SE520036C2

SE520036C2 - Rock drill crown for percussion drilling, especially top hammer drilling, has grooves and bars with cutting edges on outside of its apron

Info

Publication number: SE520036C2
Application number: SE0201984A
Authority: SE
Inventors: Kenneth Larsson
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2003-05-13
Also published as: SE0201984L; WO2004003332A1; US20040065482A1; SE0201984D0; AU2003239064A1

Abstract

The drill head (3) has an apron with debris removal grooves (16A, 16B) on the outside, which extend in the axial direction of the drill crown (1), as do the bars formed in between the grooves. A coupling is provided for connecting the drill crown to a drill rod. At least some of the ends of the bars facing away from the drill head are configured as return teeth (18), each one of which has a cutting edge (19A, 19B). At least some of the bars have a chip surface (31) and a release surface (30), the angle between these two surfaces being no greater than 100 deg. An Independent claim is also included for a method for making the drill crown.

Description

25 30 5 2 0 0 3 6 ll8l4SE 2002-06-24 2 Uppfinningens sﬁen Föreliggande uppﬁnning har till syfte att anvisa en bergborrkrona av det inledningsvis definierade slaget, varvid returtänderna hos sagda bergborrkrona är så utformade att returtänderna förstärks. The object of the invention The present invention has for its object to provide a rock drill bit of the type initially defined, wherein the return teeth of said rock drill bit are designed so that the return teeth are reinforced.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en bergborrkrona vilken medger god bergavverkning. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att returtänderna hos bergborrkronan medger att överföring av stötvågsenergi mellan den närmast borrkronan belägna borrstången och borrkronan sker medelst s.k. skulderanslag.Another object of the present invention is to provide a rock drill bit which allows good rock felling. Yet another object of the present invention is that the return teeth of the rock drill bit allow the transfer of shock wave energy between the drill rod located closest to the drill bit and the drill bit by means of so-called shoulder projection.

Syftena med föreliggande uppfinning förverkligas medelst en bergborrkrona samt ett förfarande för tillverkning av en bergborrkrona, vilka erhållit de ide efterföljande patentkraven angivna särdragen. - > < | i - Kort beskrivning av ritningarna Nedan kommer en utföringsform av bergborrkronan enligt föreliggande uppfinning att beskrivas, varvid hänvisning görs till de bifogade ritningarna, där: Fig. 1 visar en perspektivvy av en bergborrkrona enligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar ett partiellt tvärsnitt genom bergborrkronan enligt Fig. 1 och en tillhörande borrstång; Fig. 3 visar en sidovy av bergborrkronan enligt Fig. 1; och Fig. 4 visar en ändvy av bergborrkronan enligt Fig. 1.The objects of the present invention are realized by means of a rock drill bit and a method for manufacturing a rock drill bit, which have obtained the features stated in the following claims. -> <| Brief Description of the Drawings An embodiment of the rock drill bit according to the present invention will be described below, reference being made to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a perspective view of a rock drill bit according to the present invention; Fig. 2 shows a partial cross-section through the rock drill bit according to Fig. 1 and an associated drill rod; Fig. 3 shows a side view of the rock drill bit according to Fig. 1; and Fig. 4 shows an end view of the rock drill bit according to Fig. 1.

Detalierad beskrivning av en föredragen utföringsform av en bergborrkrona enligt föreliggande uppfinning Den i Fig. 1-4 visade bergborrkronan 1 innefattar ett borrhuvud 3 och ett skaft eller en kjol 5, varvid borrhuvudet 3 och kjolen 5 är integrerade med varandra.Detailed Description of a Preferred Embodiment of a Rock Drill Bit According to the Present Invention The rock drill bit 1 shown in Figs. 1-4 comprises a drill head 3 and a shaft or a skirt 5, the drill head 3 and the skirt 5 being integrated with each other.

