CN1313235C - 冲击钻或锤钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冲击钻或锤钻，其包括安装在钻杆(14)的头部(16)中的钻板(18，18’)，该钻板完全穿过钻轴(14)的直径延伸并且包括一个开放的前表面(32)。楔形切削边和侧面(34，34’，36，36’)在所述前表面(32)上形成两个主切削边(38，38’)，因此穿过钻削轴线(21)的平面形成两个主切削边(38，38’)的中心面(40)。主切削边(38，38’)形成处于140度至180度范围内的顶角(46)并且由对中点(48，48’)所分开。

Description

冲击钻或锤钻

技术领域

本发明涉及一种冲击钻或锤钻。

背景技术

在钻孔过程中，也公知为砖石钻，混凝土钻或石钻的冲击钻或锤钻沿钻削轴线执行冲击运动并且绕钻削轴线执行旋转运动。这种运动的两个分量都有利于去除钻孔中的材料。所述轴向运动粉碎钻孔中的材料。所述旋转运动通过磨损导致该材料减小成钻粉，并且将钻粉带到钻孔之外。

已知的冲击钻或锤钻由钻杆构成，钻杆内设置有硬化金属板的钻杆，切削板。螺旋槽沿着钻杆延伸，以将钻粉从钻孔中排出。切削板跨过钻杆的直径延伸。在它暴露的前表面处，布置成楔形的切屑表面(chip surface)和自由表面(free surface)形成切削边缘。这些组成了平行于钻削轴线所处平面而偏移的两线性主边，以及通过钻削轴线连接两主边的横向边。为了在开始钻孔时获得满意的对中，两主切削边之间存在一个不超过130度的角度。

发明内容

本发明的目的在于通过对切削板的适当设计优化在钻孔过程中对材料的去除。这个目的的是通过这样的冲击钻或锤钻来完成的，该冲击钻或锤钻包括：具有头部的钻杆；以及设置在头部中的切削板，该切削板在钻杆的直径上延伸并且设置有暴露的前表面；其中，在这个前表面中布置成楔形的两个切屑和自由表面形成两个在径向上彼此相对的主切削边，两个主切削边的中心平面穿过钻削轴线。

另外，在另一方面，提供了一种冲击钻或锤钻，包括：具有头部的钻杆；设置在头部中的切削板，其在钻杆的直径上延伸，并且设置有暴露的前表面；其中在这个前表面中布置成楔形的两个切屑和自由表面形成两个主切削边；以及在主切削边中的楔形角，该楔形角在向外方向上径向增大，切削楔的角分线和两主切削边的中心平面之间的角度在向外方向上沿主切削边增大。

这种冲击钻或锤钻，也就是由通用术语所指的“砖石钻”，包括钻杆的标准布局，在此钻杆的头部设置有切削板。这个切削板正好跨过钻杆的直径延伸并且展示出一个暴露的前表面。第一实施例中，在这个前表面，布置成楔形的切屑表面和自由表面形成线性的主切削边，该切削边在径向上彼此相对。在这种布置中，穿过钻削轴线的平面形成两主切削边的中心平面。利用主切削边的这种布置，与两个主切削边平行于钻削轴向所在的平面平行地偏移这种情况相比，更有利于将冲击能量传递到材料中。因此，对在钻孔中粉碎材料来说冲击能量可以更有效地施加。

通过将两个主切削边在一顶角处相交，此顶角大于130度并且优选地位于150度到170度的范围内，例如介于155度至165度之间，可以实现对去除钻孔中的材料更进一步的优化。顶角的增加类似地产生了用于去除钻孔中材料的冲击能量的更有效应用。

当以宽顶角开始钻削时，为了获得满意的对中，如果对中点设置在两个径向相对的主切削边的之间是有利的。然后，这个对中点的顶角要小于两主切削边之间的顶角。例如，它可能位于80度至130度之间。

