CN1259189A - 一种钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻具,尤其一种凿岩钻,其由钻头、卡柄和设置于钻头和卡柄之间的螺旋体构成。为生产出低成本的钻具,采用多边形型材作为原材料,而且多边形型材在螺旋体部分以扭绞的形式被设计出来。

Description

一种钻具

本发明涉及一种钻具，尤其涉及一种如权利要求1之前序部分所述的凿岩钻。

用于凿岩的公知钻具包括一钻头、邻接的螺旋体和卡柄，其中钻头上设置有硬质合金镶嵌刀头，螺旋体上设置有输送螺旋槽，卡柄用于将钻具插入到驱动机械内，例如插入到冲击式钻机或类似装置内。

凿岩钻的输送螺旋槽是通过机加工或通过模锻制造而成的，其目的是在圆柱形的原材料上形成凹槽。在这种情况下，凿岩钻上输送螺旋槽的主要作用就是输送被硬质合金刀头松动的材料，即将钻屑或钻粉输送到钻孔外。为满足足够的钻粉输送能力之要求，公知钻具的输送槽之横截面按下述方式选择：例如，中心部分的直径与输送螺旋槽的直径之比约为0.5。但是，横截面太大的输送槽存在以下缺点：输送螺旋槽的中心部分之直径被极大地减小，这样就会易于断裂。除输送槽复杂的结构之外，为满足上述要求，还必须使用高级合金工具钢。

德国实用新型6933778公开了一种钻具，这种钻具也被用作凿岩钻，其装配有硬质合金刀头并包括轧制的基本型材，该轧制型材具有两个纵向的肋；而且这种钻具还包括通过扭绞基本型材形成的输送螺旋槽。在这种钻具中，输送螺旋槽的直径与中心部分的直径之比大于0.5，这在凿岩钻中是常用的。通过扭绞纵向肋而形成的输送螺旋槽由于对其形状的要求而使其价格相对较高。

在欧洲专利EP0361189中，公开了一个相近的比率，该专利使用类似的基本型材作为输送螺旋槽的原材料，这些扭绞的基本型材形成了钻粉槽。

本发明的目的在于：提供一种钻具，尤其是一种旋转冲击式凿岩钻，这种钻具可以极经济地被制成，而且还具有足够好的钻粉输送性能。这样，就可得到工业上通用的手持式钻机或冲击式钻机。

本发明基于上述类型的钻具通过权利要求1的特征部分实现其发明目的。从属权利要求所述的特征部分使独立权利要求中所述的钻具之开发和改进成为可能。

本发明基于如下常识：钻具的钻进能力在很大程度上决定于可在钻粉槽中被输送的钻粉之体积。为此，在传统的钻具中，一般设置一条或两条，甚至是优选的三条螺旋输送槽，这些输送槽必须具有合适的横截面，以将钻粉排出。但是，所必需的槽之横截面从根本上减小了钻具在螺旋区域的中心截面，这是在螺旋体上产生强度问题的一个因素，尤其是小直径的钻具，例如2mm至6mm的钻具。

本发明可通过以下的技术方案解决由于设置螺旋输送槽而导致的中心部分之横截面减小的问题：取消两条螺旋输送槽的传统设计，代之以六条输送槽，而且这些输送槽可通过六边形钢材的扭绞而形成。这样，通常一条或两条输送槽的钻粉输送能力可被分配给六条螺旋输送槽，从而可使输送槽的深度很小，并得到高刚度的螺旋体。

因此，本发明的优点在于：例如，仅通过在输送螺旋槽部分扭绞具有多边形截面的型材就可形成多条输送螺旋槽，从而利于钻粉的输送。因此，在输送螺旋槽部分对具有多边形截面的型材进行扭绞将产生有益的效果，尤其是当具有较小标称直径的钻具被用于工业上通用的旋转式钻机或冲击式钻机上时，这种效果将更加明显。

