Pierwszenstwo: 27.IV.1961 Francja dla zastrzezen 1—10 Opublikowano: 31.VIII.1966 51743 KI. £~# 9/(?z MKP E 21 b CjOSL UKD BIBLIO ' V'.' ti.\ Urzedu P-7*enta?.vv Wspóltwórcy wynalazku: inz. Guy Baron, inz. Anatole Verroneau Wlasciciel patentu: Institut Francais du Petrole des Carburants et Lubrifiants Rueil-Malmaison (Francja) Szybkoobrotowy swider Przedmiotem wynalazku jest swider pracujacy przy duzej liczbie obrotów, zapewniajac w sposób zadawalajacy usuwanie urobku wiertniczego. Swi¬ der pracujac poprzez scieranie, wykazuje ponadto liczne zalety w stosunku do narzedzi tego typu istniejacych obecnie, a mianowicie: — niski koszt wlasny wskutek moznosci stosowa¬ nia czesci roboczych mniej kosztownych niz diament, w który narzedzia tego typu sa obecnie wyposazone — zuzywanie poszczególnych czesci swidra roz¬ klada sie w sposób wyjatkowo równomierny na poszczególne elementy robocze, co umozliwia duza trwalosc tego narzedzia, bez uprzedniej zamiany niektórych jego elementów — umozliwia szybkie usuwanie urobku wiertni¬ czego, nawet przy duzych predkosciach wiro¬ wania — zaprojektowany jest w taki sposób, ze umoz¬ liwia zamiane elementów roboczych, bez po¬ trzeby modyfikowania lub zamieniania pozo¬ stalej jego czesci.Ponadto taka okolicznosc, ze swider zapewnia odprowadzanie urobku wiertniczego przy duzych predkosciach wirowania, na przyklad rzedu 1500 obr/min, sprawia ze jego wydajnosc jest o wiele wieksza niz wydajnosc znanych narzedzi tego ty¬ pu, które nawet przy o wiele mniejszych predkos¬ ciach wirowania, na przyklad rzedu 600 obr/min, staja sie mniej wydajne i praktycznie zaprzestaja 10 15 20 25 30 drazenia skaly, prawdopodobnie wskutek zjawiska, „zatykania sie", wynikajacego z niewystarczaja¬ cego odprowadzania urobku wiertniczego.Swider wedlug wynalazku jest utworzony z kad¬ luba w postaci paraboloidy obrotowej, wewnatrz którego przewidziany jest otwór centralny i ewen¬ tualnie otwory sasiadujace, majace wyloty przy wierzcholku narzedzia, a przeznaczone do przeply¬ wu pluczki, i którego powierzchnia zewnetrzna jest zaopatrzona w elementy skrawajace, zamo¬ cowane w sciance kadluba narzedzia w taki spo¬ sób, ze wszystkie wystaja z niej na jednakowa wysokosc.Swider ten zostanie teraz opisany bardziej szczególowo, z powolaniem sie na rysunek, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia rzut aksonometryczny jed¬ nej uproszczonej postaci narzedzia wedlug wyna¬ lazku, fig. 2 — narzedzie pokazane na fig. 1 w rzucie z dolu, w kierunku nieznacznie odchylonym od jego osi, zawierajace ponadto centralny nóz i pomocnicze otwory dla przeplywu pluczki, fig. 3 — schematycznie polozenie w skale czesci robo¬ czych lub elementów skrawajacych narzedzia (za- kreskowanych), podczas wiercenia, fig. 4 — prze¬ krój kadluba narzedzia plaszczyzna przechodzaca przez os, fig. 5 pokazuje droge jaka przebywa pluczka wówczas, gdy narzedzie nie obraca sie, fig. 6 — zmiane przekroju przeplywowego dla pluczki, pomiedzy czesciami roboczymi umieszczo¬ nymi w tej samej plaszczyznie prostopadlej do osi 517433 narzedzia, w zaleznosci od wysokosci polozenia na¬ rzedzia, fig 7 — przekroje przeplywowe pomiedzy skala i narzedziem, na pewnej jego wysokosci, fig. 8 — na róznych wysokosciach skladowa stycz¬ na predkosci czesci roboczych narzedzia wzgledem s skaly, a co na jedno wychodzi taka sama pred¬ kosc urobku wiertniczego wzgledem narzedzia, fig. 9 — wypadkowa predkosc jaka uzyskuje uro¬ bek wiertniczy ma róznych wysokosciach narzedzia, fig. 10 — trajektorie po jakiej na narzedziu poru- n sza sie element urobku wiertniczego wówczas, gdy nie napotyka on na zadna przeszkode, fig. li — przekrój narzedzia typu pokazanego na fig. 1, w otworze centralnym gdzie jest umieszczony nóz wedlug wynalazku, umozliwiajacy rozdrabnianie i5 rdzenia, fig. 12 i 12a — nóz wedlug wynalazku, utworzony z dwóch elementów skrawajacych wza¬ jemnie przesunietych, zatopionych w elemencie metalowym, na przyklad stalowym.Swider wedlug wynalazku odznacza sie zasad- 20 niczo tym, ze czesci robocze wystaja wystarcza¬ jaco z kadluba narzedzia aby tworzyly miedzy so¬ ba przejscia boczne, na ogól wystarczajace do od¬ prowadzania pluczki oraz ze tym przejsciem naj¬ korzystniej nadaje sie kierunek odpowiadajacy 2\ dokladnie normalnej trajektorii urobku wiertnicze¬ go, przy sredniej predkosci przewidzianej dla pra¬ cy tego narzedzia.Fig. 3 pokazuje przejscia boczne utworzone po¬ miedzy dolna czescia narzedzia i skala, w która zaglebiaja sie jego elementy robocze. Przy dobie¬ raniu gestosci rozmieszczenia elementów robo¬ czych, powinno stosowac sie kompromis pomiedzy wydajnoscia rozdrabniania skaly, która zalezy bez¬ posrednio od jej gestosci, a zdolnoscia odprowa- ac 35 dzania urobku wiertniczego, która zmienia sie od¬ wrotnie proporcjonalnie do gestosci rozmieszcze¬ nia elementów roboczych. Przy tym dobieraniu bierze sie pod uwage równiez warunki pracy na¬ rzedzia, a zwlaszcza jego obciazenie.Fig. 4 przedstawia przekrój narzedzia wedlug wynalazku plaszczyzna przechodzaca przez os. Na tym przekroju zarys zewnetrzny AB stanowi czesc paraboli, a zarys wewnetrzny AC, stanowiacy in¬ ny odcinek paraboli, laczy sie z odpowiednia two- 45 rzaca CD wewnetrznego otworu walcowego, przez¬ naczonego do zasilania pluczka.W zwiazku z wybranym zarysem wewnetrznym podczas pracy narzedzia tworzy sie krótki rdzen, który jest stopniowo rozdrabniany przez elementy 50 skrawajace przewidziane równiez na powierzchni wewnetrznej, laczacej sie z otworem doprowa¬ dzajacym pluczke.Pluczka ta przeplywa po trajektorii pokazanej strzalkami na fig.5. 55 Pod wplywem cisnienia pluczka podnosi sie do przestrzeni zawartej pomiedzy skala i kadlubem narzedzia, a wówczas gdy narzedzie nie obraca sie podaza w kierunku tworzacych AB.Przekroje przeplywowe lub przejscia boczne d, 60 pomiedzy elementami roboczymi a, przebiegaja zwiekszajac sie w miare jak wzrasta promien rx kola, odpowiadajacego przekrojowi paraboloidy AB plaszczyzna prostopadla do jej osi (fig. 6).Fig. 7 przedstawia przejscia boczne d przewi- 65 4 dziane pomiedzy czesciami roboczymi na tej samej wysokosci tzn. w tej samej plaszczyznie prosto¬ padlej do osi urzadzenia.Oczywiste jest, ze wielkosc e wystawania ele¬ mentów roboczych (fig. 3 i 7) mozna zmieniac od¬ powiednio do wymiarów narzedzia, do rodzaju przeznaczonej do wiercenia skaly, do twardosci i kruchosci elementów roboczych, do wydajnosci ja¬ ka sie chce uzyskac, itd.A wiec na przyklad wielkosc wystawania e ele¬ mentów