为了在对中点和主切削边之间防止应力集中，在对中点和切屑表面或自由表面之间根据具体情况最好提供圆形的过渡区域。

对中点可以形成在与彼此垂直的两平面对称的平面中，这两个平面穿过钻削轴线并且其中一个还构成两个主切削边的中心平面。这种平面对称使得有可能设计一种对中点，其有利于获得高的材料去除性能、高的稳定性以及显著的抗切削板磨损的能力。作为另一种方案，对中点可被设计成旋转对称。

根据本发明的另一实施例，去除钻孔中的材料可通过切削板的相应形状进行优化。如果主切削边之间的顶角从内向外径向地增加，主切削边可更好地与主负载相匹配并且对材料的去除进行优化。然后楔形角在向外方向上沿主切削边稳定增加20度至40度。在这个布置中，最小的楔形角优选地处于70度至90度的范围内，最大的楔形角优选地处于90度至130度的范围内。

在这个方面，要指出的是在该实施例中两个主切削边可以但不需要在径向上彼此相对。

另外，如果切削楔(cutting wedge)的等角分线和两主切削边的中心平面之间的角度在向外方向上沿主切削边增加，切削板的耐磨损性可以被改进。在这个方面可以看出，如果这个角度从大约5度增加到25度是最好的。

切削板的稳定性可通过尖端圆整的切削楔进一步得以增强，这个圆整的半径在外部区域中的要大于在内部区域中的。

另外，已经证实在这里所使用的150度到170度的尖端角是优选的，通过外部边缘的保护性倒角增加切削边缘的稳定性。

附图说明

下面将通过参考附图对本发明的优选实施例进行描述，图中：

图1是在钻孔中的根据本发明的冲击钻的剖面图；

图2是切削板的正视图；

图3是图2所示的切削板的前表面的俯视图；

图4是图2所示的切削板的侧视图；

图5是图2所示的切削板的透视图；

图6是图2所示的切削板的透视图的一个放大部分；

图7是图1所示的切削板的结构变化的正视图；

图8是图7所示的切削板的前表面的俯视图；

图9是图7所示的切削板的前表面的侧视图；

图10是图7所示的切削板的透视图。

具体实施方式

图1所示的在钻孔10中的冲击钻或锤钻12包括钻杆14，在钻杆的头部16中设置有硬的金属板18，所述钻削板或切削板是已知的。该切削板正好跨过头部16的直径延伸。螺旋槽20，20’沿钻杆14延伸，以将钻屑带出钻孔10。钻削轴线由附图标记21所标识。冲击钻12沿钻削轴线21的方向执行冲击运动并且绕钻削轴线21执行旋转运动(见箭头22)。该运动的这两个分量在钻孔10中有利于对材料的破坏。所述轴向运动粉碎钻孔10中的材料。所述旋转运动通过磨损导致该材料减小成钻粉并且将钻粉带出钻孔10。

将结合附图2至6描述根据本发明用于冲击钻或锤钻12的切削板18的第一实施例。切削板18包括固定轴24，在形状上实际是棱柱形，它被焊接到钻杆14头部16中的相应狭缝里(见图3，其中头部16的轮廓由虚线所示)。所述固定轴24设置有窄的侧面26和26’，每个窄的侧面26和26’由圆柱形面28，28’和扁平面30，30’形成。所述圆柱形面28，28’在每种情况下在旋转方向上处于扁平面30，30’的前面并且确保钻12跟随着钻孔10。所述扁平面30，30’相对于钻孔10的直径被稍微向后设置，因此减少了在钻孔中窄的侧面26和26’的摩擦。

