钻头和制造方法与流程

本发明涉及一种钻头和钻头的制造方法，该钻头尤其用于开采矿物建筑材料。

背景技术：

用于开采矿物建筑材料的钻头，例如us7,628,232，具有包括凿棱边的钻头头部。凿棱边通过手持工具机的冲击工具周期性地撞击建筑材料。建筑材料在此被击碎。钻头连续地围绕其钻头轴线旋转，由此凿棱边从一次撞击到下一撞击地以一个角度旋转。在旋转时，钻头头部可额外地从钻孔壁上切断材料，由此形成大致圆形的钻孔。尤其在使用者钻孔时使钻头横向负载时，螺旋部处于高度机械负荷中。

技术实现要素：

根据本发明的钻头优选设计成用于撞击式加工矿物和钢筋建筑材料，该钻头沿着钻头轴线具有钻头头部、由两个或多个螺旋肋构成的多线螺旋部和插入端部。螺旋部在输送区域中具有螺旋斜率和螺距。在螺旋部的面对插入端部的排出区域中，螺旋肋在第一区段之内从具有螺旋斜率的取向连续地过渡到平行于钻头轴线的取向。该区段的长度至少为输送区域的螺距的四分之一。螺旋肋在第二区段中平行于钻头轴线。已经证实具有轻微弯曲的第一区段和直线的第二区段的排出区域有助于承受弯曲负荷并且减缓在钻头头部和插入端部之间的弯曲应力。

一个设计方案规定，在第一区段和输送区域中的横截面保持不变。该横截面仅具有基于螺旋部的螺旋形状而沿着钻头轴线变化的取向。但是该横截面在第一区段和输送区域之内的任意位置上都可通过围绕轴线合适的旋转而与其完全重合。因此螺旋部延伸到排出区域中，但是其螺旋斜率提高并且达到90度。螺旋肋的尺寸、即，高度和厚度没有变化。弯曲应力可被均匀地导入并且没有产生局部峰值。

一个设计方案规定，螺旋槽在输送区域和第一区段中具有保持不变的深度。

一个设计方案规定，在第一区域中螺旋肋的螺旋斜率相对于钻头轴线以螺旋部的旋转方向上的每一度减小0.25度和螺旋部的旋转方向上的每一度减小2度之间的比率减小。螺旋斜率优选在第一区域的整个长度上连续地改变。螺旋斜率在输送区域中可在30度和70度之间，螺旋斜率在第一区域中连续地减小，直至达到该螺旋斜率。

一个设计方案规定，第二区段的长度处于输送区域的螺距的四分之一和三倍之间。第二区段不必要地延长钻头，也不具有或仅有对钻屑很小的输送作用。但是该第二区段可提高钻头的疲劳强度。第二区段的横截面可在第二区段的至少一半上是恒定的。

钻头的制造方法可包括下述步骤。在圆柱形的坯件中成形多条直线的、与坯件的轴线平行的纵向槽。借助扭转工具使纵向槽扭转。如此扭转纵向槽的部分区段，使得坯件的纵向槽从平行于轴线的取向连续地变形成在输送区域中根据螺旋斜率的取向。第一部分区段具有相应于螺距的至少四分之一的长度。纵向槽的第二部分区段未受到扭转。

