БУРОВОЕ СВЕРЛО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КАМНЯ ИЛИ ПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК B23B51/00 B28D1/14 

Изобретение относится к буровому сверлу по камню, где под термином «буровое сверло» понимают продолговатый инструмент, вставляемый в зажимные патроны, в частности, используемые в сочетании с ударными устройствами.

Такие буровые сверла для обработки камня или подобных материалов, в частности, пригодны для работы по бетону или железобетону и, кроме того, по другим видам каменных материалов, горных пород и т.п. Особенно высокие требования к рабочим характеристикам таких буровых сверл предъявляют при сверлении железобетона. Геометрия режущей части бурового сверла по камню такова, что при его использовании сложно «регулировать» размер стружки арматуры, как это делается при использовании металлорежущего инструмента. Вместо этого резание арматуры приходится вести при подходящей скорости бурового сверла и при наибольшем возможном прилагаемом давлении. Эта процедура является соответствующим образом сочетанием скалывания и пластической деформации. Буровое сверло по камню, таким образом, подвергают воздействию очень высоких нагрузок.

Существенными критериями конструкции бурового сверла по камню, рассматриваемыми в настоящей заявке, являются: простота центрирования, достигаемая скорость сверления (подача в единицу времени), долговечность и продолжительность износа.

Известное буровое сверло по камню (Европейский патент ЕР 0761927 В1) снабжено штампованным твердосплавным наконечником. При такой конструкции, из-за малой площади контакта между буровым сверлом и материалом, подвергаемым сверлению, при приложении предварительно определенного давления имеет место высокая осевая нагрузка. При такой форме обеспечивается также хорошее центрирование. С другой стороны, в частности, при сверлении железобетона, следует ожидать, что упомянутый металлический наконечник может отламываться. В соответствии с этим высокая осевая нагрузка и хорошее центрирование противостоят высокой степени износа.

Другое буровое сверло по камню (ЕР 1029622 А2) также снабжено твердосплавным наконечником, который, однако, в некоторой степени «скрыт» в осевом направлении в сверле. Таким образом твердосплавную режущую пластину также эффективно удерживают в буровом сверле, и его износ уменьшается.

Оба буровых сверла по камню, рассмотренных выше, обладают недостатком, заключающимся в том, что поперечной кромкой, имеющейся в центре вращения, не осуществляют резания в этой зоне. Следовательно, «мертвая» зона бурового сверла по камню препятствует его подаче при сверлении.

Сильно отличающееся техническое решение, направленное на исключение указанного выше недостатка, заключающегося в препятствовании подаче при сверлении, раскрыто в немецком патенте DE 19944406 С2, касающемся еще одного известного бурового сверла по камню. Буровое сверло, раскрытое в последнем документе, снабжено по существу крышеобразной пластиной. Режущие кромки проходят с обеих сторон пластины, и они представлены передней режущей кромкой и задней свободной поверхностью. В этой конструкции радиально наружные концы поперечной кромки выступают в осевом направлении на торцевой поверхности пластины относительно находящегося между ними центра поперечной кромки. Другими словами, конструкция может быть названа «поперечной кромкой с зазубринами». Это является смыслом выражения приведенного ниже решения.

Было установлено, что центрирование описанного выше известного бурового сверла по камню с поперечными кромками с зазубринами осуществляется очень легко. Так как буровое сверло не содержит какого-либо препятствующего края в его центре, при использовании этого известного бурового сверла по камню достигаются хорошие скорости подачи при сверлении.

Задачей настоящего изобретения является создание такой конструкции и такого дополнительного усовершенствования известного бурового сверла по камню, при которых подача при сверлении может быть дополнительно увеличена, в частности, при сверлении армированных материалов.

Согласно аспекту в изобретении принято в расчет то, что при приложении осевой нагрузки к буровому сверлу и, следовательно, к пластине, упомянутая осевая нагрузка передается площадью контакта, т.е. по существу режущими кромками, на материал, подвергаемый сверлению. Осевая нагрузка передается самой передней площадью контакта, зависящей от геометрии режущих кромок.