从钻杆14的头部16轴向突出的切削板18的端部呈现出一个异形的(profiled)前表面32，在下面对该前表面的轮廓进行详细描述。在暴露的前面32中，分别与自由表面36，36’相结合的切屑表面34，34’布置到一起而形成楔形，从而形成主切削边38，38’。如图3中清楚所示，切削板18设置有在径向上彼此对称布置的两个线性主切削边38，38’，从而使穿过钻削轴线21的平面40构成两主切削边38，38’的中心平面。在所示的切削板18中，这个中心平面40与固定轴24的中心平面42形成了一个大约为8度的角度44。在这种布置中，正好在扁平面30，30’和圆柱面28，28’之间的过渡点的后面，所述中心平面42与两个窄的侧面26，26’中的每一个相交。

图2示出了两个主切削边38，38’如何从内向外向下倾斜的。在中心平面40中，它们形成了162度的顶角46，例如在所示的切削板18中(在以前的锤钻中，这个顶角不会大于130度)。特别钝的顶角46与两个主切削边38，38’的共用中心平面40一起的作用在于在钻削过程中将冲击能量强有力地集中于正被钻削的材料中，同时摩擦很低。因此这两个特征有利于在钻孔10中对材料的粉碎进行明显的优化。

在图2和图5可以清楚地看到，两个主切削边38，38’通过在钻削轴线21上的对中点48分开。这个对中点48处于与彼此垂直的两平面40，70相对称的平面中。所述第一平面40是上面较为详细描述的中心平面。第二平面70也包括所述钻削轴线21并且垂直于中心平面40。如图3中所示，对中点48在横截面上是椭圆形，所述椭圆的长轴位于中心平面40中而短轴位于平面70中。如图5中所示，对中点48或多或少地显示了诸如在采矿中普遍所使用的刀具的外形。但是，很明显的是该对中点在中心平面40的方向上，形状更钝。应该注意到的是对中点48有利于获得更高的钻孔性能，更大的稳定性以及显著的对切削板18磨损的抵抗力。所述圆形过渡表面52，52’设计成可以防止在对中点48和主切削边38，38’之间的应力集中现象，这种现象会在钻削过程中产生应力峰值而导致断裂。另一点需要注意的是，在对中点和切屑表面之间过渡区域中的过渡表面52，52’可以有与在对中点和自由表面之间的表面不同的曲率半径。

将参照附图6详细地描述由切屑表面34和自由表面36所构成的切削楔。对于在主切削边38，38’上的每个点来说，这个切削楔由自由表面36的切线54和自由表面36的切线56所定义，在剖面中这个切削楔垂直于中心平面40并平行于旋转轴线21。由于在图6的切削板18中的所述切屑表面34，34’和所述自由表面36，36’的突起在剖面中非常平坦，切线54，56有效地构成分别在切屑表面34，34’和剖面以及自由表面36，36’和剖面之间的相交线。

应注意到的是切削楔的尖端是圆形的或者是另一种形式，主切削边38，38’的每一个被圆整。在此大的棱角半径有利于切削板的稳定性。在另一方面较小的棱角半径有利于切削性能。正如图3所示，在切削板18中，主切削边38，38’的棱角半径在内部区域中是恒定的，但是在靠近窄的侧面26，26’处会变得相当大。通过这种方法，主切削边38，38’在特别重要的外部区域中被加强，但是在内部区域呈现出相当小的棱角半径，这有利于钻削性能。

回到图6，可以注意到的是，沿主切削边38，38’的切削楔角度(从现在开始称为楔形角57)不是恒定的，而是从内向外是增加的。例如在图6中切削板18中，楔形角57呈现出随着半径而线性增大，从在两个过渡表面52，52’处的大约80度增加到在两个窄的侧面26，26’处的大约110度。也可以观察到的是切削楔沿着主切削边38，38’的取向也不是恒定的。这个取向是作为切削楔的角分线和中心平面40之间的角度被测量的。在图6的切削板18中，这个角度58随着半径增大，从在两个过渡表面52，52’处的大约5度到在两个窄的侧面26，26’处的大约25度。径向变化切削楔的取向以及径向变化切削楔的楔形角57给切削板18提供了改善的稳定性。因此，切削板在它径向外部区域中更强，也就是说这里的切向速度最高，仍然显示出优秀的钻削性能。也应该注意到的是，在外部区域中较大的楔形角57导致较大量的材料，减少在切削板拐角处的磨损，在冲击钻削或锤钻削的过程中某些东西被始终注意到。在其它影响中，这种在拐角处的磨损导致钻孔10直径的减少，从而减缓了在拐角处的磨损，延长了钻头12的寿命。

