БУР Российский патент 2005 года по МПК B23B51/02 B28D1/14 E21B10/44 

Настоящее изобретение относится в целом к инструментам вращательного бурения, в частности к бурам.

Буровые инструменты, в частности буры, содержат обычно стержень, как правило, цилиндрической формы, оканчивающийся головкой, они снабжены, как правило, расположенными, по меньшей мере, на части длины их стержня одной или несколькими спиральными канавками для отвода образующейся при бурении мелочи (пыли) из рабочей зоны головки за пределы выполненного отверстия. Обычно такие канавки образованы одной или несколькими спиральными гладкими стенками, обеспечивающими отвод пыли вследствие вращательного движения инструмента по принципу Архимедова винта. При таком способе отвода буровая пыль остается "пассивной", т.е. она не участвует в процессе отвода.

Из опыта известно, что в том случае, когда отводящая способность канавок оказывается недостаточной или неэффективной, во время бурения может происходить накопление пыли на дне отверстия; в этом случае гранулометрический состав пыли уменьшается и накапливаются образующиеся тонкие пылинки; в результате они закупоривают отводящие пространства на дне отверстия и вызывают повышенный износ твердосплавной вставки и стальной части головки и стержня инструмента. Кроме того, такое скопление пыли ведет к образованию давления на дне отверстия. Это давление может использоваться для отвода пыли, так как с превышением его определенного значения происходит выхлоп (выпуск) накопившейся пыли и ее отвод из рабочей зоны. Однако необходимо избегать слишком больших давлений, обеспечивая на уровне отводящих канавок достаточную отводящую способность для предупреждения их забивки, в частности вблизи головки инструмента; последовательное образование слишком значительных давлений на дне отверстия вызывает сбои при бурении из-за явлений, связанных с отводом (выбросом) скопившейся пыли. Такой режим работы вредно влияет на рабочие характеристики бура, с одной стороны, на скорость бурения и, с другой стороны, на его долговечность, так как последовательно создающееся давление на уровне головки бура и/или в зоне резания вызывает нагрузки, вредно влияющие на процесс резания. В настоящее время давление не канализируют по бурам, а стараются максимально предупредить его за счет обеспечения хорошей отводящей способности канавок.

В DE 3826239 A, US 2322894 А и DE 2013327 В описаны буры со спиральными канавками упомянутого здесь типа, часть или вся поверхность канавок которых содержит насечки или бороздки разного назначения: для снижения трения, оптимизации процесса резания и повторной заточки, отвода крошки вибрацией. Во всех этих материалах насечки или бороздки небольшого размера соответствуют состоянию черновой обработки поверхности бура, и их эффект - это эффект, обеспечиваемый поверхностью. Кроме того, получение этих насечек или бороздок является дорогостоящей и сложной операцией в процессе изготовлении таких буров.

Вследствие такого уровня техники целью изобретения является улучшение рабочих характеристик буров, в частности их скорости резания и долговечности при снижении стоимости их производства.

Поэтому предметом изобретения является преимущественно бур, в котором отводящая канавка или канавки ограничены, по меньшей мере, на части их длины серией расположенных фасок.

Таким образом, основная идея изобретения состоит в том, чтобы канавки для отвода пыли, образующейся при бурении материала буром, не были бы непрерывной спиральной формы, а были бы образованы последовательными небольшими поверхностями, так называемыми "фасками", сопряженными между собой и имеющими разную форму. В частности, фаски выполняются для образования множественных канавок по спиральным или неспиральным образующим, которые располагаются по траектории, попеременно удаляющейся и сближающейся равномерно или неравномерно с продольной осью бура. Эти образующие, характеризующиеся угловым и/или осевым смещением по отношению друг к другу, позволяют образовывать канавки для отвода пыли. Форма фасок, образующих отводящие канавки, может быть правильной или неправильной, плоской, вогнутой или выпуклой и более или менее сложной. Эти фаски могут быть соединены между собой острыми кромками или соединительными линиями выпуклой или вогнутой формы.

В частности, серия фасок располагается таким образом, что по всей длине каждой отводящей канавки или только на ее части обеспечивается чередование участков с менее значительной глубиной и/или шириной, так называемых "компрессионных проходов", и участков с более значительной глубиной и/или шириной, так называемых "камер разрежения". Такие изменения глубины и/или ширины могут быть более или менее правильными или, наоборот, случайными.

Указанная конфигурация позволяет при использовании бура применять и поддерживать локально, т.е. в отводящих канавках, явление давления и разрежения пыли при бурении для улучшения ее отвода. Таким образом, в начальный отрезок времени пыль сжимается на уровне "компрессионных проходов", накапливая при этом энергию, затем накопленная энергия возвращается при выбросе пыли на уровне "камер разрежения". Кроме того, благодаря постоянному контролю по всей длине стержня бура за образованием давления пыли при бурении предупреждается ее оседание под действием силы тяжести на дно отверстия.

