SE530424C2

SE530424C2 - Top hammer rock-drilling tool has external cylindrical guide surface formed between male thread and waist, and co-operates with internal guide surface between female thread and free end of coupling sleeve

Info

Publication number: SE530424C2
Application number: SE0601117A
Authority: SE
Inventors: Bo Carlstroem; Johan Linden
Original assignee: Sandvik Intellectual Property
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-06-03
Also published as: SE0601117L; CN101449022A

Abstract

A cylindrical guide surface (31) between male thread (5) and waist (32) co-operates with an internal guide surface between female thread and free end of a coupling sleeve. The waist is formed axially inside the male thread of the drill rod consisting of martensitic stainless steel. Independent claims are also included for the following: (1) a drill rod; (2) and a coupling sleeve for top hammer rock-drilling tool.

Description

530 424 rotationsrörelserna till kronan, utsätts för korrosiva angrepp, som i kombination med pulserande belastningar i form av stötvågor och böjrörelser, initierar sprickor, vilka efterhand växer sig stora för att slutligen leda till utmattning. 530 424 rotational movements to the crown, are subjected to corrosive attacks, which in combination with pulsating loads in the form of shock waves and bending movements, initiate cracks, which gradually grow large to eventually lead to fatigue.

Särskilt känsliga för sprickbildning är gängspårbottnarna i borrstångens hangänga, därju borrstången har liten tvärsnittsarea. En annan livslängdsbestämmande faktor är den ofrånkomliga förslitning av gängorna, som uppstår då dessas flanker nöter mot varandra såsom ett resultat av såväl de intermittent återkommande, axiella stötkrafterna, som den relativa rotationsrörelse, som ständigt är verksam, då vridmomentet överförs mellan kopplingshylsan och borrstången. Till skillnad från stumt åtdragna gängförband av konventionellt slag är sålunda det svårt utsatta gängförbandet i en bergborr beroende av att vridmomentöverföringen mellan kopplingshylsan och borrstången ombesörjer en ”ständig” inskruvning av hangängan i hongängan, vilket leder till förslitning av i första hand de flanker hos gängorna som drar ihop förbandet. Särskilt besvärande i ekonomiskt avseende blir gängförslitningen om borrstångens hangänga förbrukas snabbare än kopplingshylsans hongänga, eftersom detta kräver byte av den dyra borrstången före erforderligt byte av den billigare kopplingshylsan. En ytterligare faktor av betydelse för såväl borrens livslängd som dess tekniska prestanda, är gängförbandets förmåga att motverka , utböjning, det vill säga borrstångens tendens att böja eller svänga ut i vinkel mot kopplingshylsan. ldealt bör borrstången och kopplingshylsan sträcka sig utmed en gemensam geometrisk centrumaxel (i förlängning av nackadaptern) för att säkerställa att det borrade hålet blir önskvärt rakt. Ju längre förslitningen av gängorna fortskrider, desto mer försämras styvheten och ökas glappet i förbandet mellan kopplingshylsan och borrstången, varvid utböjningsfenomenen fortplantar sig in i gängförbandet och accelererar förslitningen.Particularly sensitive to crack formation are the threaded groove bottoms in the male thread of the drill rod, in which the drill rod has a small cross-sectional area. Another life-determining factor is the inevitable wear of the threads which occurs when their flanks abut against each other as a result of both the intermittently recurrent axial impact forces and the relative rotational movement which is constantly effective when the torque is transmitted between the coupling sleeve and the drill string. Thus, unlike dullly tightened threaded joints of a conventional type, the difficult-to-expose threaded joint in a rock drill is dependent on the torque transfer between the coupling sleeve and the drill rod providing a "constant" screwing of the threaded thread into the female thread, which leads to wear of the flanges. pulls the bandage together. Particularly troublesome in economic terms will be the thread wear if the male thread of the drill rod is consumed faster than the female thread of the coupling sleeve, since this requires replacement of the expensive drill rod before the necessary replacement of the cheaper coupling sleeve. An additional factor of importance for both the life of the drill and its technical performance is the ability of the threaded joint to counteract, deflection, i.e. the tendency of the drill rod to bend or swing out at an angle to the coupling sleeve. Ideally, the drill rod and coupling sleeve should extend along a common geometric center axis (in extension of the neck adapter) to ensure that the drilled hole is desirably straight. The longer the wear of the threads progresses, the more the stiffness deteriorates and the gap in the joint between the coupling sleeve and the drill rod increases, whereby the deflection phenomena propagate into the threaded joint and accelerate the wear.