另外，在这里使用非常钝的顶角46，已经证明为切削边的外部边缘、切屑表面和自由表面提供保护性倒角54，54’作为进一步增加切削板稳定性的方法是有利的。保持护性倒角54，54’的所示出的形状仅是实施例的可能变型的一种。

图7至图10中的切削板18’不同于示出在图2至图6中的切削板18，该不同主要在于对中点48’的设计。该对中点不再呈现出与两个彼此垂直的平面相对称的平面，而是呈现出旋转对称。在这种布置中，为了在开始钻削时能够获得另人满意的钻的对中，对中点48’在两个主切削边38，38’之间被赋予明显小于顶角46的顶角50。在所示的切削板18’中，作为对中点48’的示例的顶角50是90度，也就是比两个切削边缘38，38’的顶角46小72度。切削板18’的对中点48’实际上是旋转对称的，并且具有过渡表面52，52’，该过渡表面实现了朝向切屑表面34，34’和自由表面36，36’的圆形过渡。

附图标记：

10	钻孔
		12	冲击钻或锤钻
14	钻杆
		16	头部
18	硬制金属板
		20，20’	螺旋槽
21	钻削轴线
		22	旋转方向
24	固定轴
		26，26’	两个窄的侧面
28，28’	圆柱形面
		30，30’	扁平面
32	前表面
		34，34’	切屑表面
36，36’	自由表面
		38，38’	主切削边
40	中心平面
		42	中心平面
44	角
		46	顶角

48	对中点
		50	顶角
52，52’	过渡表面
		54，54’	保护性倒角
57	楔形角
		58	角
60	角分线

Claims (29)

1、一种冲击钻或锤钻，包括：

具有头部(16)的钻杆(14)；以及

设置在头部(16)中的切削板(18，18’)，该切削板在钻杆(14)的直径上延伸并且设置有暴露的前表面(32)；

其中，在这个前表面(32)中布置成楔形的两个切屑和自由表面(34，34’，36，36’)形成两个在径向上彼此相对的主切削边(38，38’)；

其特征在于，两个主切削边(38，38’)的中心平面(40)穿过钻削轴线(21)。

2、根据权利要求1所述的钻，其特征在于，处于两个主切削边(38，38’)之间的顶角，该顶角位于150度至170度的范围内。

3、根据权利要求1所述的钻，其特征在于，处于两个主切削边(38，38’)之间的顶角(46)，该顶角位于155度至165度的范围内。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的钻，其特征在于，在两个径向相对的主切削边(38，38’)的之间成形的对中点，其中对中点(48，48’)的顶角小于两主切削边(38，38’)之间的顶角(46)。

5、根据权利要求4所述的钻，其特征在于，两个圆形过渡表面(52，52’)，所述过渡表面分别在对中点(48，48’)和两个切屑表面(34，34’)以及对中点(48，48’)和两个自由表面(36，36’)之间设置。

6、根据权利要求4所述的钻，其特征在于，对中点(48)在形状上是旋转对称的。

7、根据权利要求5所述的钻，其特征在于，对中点(48)在形状上是旋转对称的。

8、根据权利要求4所述的钻，其特征在于，对中点(48)成形为与彼此垂直的两平面对称的平面，其中所述两个平面穿过钻削轴线(21)并且两者中的一个进一步构成了两个主切削边(38，38’)的中心平面(40)。

9、根据权利要求5所述的钻，其特征在于，对中点(48)成形为与彼此垂直的两平面对称的平面，其中所述两个平面穿过钻削轴线(21)并且两者中的一个进一步构成了两个主切削边(38，38’)的中心平面(40)。

