SE509280C2 - Stift av hårdmetall och bergborrkrona för slående borrning - Google Patents

Description

509 280 10 15 20 25 30 2 kommer i kontakt med en hålvägg och i toppen av stiftet där berget måste krossas. I avsikt att öka íörslitningsresistensen hos ett stift, måste volymen av den yttre zonen ökas i området som kommer i kontakt med väggen och i toppen. Verktyg enligt känd teknik har vanligen stift med en axialsymmetrisk topp design (vänstra delen i Fig. 12). En ökning av den yttre zonen vilken är utsatt for förslitning leder vanligen till en topp som ej är axialsymmetrisk.

Beroende på förslitningens natur, vilken beror på bergets egenskaper och borrningens förutsättningar, uppträder íörslitningen uttalat i området som kommer i kontakt med väggen eller i toppområdet där berget krossas. Det är viktigt att respektera detta faktum och öka volymen hos den yttre zonen mest där stiftets törslitning är som störst.

Både längre livslängd och högre borrsjunkning kan uppnås eftersom den optimala geometriska strukturen ej förstörs så fort. En viktig fördel med uppfinning är en högre precision när materialet används för en bergborrl Den förstorade volymen av förslitningsresistant material och således den höga förslitningsresistensen hos den yttre zonen i ornrådet vilken är utsatt för förslitning, medför rakare hål och mycket bättrer diameter toleranser på det borrade hålet. lntervallen mellan omslipningar kan även förlängas, vilket medför mindre ansträngningar och faror för operatören.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning enligt ett oberoende krav är, där en polykristallin diamantbeläggning anordnats på åtminstone arbetsändenl av stiftet, att förlänga stiftets livslängd även om PCD-beläggningen har spruckit eller flagat av.

Syftena med föreliggande uppfinning realiseras medelst ett stift och en bergborrkrona, vilka har givits särdrag enligt efterföljande patentkrav.

Kort beskrivning av figurerna Fig. 1-5 visar ett stift lärnpat att borra under förutsättningen att förslitningen av stiftet är koncentrerad till området nära väggen. Fig. 1 visar ett stift enligt 10 15 20 25 30 509 280 3 föreliggande uppfinning, i en sidovy. Pig. 2 visar stiftet i en annan sidmï. Pi Ur; ~ 3 visar stiftet i en toppvy. Pig. 4 visats Stiftet i en 'q enligt pilen B i P: UH Pig. 5 visar ett förstorat tvärsnitt av stifts: eiígt Iizfe: C.

Fig. 6-10 visar ett stift lämpat att borra under förutsättningen an törsiimízgf: av stiftet är utbredd i omrâdet nära väggen och i toppomràdet. Pig. 6 visar ett stift enligt föreliggande uppfinning, i en sidovy. Pig. 7 visar stiftet i en annan sidovy. Pig. 8 visar stiftet i en toppvy. Pig. 9 visar stiftet i en vy enligt pilen B i Pig. 7. Fig. 10 visar ett förstorat tvärsnitt av stiftet enligt line C°.

Fig. 11 visar en borrkronas huvud enligt föreliggande uppfinning, i en perspektivvy.

Fig. 12 visar en sidovy, delvis i tvärsnitt, av en schematiskt illustrerat borrhuvud med ett ballistiskt stift och ett stift enligt föreliggande uppfinning, i ett borrhål.

Pig. 13 till 18 visar tvärsnittade vyer genom de två stiftens centrumaxlar.

Detaljerad beskrivning av de föredragna utföringsformerna av uppfinningen Pig. 1 visar en förstorad sidovy av en föredragen uttöringsfonn av ett stift enligt föreliggande uppfinning. Stiftet har en i huvudsak cylindrisk skaftdel 20, vilken har en diameter D inom intervallet 4 till 20 mm, företrädesvis 7 till 18 mm. Stiftets 14 monteringsände 21 har företrädesvis en stympat konisk forrn anpassad att äntra ett hål i borrhuvudets frontyta, se Fig. 11. Pöreträdesvis, mynnar hålet både i frontytan och mantelytan. I figurema visas stiftets längsgående centrumaxel A och två vinkelräta normaler Nl och N2. En linje Y definieras som basen på arbetsänden 22. Linjen kan vara distinkt eller mjuk.