在本发明的改进中，可以如下方式选择整个钻具的原材料：卡柄形成夹紧表面，这种夹紧表面可用于工业上通用的三爪卡盘旋转式或冲击式钻具，就是说，所述多边形型材必须具有至少三个以120°的角度间隔设置的夹紧表面。这样就保证钻具柄体的可靠固定，即从本质上消除钻具在钻机卡盘内的滑动。

参照附图，本发明的其它特征和优点将在实施例中具体说明，其中附图：

图1为六边形截面的凿岩钻之立体视图；

图2为根据图1之凿岩钻的侧视图；

图2a为根据图2之凿岩钻的平面视图；

图2b为图2a的放大视图；

图2c为根据图2之凿岩钻的底端视图；

图3为根据图2之凿岩钻旋转90°后的视图；

图4示出了基本型材的另一种变形；

图5示出了基本型材的又一种变形。

图1至3所示的凿岩钻1包括一钻头2、螺旋体3和卡柄4。钻头2上装配有工业上常用的屋顶形的硬质合金刀头5，其外径D形成钻具的标称直径。

在根据图1至3的实施例中，用于制造凿岩钻的原材料为工业上广为采用的批量六边形钢材，其具有许多不同的尺寸，例如DIN176、DIN1015或DIN59110(六边形热轧棒材)。这样，就可利用穿过平面的宽度s确定相关的尺寸。通过六边形型材6之相应点7的对角线8其长度为d1。如果这种六边形型材按照图1至3所示的方式扭绞，那么就形成了位于输送螺旋槽外接圆上的纵边7’。例如，在图3中，六边形型材6的卡柄4保持其长度为l1，而六边形型材的其它部分则在长度l2上以360°被扭绞。这样就形成了约为20至30°螺旋角α，螺旋角α为螺旋槽相对螺旋体外径上的钻轴9之角度。因此，图3所示的平滑表面11就被一次旋转360°。

这种加工方法将会在外接圆10与平滑表面11之间产生图2b中阴影部分所示的空间12，该空间12被用作钻粉槽。可通过外接圆13增加空间12的容积，其中外接圆13是由硬质合金刀头5排出材料的直径D形成的。

硬质合金刀头5的直径D与输送螺旋槽3的直径d1之比以及硬质合金刀头的突出部分之尺寸可根据传统钻具的常规尺寸进行选择。

钻进试验显示：这种具有六边形外形的钻具可在工业上常用的冲击式钻机上实现良好的效果。这样，本发明的优点就在于：由于输送螺旋槽的制造已不再需要机械加工，因此与常规的制造方法相比，根据本发明之钻具的制造成本可被显著降低。

采用这种六边形型材的具体优点还在于卡柄的加工成型，卡柄的平面型表面11可自动形成用于传统三爪卡盘的冲击式钻机或类似钻机的夹紧表面。因此，就可将钻具可靠而有效地卡在钻机上，同时不会使钻具在钻机内产生频繁的滑动。这主要是因为设置于常用钻机上的三爪卡盘之卡爪不能为传统的环形-圆柱形卡柄提供足够的夹紧力。因此，通过六边形卡柄的有效卡紧为本发明提供了相当多的优点。

本发明可通过对型材6’、6”的设计而得以扩展，例如图4和5所示的技术方案。原则上，在每种情况下，都应该设置至少三个以120°的旋转角γ定位的夹紧表面11’或11”，从而以三角形的截面形成相应的夹紧表面，以将其卡在三爪卡盘的冲击式钻机或类似的钻机上。为清楚起见，刀头5在图中由断开线表示。

在图4的实施例中，一三角形的型棒被选作原材料，其具有三个平面型的夹紧表面11’，这些表面通过一圆弧部分14相互连接。从图4中可看到：在该实施例中，夹紧表面11’的圆弧角γ略大于圆弧部分14的圆弧角δ。通过这种型材的适当扭绞，可形成较大的钻粉槽12’。根据需要，夹紧表面11’可进一步朝向圆心15移动，以进一步扩大钻粉槽12’。从而，使圆弧部分14相应地变小。夹紧表面16作为这种移动的一个实施例已在图4中示出。当然，三个这样的夹紧表面16以相应的120°转角设置。

