DE3839154A1

DE3839154A1 - Bohrmeissel

Info

Publication number: DE3839154A1
Application number: DE19883839154
Authority: DE
Inventors: John Dalton; Graham D Gee; James Mcenery
Original assignee: Boart Hardmetals Europe Ltd
Current assignee: Boart Longyear Ltd
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1989-06-01
Anticipated expiration: 2008-11-18
Also published as: GB2212533B; DE3839154C2; GB2212533A; GB8726868D0

Description

Die Erfindung betrifft Bohrmeißel, insbesondere Bohr meißel für einen Bohrlochsohlen-Bohrer, der beim Ab senken von Bohrungen im Erdboden verwendet wird.

Ein Bohrmeißel für einen Bohrlochsohlen-Bohrer weist üblicherweise ein Einsteckende auf, welches an der Unterseite eines Hammermechanismus sitzt. Das Einsteck ende ist derart ausgebildet und angeordnet, daß es an einem Ende durch den Hammer beaufschlagt wird. Am anderen Ende weist der Bohrmeißel eine Schneid- oder Bohrfläche auf, die eine größere Querschnittsfläche als das Einsteckende aufweist und mit dem Einsteckende über eine Schulter verbunden ist.

Derartige Bohrmeißel arbeiten unter extremen Bedingungen im Bereich der Bohrlochsohle. Die Schneid- oder Bohr fläche muß eine große Zähigkeit aufweisen, um Kräften zu wiederstehen, die bestrebt sind, die Schneid- oder Bohrelemente aus dieser Fläche herauszubrechen. Das Ein steckende benötigt eine große Härte, um den Schlag- und Drehkräften zu wiederstehen.

Erfindungsgemäß ist ein Bohrmeißel für einen Bohrloch sohlen-Bohrer vorgesehsen, der einen Grundkörper aus einem durchgehärteten legierten Stahl aufweist, wobei nur das Einsteckende des Bohrmeißels durch ein Induktions-Härtungs-Verfahren gehärtet ist, um lediglich eine gehärtete Schicht am Einsteckende und um den Schulterbereich herum zu erzeugen, jedoch nicht an der Schneid- oder Bohrfläche.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch die Aus bildung einer gehärteten Schicht durch Induktions- Härtung an einem Bohrmeißel, der aus einem legiertem Stahl besteht, der normalerweise unter durchgehärteten Stähle eingereiht wird, ein fertiger Bohrmeißel erzeugt werden kann, der außerordentlich günstige und wünschens werte Eigenschaften aufweist.

Insbesondere wurde gefunden, daß ein Stahl, der 0,5% bis 1,5% Chrom und 0,5% bis 1,5% Molybdän enthält, mit ausgezeichneten Ergebnissen verwendet werden kann.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Bohrmeißel für einen Bohrlochsohlen-Bohrer geschaffen, der einen Grundkörper aus einem legiertem Stahl aufweist, der 0,5%-1,5% Chrom und 0,5%-1,5% Molybdän enthält, dessen Einsteckende durch ein Induktions-Härtungs-Verfahren derart gehärtet ist, daß mit Ausnahme der Schneid- oder Bohrfläche eine gehärtete Schicht am Einsteckende und um den Schulterbereich herum erzeugt wird.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bohrmeißels für einen Bohrlochsohlen-Bohrer geschaffen, bei dem ein Rohling aus einem durchgehärteten legiertem Stahl hergestellt und ein Induktions-Härtungs-Verfahren verwendet wird, um eine gehärtete Schicht am Einsteckende und im Schulter bereich, jedoch nicht an der Bohr- oder Schneidfläche zu erzeugen.

Vorzugsweise weist der legierte Stahl die folgenden Legierungsbestandteile auf:

Kohlenstoff\|0,35%-0,80%
Nickel	0,50%-4,00%
Mangan	0,50%-2,00%
Silicium	0,35%-1,50%
Vanadium	0,01%-0,50%
Chrom	0,50%-1,50%
Molybdän	0,50%-1,50%

Der Rohling wird vorzugsweise vor dem Induktionshärten behandelt, um ein getempertes, martensitisches Gefüge mit einer Rockwellhärte im Bereich von 40-50, vorzugsweise 44-48, zu erzeugen.

Die Induktionshärtung kann in der Weise erfolgen, daß das Einsteckende von einer Induktionsspule umgeben und daß diese Spule lediglich über dieses Einsteckende hin weggeführt wird. Am unteren Ende des Einsteckendes befindet sich die Spule ausreichend dicht an der Schulter, um die gewünschten Wärmebehandlungseffekte in der Schulter wie in den Wandungen des Einsteckendes zu erzeugen.