roboczych, wystarczajaca do pracy w twardej skale, która daje stosunkowo mala obje¬ tosc przeznaczonego do usuniecia urobku wiertni¬ czego na jednostke czasu, moze okazac sie zupel¬ nie niewystarczajaca do wiercenia w skale sto¬ sunkowo miekkiej, która daje do odprowadzania znacznie wieksze ilosci urobku wiertniczego na jednostke czasu. W tym ostatnim przypadku na¬ rzedzie ma sklonnosc do zapychania sie (zjawisko zatykania), ogrzewa i zuzywa sie nie wykonujac wcale pracy uzytecznej.Zostalo zaobserwowane, ze wystawanie co naj¬ mniej na 2 mm elementów roboczych jest ko¬ nieczne w celu uzyskania zgodnych z wynalazkiem korzysci. A mianowicie trzeba aby wielkosc urob¬ ku wiertniczego, która zalezy od posuwu na obrót narzedzia, pozostawala srednio wystarczajaca ma¬ la w stosunku do utworzonych przez elementy ro¬ bocze przejsc bocznych, w celu umozliwienia lat¬ wego obiegu pluczki.Ponadto takie odprowadzanie urobku wiertni¬ czego jest ulatwione wedlug wynalazku przez od¬ powiednie rozmieszczenie wzajemne elementów skrawajacych. Jedna z zasadniczych cech znamien¬ nych wynalazku polega w zasadzie na rozmiesz¬ czeniu elementów skrawajacych dokladnie wzdluz linii srubowej o zmiennym skoku wyznaczonej na powierzchni kadluba narzedzia, majacego ksztalt paraboloidy obrotowej.Ksztalt linii srubowej zalezy od zakresu pred¬ kosci uzytkowania narzedzia. Bedzie ona na ogól wyznaczana z funkcji sredniej wartosci tego za¬ kresu predkosci oraz wydatku pluczki, dobranego odpowiednio do sredniej predkosci zaglebiania sie w skale narzedzia. Nadaje sie ona oczywiscie do stosowania, przy jednakowych wszystkich innych warunkach, równiez dla mniejszych predkosci za¬ glebiania, poniewaz ilosc przeznaczonego do od¬ prowadzania urobku wiertniczego jest wówczas mniejsza, i to tym bardziej, ze wydatek pluczki moze byc w miare potrzeby dostosowywany w ta¬ ki sposób, aby kierunek wypadkowej predkosci (z predkosci przeplywu pluczki i predkosci obwodo¬ wej wynikajacej z obrotu narzedzia) nie wiele sie zmienial. Wydatek pluczki mozna równiez przysto¬ sowywac do ulatwiania odprowadzania urobku wiertniczego przy predkosciach obrotu narzedzia wiekszych od predkosci, dla których bylo ono za¬ projektowane.Fig. 6—8 przedstawiaja zasade wyznaczania linii srubowej wedlug wynalazku.A mianowicie, krzywa ta powinna podazac za normalna trajektoria urobku wiertniczego bedace¬ go pod jednoczesnym wplywem predkosci obiegu pluczki i predkosci obrotu narzedzia.51743 Fig. 8 pokazuje na róznych wysokosciach narze-* dzia, wzdluz tej samej tworzacej, skladowa pred¬ kosci obwodowej Ui — U5 urobku wiertniczego wzgledem narzedzia (równa co do wielkosci ale przeciwnie skierowana niz predkosc obwodowa 5 elementów skrawajacych narzedzia w stosunku do skaly).Fig. 9 pokazuje równiez wzdluz tej samej two¬ rzacej, na róznych wysokosciach narzedzia, kom¬ binowane dzialanie stalej predkosci V obiegu 10 pluczki, skierowanej z dolu do góry wzdluz two¬ rzacej oraz predkosci obwodowych Ui—U5, które to dzialanie na kazdej wysokosci narzedzia wyraza sie przez rózne zorientowania predkosci wypad¬ kowych Wi —W5. 