Stiftets 14 arbetsände 22 är uppdelad i sju mjukt till varandra anslutna väsentligen i omkretsled och axiellt konvexa delar. Genom uttrycket "mjuk" eller "mjukt" menas härefter att två tangenter, var och en anordnad på ömse 509 280 10 15 20 25 30 4 sidor och i omedelbar närhet av anslutningen samt xinkelrâta mo: cez-z-:Lïxei A i sidovy, bildar en vinkel t vilken ligger i interralla av ISS* Ii-'fi företrädesvis 160° till l75° (Fig. 5). En första del 23 beskriver en i hu-rfisaš; ballistisk form och har utsträckning i huvudsak symmetriskt pá ömse sidor om norrnalen Nl. Den första delen avslutas i omkretsled i symmetriskt anordnade. krökta zonlinjer 24 respektive 25. Den första delens radie i en visst axiellt tvärsnitt C betecknas Rl. Den mathematiska konstruktionen av den ballistiska formen är enligt följande: Den första delens 23 referensplan X ligger under baslinjen Y i Pig. 2. Den konvexa kurvaturen hos den första delen 23 ä: slagen 22.: 2 :ei e-, centrum Z i närheten av mantelytan hos skaftdelen 20. (Lerïrrrt-.et Z 2: företrädesvis placerat utanför mantelytan pà ett avstånd l och under den az-tíell: främsta punkten på ett avstånd h. Avståndet h är 4 till 8 gånger avståndet l men mindre än radien R. Referens planet X och radiema R innesluter en vinkel e mellan 10° och 75°.

Varje krökt zonlinje 24 respektive 25, och norrnalen Nl, betraktade i en topp vy, innesluter en vinkel ot i intervallet 45° till 85°. Det är underförstått att den ballistiskt konvexa kurvaturen är radiellt ytterst ansluten till mantelytan på skaftdelen 20.

Den krökta zonlinjen 24 eller 25 representerar en mjuk övergång mellan den första delen 23 och en andra del 26 eller 27. Den andra delen 26 eller 27 är, förutom för den för den omedelbara anslutningen till den första delen, anordnad i huvudsak utanför den ballistiska grundformen (ritad med streckade linjer i Pig. 1, 2 och 4). Den andra delens radie R2 i tvärsnittet C är större än den första delens radie Rl. Den andra delen konvergerar väsentligen i centrumaxelns A framåtriktning A. De andra delarna 26, 27 konvergerar i riktning mot den första delen 23 och bildar en spetsig vinkel ß.

Den andra delen 26 eller 27 ansluter vidare till en tredje del 28 eller 29. De tredje delarna sammanstrålar radiellt utanför axeln A vid stiftets frontdel. De 10 15 20 25 30 509 280 5 tredje delarna är krönlika starka eggar. vilka bearbetar berget i hunrdsak i omkretsrikmingen. En tangent till den tredje delen \id s ”fningea ezfi; lr' tvärsnitt C bildar en större inre xinkel oi :ei sšafziele-:s ...__- f* l l motsvarande tangenter till de första och andra dešrza Szorieí jr'- vtie: o _ skapar en ökning av material för förslitning ijâmförelse md en helt konfiguration och således ökas förslitningsresistensen hos stiftet. Den tredje delen definieras av en radie R3, vilken är mindre än både radien Rl hos den första delen och radien R2 hos den andra delen i tvärsnittet C (se Figj).

Bredden hos den tredje delen är väsentligen konstant.

Den tredje delen ansluter mjukt till en fjärde del 30, vilken är anpassad att i huvudsak sarnmanfalla med och ligga i huvudsak jämnt med väggen av borrhålet. Den fjärde delen definierar en styryta anordnad att glida mot borrväggen. Den fjärde delen har en radie R4 i tvärsnittet C, vilken är mycket större än var och en av de varmänmda radiema R1 och R3. En central tangent till delen 30 i tvärsnittet C-C bildar en inre vinkel ti» relativt mantelytan hos skaftet 20. Vinkeln cb är mindre än motsvarande vinklar hos var och en av de andra delarna 23-27.

Ett första parti av baslinjen Y, anslutet till den första delen 23, har utsträckning väsentligen vinkelrätt mot centrumaxeln A. Ett andra parti av baslinjen Y, anslutet till den andra delen 24 eller 25, stiger åtminstone delvis framåt under en spetsig vinkel ö relativt det första partiet. Ett tredje parti av baslinjen Y, anslutet till den tredje delen 28 eller 29, innefattar den axiellt främsta punkten hos hela baslinjen och är i huvudsak definierad genom en radie R6. Det tredje partiet är konvext. Ett fjärde parti av baslinjen Y, anslutet till den fjärde delen 30, är i huvudsak definierad genom en radie RS, vilken större än radien R6. Det fjärde partiet är konkavt och dess bakre punkt ligger axiellt framför det första partiet.