Problemet med förtidig förslitning av hangängan i gängförbandet mellan en borrstång och en kopplingshylsa har uppmärksammats genom US 6196598 (SE 521790), närmare bestämt genom att hangängan utförs med en slitvolym (proportionell mot tvärsnittsarean) som är 5 á 25 % större än hongängans slitvolym. På så sätt säkerställs att den jämförelsevis dyra borrstången ej behöver kasseras och bytas innan den billigare kopplingshylsans hongänga förbrukats. Emellertid löser denna åtgärd varken problemet med 20 25 30 530 424 korrosionsutmattning eller problemet med successivt växande glapp och utböjning. i yppgfinnindens svften och särdraa Föreliggande uppﬁnning tar sikte på att undanröja åtminstone en del av ovannämnda brister hos det kända bergborrverktyget och skapa ett förbättrat verktyg. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa ett för praktisk topphammarborrning lämpat bergborrverktyg, vilket har optimala egenskaper med avseende på såväl tekniska prestanda som ekonomisk attraktivitet, framförallt genom att kunna erbjuda en lång livslängd och en uthålligt tillförlitlig funktionsduglighet under hela sin verksamma livslängd. Sålunda skall användaren inte enbart kunna räkna med att borrstången håller minst lika länge som kopplingshylsan, utan även att borrstången effektivt och långvarigt motstår dels, enligt en aspekt av uppﬁnningen, tendenserna till korrosionsutmattning, dels de utböjningsfenomen som ökar gängglapp, som ofrånkomligen uppstår under praktisk borrning i berg med skiftande struktur. Ett ytterligare syfte är att skapa ett bergborrverktyg, som är konstruktivt enkelt och därför billigt att tillverka och lätt att använda.The problem of premature wear of the male thread in the threaded connection between a drill rod and a coupling sleeve has been addressed by US 6196598 (SE 521790), more specifically in that the male thread is made with a wear volume (proportional to the cross-sectional area) which is 5 á 25% larger than the female thread wear volume. In this way it is ensured that the comparatively expensive drill rod does not have to be discarded and replaced before the female thread of the cheaper coupling sleeve has been consumed. However, this measure solves neither the problem of corrosion fatigue nor the problem of successively growing play and deflection. The present invention aims at eliminating at least some of the above-mentioned shortcomings of the known rock drilling tool and creating an improved tool. A primary object of the invention is therefore to create a rock drilling tool suitable for practical top hammer drilling, which has optimal properties with regard to both technical performance and economic attractiveness, above all by being able to offer a long service life and a sustainably reliable functionality throughout its active service life. Thus, the user must not only be able to count on the drill rod lasting at least as long as the coupling sleeve, but also that the drill rod effectively and long-term resists, according to one aspect of the invention, the tendencies to corrosion fatigue, and the deflection phenomena that increase thread gap. in rocks with varying structure. An additional purpose is to create a rock drilling tool, which is constructively simple and therefore cheap to manufacture and easy to use.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syftet med det uppfinningsenliga bergborrverktyget medelst de särdrag, som är angivna i patentkravets 1 kännetecknande del. Fördelaktiga utföranden av bergborrverktyget är vidare angivna i de osjälvständiga patentkraven 2-4.According to the invention, at least the primary object of the rock drilling tool according to the invention is achieved by means of the features stated in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the rock drilling tool are further specified in the dependent claims 2-4.

Dessutom hänför sig uppfinningen till en borrstång och en kopplingshylsa som sådana. Särdragen hos den uppfinningsenliga borrstången framgår av det självständiga patentkravet 5. Särdragen hos den uppfinningsenliga kopplingshylsan är definierade i det självständiga patentkravet 8.In addition, the invention relates to a drill rod and a coupling sleeve as such. The features of the drill rod according to the invention appear from the independent claim 5. The features of the coupling sleeve according to the invention are defined in the independent claim 8.

Ytterligare belvsnind av teknikens ståndpunkt Genom US 6,547,891 är tidigare känd en för topphammarborrningsutrustningar avsedd borrstång med en hangänga, som är utförd iett korrosionsbeständigt, martensitiskt stål. ldetta fall innehåller skriften - utöver den specificerade materialanvändningen -inte några uppgifter om hur 20 25 30 530 424 en borrstång skulle kunna optimeras med avseende på hangängans förmåga att åstadkomma ett glappfritt gängförband.Further explanation of the state of the art U.S. Pat. No. 6,547,891 discloses in the past a drill rod intended for top hammer drilling equipment with a male thread, which is made of a corrosion-resistant, martensitic steel. In this case, in addition to the specified use of materials, the document does not contain any information on how a drill rod could be optimized with respect to the ability of the male thread to provide a play-free threaded connection.

Gängförband för bergborrverktyg av olika slag är vidare beskrivna i SE 9904324-2, SE 0103407-3 och SE 0201989-1.Threaded joints for rock drilling tools of various kinds are further described in SE 9904324-2, SE 0103407-3 and SE 0201989-1.

Kort beskrivning av bifogade ritningar Uppﬁnningen kommer nedan att beskrivas närmare med hänvisning till efterföljande ritningar, vari lika beteckningar avser lika delar. Emedan varken den adapter till vilken den ena änden av verktygets borrstång ansluts, eller den krona, som ansluts till borrstångens motsatta ände, är av närmare intresse, har dessa komponenter lika litet som själva borrmaskinen, visats på ritningarna.Brief description of the accompanying drawings The invention will be described in more detail below with reference to the following drawings, in which like designations refer to like parts. Since neither the adapter to which one end of the drill rod of the tool is connected, nor the crown connected to the opposite end of the drill rod, is of closer interest, these components, as small as the drill itself, have been shown in the drawings.

På ritningarna är därför: QS Fig.The drawings therefore show: QS Fig.

Fig. en sidovy av en borrstång, N en förstorad längdsektion genom en för samverkan med borrstången avsedd kopplingshylsa, F lg. 3 en förstorad vy visande den ände av borrstången som samverkar med kopplingshylsan, F lg.Fig. A side view of a drill rod, N an enlarged longitudinal section through a coupling sleeve intended for co-operation with the drill rod, Figs. 3 is an enlarged view showing the end of the drill rod cooperating with the coupling sleeve, Figs.

