專利名稱：帶沖洗孔的鑿巖鉆的制作方法
所屬領域本發明涉及一種作為工具的鑿巖鉆，用于在大功率范圍內通過至少部分沖擊和旋轉運動剝離地切削巖石，它有一個至少部分沿縱向通過桿延伸的沖洗孔。
一種在大功率范圍用作沖擊工具的鑿巖鉆，在插入端的端面上要求沿工具軸線的軸向施加短的急劇的機械沖擊，在這種情況下沖擊能量基本上通過形式上為沖擊脈沖的縱向脈沖一直傳播到相對的端面，并可借助這種輸入要加工的材料中的能量進行加工。沖擊脈沖的傳遞，按照描述桿狀固體脈沖特性的桿的理論，取決于在脈沖傳遞鏈內存在的物體的聲學特性和幾何條件。為了不失真地傳遞短的、急劇的沖擊脈沖，就鑿巖鉆的區段而言需要一種阻抗匹配。
按DE2454261，一種用作沖擊工具并設計用于傳遞大扭矩的鑿巖鉆，有一個設在端頭的硬質材料鉆尖、一條螺旋線，以及一個設計用于傳扭的沿徑向增粗的端部，此端部有徑向的朝端面貫通的傳扭槽，傳扭槽有在旋轉方向一側陡的側面。在桿與插入端之間設一沿軸向較長的沿徑向顯著加粗的凸緣，因此沿鑿巖鉆的長度再加上沿徑向加粗的端部，存在多個有不同橫截面積的重要的區段。
按GB2120156，一種用作沖擊工具無螺旋線的鑿巖鉆，沿其長度有不同的橫截面積和有一個沿軸向通過桿延伸的沖洗孔，此鑿巖鉆在插入端的一個在內部的區段中有一個設計用于傳扭的沿徑向加粗的六邊形區，以及在空心圓柱形的端段中有限制軸向運動的鎖槽。
按EP0048908，一種鑿巖鉆有硬質材料鉆尖、插入端和有螺旋線的桿，此鑿巖鉆有一個至少部分沿縱向通過桿延伸的抽吸孔，抽吸孔過渡到一個設在插入端附近沿徑向的橫孔中。整個鑿巖鉆沿其長度有基本上相同的橫截面積。
此目的主要通過獨立權利要求特征達到。由從屬權利要求給出有利的進一步發展。
重要之點在于，此設計為工具用于通過至少部分沖擊和旋轉運動剝離地切削巖石的鑿巖鉆，具有一根長桿、一個設在桿端的硬質材料鉆尖、一個設在另一個端部具有設計用于傳扭沿徑向切入朝端面貫通的傳扭槽的插入端、以及一個至少部分沿縱向通過桿延伸的沖洗孔，有一個比在由沿徑向切入的傳扭槽決定的圓環形截面內部的總的剩余橫擋面積大的下凹的總傳扭槽面積，在這里，與沿鑿巖鉆長度的一個平均的剩余橫截面積相比，在軸向長度大于e倍外徑的軸向很長的一些段內，所有的平均的剩余橫截面積都設計為在以其一半與兩倍為界的范圍內。
采用與剩余橫擋面積相比為較大的傳扭槽面積，在給定徑向切入深度的情況下，通過工具機工具安裝座形鎖合地嚙合在傳扭槽內的傳扭橫擋可傳遞大的扭矩，并不要求傳扭橫擋高于剩余橫擋。這種大的下凹的傳扭槽面積顯著減小了具有基本上相同外徑的大體上圓柱形鑿巖鉆插入端的剩余橫截面。采用這種沿包括鄰接的插入端在內具有沖洗孔的鑿巖鉆的長度延伸的在沿軸向很長的段內基本上相同的相對剩余橫截面積比，提供了一種聲學上的阻抗匹配，使短的沖擊脈沖無反射和不失真地傳遞。小于e倍外徑的長度段不會導致聲學阻抗顯著的改變，其中e表示自然對數的底。
通常按下式計算聲學的阻抗匹配A2A1=E1E2*ρ1ρ2]]>以及L2L1≥E2E1*ρ1ρ2]]>式中(L1、L2)表示長度比，(A1、A2)表示剩余橫截面比，E是各自的彈性模量，以及ρ表示各自的密度，其中下標2表示受沖擊的物體。
有利地，桿的平均剩余橫截面設計為不大于插入端的平均剩余橫截面，由此避免在過渡區內出現限制使用壽命的拉應力峰值。
有利地，傳扭槽的徑向切入大于插入端直徑的1/12，由此限制剩余橫擋的側面壓力，更有利的是限制為低于屈服點的值。
有利地，至少一個傳扭槽在徑向切入深度的算術中心測量的弧長大于一個剩余橫擋的最大弧長，由此使嚙合在傳扭槽內的傳扭橫擋的應力始終小于剩余橫擋的應力。
有利地，傳扭槽沿周向均勻地對稱分布，由此可傳遞最大的扭矩。
有利地有四個傳扭槽，由此具有按大于π/4確定弧長的傳扭槽在有足夠的導向準確度的情況下使嚙合的傳扭橫擋有長的磨損壽命。
有利地，桿的外面設計為光滑圓柱形，由此具有高的抗疲勞強度，防止在短沖擊脈沖作用下產生疲勞。
有利地，在沖洗孔與傳扭槽之間的軸向距離小于e倍直徑，由此，此過渡區對于聲學阻抗沒有明顯的影響。更有利的是，此軸向距離大于直徑的二分之一，由此沿軸向延伸的軸正面(Wellenfront)在其從插入端到桿的過渡區只產生小量彎曲。