15 Fig. 10 przedstawia krzywa obwiednia poszcze¬ gólnych wektorów W. Jest to linia srubowa o zmiennym skoku, która wyznacza linie strug cie¬ czy odprowadzajacej urobek, tzn. jednoczesnie mi¬ nimalny przelot do odprowadzania urobku wiert- 20 niczego.W przypadku predkosci obrotowej równej zeru (fig. 5) pluczka przeplywa z boku narzedzia do góry z predkoscia V, wzdluz takiej tworzacej jak tworzaca AB, poprzez przestrzen pierscieniowa 25 utworzona przez przejscia boczne d (fig. 6 i 7).Wielkosc predkosci V zalezy w szczególnosci od przekroju S przeplywu cieczy pomiedzy narze¬ dziem i skala, tzn. od sumy przekrojów przejsc bocznych d. W przypadku na przyklad przedsta- 30 wionym na fig. 7, istnieje zaleznosc S=2jrrxe(l-a), w której rx oznacza promien rozpatrywanego wien¬ ca, e — wielkosc wystawania elementów robo¬ czych i a — wspólczynnik, wyrazajacy stosunek przestrzeni pierscieniowej zajetej przez elementy 35 robocze, do calej przestrzeni pierscieniowej.D Wielkosc predkosci V wynoszaca — (gdzie: D S oznacza wydatek przeplywu pluczki) moze byc 40 utrzymywana dokladnie stala na róznych wyso¬ kosciach narzedzia, pomimo zmian promienia rx, a to przez zmienianie badz wielkosci e wystawa¬ nia czesci roboczych, badz tez stopnia zageszcze¬ nia elementów roboczych (wspólczynnik a). 45 Jezeli natomiast zachowa sie niezmienna wiel¬ kosc e wystawanie elementów roboczych i stopien ich zageszczania, to predkosc V zmniejsza sie, gdy promien rx wzrasta i wypadkowa predkosc dazy do mniejszego pochylenia (kat y mniejszy), co 50 przedluza droge odprowadzenia urobku wiertni¬ czego do górnej czesci narzedzia.Ostateczne zorientowanie jakie trzeba nadac ele¬ mentom roboczym zalezy nie tylko od predkosci obrotu narzedzia i wydatku pluczki, ale równiez 55 jeszcze od gestosci rozmieszczenia elementów ro¬ boczych, która na ogól dobiera sie w taki sposób, aby prace rozlozyc jak najbardziej równomiernie pomiedzy poszczególne elementy skrawajace.Przechodzac do poszczególnego wykonania swid- 6o ra przedstawionego na fig. 1, widoczne jest, ze elementy skrawajace sa rozmieszczone wzdluz jednakowo wzajemnie oddalonych linii równoleg¬ lych, i ze liczba elementów umieszczonych na kaz^ dej linii równoleglej wzrasta wraz z promieniem 65 rx odpowiedniego obwodu tej linii równoleglej.A mianowicie praca jaka ma wykonac narzedzie jest tym wieksza, im wieksza jest powierzchnia scieranej skaly przez kazdy element skrawajacy podczas jednego pelnego obrotu narzedzia. Trzeba zatem rozdzielic te prace na wieksza liczbe ele¬ mentów w taki sposób, aby ich zuzywanie sie by¬ lo tego samego rzedu wielkosci jak i dla elemen¬ tów skrawajacych umieszczonych na innych wy¬ sokosciach narzedzia, odpowiadajacych mniejsze¬ mu promieniowi rx.Oczywiscie w praktyce bedzie istniala pewna nieciaglosc odnosnie liczby elementów skrawaja¬ cych rozmieszczonych na obwodzie o tym promie¬ niu, poniewaz nie mozna zmieniac liczby elemen¬ tów skrawajacych o mniej niz jeden. Zreszta nie ma koniecznosci utrzymywania tego stosunku do¬ kladnie stalym i najkorzystniej trzeba bedzie brac pod uwage wielkosc zuzywania sie stwierdzanego na róznych wysokosciach narzedzia, w celu3 do¬ dania w danym przypadku dodatkowych elemen¬ tów skrawajacych na tej wysokosci, gdzie zuzy¬ wanie sie jest wieksze. A zatem mozna na przyklad, zgodnie ze schematem przedstawionym na fig. 1 i 2 przewidziec gestosc rozmieszczenia