Fig. -ß en tvärsektion genom borrstången, 01 en extremt förstorad detaljvy visande utformningen av ett gängförband mellan borrstången och kopplingshylsan enligt Fig. 2 och 3 eller Fig. 6 och 7, Fig. 6 en förstorad längdsektion genom en alternativ utföringsform av en kopplingshylsa enligt uppfinningen avsedd för samverkan med borrstången, Fig. 7 en förstorad vy visande en ände av en alternativ utföringsform av en borrstång enligt uppfinningen, och Fig. 8 en sprängvy av en konventionell borrsträng.Fig. -Ss a cross-section through the drill rod, 01 an extremely enlarged detail view showing the design of a threaded connection between the drill rod and the coupling sleeve according to Figs. 2 and 3 or Figs. 6 and 7, Fig. 6 an enlarged longitudinal section through an alternative embodiment of a coupling sleeve according to the invention intended for co-operation with the drill rod, Fig. 7 an enlarged view showing one end of an alternative embodiment of a drill rod according to the invention, and Fig. 8 an exploded view of a conventional drill string.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden ïuopfiﬂﬂinqeﬂ Den i sin helhet med 1 betecknade borrstången innefattar motsatta ändar 2, 3, sådana dessa representeras av plana, rlngformiga ändytor, och har en längd, som är mångfaldigt större än dess diameter. I praktiken kan stången 1 ha en längd av 4-6 meter och en största diameter av cirka 38 mm. Änden 2 kallas vanligen nackände eftersom denna alltid skall vara vänd mot 20 25 30 530 424 nackadaptern. len huvudsektion S, som sträcker sig utmed större delen av totallängden har stången konventionell, hexagonal tvärsnittsform (se Fig. 4), varvid en central spolkanal 4 sträcker sig genomgående från ände till ände. På avstånd från de båda ändarna 2,3 upphör den hexagonala tvärsnittsformen och övergår i generellt rotationssymmetriska ytor i vilka är utformade utvändiga gängor, det vill säga hangängor. Närmare bestämt är en första hangänga 5 utformad i anslutning till änden 2, medan en andra hangänga 6 är utformad i anslutning till änden 3. Den sistnämnda gängan 6 är avsedd att skruvas fast i en hongänga i en borrkrona eller i ytterligare en kopplingshylsa av konventionell typ och har underordnat intresse.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The drill rod in its entirety denoted by 1 comprises opposite ends 2, 3, such as these are represented by flat, annular end surfaces, and have a length which is many times greater than its diameter. In practice, the rod 1 can have a length of 4-6 meters and a largest diameter of about 38 mm. The end 2 is usually called the neck end because it must always face the neck adapter. The main section S, which extends along most of the total length, has the rod of conventional, hexagonal cross-sectional shape (see Fig. 4), a central coil channel 4 extending continuously from end to end. At a distance from the two ends 2,3, the hexagonal cross-sectional shape ceases and merges into generally rotationally symmetrical surfaces in which external threads are formed, i.e. male threads. More specifically, a first male thread 5 is formed adjacent to the end 2, while a second male thread 6 is formed adjacent the end 3. The latter thread 6 is intended to be screwed into a female thread in a drill bit or in a further coupling sleeve of conventional type. and has subordinate interest.

Kopplingshylsan 7 är i detta fall exterlört cylindrisk och innefattar två hålrum 8,9, vilka åtskiljs av en mellanvägg 10, och mynnar i motsatta ändar 11,12 av hylsan. Mellanväggen 10 har en axiell tjocklek L5. Varje enskilt hålrum 8,9 avgränsas av cylinderformade väggpartier eller kjolar 13,14. På insidorna av dessa är utformade hongängor 15,16, av vilka den förstnämnda är avsedd att samverka med hangängan 5 på stången 1, medan den sistnämnda är avsedd att samverka med en hangänga på en tapp ingående i nackadaptern, som har till uppgift att driva borrverktyget. De båda hålrummen 8,9 kommunicerar med varandra via ett centralt hål 17, som sträcker sig genom mellanväggen 10.The coupling sleeve 7 is in this case externally cylindrical and comprises two cavities 8,9, which are separated by a partition wall 10, and open into opposite ends 11,12 of the sleeve. The partition wall 10 has an axial thickness L5. Each individual cavity 8,9 is delimited by cylindrical wall portions or skirts 13,14. On the inside of these are formed female threads 15, 16, of which the former is intended to cooperate with the male thread 5 on the rod 1, while the latter is intended to cooperate with a female thread on a pin included in the neck adapter, which has the task of operating the drilling tool . The two cavities 8,9 communicate with each other via a central hole 17, which extends through the partition wall 10.

Då stångens hangänga 5 och hylsans hongänga 15 samverkar under arbete bottnar ändytan 2 mot ytan 18 på mellanväggen 10. På analogt sätt bottnar adaptertappens ände mot den motsatta, plana ytan 19 på mellanväggen 10.When the rod thread 5 of the rod and the female thread 15 of the sleeve cooperate during work, the end surface 2 bottoms towards the surface 18 of the partition wall 10. In an analogous manner, the end of the adapter pin bottoms towards the opposite, flat surface 19 of the partition wall 10.