纵向槽优选通过纵向轧制成形。

附图说明

下面的描述根据示例性的实施方式和附图阐述本发明。在附图中示出：

图1示出了钻头；

图2示出了在平面ii-ii中的钻头横截面；

图3示出了在平面iii-iii中的钻头横截面；

图4示出了在平面iv-iv中的钻头横截面；

图5示出了在平面v-v中的钻头横截面；

图6示出了在平面vi-vi中的钻头横截面；

图7示出了螺旋部的直线型形区段的纵截面；

图8示出了螺旋部的展开示意图；

图9示出了坯件的轧制；

图10示出了图9的横截面；

图11示出了半成品；

图12示出了借助旋转的模具的半成品的变形；

图13示出了支撑模具的横截面；

图14示出了模具的横截面。

只要没有不同的说明，在附图中，相同的或功能相同的元件通过相同的附图标记示出。

具体实施方式

图1示出了示例性的钻头1。钻头1具有钻头头部2、螺旋部3和插入端部4。钻头1例如设计成用于开采矿物材料，例如钢筋混凝土。钻头1在运转中沿转动方向5围绕其纵轴线6(钻头轴线)转动。对此，钻头1可插入手动工具机中，手动工具机具有相应的转动驱动机构。手动工具机的冲击工具周期性地撞击到插入端部4的自由端部7上。撞击的冲击波通过螺旋部3沿撞击方向8朝钻头头部2传播。钻头头部2打碎材料。转动运动首先确保，钻头头部2以不同的方向撞击到基础上并且均匀地冲出钻孔，其次借助螺旋部3将钻出物料从钻孔中运出。

示例性的钻头头部2具有四个凿棱边9。凿棱边9聚集在钻头轴线6上的尖端10处。尖端10优选是沿撞击方向8最高的点，因此尖端在钻探时首先接触材料。凿棱边9能够沿径向方向从外部朝向钻头轴线6沿着撞击方向8升高。凿棱边9都指向撞击方向8。凿棱边9由相应的在转动方向上先行的棱面和跟随的棱面形成，它们二者都指向撞击方向8。两个棱面朝向彼此倾斜，在凿棱边9的顶部拐角大于45度，优选大于60度且小于120度。所有凿棱边9都构造成相同的或者成对地不同。钻头头部2具有四个打断棱边11，其平行于钻头轴线6延伸。打断棱边11过渡到凿棱边9中。打断棱边11定义钻头头部2的直径。凿棱边9和打断棱边11的数量可与钻头1的直径相关地选择。例如在钻头1具有小的直径的情况下钻头头部2具有两个凿棱边9，在大的直径的情况下钻头头部2可具有多于四个的凿棱边9和相应数量的打断棱边11。

钻头头部2优选由烧结的材料、尤其碳化钨制成。凿棱边9和打断棱边11优选连接成整体、尤其是没有接合区地彼此连接。

钻头1的螺旋部3例如具有四个螺旋肋12。螺旋肋12的数量优选等于凿棱边9的数量。螺旋肋12沿着钻头轴线6多次地绕着该钻头轴线6。在钻头1转动时，螺旋肋12描绘出圆柱形的包络线13。相应相邻的螺旋肋12在它们之间包围螺旋槽14，螺旋槽在径向方向上由于该包络线13被看作在几何结构上是被限定的。钻出物料在螺旋槽14中通过螺旋肋12沿着钻头轴线6运输。

螺旋部3沿着钻头轴线6具有不同的区段，其满足不同要求，在其中螺旋肋12的斜率不同。输送区域15是主要区段并且用于输送钻出物料。输送区域15典型地在螺旋部3的大于80％的长度上延伸。输送区域15可直接邻接钻头头部2，替代地，在钻头头部2和钻头头部2之间是固定区域16，所述固定区域根据特殊的需要设计成用于将钻头头部2固定在螺旋部3上。螺旋部3在其指向插入端部4的端部7上以排出区域17终止。排出区域17过渡到插入端部4的圆柱形杆18中。