Осевая нагрузка, передаваемая через поверхность контакта, является существенным фактором, влияющим на скорость подачи при сверлении. Это особенно важно при сверлении железобетона, как уже было упомянуто выше.

Согласно другому аспекту настоящим изобретением предложено решение, заключающееся в том, что предварительно определенная осевая нагрузка, которой воздействуют на площадь контакта, может быть достигнута посредством соответствующей конфигурации и конструкции углублений в режущих кромках. Вообще осевая нагрузка увеличивается при уменьшении площади контакта. Было установлено, что благодаря этой особенности совместно с использованием поперечной кромки с зазубринами значительно усиливается эффект центрирования и одновременно удается увеличить скорость подачи при сверлении, особенно при сверлении армированных материалов.

Согласно дополнительному аспекту настоящим изобретением обеспечивают возможность достижения всех преимуществ твердосплавного наконечника, а именно хорошего центрирования и высокой осевой нагрузки, в то же время эффективно преодолевая недостатки такого наконечника, а именно большой износ и наличие «мертвой» центральной зоны.

В варианте выполнения изобретения используют одно углубление на режущую кромку, при этом упомянутое углубление (при рассмотрении в продольном направлении режущей кромки) выполнено по существу около середины упомянутой режущей кромки. Благодаря этой конструкции обеспечивают по существу универсальную применимость бурового сверла по камню.

Согласно дополнительному варианту выполнения обеспечивают возможность увеличения механической прочности и/или стабильности бурового сверла. В целом благодаря смещению, определенному в данном варианте выполнения, также снижают тенденцию к вибрации во время сверления.

В других вариантах выполнения существенное внимание обращено на конструкцию свободной поверхности пластины. В другом варианте выполнения предложены особенно высокие значения механической прочности и/или стабильности режущих кромок.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

на Фиг.1 изображен вид сбоку иллюстративного варианта выполнения бурового сверла по камню согласно изобретению;

на Фиг.2 - вид сбоку пластины бурового сверла по камню, представленного на Фиг.1;

на Фиг.3 - вид спереди пластины бурового сверла по камню, представленного на Фиг.1;

на Фиг.4 - вид сверху пластины бурового сверла по камню, представленного на Фиг.1; и

на Фиг.5 - вид сбоку дополнительного варианта выполнения бурового сверла по камню согласно изобретению.

Буровое сверло по камню, изображенное на чертежах, содержит:

стержень 1 (см. Фиг.1) и головку 2 бурового сверла на упомянутом стержне. Стержень 1 и головка 2 бурового сверла не должны быть обязательно выполнены за одно целое. Однако вообще их выполняют за одно целое для исключения проблемы передачи сил от первого к последней.

Буровое сверло по камню, изображенное на Фиг.1, снабжено режущей пластиной 3, далее называемой «пластина» 3, изображенной подробно как первый вариант выполнения на Фиг.2-4 и как второй вариант выполнения - на Фиг.5. В специальных, исключительных случаях можно также использовать несколько вставок 3.

При рассмотрении Фиг.2 и 5 можно видеть, что пластина 3 является по существу крышеобразной при рассмотрении сбоку. Другими словами, при рассмотрении сбоку пластина 3 проходит вдоль двух воображаемых пересекающихся линий 4, 5. Эту конфигурацию достигают тем, что пластина 3 содержит с каждой стороны упомянутой «крыши» одну режущую кромку 6, представленную передней режущей поверхностью 7 и задней свободной поверхностью 8. При рассмотрении сбоку режущие кромки 6 проходят по существу вдоль пунктирных линий 4, 5. Очевидно, что при рассмотрении сверху (см. Фиг.4) режущие кромки 6 отклоняются от пунктирных линий 4, 5.

