DE2400062A1 - Bohrwerkzeug und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Bohrwerkzeug und verfahren zu dessen herstellung

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Description

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BOHRWERKZEUG UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Bohrwerkzeuge und Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere auf jene von diesen Bohrwerkzeugen} die zum Abbau von Gesteinen, vorwiegend mit einer Härte, die höher als die mittlere liegt, bestimmt sind, sowie auf Verfahren zur Herstellung gerade solcher Bohrwerkzeuge· ;
Bekanntlich wird in diesen Werkzeugen das eigentliche ge- j stelnszerstorende Organ aus einer Matrize gefertigt, die Einschlüsse in Gestalt von SohleIfmittelkörnern enthalt« „ \
Gegenwärtig sind Bohrwerkzeuge weltgehend bekannt, bei denen das ge st θ ins zerstör ende Organ aus einer metallischen Matrize be- ■ steht, die mit kleinen (^O - 800 Mm) Körnern Ui Gestalt von Mono- oder Polykristallen aus Diamant oder anderen Schleifmitteln auf
Tv,-
Diaiaantenbasis so^ie mit nic^diamantenen Körnern wie beispielsweise kubisches Bornitrid und Werkstoffe auf dessen Grundlage imprägniert ist.
Der Hauptnachteil der oben beschriebenen Bohrwerkzeuge besteht darin, daß sie beim Abbau von wenig abschleifenden und abschleifenden Gesteinen wenig effektiv sind. Im. letzteren Fall werden meist Bohrwerkzeuge Verwendet, die den oben beschriebenen ähnlich sind, nur mit den Unterschied, daß ihre Matrize mit großen (1 - 2,5 ma) Schleifmittelkörnern imprägniert ist. Diese Körner bringt man an der gesteinszerstörenden Oberfläche des Werkzeuges an, d.h. jener Oberfläche, die während der Arbeit des Bohrwerkzeuges mit dem abzubauenaen Gestein in Kontakt tritt.
Der Hauptnachteil dieser Bohrwerkzeuge ist eine in Abhängigkeit von den Bohrregitaes und den Parametern des abzubauenden Gesteines mehr oder weniger intensive Zerstörung des Matrizenkörpers und dement sprechende Verluste an von der Matrize festgehaltenen Schneid-elementen- Schleifkörnern.
Nicht weniger gut bekannt sind Bohrwerkzeuge, in denen ■ die Matrize des gesteinszerstörenden Organs sowohl mit kleinen, wie auch mit großen Schleifkörnern imprägniert ist, wobei als Schneidelemente vorwiegend große Schleif- > körner dienen, die an der gesteinszerstörenden Oberfläche des Bohrwerkzeuges angebracht sind.
Kleine Sculcifkörner dienen vorwiegend zur Verfestigung des Matrizenkörpers. .