Den femte delen 31 är en avrundad spets, vari delarna 23,24,25,26 och 27 sammanstrålar. Den fjärde delen 30 slutar axiellt bakom spetsen 31. Det axiellt 509 280 10 l5 20 25 30 6 främsta partiet hos den tredje delen 28 eller 29 är i huvudsak ej en del av spetsen fastän den är ansluten därtill.

Det bör noteras att baslinjen Y, ovarmämnda radier RI, R2, R3 och R4 i en projection i toppvy är lika, d v s lika med D/2.

Under vissa förutsättningar vid borrning i berg kan stift förslitas mer på ena sida än den andra och därför har det utvecklats ett stift för sådana förutsättningar, d v s ett stift med en ansamling av material anordnat asymmetriskt relativt norrnalen Nl. Detta innebär att ansarnlingen är anordnad på vindsidan och en ökad släppníngsyta anordnats på den läsidan om normalen Nl. Fig. 6 visar »en förstorad sidoxy av en töredragen uttörirtgsïier; 21 f: .wii enligt föreliggande uppfinning. Stiftet har en i huvudsak cj-'iiz-iísà; sl-:aïïrïzlez 20”, vilken har en diameter D i intervallet 4 till 20 mm, företrädesvis T :iii 18 mm. Monteringsänden 2l ” hos stiftet 14” har företrädesvis en stympat konisk form anpassad att äntra ett hål (ej visat) i borrhuvudets frontyta. Företrädesvis, mynnar hålet både i frontytan och mantelytan. Den längsgående centrurnaxeln A hos stiftet och två vinkelräta normaler N1 och N2 visas i figurerna. En line Y” definieras som arbetsändens 22” bas.

Arbetsänden 22” hos stiftet 14” är uppdelad i ett flertal mjukt till varandra, väsentligen i omkretsled och axiellt konvexa, anslutna delar. En första del 23” beskriver en i huvudsak ballistisk fonn och har utsträckning asymmetriskt på båda sidor om normalen Nl. Den första delen avslutas i omkretsled i asymmetriskt anordnade, krökta zonlinjer 24” respektive-ZS”. Den första delens radie i ett visst axiellt tvärsnitt C” betecknas Rl. Den matematiska konstruktionen av den ballistiska formen har diskuterats ovan.

Den krökta zonlinjen 24” eller 25” utgör en mjuk övergång mellan den första delen 23” och de andra delama 26” och 27”. Den andra delen 26” består av tre mjukt anslutna partier. Ett första parti 26”A hos den andra delen 26” och den andra delen 27” är, förutom den omedelbara skämingen med den första delen, 10 15 20 25 30 509 280 7 anordnad i huvudsak utanför den ballistiska grundforrnen (ritad med streckade linjer i Fig. 6, 7 och 10) och är i huvudsak vinkelräta mot varandra i tvärsnjttet C”. Det första partiets 26”A radie och den andra delens 27” radie i snittet C” är större än radien R”l hos den första delen och är i samma storleksordning som ovannämnda radie R2. Det första partiet 26”A och den andra delen 27” konvergerar väsentligen axiellt framåt och bildar en vinkel ß', i huvudsak vinkelrät i tvärsnittet C”.

Ett andra parti 26”B hos den andra delen 26” är anordnat radíellt utanför den ballistiska gnmdformen. Det andra partiets radie R”2B i tvärsnittet C är större än radien R”l hos den första delen men mindre än radien R2. Den andra partiet konvergerar väsentligen axiellt framåt.

Ett tredje parti 26”C hos den andra delen 26” är även anordnat radíellt utanför den ballistiska grundformen på normalens Nl vindsida W. Radien R”2C för det tredje partiet i tvärsnittet C” är större än radien R”l för den första delen. Det tredje partiet konvergerar väsentligen axiellt framåt. Vindsidan W är det parti hos stiftet vilket törslits som mest under bearbetning av bergmaterialet.