10、根据权利要求5所述的钻，其特征在于，对中点(48，48’)的顶角(50)，该顶角位于80度至130度的范围内。

11、根据权利要求1至3中任一项所述的钻，其特征在于，两个主切削边(38，38’)之间的楔形角(57)，该楔形角沿向外方向径向增大。

12、根据权利要求11所述的钻，其特征在于，楔形角(57)增大20度到40度。

13、根据权利要求12所述的钻，其特征在于，主切削边(38，38’)之间的最小楔形角(57)处于70度至90度的范围内。

14、根据权利要求1至3中任一项所述的钻，其特征在于，位于切削楔的角分线(60)和两主切削边(38，38’)的中心平面(40)之间的角度(58)在向外方向上沿主切削边(38，38’)增大。

15、根据权利要求1至3中任一项所述的钻，其特征在于，圆整的主切削楔，该主切削楔在其外部的半径比在其内部的半径大。

16、一种冲击钻或锤钻，包括：

具有头部(16)的钻杆(14)；

设置在头部(16)中的切削板(18，18’)，其在钻杆(14)的直径上延伸，并且设置有暴露的前表面(32)；其中在这个前表面(32)中布置成楔形的两个切屑和自由表面(34，34’，36，36’)形成两个主切削边(38，38’)；以及

在主切削边(38，38’)中的楔形角(57)，该楔形角在向外方向上径向增大，

其特征在于，切削楔的角分线(60)和两主切削边(38，38’)的中心平面(40)之间的角度(58)在向外方向上沿主切削边(38，38’)增大。

17、根据权利要求16所述的钻，其特征在于，楔形角(57)增大20度至40度。

18、根据权利要求16所述的钻，其特征在于，主切削边(38，38’)之间的最小楔形角(57)处于70度至90度的范围内。

19、根据权利要求16至18中任一项所述的钻，其特征在于，圆整的主切削楔，该主切削楔的半径在其外部比在其内部的大。

20、根据权利要求16至18中任一项所述的钻，其特征在于，穿过钻削轴线(21)的平面构成两个主切削边(38，38’)的中心平面(40)。

21、根据权利要求16至18中任一项所述的钻，其特征在于，在两个主切削边(38，38’)之间的顶角(46)，该顶角位于150度至170度的范围内。

22、根据权利要求16至18中任一项所述的钻，其特征在于，在两个主切削边(38，38’)之间的顶角(46)，该顶角位于155度至165度的范围内。

23、根据权利要求16至18中任一项所述的钻头，其特征在于，设置在两个径向上彼此相对的主切削边(38，38’)之间的对中点(48，48’)，其中该对中点(48，48’)的顶角小于在两主切削边(38，38’)之间的顶角(46)。

24、根据权利要求23所述的钻，其特征在于，分别在对中点(48，48’和两个切屑表面(34，34’)以及对中点(48，48’)和两个自由表面(36，36’)之间提供的两个圆形过渡表面(52，52’)。

25、根据权利要求23所述的钻，其特征在于，对中点(48’)呈现出旋转对称。

26、根据权利要求24所述的钻，其特征在于，对中点(48’)呈现出旋转对称。

27、根据权利要求23所述的钻，其特征在于，对中点(48’)呈现出相对于彼此垂直的两平面对称的平面，其中所述两平面穿过钻削轴线(21)并且两个平面的其中一个进一步构成两主切削边(38，38’)的中心平面(40)。

28、根据权利要求24所述的钻，其特征在于，对中点(48’)呈现出相对于彼此垂直的两平面对称的平面，其中所述两平面穿过钻削轴线(21)并且两个平面的其中一个进一步构成两主切削边(38，38’)的中心平面(40)。

29、根据权利要求23所述的钻，其特征在于，对中点(48，48’)的顶角(50)，该顶角处于80度至130度的范围内。

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