Der Hauptnaehteil dieser Bohrwerkzeuge besteht darin,daß
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ihnen zur Gewährleistung eines sicheren Pesthaltens la Matrizenkörper die großen SohleIfkörner, d· h· Sehneldelexaente, in denselben stark vertieft sind und nur mit einem sehr geringen Teil Über
der gesteinszerstörenden Oberfläche des Werkzeuges hervorragen·
In der Folge davon wird die Effektivität des Gesteinsabbaus stark verringert·
Zur Erhöhung des Arbeltswirkungsgrades des Bohrwerkzeuges beim Bohren des Gesteins sind Versuche unternommen worden, die Schneidelemente aus. dem Matrizenkörper hervorzuschieben· In diesem Pail kam es zu schnellem Abbrechen der vortretenden Seile der Schneidelemente, und in der Praxis erwiesen sich diese Bohrwerkzeuge von so kurzer Lebensdauer im Betrieb, daß sie keine praktische Verbreitung gefunden haben·
Das Ziel der Erfindung war die Beseitigung der erwähnten Nachteile der oben beschriebenen Bohrwerkzeuge·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion der Matrize zu andern·
Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß im Bohrwerkzeug, das aus einem Gehäuse und einem gesteinezerstörenden Organ besteht, das alne metallische Matrize enthält, die mit kleinen und großen SeJaXilfkörnern imprägniert ist, erfindungsgemäß eine nur metallised© Schicht vorhanden ist, die in der Matrize an der gesteinszerst©senden Oberfläche des Bohrwerkzeuges liegt, wobei große Schi©Ifs die sich in der Nähe der gesteinszerstörendes Oberfläche i9 um 1/2 - 2/5 in die imprägnierte Matris^nsehioht vertieft
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■ ·
während sie sich mit dem .übrigen Teil in der nur metallischen Matss,senschlcht befinden·
Zweckmäßiger weise ist die Dicke der metallischen Schicht, die in S@r Matrize an der. ges te inszer stör enden Oberfläche des Bohrwerkzeuges liegt, der Vertiefungsgröße der großen Schlelfkorner in derselben so gut wie gleich·
Sei der Herstellung des Bohrwerkzeuges, die darin besteht, das man metallisches Gemenge, das große und kleine Schleifmittel enthalt9 in eine form einbringt, an das Gehäuse des Bohrwerkzeuges an-. prostj das angepreßte Gemenge mit Metallschmelze durchtränkt und bis sur Erhärtung stehenläßt, erfindungsgemäß beim Einbringen in die Form des Gemenges, das kleine und große Schlelfkorner enthält, eine Schicht aus nur metallischem Gemenge gebildet wird, die in bezug auf das erstere Gemenge derart angeordnet wird, daß die Schicht des nur metallischen Gemenges die gesteinszerstörende Oberfläche des Bohrwerkzeuges bildet, wobei die. großen Schlelfkorner derart angeordnet werden, daß an der Grenze der Gemengeschichten , a%® um 1/2 - 2/3 In der Schicht des Gemenges vertieft sind, welches die kleinen Schielf korner enthält, während sie mit ihrem übrigen fill sich In der erwähnten Schicht des nur metallischen Gemenges befinden«
Zweckmaßlgerwelse 1st die Dicke der metallischen Gemeng·- 3cMcht9 die die geste Inszer störende Oberfläche des Bohrwerkzeuges ; bildet, der Vertiefucgsgröße der großen Schlelfkorner in derselben . so gut wie gleich« - "" ■
Nachstehend wird eine eingehende Beschreibung der Erfindung in, einer konkreten Ausfuhrungsforα unter Bezugnahme auf belllegende Zeichnungen angeführt; in den Zeichnungen zeigti
71g· 1 - Bohrwerkzeug, das insbesondere eine Krone zum Kernbohren darstellt, die gemäß der Erfindung (Gesamtansicht) ausgeführt ist j
* 2 - Einzelheit A von Flg., 1 im vergrößerten Maßstab, die
den Anordnungscharakter von Sohlohten in der Matrize und von Schneidig elementen veranschaulicht«
In der nachfolgenden Beschreibung wird als Bohrwerkzeug eine Krone zum Kernbohren beschrieben· Sie schließt ein Stahlgehäuse 1 ein, das ein gesteinszerstörendes Organ 2 trägt, welches eine Matrize darstellt, die mit schleifenden Einschlüssen - Körnern - imprägniert ist· Der Teil des Matrizenkörpers, der von einer Schicht 3 begrenzt ist, enthält Einschlüsse aus kleinen Schleif kör nern 4, die Über die ganze Schicht 3 gleichmäßig verteilt sind·
Sine Sohlcht 3 der Matrize, die in bezug auf die Schicht 3 außen liegt und eine gesteinszerstörende Oberfläche 6 des Bohrwerkzeuges bildet, ist eine nur metallische Schicht ohne kleine schleifende Einschlüsse« ,
An der Grenze der Schichten 3 und 5 sind große Schleif körner 7 derart angeordnet, daß sie um 1/2 - 2/3 in der Schicht 3 und mit dem übrigen Teil la der Sohlcht 5 vertieft sind·
Als kleine und große Schleif körner können Körner aus beliebigen SohleJLfmitteln, beispielsweise aus künstlichen und natürlichen Dla-
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manten, künstlichen Werkstoffen auf Diamantenbasis und aus nicht-. diamantenen Materialien wie kubisches Bornitrid und Werkstoffe auf dessen Grundlage u.a.m. verwendet werden. Die Schleifkörner können als Ein-und Polykristalle in Forin von Grieß ausgebildet sein. Die Größe der kleinen Schlelfkörner kann üblicherweise von 50 bis 800 Afm verwendet werden. . .
