖面为了更简单的购置优选是圆形的，但是也可以具有其它的近似圆形的结构，例如多边形、椭圆形。

示出的制造方法将坯件28在随后的成型步骤之前截断到期望的长度，例如螺旋部4的长度或包括插入端部5在内的麻花钻1的长度。在优选的变型方案中，螺旋部4首先成形到坯件28中并且已成型的坯件接着被切成多个螺旋部4。

坯件28通过具有四个辊轧工具29的第一机架设有多个凹部30。这些凹部30的辊轧通过纵向辊轧实现。坯件28的进给方向31平行于其轴线2。辊轧工具29在坯件28上平行于坯件28的轴线2滚动。

辊轧工具29的旋转轴线32或枢转轴线垂直于坯件28的轴线2或进给方向31。

辊轧工具29优选构成为是相同的。此外，辊轧工具29以绕坯件28的轴线2相同的角度间隔设置。因此，每个辊轧工具29加工坯件28的一个不同的角度区段33并且在该角度区段33中成形一排沿着轴线2依次出现的凹部30。沿着轴线2相邻的凹部30的间隔优选是固定不变的。

辊轧工具29基本上具有带有多个设置在周向上的齿34的斜齿轮的形状。齿34例如是棱柱形的，也就是说其横剖面沿着旋转轴线32是固定不变的。例如示出的横剖面是部分圆形的，也就是说齿34具有扇形体的形状。齿34的齿顶线35相对于旋转轴线32是倾斜的。旋转轴线32和齿顶线35之间的倾角36位于30度和60度之间的范围中。所有齿34优选构成为相同的。

在图7、图8和图9中示出用辊轧工具29优选冷成型的坯件28(下面称为半成品37)。图7放大地示出在平面VII-VII中的横剖面视图，图8示出在方向VIII上的侧视图，图9示出在方向IX上的另一侧视图并且图10示出绕轴线2展开的视图。

成形到半成品37中的凹部30具有例如椭圆的或菱形的轮廓。各凹部30构造成相同的。

凹部30的纵轴线38延伸通过凹部30的两个距离最远的端部并且因此限定凹部的最大尺寸39。凹部30的沿着纵轴线38的尺寸39优选大于凹部30的垂直于该纵轴线38的尺寸40的两倍。凹部30的纵轴线38相对于半成品37的轴线2以倾角41倾斜。倾角41优选在30度和60度之间。

凹部30的表面42优选是凹柱形或凹棱柱形。凹部30基本上具有圆形或椭圆形柱体与柱形坯件28相交的形状。凹部30平行于纵轴线38是不弯曲的并且在所有其他方向上是具有固定不变的或变化的正曲率的凹形。作为替换，凹部30可以制造为透镜形的。凹部30在每个方向上都是凸形的，也就是说正曲率的，沿着纵轴线38也是如此。平行于纵轴线38的表面42的曲率大于垂直于纵轴线38的表面42的曲率。凹部30的负曲率，也就是说凹线，在所有实施形式中都是不被期望的，既使沿着曲率最小的纵轴线38也是如此。

凹部30设置在多行例如四行43中。各行43优选平行于轴线2地定向，相应地每行43在一个不同的角度区段33中延伸。因此，在周向方向11上相邻的凹部30在周向方向11上不重叠。为此，禁止在辊轧凹部30期间将坯件28绕其轴线2旋转。

在周向方向11上相邻的行43分别通过轴向延伸的肋44彼此分开。轴向延伸的肋44基本上平行于轴线2并且连续地优选在坯件38的整个长度上延伸，至少沿着坯件28的设有凹部30的区段延伸。肋44的径向高度45，即其参考轴线2的外尺寸，总是在每个横剖面中的最大的径向尺寸。半成品37的外尺寸大于原始的坯件28的外尺寸。