Очевидно, что серия фасок бура, согласно изобретению, определяет пространственную или объемную конфигурацию канавок этого бура, т.е. она определяет общую форму бура и не может быть отнесена к состоянию поверхности, такой как поверхность с насечками или бороздками, раскрытая в приведенных выше материалах. Учитывая приведенные выше пояснения, представляется, что серия фасок оказывает во время применения бура объемное, а не поверхностное действие.

Вследствие такой конфигурации возможно изменение толщины сердцевины и/или ленточек (или направляющих валиков) бура в зависимости от того, является ли профиль симметричным или несимметричным к продольной оси бура. В последнем случае неравномерности на уровне ленточек позволяют оптимизировать направляющую функцию бура (благодаря наличию "широких" зон) в отверстии, при этом ограничивается трение о стенки отверстия (благодаря наличию "узких" зон). Кроме того, в зонах с широкой ленточкой обеспечивается дополнительная устойчивость к сжатию на уровне соединительных линий или соединений другой формы, образующих "компрессионные проходы".

Благодаря такому принципу действия, а именно постоянному эффекту давление/разрежение, процесс отвода пыли интенсифицируется и может быть оптимизирован за счет достаточно большого увеличения отводимого объема. Таким образом повышается скорость бурения, которая в свою очередь увеличивает срок службы бура, причем более эффективное удаление пыли ограничивает нагрузки, приходящиеся на его стержень.

Однако в то время, как отводящие канавки традиционных буров обязательно выполняются непрерывной спиральной обработкой, то фаски, ограничивающие отводящие канавки бура согласно изобретению, выполняют прямолинейным или непрямолинейным проходом одним или несколькими резцами для съема материала, а также способами деформации материала стержня бура, в частности ковкой, в результате чего можно уменьшить стоимость изготовления соответствующих буров.

Ниже изобретение поясняется более подробно описанием со ссылкой на приложенный схематический чертеж, на котором в качестве примера представлено несколько вариантов выполнения бура.

При этом показано на

фиг.1 - вид сбоку на бур согласно изобретению, первый вариант выполнения;

фиг.2 - частичный перспективный вид в увеличенном масштабе на участок головки бура по фиг.1;

фиг.3 - другой вид сбоку на тот же бур по стрелке F1 по фиг.1;

фиг.4 - вид в поперечном разрезе на тот же бур по V-IV по фиг.3;

фиг.5 - другой вид в поперечном разрезе по V-V на бур по фиг.3;

фиг.6 - вид сбоку на бур, согласно изобретению, второй вариант выполнения;

фиг.7 - частичный перспективный вид в увеличенном масштабе на участок головки бура по фиг.6;

фиг.8 - другой вид сбоку на тот же бур по стрелке F2 по фиг.6;

фиг.9 - вид в поперечном разрезе на тот же бур по IX -IX по фиг.8;

фиг.10 - другой вид с разрезом на бур по Х-Х по фиг.8;

фиг.11 - вид сбоку на бур согласно изобретению, третий вариант выполнения;

фиг.12 - частичный перспективный вид в увеличенном масштабе на участок расположения головки бура по фиг.11;

фиг.13 - другой вид сбоку на тот же бур по стрелке F3 по фиг.11;

фиг.14 - вид в поперечном разрезе на тот же бур по XIV-XIV по фиг.13;

фиг.15 - другой вид в поперечном разрезе на бур по XV-XV по фиг.13;

фиг.16 - вид сбоку на бур согласно изобретению, четвертый вариант выполнения;

фиг.17 - частичный перспективный вид в увеличенном масштабе на участок расположения головки бура по фиг.16;

фиг.18 - другой вид сбоку на тот же бур по стрелке F4 по фиг.16;

фиг.19 - вид в поперечным разрезе на тот же бур по XIX-XIX по фиг.18;

фиг.20 - другой вид в поперечном разрезе на бур по XX-XX по фиг.18.

На фигурах представлены разные варианты выполнения бура, состоящего из стержня 2 цилиндрической формы, один конец которого содержит головку 3 с твердосплавной вставкой 4, а другой (не представлен) предусмотрен для зажима. По меньшей мере на части длины стержня 2, начиная от головки 3, выполнены отводящие канавки 5, как правило, спиральной формы, предназначенные для отвода пыли в процессе бурения отверстия буром. Отводящие канавки 5 разделены между собой выпуклыми частями 6, как правило, спиральной формы, называемые обычно "ленточками".

Согласно изобретению, каждая отводящая канавка 5 ограничена серией фасок 7. В частности, в первом варианте выполнения, показанном на фигурах 1-5, фаски 7 отводящих канавок 5 соединены между собой соединительными линиями 8 с некоторым радиусом искривления.

Ленточки 6 содержат узкие 9 и широкие зоны 10 с правильным или неправильным чередованием.

В примере, представленном на фигурах 1-5, бур содержит две отводящие канавки 5 и 5', при этом описанные выше формы канавок 5 и 5' и ленточек 6 повторяются с шагом Р.