Свободными поверхностями 8, сходящимися в гребне 9 крыши, определяют поперечную кромку или поперечную режущую кромку, 10. Сходящиеся свободные поверхности 8 имеют вогнутую форму в подзоне 8а рядом с поперечной кромкой 10 таким образом, что радиально наружные концы 11 поперечной кромки 10 выступают в осевом направлении у торцевой поверхности 12 пластина 3 относительно промежуточного центра поперечной кромки 10.

Соответственно поперечная кромка 10 здесь не является частью вершины бурового сверла. Наоборот, поперечная кромка выполнена в форме углубления предварительно заданной формы, как уже было указано в приведенном выше введении. Поперечная кромка 10 может быть снабжена кромкой или может быть в целом скруглена. В последнем случае посредством поперечной кромки 10 выполняют второстепенные режущие функции.

До сих пор приведенное выше описание соответствовало буровому сверлу по камню, раскрытому в Немецком патентном документе DE 19944406 С2. Содержание данного патентного документа включено в его полном объеме в настоящую заявку в качестве ссылки. Патент относится, в частности, к поперечной кромке с углублением и к соответствующим предпочтительным размерам.

Обязательным в варианте выполнения является то, что режущие кромки 6 бурового сверла по камню содержат (каждое), по меньшей мере, одно углубление 13 и что в такой степени они отклоняются по существу от крышеобразной конфигурации. При рассмотрении сбоку, режущие кромки 6 отклоняются от пунктирных линий 4, 5 (исключенных на Фиг.1).

На Фиг.2 показано, что во время сверления части 14 режущей кромки 6 являются основными средствами, которыми воздействуют на материал, подвергаемый сверлению. Очевидно, что некоторое усилие передается также в меньшей степени посредством углублений 13. Это меньшее усилие является тем усилием, благодаря которому материал, подвергаемый сверлению, выкрашивается в некоторой степени в этой области. Если было бы идеальное позитивное замыкание между сверлом и материалом, то упомянутое вторичное усилие, конечно, было бы значительным. Но этого здесь не происходит.

Соответственно усилие по существу передается посредством сравнительно малой контактной поверхности к материалу, подвергаемому сверлению, и осевая нагрузка является соизмеримо высокой. Это отличие особенно предпочтительно при сверлении армированных материалов.

Многие варианты выполнения применимы по отношению к углублениям 13 в режущих кромках 6.

В варианте выполнения каждая из режущих кромок 6 снабжена одним углублением 13, которое в данном случае выполнено по существу в середине режущей кромки (при рассмотрении в ее продольном направлении). Это относится к вариантам выполнения, представленным на чертежах. Однако углубление 13 может быть также выполнено в верхней трети режущей кромки в направлении от наружного края 15 пластины 3. Опять же в особых случаях применения углубления 13 также могут быть выполнены в нижней трети режущей кромки 6, обращенной к наружному краю 15 пластины 3.

Может быть предпочтительным, особенно при рассмотрении сверла большого диаметра, чтобы каждая из режущих кромок 6 была снабжена несколькими, предпочтительно - двумя, углублениями 13, которые в этом случае были бы равномерно распределены по длине конкретной режущей кромки 6.

В изображенных иллюстративных вариантах выполнения, являющихся в некоторой степени предпочтительными, предложена особенность, заключающаяся в том, что углубление 13 в одной из режущих кромок 6 выполнено симметрично относительно оси бурового сверла и относительно углубления в другой режущей кромке 6. Такая симметричная конфигурация углублений 13 предпочтительна, особенно с точки зрения обеспечения бесшумного/плавного процесса сверления. В очень специальных случаях, в частности при ударном сверлении, может также быть предпочтительным выполнение асимметричных углублений.

На Фиг.2 и 5 показано, что углубления 13 в режущих кромках 6 спроектированы и выполнены клиновидными и, кроме того, показано, что полученный в результате край 16 соединен с режущей кромкой 6. В соответствии с этим край 16 углубления 13 продолжает режущую кромку 6. Этот переход может быть осуществлен посредством скругленной зоны, которая лишена изгиба (изгибов). В основном, однако, переход может содержать изгиб.