凹部30具有最深点46，该最深点到轴线2的间隔21最小。最深点46位于优选基本上对称的凹部30的中间。表面42到轴线2的间隔在每个方向上与到最深点46的距离一起单调递增，优选严格单调递增。一个行43的各凹部30的各最深点46优选位于一条与轴线2平行的线47上。

在一个行43中的相邻的凹部30，即沿着轴线2毗邻的凹部30，沿着轴线2重叠。这在附图中示范性地示出前凹部48，后凹部49在与轴线平行的方向6上跟随该前凹部。一个垂直于轴线2延伸的平面11与两个凹部48、49相交。前凹部48在方向6上处于后面的端部14在方向6上位于平面11的后面。反之，后凹部49的在方向6上处于前面的端部50在方向6上位于平面11的前面。参考凹部30平行于轴线2的尺寸51，凹部30以10％和20％之间的长度L与轴向相邻的凹部30重叠。

在一个行43中相邻的凹部30通过相对于轴线2倾斜的肋52(以下称斜肋52)分开。斜肋52彼此平行并且以倾角53相对于轴线2倾斜。斜肋52连续地与轴向肋44完全相同地在坯件28的整个长度上或者说在具有凹部30的整个区域上延伸。斜肋52从原始的坯件28的横剖面突出。由凹部30移出的材料分配到肋44、52上。斜肋52的高度可小于轴向肋44的高度，在相邻凹部30的重叠区域中尤其如此。

轴向肋44和斜肋52在交叉点54上彼此交叉。肋44、52构成网格状的表面结构，其间隙通过凹部30构成。

设有网格的半成品37输送至具有四个第二辊轧工具55的第二机架。第二机架通过纵向辊轧将凹部30辊轧为连续的(图中为四个)螺旋槽15。辊轧工具55的旋转轴线或枢转轴线垂直于半成品37的进给方向和轴线2。第二辊轧工具55优选是相同的并且绕轴线2优选以等距的角度设置。

每个辊轧工具55加工半成品37的一个不同的角度区段15。在周向方向11上相邻的辊轧工具55优选彼此接触，使得各辊轧面构成一个围绕半成品37轴线2的封闭环。半成品37的轴向区段从所有侧面同时成型并且该轴向区段沿着轴线2连续地移动。

半成品37输送至具有限定的角度定向的第二机架。在示出的实施方案中，第二机架相对于第一机架旋转45度。轴向肋44分别在辊轧面的中心或大约在其中心。由第二辊轧工具55加工的角度区段15与半成品37的凹部30的正好两个相邻行43重叠。在此，第二辊轧工具55成型轴向肋44之一。相应地，第二辊轧工具55的数量与轴向肋44的数量相同。

由第二辊轧工具55覆盖的角度区段15可以在周向方向11上被来自两个已加工的行43的凹部30的最深点46限定。

辊轧工具55具有与带有多个齿56的斜齿轮类似的形状。齿56的齿顶线16相对于辊轧工具55的旋转轴线57以倾角58倾斜。倾角58在30度和60度之间并且与期望的螺旋升程相对应地进行选择。有利的是，螺旋升程的倾角58与斜肋52的倾角53按小于5度地一致，以便补偿拉长效应。

与棱柱形的设计结构不同，齿56具有圆形的凹形的弯曲的齿顶线16。曲率大约等于要制造的螺旋底部19的曲率。齿56的高度沿着旋转轴线从边缘到中间单调递减并且之后直到边缘单调递增。齿56优选在辊轧时以齿顶线16的边缘接触半成品37的最深点46，而不对该最深点进行成型。

图13示意性地展开地示出由第二机架再次辊轧的半成品37。由第一机架辊入的凹部30限定轴向肋44和斜肋52的变化曲线。第二辊轧工具55在轴向肋44上再次辊压出菱形的槽59。类似于凹部30，槽59设置在与轴线2平行的行60中，这些行对应于各自的角度区段15。齿56的倾斜58转换为槽59的倾斜的菱形形状。