Enligt uppfinningen kan åtminstone hangängan 5 på borrstången 1 vara förfärdigad av ett martensitiskt, rostfritt stål. Lämpligast är i såfall att borrstången i sin helhet är tillverkad av detta material, varvid de båda hangängorna 5,6 utgör integrerade delar av stångkroppen. Stålet kan med fördel vara av det slag som beskrivs i US 6,547,891, det vill säga ha en struktur innefattande huvudsakligen martensit och innehållande åtminstone 10 vikt-% krom (Cr), samt minimala mängder kol (C) respektive kväve (N). Stålet kan även innehålla varierande mängder molybden (Mo), volframkarbid (WC), och koppar (Cu). Martensithalten bör uppgå till minst 50 vikt-%, lämpligen minst 75 vikt-%.According to the invention, at least the male thread 5 on the drill rod 1 can be made of a martensitic, stainless steel. The most suitable is in that case that the drill rod in its entirety is made of this material, the two male threads 5,6 constituting integral parts of the rod body. The steel may advantageously be of the type described in US 6,547,891, i.e. have a structure comprising mainly martensite and containing at least 10% by weight of chromium (Cr), as well as minimal amounts of carbon (C) and nitrogen (N), respectively. The steel may also contain varying amounts of molybdenum (Mo), tungsten carbide (WC), and copper (Cu). The martensite content should amount to at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight.

Genom att förfärdiga borrstången av en korrosionsbeständig legering erhålls till följd av kromtillsatsen ett passivt ytskikt, som effektivt motverkar 20 25 30 530 424 korrosion, framförallt i gängspårens bottnar. l jämförelse med konventionella stål reduceras därför korrosionshastigheten ide känsliga gängspårbottnarna högst påtagligt. Utförda tester har sålunda pekat på en minst 50-procentig ökning av livslängden (från cirka 2000 till cirka 3000 borrmeter). i' Det rostfria materialets positiva inverkan på borrstångens livslängd är följaktligen ovedersäglig. Dock har de önskvärda korrosionsegenskaperna vunnits på bekostnad av materialets slitstyrka. Sålunda har martensitstålet i stången en hårdhet av cirka 50 HRC, medan konventionellt stångmaterial iform av härdat stål har en ythårdhet inom området 57-62 HRC.By manufacturing the drill rod from a corrosion-resistant alloy, a passive surface layer is obtained as a result of the addition of chromium, which effectively counteracts corrosion, in particular in the bottoms of the thread grooves. In comparison with conventional steels, the corrosion rate in sensitive thread groove bottoms is therefore most significantly reduced. Tests performed have thus pointed to a at least 50% increase in service life (from about 2,000 to about 3,000 drill meters). The positive effect of the stainless steel material on the life of the drill rod is consequently undeniable. However, the desirable corrosion properties have been gained at the expense of the wear resistance of the material. Thus, the martensite steel in the bar has a hardness of about 50 HRC, while conventional bar material in the form of hardened steel has a surface hardness in the range 57-62 HRC.

Materialet i hylsan 7 kan med fördel utgöras av härdat låglegerat stål, till exempel sätthärdat eller uppkolat stål, eftersom problemen med korrosionsutmattning i hylsan ej är lika kritiska som problemen med dylik utmattning i borrstångens gängspårbottnar.The material in the sleeve 7 can advantageously consist of hardened low-alloy steel, for example semi-hardened or carbonized steel, since the problems of corrosion fatigue in the sleeve are not as critical as the problems of such fatigue in the threaded track bottoms of the drill rod.

Nu hänvisas till Fig. 5 som i förstorad skala illustrerar de båda skruvformiga gängvallar 5A, 15A, som bildar hangängan respektive hongängan.Reference is now made to Fig. 5, which on an enlarged scale illustrates the two helical threaded walls 5A, 15A, which form the male thread and the female thread, respectively.

Hangängvallen 5A har en profilform som definieras av en topp 20 och två ﬂanker 21,22, vilka avgränsar ett spår 23, som har en botten 24 och sträcker sig skruvformigt utmed stången i likhet med själva vallen. Profilformen är i detta fall symmetrisk genom att flankema 21,22 är snedställda i lika stora vinklar. l exemplet har gängvalltoppen 20 formen av skruvformig yta med en bredd B1, som bestämmer gängvallens 5A tvärsnittsarea. Tvärsnittsarean för hangängans 5 gängvall 5A beräknas från en tangent T1 till hongängans 15 topp 20, medan tvärsnittsarean för hongängans 15 gängvall 15A beräknas från en tangent T2 till hangängans 5 topp 25, sådana dessa representeras av de streckade fälten i Fig. 5. Vidare har hangängans spårbotten 24 en mjukt rundad tvärsnittsform, som i huvudsak definieras av en båglinje. Gängvallens 5A tvärsnittsarea är större än spårets 23 imaginära tvärsnittsarea. Den imaginära tvärsnittsarean hos spåret 23 bestäms av arean mellan tangenten T1, bottnen 24 och flankerna 21 samt 22.The gangway embankment 5A has a profile shape defined by a top 20 and two anchors 21,22, which delimit a groove 23, which has a bottom 24 and extends helically along the rod, similar to the embankment itself. The profile shape is in this case symmetrical in that the flanks 21,22 are inclined at equal angles. In the example, the thread wall top 20 has the shape of a helical surface with a width B1, which determines the cross-sectional area of the thread wall 5A. The cross-sectional area of the thread 5A of the female thread 5 is calculated from a tangent T1 to the top 20 of the female thread 15, while the cross-sectional area of the female thread 15A of the female thread 15 is calculated from a key T2 to the top 25 of the male thread 5, as represented by the dashed fields in Fig. 5. the track bottom 24 has a softly rounded cross-sectional shape, which is substantially defined by an arcuate line. The cross-sectional area of the gangway 5A is larger than the imaginary cross-sectional area of the groove 23. The imaginary cross-sectional area of the groove 23 is determined by the area between the key T1, the bottom 24 and the flanks 21 and 22.