En borrstång 7 är förbunden med bergborrkronan 1 via ett gängförband. I borrstången 7 är på sedvanligt sätt anordnad en genomgående spolkanal 8. En för bergborrkronan 1 och borrstången 7 gemensam längsgående centrumaxel 2 är inritad i Fig. 2.A drill rod 7 is connected to the rock drill bit 1 via a threaded connection. A continuous flushing channel 8 is arranged in the drill rod 7 in the usual manner. A longitudinal center axis 2 common to the rock drill bit 1 and the drill rod 7 is drawn in Fig. 2.

Såsom framgår tydligast ur Fig. 2 är bergborrkronan 1 försedd med en invändig hongänga 9, vilken upptar en utvändig hangänga 10 på den ena änden av borrstången 7.As can be seen most clearly from Fig. 2, the rock drill bit 1 is provided with an internal female thread 9, which accommodates an external male thread 10 on one end of the drill rod 7.

Borrhuvudet 3 hos bergborrkronan 1 enligt föreliggande uppfinning är på sedvanligt sätt försett med bergavverkande organ, vid den visade utföringsformen i form av hårdmetallstift 11. Mellan det invändiga utrymme hos bergborrkronan 1, som definieras av den invändiga hongängan 9, och fronten hos borrhuvudet 3 sträcker sig ett antal kylmedelskanaler 12. I sagda invändiga utrymme är även anordnad en första anslagsyta 13, s.k. bottenanslag, för borrstångens 7 fria ände. 20 30 35 520 036 l l8l4SE 2002-06-24 3 Vid bergborrkronans 1 bakre ände, vilken tydligast visas i Fig. 4, är anordnad en andra anslagsyta 14, s.k. skulderanslag, vilken är avsedd att samverka med en skuldra 15 hos borrstången 7. Vid den visade utföringsformen används ofta s.k. skulder-bottenanslag, vilket innebär att borrstången 7 är tillverkad med sådana toleranser att vid upprättande av gängförbandet mellan bergborrkronan 1 och borrstången 7 kommer initialt borrstångens 7 fria ände till anliggning mot bottenanslaget 13. Efter en relativt kort tids inslitning av gängförbandet kommer även skuldran 15 hos borrstången 7 till anliggning mot skulderanslaget 14, varvid s.k. skulder-bottenanslag har upprättats, dvs anliggning mellan bergborrkronan 1 och borrstången 7 sker både vid bottenanslaget 13 och skulderanslaget 14. Detta innebär att överföring av stötvågsenergi från borrstången 7 till bergborrkronan 1 kommer att ske via både bottenanslaget 13 och skulderanslaget 14.The drilling head 3 of the rock drill bit 1 according to the present invention is provided in the usual manner with rock cutting means, in the embodiment shown in the form of cemented carbide pin 11. Between the inner space of the rock drill bit 1, which is defined by the inner female thread 9, and the front of the drill head 3 extends a number of coolant channels 12. In said interior space a first abutment surface 13, so-called bottom stop, for the free end of the drill rod 7. At the rear end of the rock drill bit 1, which is most clearly shown in Fig. 4, a second abutment surface 14, so-called shoulder stop, which is intended to cooperate with a shoulder 15 of the drill rod 7. In the embodiment shown, so-called shoulder-bottom stop, which means that the drill rod 7 is made with such tolerances that when establishing the threaded connection between the rock drill bit 1 and the drill rod 7, the free end of the drill rod 7 initially abuts against the bottom stop 13. After a relatively short wear of the threaded joint, the shoulder 15 of the drill rod 7 for abutment against the shoulder stop 14, whereby so-called shoulder-bottom stop has been established, ie abutment between the rock drill bit 1 and the drill rod 7 takes place at both the bottom stop 13 and the shoulder stop 14. This means that transmission of shock wave energy from the drill rod 7 to the rock drill bit 1 will take place via both the bottom stop 13 and the shoulder stop 14.