elementów skrawajacych wieksza na wierzcholku narzedzia, który podczas wiercenia narazony jest na prze¬ noszenie wiekszej czesci ciezaru przykladanego do narzedzia.Równiez na fig. 1 i 2 widoczne sa kanaly od¬ prowadzajace urobek wiertniczy, skierowane wed¬ lug tej samej linii srubowej co i elementy robocze.Kanaly te (Ki, Kt i Kj) sa przewidziane w celu ulatwienia odprowadzania urobku wiertniczego,' gdy wskutek zuzywania sie elementów roboczych, przestrzen pierscieniowa utworzona pomiedzy ob¬ wiednia ich wierzcholków i kadlubem narzedzia zawezi sie. W stosunku do kierunku obrotu na¬ rzedzia, najkorzystniej przewiduje sie rozmiesz¬ czenie elementów roboczych bardzo blisko i po¬ wyzej kazdego kanalu odprowadzajacego. Tego rodzaju rozmieszczenie umozliwia przy minimal¬ nym przelocie odprowadzanie przez taki kanal znacznej czesci urobku, wytworzonego przez czesci robocze.Odprowadzanie pozostalego urobku wiertniczego, a zwlaszcza urobku który zostal wytworzony przez elementy robocze, które nie sa rozmieszczone tuz ponad kanalem odprowadzajacym urobek, bedzie ulatwione przez odpowiedni rozklad elementów roboczych, wykonany w taki sposób, aby pozosta¬ wial wolna przestrzen na kazdej linii równoleg¬ lej, zawartej pomiedzy elementami roboczymi roz¬ mieszczonymi wzdluz tej linii równoleglej i kana¬ lem odprowadzajacym, wykonanym na zewnetrznej powierzchni kadluba.Takie poziome przejscie boczne mozna latwo uzyskac przez rozmieszczenie zygzakowate zespo¬ lów elementów roboczych, tak jak to jest widocz¬ ne na fig. 1. W ten sposób odprowadzanie urob¬ ku wiertniczego bedzie ulatwione, zwlaszcza gdy zuzywanie sie czesci roboczych zmniejsza prze¬ strzen pierscieniowa.Narzedzie wedlug wynalazku jest najkorzystniej zaopatrzone w nóz umieszczony w wydrazeniu51743 8 centralnym i sluzacym do rozdrabniania rdzenia.Wedlug wynalazku, nóz ten jest skonstruowany w taki sposób, azeby zapewnial wystarczajaco szyb¬ kie rozdrabnianie rdzenia, pozostawiajac jednak¬ ze wystarczajacy przekrój dla przeplywu pluczki 5 w celu ^umozliwiania zabierania urobku z rdzenia.W tym celu, nóz wedlug wynalazku powinien odpowiadac scisle okreslonym wymaganiom zarów¬ no co do wymiarów jak i ksztaltu. Wykonany jest on z materialu o duzej trwalosci, na przyklad ta- 10 kiego jak wegliki spiekane, a zwlaszcza wegliki tungstenu lub wegliki boru. Jego czesc dolna, gdy zostanie on juz umieszczony na narzedziu, powin¬ na miec ksztalt litery V, której dwa ramiona two¬ rza wzajemnie kat w granicach od 90 do 170°, i5 a najkorzystniej w granicach od 120—150°. Mozna stosowac dwa lub wiecej takich nozy, które mo¬ ga byc rozmaicie ustawiane w stosunku do osi narzedzia.Zgodnie z fig. 11, nóz T jest na ogól umieszczo- 2o ny w taki sposób w otworze centralnym C swidra F w postaci korony pierscieniowej, ze punkt P litery V, utworzonej przez jego dwa boki dolne, znajduje sie dokladnie w osi XY obrotu narzedzia.Jednakze taki uklad nie jest obowiazkowy i moz- 25 na znacznie poprawic zalety niniejszego wynalaz¬ ku przez inne umieszczenie tego noza.Jakiekolwiek byloby rozmieszczenie zastosowane dla tego noza, to najkorzystniej bedzie, gdy zo¬ stanie on wpuszczony w wewnetrzna scianke ko- 30 rony wiertniczej, przez osadzenie go od dolu w przewidzianym w tym celu w gniezdzie i urucho¬ mienie wzgledem scianki na przyklad przez luto¬ wanie. Moze byc jednakze zastosowany równiez kazdy inny znany sposób mocowania. 