Die Schneid- oder Bohrfläche des Bohrmeißels kann vor zugsweise auf etwa 600°C erhitzt werden, nachdem das Einsteckende induktionsgehärtet ist, damit die Karbid- Schneidelemente, wie beispielsweise Knöpfe oder Messer, durch ein Warmpreßverfahren eingesetzt werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht eines er findungsgemäßen Bohrmeißels und

Fig. 2 verschiedene Schnittansichten des in Fig. 1 dargestellten Bohrmeißels.

Der in Fig. 1 dargestellte Bohrmeißel weist ein Ein steckende 10 mit Keilen 12 auf, über die von einem an der Oberfläche angeordneten Drehantrieb eine Drehung auf den Bohrmeißel übertragen wird. Der Bohrmeißel weist ferner eine Bohrfläche 16 auf, die mit Karbidknöpfen 18 ausgerüstet ist.

Zwischen dem Einsteckende 10 und der Bohrfläche 16 ist eine Schulter 20 ausgebildet. Es ist ein Kanal 22 für eine Spühlflüssigkeit vorgesehen, der durch einen Kanal abschnitt von der Oberseite des Einsteckendes 10 bis zur Bohrfläche 16 führt. Anstatt des einen, dargestellten Spühlkanals können mehrere vorgesehen sein.

Im Betrieb wird der Bohrmeißel im unteren Ende eines Schlaghammermechanismus aufgenommen, der im Bereich der Bohrlochsohle angeordnet ist und in diesem Schlag hammermechanismus durch eine federbeaufschlagte oder anders ausgebildete Sperrvorrichtung gehalten wird. Der Schlaghammermechanismus weist einen sich hin und her be wegenden Hammer auf, der pulsierend auf das obere Ende 14 des Bohrmeißels schlägt. Gleichzeitig werden der Schlaghammermechanismus und der Bohrmeißel durch den außerhalb des Bohrloches angeordneten Drehantrieb ge dreht.

Die Erfahrung zeigt, daß Bohrlochsohlen-Bohrmeißel dieses Typs oft durch Ermüdung ausfallen, die in dem mit 24 gekennzeichneten Einsteckende/Schulterbereich auf tritt.

Es ist deshalb wünschenswert, die Einsatzhärte des Metalls, insbesondere im Bereich 24 zu erhöhen, um das Auftreten von Ermüdungsrissen zu verhindern.

Der legierte Stahl, der für den Bohrmeißel ausgewählt wird, ist üblicherweise ein Stahl auf der Grundlage des En-19-Stahls mit einem Chromgehalt im Bereich von 0,90- 1,20% und einem Molybdängehalt von 0,90-1,10%.

Ein Stahl dieser Zusammensetzung wird üblicherweise als ein durchgehärteter Stahl angesehen. In diesem Fall ist jedoch der Stahl derart behandelt, daß eine gehärtete Schicht oder Randzone lediglich in speziellen Bereichen erzeugt wird.

Ein Rohling wird zuerst zur Herstellung der speziellen erforderlichen Form entweder maschinenbearbeitet oder geschmiedet. Der geformte Rohling wird dann in Öl von 850°C auf Zimmertemperatur abgeschreckt, wodurch die ge wünschten Kernzoneneigenschaften erzielt werden. Es handelt sich hierbei um getempertes, martensitisches Gefüge mit einer Rockwellhärte von 44-48.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, Bohrungen in die Bohrfläche 16 für die Aufnahme der Knöpfe zu bohren. Bei diesem Verfahrensschritt werden diese Knöpfe nicht eingesetzt.

Als nächstes findet die Induktionshärtung statt. Eine Induktionsspule wird um das Einsteckende herum ange ordnet und wird über die Strecke A in Fig. 1 bewegt. Die Spule wird mit einer Induktions-Härtung-Frequenz von etwa 10 kHz betrieben und ist derart ausgelegt, daß sie eine örtliche Erwärmung des Einsteckendes auf etwa 850°C bewirkt und diese Temperatur etwa 15-20 sec aufrecht erhält. Frequenzen im Bereich von 5-25 kHz können je doch auch zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse verwendet werden.

Die Geschwindigkeit, mit der die Induktionsspule längs des Einsteckendes bewegt wird, kann in Abhängigkeit vom Einsatzprofil, welches erzeugt werden soll, verändert werden. Üblicherweise kann sich die Spule in der Nähe des Kopfes des Einsteckendes langsamer bewegen, um an dieser Stelle einen größeren, gehärteten Bereich zu erzeugen, auf die der Hammerschlag auftrifft und einen kleineren, gehärteten Bereich um die Schulter 24 herum.