Såsom framgårtydligast av Fig. 1 och 3 är bergborrkronan 1 på sin utsida försedd med ett antal raka, främre 16A och bakre 16B kaxspår, vilka sträcker sig i bergborrkronans 1 axiella riktning. Varje främre kaxspår 16A är symmetriskt anordnat relativt en linje parallell med centrumaxeln 2. Varje bakre kaxspår 16B är asymmetriskt anordnat relativt en linje parallell med centrumaxeln. Varje bakre kaxspår 16B utgörs av en första spånyta 31 och en andra spånyta 32 vilka är i huvudsak vinkelräta mot varandra. Den första spånytan 31 har en radiell utsträckning vilken löper i huvudsak vinkelrätt mot centrumaxeln 2. Spånytorna 31 och 32 möts i ett avrundat parti 33 vilket i riktning axiellt bakåt närmar sig centrumaxeln 2. Mellan sig definierar de bakre kaxspåren 16B ett antal i huvudsak raka bommar 17, vilka likaså sträcker sig i bergborrkronans 1 axiella riktning. Ett i huvudsak cylindriskt försänkt parti 17A är anordnat mellan de främre och bakre kaxspåren 16A respektive 16B. Det cylindriska partiet 17A har bland annat till syfte att säkerställa att styrning av bergborrkronan 1 i borrhålet sker medelst de partier som är belägna i anslutning till bergborrkronans 1 ändar och att minska motståndet för kaxavgången. Kaxspåren 16A, 16B är på sedvanligt sätt avsedda att transportera bort det vid bergborrkronans 1 front genererade borrkaxet.As can be seen most clearly from Figs. 1 and 3, the rock drill bit 1 is provided on its outside with a number of straight, front 16A and rear 16B cuttings grooves, which extend in the axial direction of the rock drill bit 1. Each front cuttings groove 16A is symmetrically arranged relative to a line parallel to the center axis 2. Each rear cuttings groove 16B is asymmetrically arranged relative to a line parallel to the center axis. Each rear cutting groove 16B consists of a first chip surface 31 and a second chip surface 32 which are substantially perpendicular to each other. The first chip surface 31 has a radial extent which runs substantially perpendicular to the center axis 2. The chip surfaces 31 and 32 meet in a rounded portion 33 which in the axially rearward direction approaches the center axis 2. Between them the rear cuttings grooves 16B define a number of substantially straight bars 17, which likewise extend in the axial direction of the rock drill bit 1. A substantially cylindrical recessed portion 17A is provided between the front and rear cuttings grooves 16A and 16B, respectively. The purpose of the cylindrical portion 17A is, among other things, to ensure that control of the rock drill bit 1 in the borehole takes place by means of the portions which are located in connection with the ends of the rock drill bit 1 and to reduce the resistance for the cuttings exit. The cuttings grooves 16A, 16B are in the usual way intended to transport away the drilling cuttings generated at the front of the rock drill bit 1.