Die Größe der großen' Schleif körner kann nach bekanntlich angenommenen Normen von 1 bis 2,5 mm betragen.
Der metallische Teil der Matrize kann .aus Nickel mit Eisen und Wolfrainkarbid oder aus Wolframkarbid mit Kobalt bestehen.
Eingehende Charakteristiken der Zusammensetzung des metallischen Teiles der Matrize werden hier nicht angeführt, da diese Angaben allgemein bekannt und leicht zugänglich sind.
Oberhalb der Schicht 3-befindet sich eine Schicht 8, die
mit dem Gehäuse 1 des Bohrwerkzeuges in Kontakt steht, das ' gleichfalls nur aus Metall besteht, was zur Einsparung von Schleifmitteln geschieht, da die Schicht 8 sich praktisch an der Zerstörung des Gesteines* nicht beteiligt.
Große Schleifkörner dienen als Sehneidelemente, kleine vorwiegend zur Verfestigung des Matrizekörpers. Die Sumraendicke der Schichten 3 und 5 ist praktisch der Vertiefungsgröße der größen Schleifkörner 7 ia denselben gleich.
Eine Vergrößerung der Dicken dieser Schichten gegenüber den erwähnten ist nicht sinnvoll.
Praktisch beträgt bei einer Größe der großen Schleifkörner von 1 bis 2,0 mm die Dicke der Schicht 3 von 1,0 ma bis 1,8 mm und die Dicke der Schicht 5 von 0,3 bis 0,6 ma.
Das Bohrwerkzeug gemäß der Erfindung wird auf die folgende
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Welse hergestellt·
luf den Boden einer Graphitform wird das Metallgemenge gelagert, das keine sohleifenden Elnsohlüsse enthält« und zwar an Form einer Schicht von 0,3 bis 0,6 mm je nach der Große der großen Schi® if korner, wonach eine Yer dicht uag derselben vorgenommen . In diese Gemengeschleht werden große Diamanteakb'rner wobei sie nach bekannten Verfahren m die ganze Dicke
vertieft werden»
ä.@snaoh wird oberhalb dieser Sehio&t 3 die Schient 2
Gemenges aufgeschüttet» das kleine Schleifkorn®^
Bla konzentration der Schleifkorn©!? in dem mstalllsehea ^ nach übliohen ^©smen bameesea und beträgt 50 - 15O|S«> '/ Aufschütten der Schicht 5 wird diese ebenfalls verdlsht Teil d@r Graphitform wird bis zug ®rtorderlichsa Hohe at ßetalllsohem Gemenge aaaligessläHttoto Bas auf dl©s© Wels© gelagert® S®m#3agi wlsd an das ä Beto?§£to©ugss ang©p2?©ste Meistens Eberateagt dl©
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Die Schicht des metallischen Gemenges, das keine Schleifmittel enthält« und dann die Schicht des Gemenges,das Einschlüsse von kleinen Sohle If kb'rnern enthält, werden aufgeschüttet, und danach geschieht die Vertiefung der großen SohleIfkörner auf die ganze Dicke der Schichten 3 und 5, worauf erneut das Aufschütten einer Schicht des nur metallischen Gemenges erfolgt»
Sa die Dicke der aufgeschütteten Schichten von der Größe der großen SohleIfkorner abhängt, wie es vorstehend beschrieben wurde» so findet die vorgeschriebene Vertiefung um 1/2 - 2/3 In 3eder der zwei Schichten statt·