På samma sätt som hangängvallen 5A avgränsas hongängvallen 15A av en topp 25 och två flanker 26,27, mellan vilka avgränsas ett skruvformigt spår 28 med en botten 29. l exemplet definieras denna spårbotten 29 av en rak generatris. Hongängvallens topp 25 har en bredd B2, som kan vara mindre än toppytans 20 bredd B1. Detta innebär att hongängvallens 15A tvärsnittsarea kan i 20 25 30 SBU 424 vara mindre än hangängvallens, varav följer att hangängvallens slitvolym kan vara större än hongängvallens slitvolym. l exemplet uppgår hongängvallens 15A slitvolym till cirka 81,8 % av hangängvallens slitvolym. Med andra ord är hangängvallens slitvolym cirka 22 % större än hongängvallens slitvolym. Denna proportion mellan respektive slitvolymer kan dock variera högst avsevärt, framförallt i beroende av materialvalet i stången respektive kopplingshylsan.In the same way as the hanging embankment 5A, the female embankment 15A is delimited by a top 25 and two flanks 26, 27, between which a helical groove 28 is delimited by a bottom 29. In the example, this groove bottom 29 is defined by a straight generator. The top 25 of the Hongäng embankment has a width B2, which may be smaller than the width B1 of the top surface 20. This means that the cross-sectional area of the female embankment 15A can in SBU 424 be smaller than that of the male embankment, from which it follows that the wear volume of the female embankment can be greater than the wear volume of the female embankment. In the example, the wear volume of the female thread 15A amounts to approximately 81.8% of the wear volume of the male thread. In other words, the wear volume of the hongang wall is approximately 22% greater than the wear volume of the hongängwallen. However, this proportion between the respective wear volumes can vary very considerably, especially depending on the choice of material in the rod and the coupling sleeve.

Närmare bestämt kan hangängvallen 5A ha en proportionsvis större slitvolym ju större skillnad i slitstyrka/ythårdhet, som föreligger mellan det rostfria stålet i hangängan och det härdade stålet i kopplingshylsan. l praktiken kan därför hangängvallen ges en slitvolym som är mer än 20 eller 25 %, tex 50-75%, större än hongängvallens slitvolym. l Fig. 3 betecknar A, B, C, D och E ett antal axiellt åtskilda tvärplan, vilka sträcker sig l rät vinkel mot stångens centrum axel CL och mellan vilka stången 1 uppvisar längdsektioner av olika beskaffenhet. Mellan planen A och B sträcker sig hangängan 5 med full gänga (med undantag för en avsmalnande äntringsyta 37 i anslutning till ändytan 2). Gängvallens ytterdiameter (räknad utmed gängtoppen 20) är betecknad D1, medan D2 betecknar innerdiametern i spårbottnen 24. Mellan planen B och C utbreder sig en generellt cylindrisk mantelyta 30 i vilken gängspåret 23 går ut. Mantelytan 30 kan med fördel ha samma diameter som gängans 5 ytterdiameter D1. Mellan planen C och D avgränsas vidare en rotationssymmetrisk, närmare bestämt cylindrisk styryta 31, vilken har en diameter D3 som är större än mantelytans 30 diameter och därmed även större än gängans ytterdiameter D1. Denna styryta 31 är utformad mellan hangängan och en avsmalnad midja eller reduktion 32, vilken sträcker sig mellan tvärplanen D och E. Ungefär mittemellan tvärplanen D och E har midjan 32 en minsta diameter D4, som med fördel är högst lika stor som hangängans 5 innerdiameter D2. Lämpligen är midjans 32 minsta diameter D4 till och med något mindre än gängspårbottnens diameter D2. Midjan 32 övergår i styrytan 31 respektive den sexkantiga huvudsektion 3 via konkavt välvda, successivt utvidgande övergångsytor 33, 34. Den sexkantiga huvudsektionen kan alternativt utgöras av en rund sektion.More specifically, the male thread 5A can have a proportionally larger wear volume the greater the difference in wear resistance / surface hardness that exists between the stainless steel in the male thread and the hardened steel in the coupling sleeve. In practice, therefore, the wear wall can be given a wear volume that is more than 20 or 25%, eg 50-75%, larger than the wear volume of the female wall. In Fig. 3, A, B, C, D and E denote a number of axially spaced transverse planes, which extend at right angles to the center axis CL of the rod and between which the rod 1 has longitudinal sections of different nature. Between the planes A and B the male thread 5 extends with full thread (with the exception of a tapered entrance surface 37 adjacent to the end surface 2). The outer diameter of the threaded wall (calculated along the thread tip 20) is denoted D1, while D2 denotes the inner diameter of the groove bottom 24. Between the planes B and C a generally cylindrical shell surface 30 extends in which the thread groove 23 extends. The jacket surface 30 can advantageously have the same diameter as the outer diameter D1 of the thread 5. Between the planes C and D, a rotationally symmetrical, more precisely cylindrical guide surface 31 is further delimited, which has a diameter D3 which is larger than the diameter of the jacket surface 30 and thus also larger than the outer diameter D1 of the thread. This guide surface 31 is formed between the male thread and a tapered waist or reduction 32, which extends between the transverse planes D and E. Approximately midway between the transverse planes D and E, the waist 32 has a minimum diameter D4, which is advantageously not more than the inner diameter D2 of the male thread 5 . Preferably, the smallest diameter D4 of the waist 32 is even slightly smaller than the diameter D2 of the thread groove bottom. The waist 32 merges into the guide surface 31 and the hexagonal main section 3, respectively, via concavely arched, successively expanding transition surfaces 33, 34. The hexagonal main section may alternatively consist of a round section.