Bommarna 17 är utformade med returtänder 18, vilka har till funktion att, under tillbakadragning av bergborrkronan 1 från ett borrat hål, krossa det material som har lossnat från hålväggen. Varje returtand 18 är försedd med en första egg 19A, en andra egg 19B och en tredje egg 19C. Den första eggen 19A är belägen längst fram i borrkronans rotationsriktning R på varje returtand 18. Eggen 19A är i huvudsak parallell med centrumaxeln 2. Eggarna 19A sammanfaller med en imaginär cylinder som skär bergborrkronans 1 periferistift 11. Eggen 19A bildas i skärningen mellan en spånyta 31 och en släppningsyta 30. Spånytan 31 och släppningsytan 30 bildar en eggvinkel ß, vilken ej är större än 100°, företrädesvis ej större än 90°. Den andra eggen 19B ligger i skärningslinjen mellan spånytan och en i huvudsak delkonisk 15 20 25 30 520 ÛYJÖÉiÅpV-:ffiïvf ¿,"¿-fj= 1 l8l4SE 2002-06-24 4 ändyta 20. Den andra eggen 19B är belägen längst bak i borrkronans matningsriktning på varje bom 17. Ändytan 20 är anordnad axiellt innanför och radiellt utanför den andra anslagsytan 14. Ändytan 20 bildar en yttre vinkel oi med ett plan 21 vinkelrätt mot en längsgående centrumaxel 2 för bergborrkronan 1 eller den andra anslagsytan 14. Vinkeln oi är större än 180°. Således blir vinkeln mellan den första 19A och den andra eggen 19B trubbig, det vill säga större än 90°. Den tredje eggen 19C är belägen längst fram i borrkronans matningsriktning på varje bom 17.The booms 17 are formed with return teeth 18, which have the function of, during retraction of the rock drill bit 1 from a drilled hole, crushing the material which has come loose from the hole wall. Each return tooth 18 is provided with a first edge 19A, a second edge 19B and a third edge 19C. The first edge 19A is located at the front in the direction of rotation R of the drill bit on each return tooth 18. The edge 19A is substantially parallel to the center axis 2. The edges 19A coincide with an imaginary cylinder which intersects the peripheral pin 11 of the rock drill bit 1. and a clearance surface 30. The chip surface 31 and the clearance surface 30 form an edge angle ß, which is not greater than 100 °, preferably not greater than 90 °. The second edge 19B lies in the line of intersection between the chip surface and a substantially subconical 15 20 25 30 520 ÛYJÖÉiÅpV-: ffiïvf ¿, "¿-f = the feed direction of the drill bit on each boom 17. The end surface 20 is arranged axially inside and radially outside the second abutment surface 14. The end surface 20 forms an outer angle oi with a plane 21 perpendicular to a longitudinal center axis 2 of the rock drill bit 1 or the second abutment surface 14. greater than 180 ° Thus the angle between the first 19A and the second edge 19B becomes obtuse, i.e. greater than 90 ° The third edge 19C is located at the front in the feed direction of the drill bit on each boom 17.

Eggen 19C är bildar en spetsig vinkel med centrumaxeln 2 och en trubbig vinkel med den första eggen 19A.The edge 19C is forms an acute angle with the center axis 2 and an obtuse angle with the first edge 19A.