В процессе применения бура фаски 7 отводящих канавок 5, 5' образуют вместе со стенкой отверстия "камеры разрежения" в то время, как соединительные линии 8 служат "компрессионными проходами".

Обе отводящие канавки 5, 5' вместе с их фасками 7 и соединительными линиями 8 могут быть выполнены в данном случае многоканавочным нарезанием по спиральным образующим, располагающимся по траектории, которая попеременно удаляется и приближается равномерно или неравномерно к продольной оси бура, причем эти образующие смещаются под углом и по оси от одной канавки к другой для образования специальной формы отводящих канавок 5, 5' с их фасками 7 и соединительными линиями 8.

На фигурах 6-10 представлен первый вариант выполнения бура согласно изобретению, причем элементы, соответствующие описанным выше элементам, обозначены на них теми же позициями.

В этом варианте выполнения стержень бура 2 содержит четыре отводящие канавки 5, 5', 5", 5'", как правило, спиральной формы. Эти канавки характеризуются наличием последовательных фасок 7 закругленного профиля, которые соединяются между собой соединительными линиями 8', образующими кромки, без соединительной перемычки. Кроме того, образующие, которые ограничивают фаски 7 и их соединительные линии 8' от одной канавки к другой, имеют осевое смещение, но не имеют углового смещения.

На фигурах 11-15 показан второй вариант выполнения, близкий к варианту выполнения по фигурам 6-10, содержащий, в частности, стержень бура 2 с четырьмя отводящими канавками 5, 5', 5", 5'". Фаски 7 этих канавок содержат также соединительные линии 8' без перемычки и ограничены их образующими, расположенными с осевым смещением, но без углового смещения, от одной канавки к другой. В противоположность приведенному выше примеру выполнения отводящие канавки 5-5' здесь не выполнены с закругленным профилем.

На фигурах 16 -20 показан третий вариант выполнения, в котором стержень бура 2 содержит три отводящие канавки 5, 5', 5" с фасками 7, содержащими соединительные линии 8' без перемычки и ограниченными их образующими с осевым смещением, но без углового смещения, от одной канавки к другой. Отводящие канавки 5, 5', 5" имеют в этом случае не закругленный профиль.

Не считается выходом за рамки изобретения, охарактеризованного в его приложенной формуле, если:

- изменено количество канавок для отвода пыли, выполненных в стержне бура, и конструкция головки бура с твердосплавной вставкой или даже без нее;

- изменено количество фасок, ограничивающих указанные канавки, и форма этих фасок, которые могут быть простыми или сложными, располагаться по длине или ширине, быть плоскими, вогнутыми, выпуклыми и т. д.;

- выполнены сопряжения между фасками по всем радиусам изгиба, от нуля (что соответствует острой кромке) до больших значений;

- выполнены фаски и их сопряжения любыми способами обработки или формовки;

- этот бур предназначен и приспособлен для бурения любых материалов: камень, бетон, металл.

Изобретение относится к области обработки материалов резанием, в частности камня, бетона, металла. Бур содержит оканчивающийся головкой стержень цилиндрической формы, на котором, по меньшей мере, на части его длины выполнена одна или несколько, как правило, спиральных отводящих канавок. Для повышения скорости резания и долговечности при снижении стоимости производства отводящая канавка или канавки образованы, по меньшей мере, на части их длины серией расположенных рядом фасок. 6 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Бур, содержащий стержень (2), по существу с цилиндрической формы, оканчивающийся головкой (3), на котором, по меньшей мере, на части его длины выполнена одна или несколько, как правило, спиральных отводящих канавок (5), отличающийся тем, что отводящая канавка или канавки (5) образованы, по меньшей мере, на части их длины серией расположенных рядом фасок (7).2. Бур по п.1, отличающийся тем, что фаски (7) отводящих канавок (5) соединены между собой соединительными линиями (8').3. Бур по п.1, отличающийся тем, что фаски (7) отводящих канавок (5) соединены между собой соединительными линиями (8) выпуклой или вогнутой формы.4. Бур по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что фаски (7) расположены так, что по всей длине или на части длины каждой отводящей канавки (5) выполнено чередование участков с меньшей шириной и/или глубиной, образующих «компрессионные проходы», и участков с большей шириной и/или глубиной, образующих «камеры разрежения».5. Бур по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что отводящие канавки (5) разделены ленточками (6), как правило, спиральной формы, содержащими правильно или неправильно чередующиеся узкие (9) и широкие (10) зоны.6. Бур по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что образующие, ограничивающие фаски (7) и их соединительные линии (8, 8'), расположены с осевым и угловым смещениями от одной отводящей канавки (5) к другой.7. Бур по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что образующие, ограничивающие фаски (7) и их соединительные линии (8, 8'), расположены с осевым смещением, но без углового смещения от одной отводящей канавки (5) к другой.