Den i F ig. 4 visade sexkantprofilen, som bildar borrstångens huvudsektion S, har en tvärsnittsarea som bestäms av breddmåttet H mellan två 20 25 30 530 424 diametralt motsatta, plana ytor. Spolkanalens 4 innerdiameter, som är betecknad D5, är betydligt mindre än måttet H.Den i F ig. The hexagonal profile shown in Fig. 4, which forms the main section S of the drill rod, has a cross-sectional area determined by the width dimension H between two diametrically opposite, planar surfaces. The inner diameter of the coil channel 4, which is denoted D5, is considerably smaller than the dimension H.

De olika stångsektionernas axiella längder är betecknad L1, L2, L3 och L4. Av Fig. 3 framgår att gängans 5 längd L1 är större än mantelytans 30 längd L2, vilken i sin tur är större än styrytans 31 längd L3. Just styrytan 31 har en begränsad längd L3. Närmare bestämt kan styrytan 31 vara betydligt kortare eller smalare än den mantelyta 30 i vilken gängspåret går ut. Borrstångens 1 styryta 31 har en diameter D3, som är minst dubbelt så stor som dess axiella längd L3. Midjans 32 längd L4 kan med fördel vara endast något mindre än fullprofilgängans längd L1. l ett praktiskt utförande har hangängan 5 en längd L1 av 75 mm och en ytterdiameter D1 av 38,7 mm, medan innerdiametern D2 i gängspårbottnen uppgår till 34 mm. Detta innebär att hangängvallen har en höjd av cirka 2,3 mm.The axial lengths of the different bar sections are denoted L1, L2, L3 and L4. From Fig. 3 it can be seen that the length L1 of the thread 5 is greater than the length L2 of the jacket surface 30, which in turn is greater than the length L3 of the guide surface 31. The guide surface 31 in particular has a limited length L3. More specifically, the guide surface 31 can be considerably shorter or narrower than the jacket surface 30 in which the thread groove extends. The guide surface 31 of the drill rod 1 has a diameter D3 which is at least twice as large as its axial length L3. The length L4 of the waist 32 can advantageously be only slightly smaller than the length L1 of the full profile thread. In a practical embodiment, the male thread 5 has a length L1 of 75 mm and an outer diameter D1 of 38.7 mm, while the inner diameter D2 in the thread groove bottom amounts to 34 mm. This means that the hanging wall has a height of approximately 2.3 mm.

Mantelytan 30 kan ha en längd L2 av 17 mm och en diameter av 38,7 mm, det vill säga samma diameter som gängans ytterdiameter D1. Styrytan 31 har däremot en diameter D3, som är större än diametern D1, och som, i det praktiska exemplet, uppgår 39,1 mm. Med andra ord uppgår skillnaden i diameter till mellan styrytan 31 och mantelytan 30 till 0,4 mm. Styrytans 31 axiella utsträckning L3 kan då vara begränsad till 7 mm. Midjans 32 minsta diameter D4 uppgår i exemplet till 32,9 mm. Med andra ord är diametern D4 i detta fall cirka 1,1 mm mindre än gängspårbottnens diameter D2. Midjans axiella längd L4 uppgår till cirka 57 mm.The jacket surface 30 can have a length L2 of 17 mm and a diameter of 38.7 mm, i.e. the same diameter as the outer diameter D1 of the thread. The guide surface 31, on the other hand, has a diameter D3, which is larger than the diameter D1, and which, in the practical example, amounts to 39.1 mm. In other words, the difference in diameter between the guide surface 31 and the mantle surface 30 amounts to 0.4 mm. The axial extent L3 of the guide surface 31 can then be limited to 7 mm. The waist's 32 smallest diameter D4 in the example amounts to 32.9 mm. In other words, the diameter D4 in this case is about 1.1 mm smaller than the diameter D2 of the threaded groove bottom. The axial length L4 of the waist amounts to approximately 57 mm.

Kopplingshylsan 7 (se Fig. 2) kan vara utformad med en mellan hongängan 15 och hylsans fria ända 11 belägen, invändig styryta 35 för samverkan med den utvändiga styrytan 31 på borrstången. Även denna styryta 35 är rotationssymmetrisk, helst cylindrisk, varvid densamma har en diameter D6, som är endast något större än styrytans 31 diameter D3. Styrytan 35 har en axiell längd L6, vilken är större än mellanväggens 10 tjocklek L5. I det praktiska utförandeexemplet uppgår D6 till 39,2 millimeter, vilket innebär att spelet mellan ytorna 31, 35 uppgår till enbart 0,05 millimeter. Med andra ord är passningen mellan styrytorna 31, 35 fin.The coupling sleeve 7 (see Fig. 2) can be formed with an inner guide surface 35 located between the female thread 15 and the free end 11 of the sleeve for co-operation with the outer guide surface 31 on the drill rod. This guide surface 35 is also rotationally symmetrical, preferably cylindrical, the same having a diameter D6 which is only slightly larger than the diameter D3 of the guide surface 31. The guide surface 35 has an axial length L6, which is greater than the thickness L5 of the partition wall 10. In the practical embodiment, the D6 amounts to 39.2 millimeters, which means that the clearance between the surfaces 31, 35 amounts to only 0.05 millimeters. In other words, the fit between the guide surfaces 31, 35 is fine.