Returtänderna 18 enligt föreliggande uppfinning kan åstadkommas på ett enkelt och rationellt sätt i samband med tillverkningen av bergborrkronan 1 enligt föreliggande uppfinning. Vid sagda tillverkning svarvas den ände där returtänderna skall bildas, varvid åstadkoms den andra anslagsytan 14 samt en koncentrisk, utanförliggande yta, vilken bildar en vinkel oi med den utanförliggande andra anslagsytan 14 som är större än 180°. l ett efterföljande steg i tillverkningen av bergborrkronan 1 enligt föreliggande uppfinning åstadkoms kaxspåren 16B på bergborrkronans 1 utsida, företrädesvis genom fräsning. Därvid bildas automatiskt de mellan kaxspåren 16B belägna bommarna 17. l samband med det automatiska bildandet av bommarna 17 bildas även automatiskt returtänder 18, se Fig. 2 och 3, vid de ändar av bommarna17 som är vända från bergborrkronans 1 bergavverkande ände. Genom geometrin hos den koncentriska, utanförliggande ytan kommer returtänderna 18 att utformas med eggar 19A, 19B, 19C, varvid sagda eggar är belägna på kjolens 5 största diameter samt innanför denna. Därvid kommer även varje returtand 18 att uppvisa en generellt från bergborrkronans 1 bergavverkande ände vänd yta 20 som är bildad ur ovannämnda koncentriska, utanförliggande yta, det vill säga ytan 20 bildar likaså en vinkel oi som är större än 180° med den andra anslagsytan 14. Ytorna 20 ingår i en kon, vars imaginära konspets är riktad mot kronans 1 gängade ände. En väsentlig fördel med de på detta vis utformade returtänderna 18 är att det i huvudsak ej förekommer några skarpa hörn i anslutning till sagda tänder 18. Därigenom reduceras i hög grad risken för sprickbildning i anslutning till sagda returtänder 18.The return teeth 18 according to the present invention can be achieved in a simple and rational manner in connection with the manufacture of the rock drill bit 1 according to the present invention. In said manufacture, the end where the return teeth are to be formed is turned, thereby providing the second abutment surface 14 and a concentric, outer surface, which forms an angle oi with the outer second abutment surface 14 which is greater than 180 °. In a subsequent step in the manufacture of the rock drill bit 1 according to the present invention, the cuttings grooves 16B are provided on the outside of the rock drill bit 1, preferably by milling. In this case, the booms 17 located between the cuttings grooves 16B are automatically formed in connection with the automatic formation of the booms 17, return teeth 18 are also automatically formed, see Figs. 2 and 3, at the ends of the booms 17 facing away from the rock cutting end Due to the geometry of the concentric, outer surface, the return teeth 18 will be formed with edges 19A, 19B, 19C, said edges being located on the largest diameter of the skirt 5 and inside it. In this case, each return tooth 18 will also have a surface 20 generally formed from the rock-cutting end of the rock drill bit 1 which is formed from the above-mentioned concentric, outer surface, i.e. the surface 20 also forms an angle i which is greater than 180 ° with the second abutment surface 14. The surfaces 20 are part of a cone, the imaginary tip of which is directed towards the threaded end of the crown 1. A significant advantage of the return teeth 18 formed in this way is that there are substantially no sharp corners in connection with said teeth 18. Thereby the risk of crack formation in connection with said return teeth 18 is greatly reduced.

Vid den ovan beskrivna utföringsformen av bergborrkronan 1 är kaxspåren 16 och bommarna 17 raka med en utsträckning i bergborrkronans 1 axiella riktning. Emellertid kan man inom ramen för föreliggande uppfinning även tänka sig att kaxspåren och de tillhörande bommarna exempelvis löper skruvformigt på bergborrkronans utsida. De i patentkraven använda uttrycket sträcker sig i bergborrkronans axiella riktning skall anses innefatta även de fall då kaxspåren och bommarna ej är parallella med centrumaxeln 2. 520 036 l18l4SE 2002-06-24 5 Enligt den ovan beskrivna utföringsformen av bergborrkronan 1 bildas returtänder 18 mellan varje närliggande par av kaxspår 16B. Inom ramen för föreliggande uppfinning kan man dock tänka sig att exempelvis varannan returtand 18 avlägsnas, varvid detta lämpligen sker genom att den från den bergavverkande änden hos bergborrkronan 1 vända änden av en bom 17 avlägsnas, lämpligen medelst fräsning. Hur många returtänder 18 en bergborrkrona 1 enligt föreliggande uppfinning skall uppvisa bestäms utifrån en rad olika parametrar, varvid i exemplifierande och ej begränsande syfte kan nämnas borrkronans diameter, vilken typ av berg som borrning sker i samt vilken borrigg som används.In the above-described embodiment of the rock drill bit 1, the cuttings grooves 16 and the booms 17 are straight to an extent in the axial direction of the rock drill bit 1. However, within the scope of the present invention, it is also conceivable that the cuttings grooves and the associated booms, for example, run helically on the outside of the rock drill bit. The term used in the claims extends in the axial direction of the rock drill bit shall also be considered to include cases where the cuttings grooves and the booms are not parallel to the center axis 2. According to the above-described embodiment of the rock drill bit 1, return teeth 18 are formed between each adjacent pair of cuttings grooves 16B. Within the scope of the present invention, however, it is conceivable that, for example, every other return tooth 18 is removed, this being conveniently done by removing the end of a boom 17 facing away from the rock-cutting end of the rock drill bit 1, suitably by milling. How many return teeth 18 a rock drill bit 1 according to the present invention should have is determined on the basis of a number of different parameters, whereby for exemplary and non-limiting purposes the diameter of the drill bit can be mentioned, the type of rock in which drilling takes place and the drilling rig used.