В изображенных вариантах выполнения также предложена особенность, заключающаяся в том, что углубления 13 в режущих кромках 6 являются по существу вогнутыми. Другими словами, углубления выпуклы в направлении к внутренности бурового сверла. Предпочтительно эти углубления 13 (каждое) в режущих кромках 6 должны быть криволинейными. Они также могут быть, по меньшей мере, частично в виде круглых дуг. При такой конструкции, предпочтительно без изгиба/изгибов, достигают особых преимуществ, касающихся механической прочности и/или стабильности.

Что касается изготовления, то может быть предпочтительным выполнение углублений 13 в режущих кромках 6 таким образом, чтобы они состояли из прямолинейных сегментов, присоединенных друг к другу в местах изгибов. Эта особенность, кроме того, может быть скомбинирована с описанной выше криволинейной конфигурацией.

Из рассмотрения Фиг.2-4 следует, что углубления 13 в режущих кромках 6 представлены в соответствующих свободных поверхностях 8, при этом упомянутые углубления проходят по всей ширине этих свободных поверхностей 8, т.е. от верха до низа на Фиг.4.

Посредством углубления 13 в конкретной режущей кромке 6 уменьшают эффективную длину режущей кромки 6. Слова «длина режущей кромки 6» означают длину, которой определяют контактную поверхность между буровым сверлом и материалом, подвергаемым сверлению. По отношению к конструкции, в которой нет углубления 13, в варианте выполнения согласно изобретению длина режущей кромки сокращена приблизительно на 30-60%, предпочтительно приблизительно на 40%.

Иллюстративно, если эффективная длина конкретной режущей кромки 6 уменьшена приблизительно на 40%, то теоретическая осевая нагрузка, прикладываемая посредством остальной, эффективной длины упомянутой режущей кромки к материалу, подвергаемому сверлению, увеличивается (если пренебречь усилием, передаваемым от углублений 13) приблизительно на 5/3. Этот коэффициент можно произвольно установить путем соответствующего выполнения углублений 13.

Вариант выполнения, представленный на Фиг.5, отличается от варианта, изображенного на Фиг.2-4 тем, что два сегмента 17, 18, которыми соединено углубление 13 конкретной режущей кромки 6, слегка смещены в осевом направлении, но параллельны, и тем, что режущие кромки 6 в этой степени дополнительно отклоняются от пластины 3. Предпочтительно упомянутое осевое смещение 19 выбирают таким образом, чтобы внутренние сегменты 17 режущих кромок 6 соответствующим образом выступали слегка в осевом направлении над наружными сегментами 18 режущих кромок 6. Посредством этой особенности предлагают обеспечивать механическую прочность и/или стабильность бурового сверла и улучшение возможности обращения с буровым сверлом во время сверления.

Что касается диаметра 20 бурового сверла величиной от около 12 мм до около 20 мм, то величина осевого смещения 19 попадает в диапазон, составляющий приблизительно от 0,45 до 0,57 мм. Было отмечено, что при рассмотрении диаметра 20 бурового сверла величиной около 16 мм, осевое смещение 19, составляющее около 0,48 мм, было очень благоприятным.

Конфигурация свободной поверхности 8 особенно существенна в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения. Конфигурацией свободной поверхности 8 определяют, с одной стороны, поперечную кромку 10 с зазубринами, а с другой стороны, то, что в конкретной режущей кромке 6 выполнено по меньшей мере одно углубление 13.

Подзона 8а конкретной свободной поверхности рядом с поперечной кромкой 10 является определителем при конструировании этой поперечной кромки. В варианте выполнения упомянутая подзона 8а конкретной свободной поверхности 8 представляет собой дугу эллипса, при рассмотрении в поперечном сечении. Предположительно, однако, может быть также использована круглая дуга. Соответственно поперечная кромка также должна иметь форму дуги эллипса или круга. Эти варианты конструкции позволяют повышать механическую прочность и/или стабильность бурового сверла в области поперечной кромки 10.