槽59首先在周向方向11上限定地定位，以便成型轴向肋44。其次，槽59沿着轴线2在斜肋52之间定位。因此，轴向肋44大致只在它们与斜肋52的交叉点54之间被成型。

槽59沿着轴线2通过第二肋52限定并且在周向方向11上(更准确地说是在平行于第二肋52的方向上)敞开。相应地，槽59的尺寸沿着轴线2相等或者比凹部30的轴向尺寸至多小20％。在周向方向11上的槽59的尺寸大于在周向方向11上的凹部30的一半的尺寸。

槽59的表面42平行于斜肋52是凹形的，也就是说具有负曲率。槽59优选具有螺旋底部19的曲率。槽59到轴线2的最小的间隔26与最深点46到轴线2的间隔21的偏差小于10％。

钻头头部3优选由整块的金属碳化物制造。制成的螺旋部4的端侧设有支座，钻头头部3装入到该支座中并且材料锁合地连接。所述支座可具有与棱互补地构成的缝隙，以便将钻头头部3部分地形状锁合地装入到螺旋部4中。作为替换，钻头头部3对接地熔焊或钎焊到螺旋部4上。

螺旋部4的与钻头头部3相反的端部设有插入端部5。为此，坯件28例如在用于设置插入端部5的区段上保留为其原始的柱状形状。用于旋转带动和锁紧的槽成形或铣削到端部中。插入端部5也可单独地制成并且与螺旋部4熔焊或钎焊在一起。

Claims (15)

1.麻花钻(1)，所述麻花钻具有钻头头部(3)、连续的双线、三线直至六线的螺旋部(4)以及插入端部(5)，所述钻头头部、螺旋部以及插入端部依次设置在钻头轴线(2)上，其特征在于，所述螺旋部(4)具有周期性地在绕钻头轴线(2)每一圈回转中两次、三次直至六次变化的径向外尺寸(18)。

2.按权利要求1所述的麻花钻(1)，其特征在于，所述径向外尺寸(18)至多变化10％。

3.按权利要求2所述的麻花钻(1)，其特征在于，所述径向外尺寸(18)至少变化2％。

4.用于按权利要求1至3中任一项所述的麻花钻(1)的制造方法，所述制造方法具有以下步骤：

将多个凹部(30)辊轧到坯件(28)的周面(16)上，用于形成肋(44、52)的网格，其中，彼此平行的第一肋(44)沿着坯件(28)的轴线(2)延伸并且彼此平行的第二肋(52)以倾角(58)相对于所述第一肋(44)倾斜地延伸；

将槽(59)辊轧到位于相邻的第二肋(52)之间的第一肋(44)的区段中；

在辊轧的坯件(28)的端侧(61)上构成钻头头部(3)。

5.按权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述凹部(30)辊轧成彼此平行的并且沿着轴线(2)定向的行(43)。

6.按权利要求4所述的制造方法，其特征在于，沿着轴线(2)相邻的凹部(30)沿着轴线(2)重叠。

7.按权利要求5所述的制造方法，其特征在于，沿着轴线(2)相邻的凹部(30)沿着轴线(2)重叠。

8.按权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在周向方向(11)上相邻的凹部(30)在周向方向(11)上间隔。

9.按权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在周向方向(11)上相邻的凹部(30)在周向方向(11)上间隔。

10.按权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在周向方向(11)上相邻的凹部(30)在周向方向(11)上间隔。

11.按权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在周向方向(11)上相邻的凹部(30)在周向方向(11)上间隔。

12.按权利要求4至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述凹部(30)的表面(42)沿着每个方向都是凹形的。

13.按权利要求4至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述槽(59)平行于所述第二肋(52)地延伸。

14.按权利要求4至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述槽(59)的表面在平行于第二肋(52)的方向上是凸形的。

15.按上述权利要求4至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述槽(59)辊轧成具有与所述凹部(30)的深度偏离小于10％的深度。