Claims

15 20 25 30 35 520 (036 l 181 4SE 2003-02-05 6 ». '. I f Patent claim

Rock drill bit (1) for striking drilling, in particular top hammer drilling, wherein said rock drill bit (1) comprises a drill head (3) provided with rock cutting means (11) and a skirt (5), that the rock drill bit (1) on the outside of the skirt (5 ) is provided with a number of cuttings grooves (16A, 16B) extending in the axial direction of the rock drill bit (1), said cuttings grooves (16A, 16B) defining between them barriers (17), which also extend in the axial direction of the rock drill bit (1) , that the rock drill bit (1) has means (9) for connecting the rock drill bit (1) to a drill rod (7), wherein at least some of the ends of the booms (17) facing the rock-cutting end of the rock drill bit (1) are designed as return teeth (18), each return tooth (18) having at least one edge (19A, 19B), characterized in that at least some of the bars (17) comprise a chip surface (31) and a clearance surface (30), which form an edge angle (ß), which is not greater than 100 °.

Rock drill bit (1) according to claim 1, characterized in that the edge angle (ß) is not greater than 90 °.

Rock drill bit (1) according to claim 1 or 2, characterized in that a second edge (19B) is arranged in a line of intersection between the chip surface and a substantially subconical end surface (20), the end surface (20) being arranged axially inside and radially outside the second abutment surface 14, and by the fact that the angle between the first (19A) and the second edge (19B) is obtuse.

Rock drill bit (1) according to one of Claims 1, 2 or 3, characterized in that the means for connecting the rock drill bit (1) to a drill rod (7) consist of an internal female thread (9) of the rock drill bit (1), and that a first abutment surface (13) is arranged in connection with the bottom of the female thread (9).

Rock drill bit (1) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that each cutting groove (16B) is arranged asymmetrically relative to a line parallel to the center axis (2), the cutting groove (16B) being constituted by a first chip surface (31). and a second chip surface (32) which are substantially perpendicular to each other.

Rock drill bit (1) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the second abutment surface (14) is located separated from but adjacent to the return teeth (18). 10 15 20 25 30. @ »- -. 520 036 ll8l4SE 2003-02-05 7

A method for manufacturing a rock drill bit (1) for striking drilling, in particular top hammer drilling, wherein from a cast blank a rock-cutting end of the rock drill bit (1), an internal female thread (9) and coolant channels (12), which extend between the inner female thread (9) and the rock-cutting end, characterized in that the method comprises the following steps: A that the end facing away from the rock-cutting end is turned, whereby an end surface is formed which forms an angle (a), greater than 180 ° , with a plane (21) perpendicular to a longitudinal center axis (2) of the rock drill bit (1), B to form cuttings grooves (16) on the outside of the rock drill bit (1), preferably by milling, which cuttings grooves (16) are caused to extend partially the rock-cutting end and the turned end of the rock drill bit (1), C to define, by the design of the cuttings grooves (16), intermediate booms (17), the ends of which facing away from the rock-cutting end define are return teeth (18), which have edges (19A), which extend axially along the mantle surface of the skirt (5) and are substantially located on said mantle surface.

Method according to claim 7, characterized in that in connection with step B, the return teeth (18) are imparted to a surface (20) which forms a certain angle (ot), greater than 180 °, with the plane (21).

Method according to claim 8, characterized in that when the end facing away from the rock-cutting end is turned, a second abutment surface (14) is provided, which is concentric with and located outside the surface (20) and which is perpendicular to a longitudinal center axis ( 2) for the rock drill bit (1).

Method according to one of Claims 6 to 9, characterized in that some of the return teeth (18) are removed by a subsequent machining, preferably by means of milling.