35 Grubosc e noza powinna byc wystarczajaca, aby sila wywierania przez niego byla równorzedna z jego wytrzymaloscia mechaniczna. Wskutek dwóch srednicowo przeciwleglych zamocowan noza, jego wytrzymalosc mechaniczna jest zdecydowanie wie- 40 ksza. Ponadto ksztalt litery V jego czesci dolnej ulatwia kruszenie rdzenia, raczej przez lamanie niz przez scieranie, co zmniejsza równiez sile, któ¬ ra musi wywierac nóz. A zatem mozna stosowac noze o stosunkowo malej grubosci. Natomiast 45 wskazane jest unikac stosowania nozy o nadmier¬ nej grubosci, zwlaszcza gdy centralny otwór na¬ rzedzia, w którym tworzy sie rdzen, ma maly przekrój. Na ogól dla centralnego otworu' narze¬ dzia, o srednicy mniejszej o 40 mm, grubosc noza 50 nie powinna przekraczac od 20 do 25% tej sredni¬ cy. A zatem na przyklad dla otworu centralnego o srednicy 20 mm, grubosc elementu skrawajace¬ go nie powinna przekraczac od 4 do 5 mm i jest najkorzystniej dobierana rzedu 3 mm. A miano- 55 wicie wskazane jest pozostawienie dla pluczki takiego przekroju przelotowego, aby jej wydatek byl wystarczajacy dla umozliwienia zabierania urobku wiertniczego kruszonego z rdzenia.W wiekszosci przypadków grubosc tego rzedu 60 jest najzupelniej wystarczajaca nawet dla wier¬ cen w skalach twardych. W wielu przypadkach mozna rozpatrzyc zmniejszenie ilosci materialu za¬ stosowanego na nóz (na przyklad weglika tung¬ stenu lub boru) przez wykonanie noza w rodzaju 65 przedstawionego na fig. 12 i 12a, utworzonego z dwóch lub wiecej elementów (Eiy Et) zatopionych w masie M, na przyklad metalowej, co nadaje ta¬ kiemu nozowi zalete wiekszej podatnosci, mniej¬ szej kruchosci i mniejszego kosztu. Nawet w przy¬ padku, gdy stosuje sie tylko jeden element roboczy noza, moze byc równiez korzystne pokrycie go po¬ wloka z materialu odpornego na plaskie zginanie, azeby w pelni wykorzystac wymienione wyzej za- * lety.Powloka ta moze byc wykonana badz ze stali, badz z kazdego metalu, badz tez z materialu me¬ talowego odpornego na zginanie.Wedlug wynalazku wazne jest, azeby kat utwo¬ rzony pomiedzy dwiema scianami dolnymi noza nie byl mniejszy od 90°, ani tez wiekszy od 170°, gdyz w przypadku przeciwnym powstalyby niesprzyja¬ jace warunki pracy noza, które moglyby dopro¬ wadzic badz do jego zlamania, badz tez do przed¬ wczesnego zuzycia.Ponadto odkryto w sposób nieoczekiwany, ze predkosc zaglebiania sie narzedzia w skale okaza¬ la sie zdecydowanie wieksza, gdyz ten kat wyno¬ sil w granicach od 120 do 150°.Oczywiscie nóz wedlug wynalazku i (lub) jego powloke mozna wykonywac z innych niz wymie¬ nione wyzej materialów i zaprojektowac go jako jedna calosc z narzedziem, za pomoca innych spo¬ sobów mocowania niz opisane wyzej, nie wykra¬ czajac jednakze poza ramy i istote niniejszego wy¬ nalazku, przy czym nóz ten zachowa zawsze to samo dzialanie.Wreszcie, jak to jest widoczne na fig. 2, na¬ rzedzie wedlug wynalazku moze byc najkorzystniej zaopatrzone w poblizu swego wierzcholka w otwo¬ ry pomocnicze, przeznaczone do przeplywu plucz¬ ki i umozliwiajace szybsze odprowadzanie urobku wiertniczego. PL