Mellan styrytan 35 och hylsans ändyta 11 är utformad en äntringsfas 36 för att underlätta borrstångens införande i hylsan. 20 25 30 53Û 424 Då borrstångens hangänga 5 skruvas in i hylsans hongänga 15 till fullt ingrepp med ändytan 2 ansatt mot väggytan 18, lokaliseras styrytan 31 i omedelbar närheten av äntringsfasen 36. Med andra ord är styrytan 31 i detta tillstånd maximalt axiellt ﬂärmad från kopplingshylsans mellanvägg 10. Detta innebär att eventuella tendenser hos borrstången att böja ut eller svänga inuti hylsan effektivt motverkas av de samverkande styrytorna 31 ,35.ß Genom att midjan 32, vilken är anordnad axiellt innanför hangängan 5, har en reducerad diameter erhålls en flexibilitet eller elastisk eftergivlighet i jämförelse med såväl den sexkantiga huvudproﬁlen S som de olika sektionerna närmare stångänden, vilka ju är kraftigare än midjan. Detta innebär att borrstångens tendenser till utböjning, som ofrånkomligen uppstår under praktisk borrning, tas upp av den elastiska midjan snarare än att fortplanta sig till gängförbandet mellan borrstången och hylsan. l Fig. 6 visas en alternativ utföringsform av en kopplingshylsa 7' enligt föreliggande uppfinning, varvid kopplingshylsan 7' skiljer sig från den i Fig. 2 beskrivna hylsan främst genom att en första hongänga 15' direkt ansluter till ändytan 11' eller till en äntringsfas 36' utan någon mellanliggande styryta och genom att den första hongängans 15' slitvolym är mindre än en andra hongängas 16' slitvolym. Således innefattar kopplingshylsan 7' två i motsatta riktningar mynnande hålrum 8', 9', vilka är åtskilda av en mellanvägg 10' och i vilka är utformade hongängor15', 16'. Den första hongängan 15' utgörs av en gängvall 15A' med en topp 25' och två flanker 26', 27' som avgränsar ett skruvformigt spår 28' med en botten 29'. Gängvallens bredd är mindre än spårets bredd. Den andra hongängan 16' utgörs av en gängvall med en topp och två flanker som avgränsar ett skruvforrnigt spår med en botten. Gängvallens bredd hos den första hongängan 15' är mindre än gängvallens bredd hos den andra hongängan 16'. l Fig. 7 visas en alternativ utföringsform av en nackände till en borrstång 1' enligt föreliggande uppfinning, varvid borrstången 1' skiljer sig från den i Fig. 1 och 3 beskrivna borrstången främst genom att midjan 32' i huvudsak direkt ansluter till hangängan 5' utan någon mellanliggande styryta. Den fria änden 2' är avsedd att upptas i hålrummet 8' i hylsan 7”.Between the guide surface 35 and the end surface 11 of the sleeve, an inlet phase 36 is formed to facilitate the insertion of the drill rod into the sleeve. When the drill rod hanger 5 is screwed into the sleeve thread 15 of the sleeve to fully engage the end face 2 against the wall surface 18, the guide surface 31 is located in the immediate vicinity of the entry phase 36. In other words, in this condition the guide surface 31 is maximally axially partition wall 10. This means that any tendency of the drill rod to bend or pivot inside the sleeve is effectively counteracted by the cooperating guide surfaces 31, 35.ß Because the waist 32, which is arranged axially inside the male thread 5, has a reduced diameter, a flexibility or elastic resilience in comparison with both the hexagonal main profile S and the different sections closer to the bar end, which are stronger than the waist. This means that the tendency of the drill rod to deflect, which inevitably occurs during practical drilling, is absorbed by the elastic waist rather than propagating to the threaded connection between the drill rod and the sleeve. Fig. 6 shows an alternative embodiment of a coupling sleeve 7 'according to the present invention, wherein the coupling sleeve 7' differs from the sleeve described in Fig. 2 mainly in that a first female thread 15 'connects directly to the end surface 11' or to an inlet phase 36. 'without any intermediate guide surface and in that the wear volume of the first female thread 15' is less than the wear volume of a second female thread 16 '. Thus, the coupling sleeve 7 'comprises two cavities 8', 9 'opening in opposite directions, which are separated by a partition wall 10' and in which female threads 15 ', 16' are formed. The first female thread 15 'consists of a thread wall 15A' with a top 25 'and two flanks 26', 27 'which delimit a helical groove 28' with a bottom 29 '. The width of the gangway is smaller than the width of the track. The second female thread 16 'consists of a threaded wall with a top and two flanks which delimit a helical groove with a bottom. The width of the gangway of the first female thread 15 'is smaller than the width of the gangway of the second female thread 16'. Fig. 7 shows an alternative embodiment of a neck end of a drill rod 1 'according to the present invention, the drill rod 1' differing from the drill rod described in Figs. 1 and 3 mainly in that the waist 32 'connects substantially directly to the male thread 5' without any intermediate guide surface. The free end 2 'is intended to be received in the cavity 8' in the sleeve 7 '.