有利地，從桿到插入端的過渡區有一個軸向長度小于e倍外徑的沿徑向突出的窄的凸緣，它可用于工具安裝座鎖緊元件的軸向搭接，由此使它對鑿巖鉆的聲學匹配不施加顯著的影響。
有利地，凸緣沿軸向布置在去沖洗孔的橫向通道附近和/或沖洗孔的軸向端部附近，由此減少過渡區機械的削弱。
按圖2，插入端4有朝端面貫通和沿徑向的切入深度T為插入端4直徑D的1/10的傳扭槽5及相鄰的剩余橫擋6，以及有一個部分地沿縱向通過插入端4延伸的沖洗孔7，沖洗孔有向外的橫向通道8。從桿2到插入端4有軸向距離x的過渡區大體等于外徑D。桿2有一軸向長度L小于e倍外徑D、沿徑向突出的窄的凸緣9。與沿鑿巖鉆1縱向的平均剩余橫截面A相比，在長度為e×D的軸向很長的一些段內，所有的平均剩余橫截面A’最多偏離20％，其中，在插入端4區域內的平均剩余橫截面A’比在桿2區域內的小。
按圖3，與在由沿徑向切入的傳扭槽5決定的圓環形截面內部總的剩余橫擋面積10相比，總的下凹的傳扭槽面積11較大，其中四個沿周向均勻地對稱分布的傳扭槽5在徑向切入深度T的算術中心處測量的弧長N＞π/4大于剩余橫擋6的弧長R＜π/4。
權利要求
1.鑿巖鉆，用于通過至少部分沖擊和旋轉運動剝離地切削巖石，包括一根長桿(2)、一個設在桿端頭的硬質材料鉆尖(3)、具有沿徑向切入以及朝端面貫通的傳扭槽(5)的設在另一個端部的插入端(4)、以及一個至少部分沿縱向通過桿(2)延伸的沖洗孔(7)，其特征為總的下凹的傳扭槽面積(11)設計為大于總的剩余橫擋面積(10)；以及，與沿鑿巖鉆長度的平均剩余橫截面(A)相比，在軸向長度(L)大于e倍外徑(D)的軸向很長的一些段內，所有的平均剩余橫截面(A’)都設計為在以其一半與兩倍為界的范圍內。
2.按照權利要求1所述的鑿巖鉆，其特征為插入端(4)的平均剩余橫截面(A’)等于或小于桿(2)的平均剩余橫截面。
3.按照權利要求1或2所述的鑿巖鉆，其特征為至少一個傳扭槽(5)在徑向切入深度(T)的算術中心測量的弧長(N)大于一個剩余橫擋(6)的最大弧長(R)。
4.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為傳扭槽(5)沿周向均勻地對稱分布。
5.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為具有四個傳扭槽(5)。
6.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為桿(2)外面設計為光滑的圓柱形。
7.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為沖洗孔(7)與傳扭槽(4)之間的軸向距離(X)小于e倍的直徑(D)。
8.按照權利要求7所述的鑿巖鉆，其特征為此軸向距離(X)大于直徑(D)的二分之一。
9.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為從桿(2)到插入端(4)的過渡區有一個沿徑向突出的窄的凸緣(9)。
10.按照前列權利要求之一所述的鑿巖鉆，其特征為凸緣(9)沿軸向布置在去沖洗孔(7)的橫向通道(8)附近和/或沖洗孔(7)的軸向端部附近。
全文摘要
本發明涉及一種鑿巖鉆(1),用于通過至少部分沖擊和旋轉運動剝離地切削巖石,它包括一根長桿(2)、一個設在桿端頭的硬質材料鉆尖、(3)、具有沿徑向切入和朝端面貫通的傳扭槽(5)的設在另一個端部的插入端(4)、以及一個至少部分沿縱向通過桿(2)延伸的沖洗孔(7),其中,總的下凹的傳扭槽面積(11)設計為大于總的剩余橫擋面積(10);以及,與沿鑿巖鉆長度(L)平均的剩余橫截面(A)相比,在軸向很長的一些段內所有的平均剩余橫截面(A’)都設計在以其一半與兩倍為界的范圍內。
文檔編號E21B10/00GK1366125SQ02102038
公開日2002年8月28日 申請日期2002年1月17日 優先權日2001年1月19日
發明者克萊尼·沃納, 邦格斯－安布羅修斯·漢斯－沃納, 豪普特曼·尤多, 里希特·馬丁 申請人:希爾蒂股份公司