CN110735602A - 一种取芯钻头 - Google Patents

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魏洪涛
陈欣宏
张贵青
李丹
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Abstract

本发明的目的是提出一种使用寿命较长的取芯钻头。本发明的取芯钻头由圆筒状的金属基体和若干金刚石刀头连接而成，所述若干金刚石刀头均匀分布于金属基体的端面上；所述金刚石刀头由工作层和过渡层构成，关键在于所述过渡层埋设有若干硬质颗粒，且硬质颗粒的硬度大于过渡层的硬度。在钻孔过程中，混凝土的孔壁会首先接触到过渡层表面的硬质颗粒，进而被硬质颗粒磨削而难以或者较少接触到过渡层表面，这样就减少了对过渡层的磨损，使得过渡层能够保持原有的强度，进而避免刀头掉落。本发明的取芯钻头还提高了刀头的锋利度，并使得刀头的冷却和排渣更方便，因此具有很好的实用性和商业价值。

Description

一种取芯钻头
技术领域
本发明涉及到钻头，特别是一种取芯钻头。
背景技术
取芯钻头广泛应用于地质勘探，例如说在桥梁、隧道等混凝土桩基上钻孔取芯，以检测混凝土桩基是否合格。专利申请号为201910014014.1的发明专利公开了一种激光焊接金刚石取芯钻头，属于金刚石取芯钻头技术领域。该金刚石取芯钻头是由金属基体和金刚石刀头连接而成，多个刀头均匀分布于金属基体端面上；所述金属基体与金刚石刀头之间设置过渡层，所述金刚石刀头侧表面上均匀开设多个条形沟槽，形成波浪齿结构的侧表面。上述取芯钻头中的刀头与过渡层形成了长方体块状结构，长方体块状结构的底面与基体通过激光焊接工艺连接为一体。上述结构的取芯钻头存在下述缺陷：过渡层的强度小于刀头的强度和基体的强度，在钻孔过程中容易因为被混凝土孔壁过快、过度磨损而导致强度下降，使刀头掉落。
发明内容
本发明的目的是提出一种使用寿命较长的取芯钻头。
本发明的取芯钻头由圆筒状的金属基体和若干金刚石刀头连接而成，所述若干金刚石刀头均匀分布于金属基体的端面上；所述金刚石刀头由工作层和过渡层构成，关键在于所述过渡层埋设有若干硬质颗粒，且硬质颗粒的硬度大于过渡层的硬度。
因为过渡层的硬度比工作层弱一些，在钻头长期使用后，过渡层的侧面会被混凝土磨损较多，这样就使硬质颗粒逐渐突出并显露于过渡层表面，硬质颗粒替代过渡层表面而直接与混凝土接触，混凝土被硬质颗粒磨削而难以或者较少再接触到过渡层表面，这样就减少了对过渡层的过度磨损，使得过渡层能够保持较好的强度，进而避免刀头掉落。为更好地发挥硬质颗粒对过渡层的保护作用，硬质颗粒的外侧面最好与过渡层的表面接近，例如说硬质颗粒的外侧面与过渡层的表面平齐。
进一步地，相邻金刚石刀头之间具有间隙以形成水槽，所述基体的两侧侧面在对应水槽的位置设有与水槽相接的导水沟。碎渣会随着冷却水沿金属基体内侧面的导水沟流入到相邻金刚石刀头之间的水槽，并沿着金属基体外侧面的导水沟流出，在排渣的同时，对金刚石刀头形成较好的冷却，以防止金刚石刀头过热而影响正常钻孔。
具体来说，水槽的形成可以有以下两种方式：
1、每个金刚石刀头都是独立的，相邻金刚石刀头之间具有间隙以形成水槽，这样的好处是因为水槽深度较深，冷却和排渣效果更好。
2、所有金刚石刀头的工作层都是独立的，而所有金刚石刀头的过渡层连为一体，形成环状结构，水槽形成于相邻刀头的工作层之间，这样的好处是过渡层有更大的面积与金属基体连接，可以提高与金属基体的结合强度。当然，这样的结构要求过渡层及基体在对应水槽的位置设有与水槽相接的导水沟，以方便排渣和冷却水的流出。