Det tredje partiet 26”C och den andra delen 27” ansluter vidare till tredje delar 28” respektive 29”. De tredje delama sammanstrålar radíellt utanför centrumaxel A vid stiftets 14” frontdel. Den tredje delen 29” är mycket större, åtminstone 2 gånger större, än delen 28”. En tangent till den tredje delen 28” vid skärningen enligt tvärsnittet C” bildar en större inre vinkel tiil med mantelytan hos skaftdelen än motsvarande tangenter till den första delen 23” och den tredje delen 29”. Vinkel qfl ger upphov till en ytterligare ökning av material möjligt att förslita i jämförelse med en helt ballistisk konfiguration och således ökas förslitningsresistensen hos stiftet. Den tredje delen 29” bildas på den läsidan L av normalen N1 och definieras med en radie R”3, vilken är mindre än både radien R”l hos den första delen och radien R”2 hos den andra delen i tvärsnittet C” (se Fig.lO). Den tredje delens 28” bredd är väsentligen konstant, medan delen 29” konvergerar avsevärt axiellt framåt. Den tredje delen 29” definierar en stark krönlik skäregg. 509 280 10 15 20 25 30 8 De tredje delarna 28' och 29” ansluter mjukttill en fjärde del 30', vilken är anpassad att i huvudsak sammanfalla med och ligga i huvudsak jämnt med väggen hos det borrade hålet. Den fjärde delen definierar en styryta anordnad till glida mot väggen. Den fjärde delen har en radie R'4 i tvärsnittet C, vilken är mycket större än var och en av de ovarmämnda radierna R'l och '3. En central tangent till delen 30' bildar en inre vinkel ö” relativt till mantelytan hos skaftet 20 i tvärsnittet C”. Vinkeln 4)” är mindre än motsvarande vinkel för var och en av de andra delarna 23327”.

Ett första parti av baslinjen Y' anslutet till den första delen 23”, har utsträckning väsentligen vinkelrätt mot centrumaxeln A. Ett andra parti av baslinjen Y' som ansluter till delarna 26°A och 27', stiger, åtminstone delvis, framåt under en spetsig vinkel ö” relativt till det första partiet. Tredje partier av baslinjen Y°, vilka ansluter till det tredje partiet 26”C och den tredje delen 29”, innefattar den axiellt främsta punkten hos hela baslinjen. En av det tredje partiet eller tredje delen i baslinjen, som är ansluten till den tredje delen 29' är konvex i en sidovy, medan den andra, som är ansluten till det tredje partiet 26°C, är i huvudsak rak. Ett fjärde parti hos baslinjen Y” anslutet till den fjärde delen 30”, är i huvudsak definierad av en radie R°5 (i en sidovy) vilken är ungefär lika som radie R'1. Det fjärde partiet är konkavt och dess bakre punkt ligger axiellt framför det första partiet.

Den femte delen 31” är en avrundad spets, vari delarna 23°,26°A,26°B,26'C och 27' samrnanstrålar. Den fjärde delen 30” avslutas axiellt bakom spetsen. Den axiellt främsta delen av den tredje delen 28 eller 29 är ilhuvudsak ej en del av spetsen fastän den är ansluten därtill.

Det bör noteras att vid baslinjen Y' är de ovannärrmda radiema R”l,R'2B,R°2C,R°3 och R°4, betraktade i toppvy, lika, d v s lika med D/2.

I den utfbringsforrn som visas i en perspektivvy i Fig. ll, betecknas den förbättrade bergborrkronan av slående typ i huvudsak med 10 och innefattar ett 10 15 20 25 30 509 280 9 borrhuvud ll, ett skaft 12, en front innefattande en frontjna 13 försedd :ei e: flertal infåsta hárdmetall-stifi 14 eller 14". Slanteif-ta: ló lans *Itt 10 har en cylindriskt eller stympat komisk form och definieras i Fi; II fii-i borrhuvudet. Mantelytan definieras vid den största diametern pá borrkropçrens stålparti. Stiflen 14, 14' är infästa i hål i borrkroppen så att deras radiellt yttersta yta 30, 30' väsentligen sammanfaller med bergborrkronans mantelyta.

Det är underförstått att ordet "väsentligen" i detta sammanhang inkluderar en radiell förskjutning om -2 till +2 mm relativt mantelytan 16 hos bergborrkronan, företrädesvis +0.2 till +O.5 mm. Stiften 14, 14” är anordnade så att stålkroppen ej blir onödigt försliten och därför förblir diametern hos hålet 15 väsentligen konstant under hela bormingsoperationen. Frontytan 13 kan ha ett antal mer centralt placerade stift (ej visade) med lämplig form, exemplelvis halvsfärisk form. De senare stiften krossar bergmaterial närmare centrumlinjen CL hos bergborrkronan. I Pig. 12 visas en känd lösning till vänster och ett stift enligt till föreliggande uppfinning till höger, delvis i tvärsnitt. Ett stift med en ballistisk arbetsänd har en volym, vilken är 50 % greater än en motsvarande halvsfárisk arbetsände. Volymen av stiftet 14 eller 14” är åtminstone 50 % större än den ballistiska forrnen och har en livslängd vilken är i paritet därmed.