lach dem Anpressen erfolgt die Durchtränkung aller Gemengeschlchten, die sich nach.wie vor In der Graphitform befinden mit einer Metallschmelze« Meist werden hierzu«; Schmelzen von Kupfer, von Kupfer und Wickel, von Kupfer und Nickel sowie Zink, von Kupfer und Silber u*s«w· genommen· Die Zusammensetzungen dieser Schmelzen lassen sich in allerlei Publikationen aufsuchen und sind leicht zugänglich·
Beim Abkühlen an der Luft auf die Umgebungstemperatur erfolgt die Verbindung des Stahlgehäuses mit der Matrize des gesteinszerstorenden Organs· Darauf folgt die erforderliche mechanische Bearbeitung des Bohrwerkzeuges, und das Werkzeug ist einsatzbereit·
Das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Bohrwerkzeug besitzt Vorteile gegenüber den bekannten Bohrwerkzeugen· Bei gleichen Betriebsbedingungen wird der Verbrauch an Schleifmitteln pro Bohrfortschrittselnhelt um 30 - 50% dank einer volleren Ausnutzung
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&<ar großen Schleif körner gesenkt, deren Arbeltswirkung in der letzten Arbeltsstufe, wenn die metallische Schutzschicht 5 bereit© verstört ist, durch die Wirkung der bloßgelegten kleinen SohleIftellchen unterstützt wird, die sich in der Schicht 2 befinden·
Nachstehend werden Beispiele von erfindungsgemaßen Bohrwerkzeugen angeführt· . .·
In diesem und den nachfolgenden Beispielen 1st das Werkzeug- ,
gehäuse wie üblich aus Stahl« '
Das Matrizenmetall ist Wolframkarbid und Kupfer· Als große und kleine Schleif körner sind Korner von natür-. - llchem Diamanten genommen· -
Die Große der kleinen Schleifkörner beträgt 150 - 250 fc/m· ' Die Größe der großen Schielfkörner beträgt 1,5 - 2,0 mm· Die Dicke der mit den kleinen Schielfkörnern imprägnierten
Schicht 5 schwankt im Bereich von 0,8 - 1,3 mm.
Die Dicke der metallischen Schicht 51 die sich an der gostelre
zerstörenden Oberfläche des Bohrwerkzeuges befindet, schwankt im . Bereich von 0,4 - 0,7 mm· Die Vertiefungsgröße der großen Schlelfkörner in jeder der Schichten 3 und 5 der Matrize schwankt im Bereich von 1/2 - 2/5.
Das Bohrwerkzeug nach diesem und den nachfolgenden Beispielen wurde so. hergestellt, wie es im allgemeinen Teil derPatentbesohrelbung angegeben war^ unter Einhaltung für -tfedes Beispiel derjeweiligen Dicken der Gemengeschichten 3 und 5 deren Größe der
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der entsprechenden Schichten in der Matrize des festigen Bohrwerkzeuges gleich 1st.
In diesem und den nachfolgenden Beispielen wurde die Durohträakung des Gemenges mit einer Kupfer schmelze durchgeführt·
Bei Erprobungen in Gesteinen mittlerer Harte wurde das hergestellte Werkzeug durch Verbrauoh an Schleifmitteln pro Bohr fortschrittselnhelt gekennzeichnet, der 0,26 Karat je Meter betrug·
Beispiel 2.