进一步地，所述工作层的顶面设有若干条弧形沟槽，所述弧形沟槽的圆心与基体的圆心位置一致，通过设置弧形沟槽，可以在一个刀头上形成若干条刀刃，从而减少刀刃的厚度，提高刀头的锋利度，同时还方便排渣和对刀头的冷却。
进一步地，为增加过渡层与金属基体之间的结合面积，进而提高两者的结合强度，所述金属基体的端面由内侧弧形平面、中部的弧形凸部以及外侧弧形平面构成，所述弧形凸部的数量与金刚石刀头的数量一致，所述过渡层的底面设有与弧形凸部相对应的弧形凹部以分别与内侧弧形平面、外侧弧形平面相对应的连接平面，所述过渡层的弧形凹部与金属基体的弧形凸部对接，所述过渡层通过粉末冶金烧结的方式与金属基体固定连接。
进一步地，所述弧形凸部及弧形凹部的表面设有花纹，以增加表面面积，从而提高基体与过渡层的粘接强度。
进一步地，为方便加工及对接，所述弧形凸部及弧形凹部的截面均为三角形。
进一步地，所述刀头的外侧面向外突出于金属基体的外侧面，这样就在金属基体与刀头的相接处形成了避空部分，有利于工作过程中的排渣、出水。
本发明的取芯钻头不仅减少了工作过程中对过渡层的磨损，进而延长了整体的使用寿命，还提高了刀头的锋利度，并使得刀头的冷却和排渣更方便，因此具有很好的实用性和商业价值。
附图说明
图1是实施例1的取芯钻头的侧视图。
图2是实施例1的金属基体的端面以及金刚石刀头的分体剖视图。
图3是实施例1的金属基体的端面俯视图。
图4是实施例2的取芯钻头的侧视图。
附图标示：1、基体；11、内侧弧形平面；12、弧形凸部；13、外侧弧形平面；2、金刚石刀头；21、工作层；22、过渡层；23、硬质颗粒；24、弧形凹部；25、连接平面；26、弧形沟槽；3、水槽；4、导水沟。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例提出了一种使用寿命较长的取芯钻头。
如图1所示，本实施例的取芯钻头由圆筒状的金属基体1和若干金刚石刀头2连接而成，所述若干金刚石刀头2均匀分布于金属基体1的端面上；所述金刚石刀头2由工作层21和过渡层22构成，关键在于所述过渡层22内埋设有若干长方体形状的硬质颗粒23（例如说硬质合金颗粒），所述硬质颗粒23的外侧面与过渡层22的侧面平齐，且硬质颗粒23的硬度大于过渡层22的硬度。
因为过渡层22的硬度比工作层21弱一些，在钻头长期使用后，过渡层22的侧面会被混凝土磨损较多，这样就使硬质颗粒23逐渐突出并显露于过渡层22表面，硬质颗粒23替代过渡层22表面而直接与混凝土接触，混凝土被硬质颗粒23磨削而难以或者较少再接触到过渡层22表面，这样就减少了对过渡层22的过度磨损，使得过渡层22能够保持较好的强度，进而避免刀头2掉落。
刀头2的外侧面向外突出于金属基体1的外侧面0.5mm左右，这样就在金属基体1与刀头2的相接处形成了避空部分，有利于工作过程中的排渣、出水。
在本实施例中，每个金刚石刀头2都是独立的，相邻金刚石刀头2之间具有间隙以形成水槽3，基体1的两侧侧面在对应水槽3的位置通过铣削加工，形成与水槽3相接的导水沟4。碎渣会随着冷却水沿金属基体1内侧面的导水沟4流入到相邻金刚石刀头2之间的水槽3，并沿着金属基体1外侧面的导水沟4流出，在排渣的同时，对金刚石刀头2形成较好的冷却，以防止金刚石刀头2过热而影响正常钻孔。导水沟4只是位于金属基体1外侧面，并没有贯穿金属基体1，以避免影响金属基体1的强度，在本实施例中，导水沟的宽度约4mm，深度约1mm。