Obwohl beschrieben wurde, daß sich die Spule relativ zum Bohrmeißel bewegt, sei bemerkt, daß es auch möglich ist, die Spule stationär zu halten und den Bohrmeißel durch die Spule hindurchzubewegen.

Die Durchführung dieses Induktions-Härtungs-Verfahren erzeugt eine Bohrmeißelstruktur, wie sie in Fig. 2 dar gestellt ist. Der Borhmeißel weist eine gehärtete Randzone oder Schicht 30 am Rand des Einsteckendes und an der Oberseite der Schulter, insbesondere im Bereich 24 auf. Die gehärtete Schicht 30 erstreckt sich jedoch nicht bis zur Bohrfläche 16.

Der gesamte Bohrmeißel wird dann durch ein Spannungs freimachen bei etwa 200°C getempert. Dies hinterläßt in der gehärteten Schicht 30 eine Rockwell-Härte von 58. Schließlich wird der Bereich um die Bohrfläche 16 örtlich auf etwa 600°C erhitzt. Die Knöpfe werden ein gepreßt, um in den für sie gebohrten Bohrungen einen Preßsitz zu erzeugen. Die örtliche Erhitzung des Kopfes hat keinen Einfluß auf die Eigenschaften der Schicht 30, die um den Rest des Bauteiles herum erzeugt wurde.

Der Bereich 24 um die Schulter kann wahlweise gehämmert oder kugelgestrahlt werden, um örtlich die Festigkeit zu erhöhen.

Im Vergleich zu bekannten Verfahren erzeugt dieses Ver fahren in der Bohrmeißeloberfläche optimale Eigen schaften und erlaubt schließlich eine Erwärmung des Kopfes zum Einpassen der Knöpfe. Es wird eine optimale Zähigkeit im Kopf erzeugt, durch die die Knöpfe gehalten werden und dies in Verbindung mit einer optimalen Härte in den Keilen und am Kopf des Einsteckendes und zwar an den Stellen, an denen der Schlag- und Drehantrieb auf den Bohrmeißel einwirken.

Claims

Bohrmeißel für einen Bohrlochsohlen-Bohrer, der einen Grundkörper aus einem durchgehärteten legierten Stahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckende (10) des Bohrmeißels zur Erzeugung einer gehärteten Schicht (30) am Einsteckende (10) und um den Schulterbereich (24) herum mit Ausnahme der Bohrfläche (16) mittels eines Induktions-Härtungs-Verfahrens gehärtet ist.
2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus einem legierten Stahl besteht, der 0,5-1,5% Chrom und 0,5-1,5% Molybdän enthält.
3. Bohrmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der legierte Stahl die folgenden Legierungsbe standteile enthält: Kohlenstoff|0,35%-0,80% Nickel 0,50%-4,00% Mangan 0,50%-2,00% Silicium 0,35%-1,50% Vanadium 0,01%-0,50% Chrom 0,50%-1,50% Molybdän 0,50%-1,50%
4. Verfahren zur Herstellung eines Bohrmeißels für einen Bohrlochsohlen-Bohrer nach einem der An sprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling aus einem durchgehärteten legierten Stahl hergestellt und ein Induktions-Härtungs-Ver fahren verwendet wird, um eine gehärtete Schicht lediglich am Einsteckende (10) und im Bereich der Schulter, nicht aber an der Bohrfläche (16) zu erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der legierte Stahl die folgenden Legierungsbe standteile aufweist: Kohlenstoff|0,35%-0,80% Nickel 0,50%-4,00% Mangan 0,50%-2,00% Silicium 0,35%-1,50% Vanadium 0,01%-0,50% Chrom 0,50%-1,50% Molybdän 0,50%-1,50%
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling vor der Induktionshärtung behandelt wird, um ein getempertes martensitisches Gefüge mit einer Rockwellhärte im Bereich von 40 bis 50 zu erzeugen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das getemperte martensitische Gefüge eine Rockwellhärte im Bereich von 44 bis 48 aufweist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Induktionshärtung das Einsteckende (10) mit einer Induktionsspule umgeben und diese lediglich längs des Einsteckendes (10) bewegt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrfläche (16) nach der Induktionshärtung des Einsteckendes (10) erhitzt wird, um die Karbid- Schneid- oder Bohrelemente durch Warmpressen einzu setzen (Einschrumpfen).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrfläche (16) des Bohrmeißels auf etwa 600°C erhitzt wird.