图5的实施例与图4的实施例相对应，只是夹紧表面11”被设计成凹入的表面，即朝圆心15拱起的表面。这样将使钻粉槽12”产生进一步的扩大。在卡柄4的区域内，夹紧表面11”为钻机的三爪卡盘形成了有效锁紧的定位部件。参照图1至3，可在型材的螺旋体部分进行扭绞，从而形成必需的钻粉槽。

根据图4和5的杆形原材料可以廉价的轧制或拉制特种型材存在或生产，以形成根据本发明的钻具。

以断开线示出的硬质合金刀头5在型棒6’、6”上是对称设置的，在图4和5中近似为三角形，即硬质合金刀头5的纵轴17沿三角形横截面上的点18之方向定向。

本发明不只限于所述的实施例。相反，本发明包括落入权利要求书之保护范围内的所有修改和变化。

1 凿岩钻

2 钻头

3 螺旋体

4 卡柄

5 硬质合金刀头

6 六边形型材

7，7’拐角点/纵边

8 对角线

9 纵轴/钻具的轴线

10 外接圆

11 平面型表面/夹紧表面

12 空间/钻粉槽

13 外接圆

14 圆弧部分

15 圆心

16 夹紧表面

17 5的纵轴

18 点

Claims (9)

1、一种钻具，尤其是一种凿岩钻，其包括一钻头、一卡柄和设置于钻头与卡柄之间的螺旋体，其由扭绞的型棒形成，其特征在于：处于非扭绞状态下的螺旋体(3)由多边形的型棒(6，6’，6”)构成，该型棒被扭绞，以形成输送螺旋槽(3)，所述钻粉槽(12)是通过扭绞型棒表面(11)而形成的。

2、根据权利要求1所述的钻具，其特征在于：所述的螺旋体(3)是由被扭绞的型棒(6，6’，6”)形成的，而且所述的型棒(6，6’，6”)还可以非扭绞的形式形成卡柄(4)。

3、根据权利要求1或2所述的钻具，其特征在于：用于形成所述扭绞螺旋体(3)和非扭绞卡柄(4)的所述型棒(6，6’，6”)包括一对称的多边形外形(6，6’，6”)，其具有至少三个夹紧表面(11，11’，11”)，这三个夹紧表面可被卡在工业上常用的三爪卡盘上，并以β＝120°的转角设置。

4、根据权利要求3所述的钻具，其特征在于：所述型棒(6，6’，6”)是由具有至少三个用于三爪卡盘的平面形(11，11’)或拱形(11”)夹紧表面，而且拱形部分(11”)最好为凹入的拱形。

5、根据权利要求3或4所述的钻具，其特征在于：所述型棒(6，6’，6”)是由批量材料制成的，例如由工业上通用的六边形钢材制成。

6、根据权利要求3或4所述的钻具，其特征在于：所述型棒是由圆形截面的型材形成的，其具有至少三个用于钻机或冲击式钻机的三爪卡盘之平面型或凹入拱形的对称设置的夹紧表面(11’，11”)。

7、根据权利要求6所述的钻具，其特征在于：所述型棒截面的平面形(11，11’)或拱形(11”)的夹紧表面部分之圆弧角度γ大于或等于环形-圆柱形表面部分(14)的圆弧角度δ。

8、根据上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于：所述钻头(2)设置有一硬质合金刀头(5)，所述刀头(5)最好对称设置于所述型棒(6，6’，6”)的截面上。

9、根据上述权利要求之一所述的钻具，其特征在于：处于非扭绞状态下的所述螺旋体(3)由截面对称并且有肋或无肋的多边形型棒或型材构成。

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