如图2、3所示，为增加过渡层22与金属基体1之间的结合面积，进而提高两者的结合强度，所述金属基体1的端面由内侧弧形平面11、中部的弧形凸部12以及外侧弧形平面13构成，弧形凸部12的数量与金刚石刀头2的数量一致，过渡层22的底面设有与弧形凸部12相对应的弧形凹部24以分别与内侧弧形平面11、外侧弧形平面13相对应的连接平面25，所述过渡层22的弧形凹部24与金属基体1的弧形凸部12对接，而金属基体1的内侧弧形平面11、外侧弧形平面13分别与过渡层22的连接平面25相接，过渡层22通过粉末冶金烧结的方式与金属基体1固定连接。进一步地，为方便加工及对接，所述弧形凸部12及弧形凹部24的截面均为等腰三角形。
如图2所示，所述工作层21的顶面设有若干条弧形沟槽26，所述弧形沟槽26的圆心与基体1的圆心位置一致，通过设置弧形沟槽26，可以在一个刀头上形成若干条刀刃，从而减少刀刃的厚度，提高刀头的锋利度，同时还方便排渣和对刀头的冷却。
在本实施例中，弧形沟槽26是利用分层填料整体压制烧结技术形成的，通过调整每一层的粉料配方，使弧形沟槽26中的凸起部分（即刀刃层）的耐磨性较好，凹下部分（即沟槽层）的耐磨性较差，这样工作层工作时，能够实现自磨削的效果，通过混凝土的磨削，在刀头上始终保持若干条刀刃和沟槽，使刀头自始至终都有良好的锋利度。弧形沟槽26具体的制备方法可参考在先专利（专利号：201610689806.5，专利名称：夹层式排锯刀头及其制造方法）。
实施例2：
与实施例1不同的是，如图4所示，在本实施例中，所有金刚石刀头2的工作层21都是独立的，而所有金刚石刀头2的过渡层22连为一体，形成环状结构，水槽3形成于相邻刀头的工作层21之间，这样的好处是过渡层22有更大的面积与金属基体1连接，可以提高与金属基体1的结合强度。当然，本实施例中的过渡层22及基体1在对应水槽3的位置设有与水槽3相接的导水沟4，以方便排渣和冷却水的流出。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种取芯钻头，由圆筒状的金属基体和若干金刚石刀头连接而成，所述若干金刚石刀头均匀分布于金属基体的端面上；所述金刚石刀头由工作层和过渡层构成，其特征在于所述过渡层埋设有若干硬质颗粒,且硬质颗粒的硬度大于过渡层的硬度。
2.根据权利要求1所述的取芯钻头，其特征在于相邻金刚石刀头之间具有间隙以形成水槽，所述基体的两侧侧面在对应水槽的位置设有与水槽相接的导水沟。
3.根据权利要求1所述的取芯钻头，其特征在于所述工作层的顶面设有若干条弧形沟槽，所述弧形沟槽的圆心与基体的圆心位置一致。
4.根据权利要求1或2或3所述的取芯钻头，其特征在于所述金属基体的端面由内侧弧形平面、中部的弧形凸部以及外侧弧形平面构成，所述弧形凸部的数量与金刚石刀头的数量一致，所述过渡层的底面设有与弧形凸部相对应的弧形凹部以分别与内侧弧形平面、外侧弧形平面相对应的连接平面，所述过渡层的弧形凹部与金属基体的弧形凸部对接，所述过渡层通过粉末冶金烧结的方式与金属基体固定连接。
5.根据权利要求4所述的取芯钻头，其特征在于所述弧形凸部及弧形凹部的表面设有花纹。
6.根据权利要求4所述的取芯钻头，其特征在于所述弧形凸部及弧形凹部的截面均为三角形。
7.根据权利要求1或2或3所述的取芯钻头，其特征在于所述刀头的外侧面向外突出于金属基体的外侧面。
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