В варианте выполнения вогнутая подзона 8а конкретной свободной поверхности 8 рядом с поперечной кромкой 10 проходит радиально вдоль свободной поверхности 8, возможно, прерывистым образом, через, по меньшей мере, одно углубление 13 в режущей кромке 6.

На чертеже дополнительно показано (при рассмотрении представленных вариантов выполнения), что плоская поверхность 21 соединена радиально с вогнутой подзоной 8а конкретной свободной поверхности 8. Кроме того, дополнительная плоская поверхность 22 соединена с вогнутой подзоной 8а конкретной свободной поверхности 8 со стороны, обращенной к режущей кромке 6. Дополнительно или альтернативно плоская поверхность 23 может быть соединена с вогнутой подзоной 8а конкретной свободной поверхности 8 со стороны, отстоящей от режущей кромки 6. Такая конструкция/конструкции изображена/изображены на прилагаемых чертежах и являются предпочтительными в данном случае. Применение упомянутых плоских поверхностей 21-23 позволяет обеспечить предпочтительные особенности, заключающиеся в очень существенном повышении механической прочности и/или стабильности пластины 3. Это особенно относится к плоской поверхности 22, посредством которой повышают прочность и/или стабильность режущей кромки 6.

В некоторых вариантах применения может быть предпочтительным, чтобы несколько подзон 8а было отделено друг от друга предпочтительно плоскими поверхностями и представлено в свободных поверхностях 8. В этом случае свободные поверхности 8 (каждую) выполняют вогнутой, по меньшей мере, в одной дополнительной подзоне 8а вне области, по меньшей мере, одного углубления 13 конкретной режущей кромки 6. Предпочтительно, чтобы плоской поверхностью 21-23 была соединена сторона этой подзоны 8а со стороны, обращенной к конкретной режущей кромке 6. Как сказано выше, посредством конструкции, содержащей несколько подзон 8а, может быть обеспечено преимущество, заключающееся в повышении механической прочности и/или стабильности.

Наконец, следует упомянуть вариант выполнения бурового сверла по камню согласно изобретению, который был найден эмпирически и который является особенно предпочтительным. Следующие размеры относятся к буровым сверлам, диаметр 20 которых составляет около 16 мм. Если диаметр 20 имеет большую или меньшую величину, то установленные величины следует соизмеримо изменить.

Внутренние сегменты 17 двух режущих кромок 6, вместе взятые, имеют ширину 24, составляющую около 5,7 мм. Угол отверстия 25 углублений 13 предпочтительно составляет в диапазоне от 80 до 100°. Предпочтительная величина угла отверстия 25 составляет 90°. Глубина углублений 13 в режущих кромках 6 при измерении в осевом направлении составляет около 1,5 мм. Эту величину измеряют в осевом направлении между самым глубоким местом конкретного углубления 13 и пунктирной линией 4, 5.

Сверло содержит режущую пластину, имеющую крышеобразную форму на виде сбоку и содержащую с каждой стороны своей «крыши» одну режущую кромку, включающую переднюю режущую поверхность и заднюю свободную поверхность. При этом взаимно примыкающими свободными поверхностями в области гребня крыши образована поперечная кромка. Каждая свободная поверхность выполнена вогнутой в подзоне рядом с поперечной кромкой так, что радиально наружные концы поперечной кромки выступают в осевом направлении у торцевой поверхности пластины относительно промежуточного центра поперечной кромки (10). Для увеличения подачи при сверлении каждая режущая кромка содержит, по меньшей мере, одно углубление и в этой мере отклоняется от крышеобразной формы, причем два сегмента каждой режущей кромки, примыкающие к углублению, выполнены в осевом направлении параллельно и смещены относительно друг друга, причем режущие кромки в этой мере дополнительно отклоняются от крышеобразной формы. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Буровое сверло для обработки камня или подобных материалов, содержащее режущую пластину (3), имеющую по существу крышеобразную форму на виде сбоку и содержащую с каждой стороны своей «крыши» одну режущую кромку (6), включающую переднюю режущую поверхность (7) и заднюю свободную поверхность (8), при этом взаимно примыкающими свободными поверхностями (8) в области гребня (9) крыши образована поперечная кромка (10), при этом каждая свободная поверхность (8) выполнена вогнутой в подзоне (8а) рядом с поперечной кромкой (10) так, что радиально наружные концы (11) поперечной кромки (10) выступают в осевом направлении у торцевой поверхности (12) пластины (3) относительно промежуточного центра поперечной кромки (10), отличающееся тем, что каждая режущая кромка (6) содержит, по меньшей мере, одно углубление (13), и в этой мере отклоняется от по существу крышеобразной формы, причем два сегмента (17, 18) каждой режущей кромки (6), примыкающие к углублению (13), выполнены в осевом направлении параллельно и смещены относительно друг друга, причем режущие кромки (6) в этой мере дополнительно отклоняются от крышеобразной формы.

2. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что каждая режущая кромка (6) имеет одно углубление (13), при этом предпочтительно углубление при рассмотрении в продольном направлении режущей кромки (6) выполнено по существу в середине режущей кромки (6), или углубление (3) выполнено в верхней трети режущей кромки (6) от наружного края (15) пластины (3).

3. Буровое сверло по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждая режущая кромка (6) содержит несколько, предпочтительно два углубления (13), при этом предпочтительно углубления равномерно распределены по длине режущей кромки (6).

4. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в одной из режущих кромок (6) расположено по отношению к оси бурового сверла симметрично относительно, по меньшей мере, одного углубления (13) в другой режущей кромке (6).

5. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в режущей кромке (6) выполнено в виде края, причем полученный край (16) оканчивается режущей кромкой, возможно, посредством скругленной области.

6. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в режущей кромке (6) выполнено по существу вогнутым.

7. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в конкретной режущей кромке (6) имеет криволинейную форму, предпочтительно, обязательно сегментированную форму круглой дуги.

8. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в режущей кромке (6) выполнено из прямолинейных сегментов, соединенных друг с другом в местах изгибов.

9. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно углубление (13) в режущей кромке (6) выполнено в виде углубления (13) в соответствующей свободной поверхности (8), при этом углубление проходит по всей ширине свободной поверхности (8).

10. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что эффективная длина режущей кромки (6) уменьшена за счет углубления (13) в режущей кромке (6) приблизительно на 30-60%, предпочтительно приблизительно на 40%, в сравнении с конфигурацией, не содержащей углубления (13).

11. Буровое долото по камню по п.1, отличающееся тем, что внутренние сегменты (17) режущих кромок (6) слегка выступают в осевом направлении выше наружных сегментов (18) режущих кромок (6), при этом величина осевого смещения (19) приблизительно составляет в диапазоне от 0,45 до 0,57 мм у буровых сверл диаметром (20) величиной приблизительно от 12 до 20 мм, а у буровых сверл диаметром (20), величиной около 16 мм величина осевого смещения (19) составляет приблизительно 0,48 мм.

12. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что подзона (8а) свободной поверхности (8) рядом с перемычкой (10), при рассмотрении в сечении, выполнена в виде дуги эллипса.

13. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что подзона (8а) свободной поверхности (8) рядом с поперечной кромкой (10), при рассмотрении в сечении, выполнена в виде дуги окружности.

14. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что вогнутая подзона (8а) свободной поверхности (8), расположенной рядом с поперечной кромкой (10), проходит в радиальном направлении, возможно прерываемая, по меньшей мере, одним углублением (13) в режущей кромке (6).

15. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что плоская поверхность (21) радиально соединена с вогнутой подзоной (8а) свободной поверхности (8).

16. Буровое сверло по п.1, отличающееся тем, что плоская поверхность (22) соединена с вогнутой подзоной (8а) свободной поверхности (8) со стороны, обращенной к режущей кромке (6).