I Fig. 12 är en imaginär förlängning av mantelytan 16 ritad med streckad linje för att illustrera skillnader i volym hos de två stiften.

Gemensamt för de två ovannämnda stiften är att åtminstone den yttre delen 22, 22' kan vara försedd med en polykristallin diamantbeläggning. Beläggningen är anordnad på åtminstone stiftets arbetsände för att förlänga livslängden hos stiftet även om PCD-beläggningen kan ha spruckit eller flagat av.

In detta sammanhang bör det påpekas att den ovan beskrivna uppfinningen ej är begränsad till de föredragna utföringsformerna utan kan varieras fritt inom ramen för de bifogade patentkraven. Exempelvis, när berget som skall borras är extremt hårt (t.ex. sprucken och lamellär magnetifikvartsit) måste höjden mellan spetsen och baslinjen Y, Y” minskas, därigenom ökas den genomsnittliga tjockleken på arbetsänd 22, 22' och således förbättras förslitningsresistensen. En 509 280 10 sådan modifikation skulle förändra de ballistiska ytorna 23, 23' till att anta en i huvudsak sfárisk form.

Claims (5)

10 15 20 25 30 509 280 1o933sEA 98-05-28 11 Patentkrav

1. Ett stift av hårdmetall företrädesvis för slående borrning, vilket har en i huvudsak cylindrisk monteringsdel (20;20') och en yttre del (22;22') anordnad på en frontände (13) hos en bergborrkrona (10), nämnda yttre del innefattar en relativt flat yta (30;30') vilken har utsträckning från nämnda monteringsdel i riktning mot en främre ände av nämnda stift, nämnda monteringsdel har en centrumaxel (A), nämnda monteringsdel har en radie (D/2), k ä n n e t e c k n at a v att den yttre delen (l4;14') har en konvext krökt grundform, företrädesvis en ballistisk grundform, radiellt utanför vilken en större del av den yttre delen utsticker och av att den relativt flata ytan ansluter mjukt till andra komponenter (28,29;28',29') hos nämnda yttre del och att den yttre delen (22;22') har en ballistisk grundform och att en radie (R4;R'4) hos den relativt flata ytan (30;30') är större än radien (D/2) hos monteringsdelen (20;20') och att den relativt flata ytan (30;30') i omkretsled ansluter till åtminstone en krönliknande skäregg (28,29;28').

2. Ett stift enligt krav l, k ä n n e t e c k n at a v att en skärning mellan monteringsdelen (20;20') och den yttre delen (22;22') bildar en baslinje (Y;Y') vilken är konkav, sedd i en sidovy, vid den relativt flata ytan (30;30'), därigenom definierande en axiellt bakre punkt och att nämnda bakre punkt är anordnad axiellt framför baslinjen vid den konvext krökta grundformen men axiellt bakom ett axiellt främre parti av baslinjen.

3. Ett stift enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n at a v att åtminstone den yttre delen (22;22') är försedd med en polykristallin diamantbeläggning.

4. En bergborrkrona av slående typ innefattande ett skaft (12), ett borrhuvud (1 1) anordnat vid en främre ände av nämnda skaft och definierande en första längsgående axel (CL), nämnda borrhuvud innefattar en i huvudsak framåt riktad 509 280 10 15 l0933SEA 98-05-28 12 frontände innefattande en frontyta (13), en med i huvudsak längsled utsträckt mantelyta (16) och definierande nämnda borrhuvuds yttre periferi, och ett flertal hål bildade i nämnda frontände, var och en av nämnda hål har en i huvudsak cylindrisk grundform och upptar ett hårdmetallstift (l4;l4'), varje stift innefattar en i huvudsak cylindrisk monteringsdel (20;20'), vilken har en centrumaxel (A) och en yttre del (22;22') vilken utsticker från nämnda hål, k ä n n e t e c k n a d a v att den yttre delen (14;l4') har en konvext krökt grundform, företrädesvis en ballistisk grundform, radiellt utanför vilken en större del av den yttre delen utsticker och av att den relativt flata ytan mjukt ansluter till andra komponenter (28.29;28',29') hos nämnda yttre del och att den yttre delen (22;22') har en ballistisk grundform och att en radie (R4;R'4) hos den relativt flata ytan (30;30') är större än en radie (D/Z) hos monterings delen (20;20') och att den relativt flata ytan (30;30') i omkretsled ansluter till åtminstone krönliknande skäregg (28,29;28').

5. En bergborrkrona enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone den yttre delen (22;22') är försedd med en polykristallin diarnantbeläggning.