Als kleine und große SohleIfkörner wurden Körner .von künstlichem polykristallinen! Diamanten genommen·
Ble Große der kleinen SohleIfkörner betrug 300 - 400 yi/m· Die Größe der großen Schleif körner betrug 1,5 - 2,0 mm·
Die Dicke der mit den kleinen Schlelfkörnern imprägnierten Schicht 3 schwankt im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm·
Die Dicke der metallischen Schicht 5, die sich an der gesteinszerstörenden Oberflache des Bohrwerkzeuges befindet, schwankt im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm*
Die Vertiefungsgröße der großen Schielfkörner in jeder der Schichten 3 und 5 der Matrize schwankt im Bereich 1/2 - 2/3·
Bei Erprobungen wurde das hergestellte Bohrwerkzeug durch Verbrauch an Schleifmitteln pro Bohrfortschrittselnhelt gekennzeichnet, der 0,21 Karat je Meter beim Arbeiten in Gesteinen, mittleres Haste betrug«
Beispiel 5. ' ' · ·
Als klel&e Sohlelf körner wurden Körner von gegossenem Wolfram-
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r 11 -
karbld genommen·
Als große Sohlelfkörner wurden Körner von polykristallinen! Diamanten genommen»
Die Größe der kleinen SohleIfkörner betrug 400 - 500γ*m·
Die Gröee der großen Schleifkörner betrug 1,5 - 2,0 mm« - Die Dicke der mit den kleinen Sohle If körner η imprägnierten Sohlcht 3 schwankt im Bereich von 0,7 - 1,6 mm·
Die Dicke der metallischen Schicht 5, die sich an der geett-inszer stör enden Oberfläche des Bohrwerkzeuges befindet, schwankt Im Bereich von 0,4 bis 0,8 mm·
Die Vertiefungsgröße der großen Schleif körner in jeder der Schichten 3 und 5 der Matrize schwankt im Bereich 1/2 - 2/3·
Bei Erprobungen wurde das hergestellte Bohrwerkzeug durch Verbrauch an Schleifmitteln pro Bohrfortschrittseinbalt gekenn« zeichnet, der 0,31 Karat ;je Meter beim Arbeiten in harten u&d abschleifenden Gesteinen betrug·
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Claims (1)

1· Bohrwerkzeug, das aus einem Gehäuse und einem gestelnszerstörenden Organ besteht, das eine metallische Matrize einschließt, die mit kleinen und großen Sohle If körnern imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet ,daß in der Matrize eine nur metallische Schicht (5) vorhanden ist, die an der gesteinszerstörenden Oberfläche (6) des Bohrwerkzeuges liegt, wobei große Schielfkörner (7)» die sich in der Nahe der gesteinszerstörenden Oberfläche (6) befinden, um 1/2 - 2/3 in der imprägnierten Schicht O) der Matrize vertieft sind, während sie sich mit ihrem Übrigen Seil in der nur metallischen Schicht (5) befinden·
2· Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet ,daß die Dicke der metallischen Schicht (5) der Matrize, die sich an der geste ins zerstör enden Oberfläche (6) des Bohrwerkzeugens befindet, der Vertiefungsgröße der großen Schleifkörner (2) In derselben so gut wie gleich ist·
2# Verfahren zur Herstellung des Bohrwerkzeuges nach Anspruch 1, das dadurch besteht, daß man metallisches Gemenge, das kleine Schlelfkorner enthalt, in die Form einbringt, an das Gehäuse des Bohrwerkzeuges anpreßt, mit einer Metallschmelze durchtränkt und bis zur Erhärtung stehenläßt, dadurch geken n.z e l ahnet ,daß beim Einbringen in die Form des Gemenges, das kleine Schlelfkorner enthält, eine Schicht aus nur metallischem Gemenge gebildet wird, die in bezug auf das erstere Gemenge so angeordnet !
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wird, daß die Schicht des nur metallischen Gemenges die gesteinszerstörende Oberfläche des Bohrwerkzeuges bildet, wobei die großen Schleifkörner so angeordnet werden, daß an der Grenze der Geiaengeschichten sie um 1/2 - 2/3 in der Schicht des Gemenges vertieft sind, welches kleine Schleifkörner enthält, während sie mit ihrem übrigen Teil sich in der oben erwähnten Schicht des nur metallischen Gemenges befinden· *
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der metallischen Geuiengeschicht (5) ι die die gesteinszerstörende Oberfläche (6) des Bohrwerkzeuges bildet, der Vertiefungsgröße der großen Schleifkörner (7) in derselben so gut wie gleich ist.
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