En grundläggande fördel med det av borrstången, kopplingshylsan och en krona sammansatta borrverktyget enligt uppfinningen, är att detsamma 530 424 har optimerade egenskaper med avseende på såväl livslängd (olika slitvolymer i gängorna) som tekniska prestanda. Sålunda motverkar i förekommande fall användningen av det martensitiska, rostfria stålet i borrstångens hangänga i långtgående utsträckning korrosionsutmattning däri. Samtidigt säkerställs att den dyrbara borrstången erhåller minst lika lång livslängd som den billigare kopplingshylsan. Sist, men inte minst, ombesörjer den flexibla midjan den effekten att borrstångens utböjningsrörelser tas upp i midjan, utan att fortplantas in i själva gängförbandet. Även om uppfinningen ovan beskrivits i samband med ett för drifterborrning avsett bergborrverktyg som innefattar endast en borrstång och en i kopplingshylsa, är densamma även tillämpbar på bergborrverktyg med två eller i flera stänger respektive kopplingshylsor.A basic advantage of the drilling tool according to the invention composed of the drill rod, the coupling sleeve and a crown, is that the same 530 424 has optimized properties with regard to both service life (different wear volumes in the threads) and technical performance. Thus, where appropriate, the use of the martensitic stainless steel in the drill string hanger counteracts to a large extent corrosion fatigue therein. At the same time, it is ensured that the expensive drill rod has at least as long a life as the cheaper coupling sleeve. Last but not least, the flexible waist provides the effect that the deflection movements of the drill rod are absorbed in the waist, without being propagated into the threaded connection itself. Although the invention has been described above in connection with a rock drilling tool intended for operational drilling which comprises only one drill rod and one in the coupling sleeve, the same is also applicable to rock drilling tools with two or more rods and coupling sleeves, respectively.

Claims

20 30 40 530 424 ll Patent claim

Rock drilling tool comprising a drill rod (1; 1 "') with a male thread (5; 5'), and a coupling sleeve (7: 7 ') with a female thread (15:15') for cooperating with the male thread of the drill rod, characterized in that the male thread (5; 5 ') of the drill rod (1; 1') consists of a martensitic stainless steel, of which the coupling sleeve consists of hardened low-alloy steel, and of the fact that a waist (32;) is formed axially inside the male thread (5; 5 '); 32 ') in which the drill rod (1; 1') has its smallest diameter and in that the male thread (5; 5 ') has a wear volume which is larger than the wear volume of cooperating female threads (15; 15') and in that the drill rod (1; 1 ') comprises a male thread (5; 5') formed in connection with a free end (2; 2 ') thereof in the form of a helical threaded wall (5A) with a top (20) and two anchors (21, 22), delimiting a similarly helical groove (23) with a bottom (24), the wear volume of the hanger thread being at least 20% greater than a cross-sectional area of a corresponding female thread wall (15A) of the female thread (15).

Rock drilling tool according to Claim 1, characterized in that the wear volume of the male thread (5A) of the male thread (5; 5 ') is at least 22% greater than the wear volume of the female thread (15A; 15A').

Rock drilling tool according to one of the preceding claims, characterized in that the martensite content of the stainless steel amounts to at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight.

Rock drilling tool according to one of the preceding claims, characterized in that the waist (32 ') connects substantially directly to the male thread (5').

5. A drill rod for rock drilling tools, comprising a male thread (5; 5 ') formed in connection with a free end (2; 2') in the form of a helical threaded wall (5A) with a top (20) and two flanks (21,22 ), which delimits a similarly helical groove (23) with a bottom (24), the groove (23) having an imaginary cross-sectional area, characterized in that said male thread (5; 5 ') consists of a martensitic stainless steel, of which axially inside the male thread is formed a waist in (32; 32 ") in which the drill rod has its smallest diameter, and in that the male thread (5; 5 ') of the male thread has a cross-sectional area which is larger than the groove (23) imaginary cross-sectional area and in that the cross-sectional area of the hanging gangway is at least 20% larger than a cross-sectional area of a corresponding female gangway (15A; 15A ') of the female thread (15; 15 ").

The drill rod according to claim 5, characterized in that the wear volume of the male thread (5A) of the male thread (5; 5 ') is at least 22% larger than the wear volume of the female thread (15A; 15A').

The drill rod according to any one of claims 5 and 6, characterized in that the martensite content of the stainless steel amounts to at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight.

A coupling sleeve for rock drilling tools, the coupling sleeve comprising two cavities (8.9; 8 ', 9') opening in opposite directions, which are separated by a partition wall (10; 10 ') and in which female threads (15, 16) are formed; 15 ', 16'), characterized in that a first female thread (15; 15 ') consists of a thread wall (15A; 15A') with a top (25; 25 ') and two flanks (26,27; 26', 27 ') delimiting a helical groove (28; 28') with a bottom (29; 29 '), the width of the gangway being less than the width of the groove and the fact that a second female thread (16; 16') consists of a gangway with a top and two flanks delimiting a helical groove with a bottom, the width of the thread wall of the first female thread (15; 15 ') being less than the width of the thread wall of the second female thread (16; 16').