输送区域15中，螺旋肋12的螺旋斜率19，即螺旋肋12相对于垂直于钻头轴线6的平面的倾斜度在35度和70度之间的范围中。螺旋肋12的螺旋斜率19优选在整个输送区域15上是恒定的。恒定的螺旋斜率19确保钻出物料在螺旋部3中的均匀运输。恒定的螺旋斜率19决定螺旋部3的恒定的螺距20。在可替代的实施方式中，螺旋斜率19和螺距20沿撞击方向8增加。螺旋部3在输送区域15中具有沿着钻头轴线6保持不变的横截面(图3)，该横截面连续地围绕着钻头轴线6转动。横截面可尤其通过螺旋部直径21、心部直径22、螺旋肋12的高度和螺旋槽14的深度23、螺旋肋12的平均厚度24和螺旋槽14的平均宽度25描述。螺旋部直径22是钻头1的直径或螺旋部3的包络线13的直径，也就是，最小的空心圆柱体的直径，在其中螺旋部3可围绕其钻头轴线6转动。心部直径22是最大的能够完全地被描绘到螺旋部3的横截面中的圆的直径。平均厚度24和平均宽度25例如可在螺旋肋12的一半高度上确定。心部直径22、螺旋肋12的高度和螺旋槽14的深度23沿着整个输送区域15是恒定的。优选地，螺旋肋12的平均厚度24和螺旋槽14的平均宽度25也沿着整个输送区域15保持恒定。

在示例性示出的钻头1中，输送区域15沿撞击方向8过渡到固定区域16中。钻头头部2钎焊或熔焊在固定区域16的优选平面的端侧上。螺旋斜率19在固定区域16中连续地增加。优选地，螺旋斜率19过渡到与钻头轴线6平行的定向中。螺旋部3在固定区域16中的横截面在其整个长度上保持恒定。优选地，固定区域16的横截面与输送区域15中的横截面完全相同。尤其优选地，心部直径22、螺旋肋12的高度和螺旋槽14的深度23保持不变。

在螺旋部3的排出区域17中，螺旋肋12从输送区域15过渡到圆柱形的插入端部4中。排出区域17沿着钻头轴线6分成弯曲的区段26和直线的区段27。弯曲的区段26邻接输送区域15，直线的区段27邻接圆柱形的插入端部4。图4示出了弯曲的区段26在平面iv-iv中的横截面，图5示出了直线的区段27在平面v-v中的第一横截面以及图6示出了直线的区段27在平面vi-vi中的第二横截面。该横截面相对于图1的示意图的比例尺为2:1。图7示出了沿着钻头轴线6穿过排出区域17bz的纵截面。

螺旋肋12在直线的区段27中连续地与钻头轴线6平行地、即，以90度的螺旋斜率19延伸。螺旋肋12和螺旋槽14形成其在直线的区段27中的形状。螺旋肋12的高度和螺旋槽14的深度18在直线的区段27中到达了输送区域15的值。邻接的杆18呈具有杆直径28的圆柱形。螺旋肋12相对于杆直径28沿撞击方向8升高并且螺旋槽14的底部相对于杆直径28沿撞击方向8下沉。螺旋部3在直线的区段27之内已经实现了在输送区域15中延伸的横截面。尤其该横截面达到螺旋部直径21、心部直径22和螺旋槽14的深度18。螺旋肋12的高度或螺旋槽14的深度18例如达到螺旋部直径21的20％和25％之间。直线的区段27优选具有长度29，该长度相应于在输送区域15中的螺距20的四分之一和三倍之间，优选该长度29大于螺距20。已经证实，与钻头轴线6平行且直线型延伸的螺旋肋12对于钻头1相对于弯曲负荷的稳定性来说是有利的。弯曲负荷例如出现在使用者不是仅仅平行于钻头轴线6地引导钻头1，而是例如由于钻机的重量而可能在钻头1处横向于钻头轴线6地悬置。

在排出区域17的弯曲的区段26中，螺旋斜率19连续地减小。螺旋肋12从直线的区段27中的与钻头轴线6平行的方向过渡到输送区域15的倾斜方向中。螺旋斜率19的变化在图8中以展开的四线螺旋部3的示意图示出。弯曲的区段27的长度30大于螺距20的25％、优选大于螺距20的50％。螺旋斜率19的缓慢调整改善了螺旋部3的弯曲负荷能力。长度30优选小于螺距20的100％。螺旋斜率19的变化可与螺旋肋12在旋转方向5中的环绕角相关地规定。对于螺旋肋12围绕钻头轴线6盘绕的每一度，螺旋斜率19优选提高0.5度和2度之间。该变化率可为恒定的。

钻头1的示例性的插入端部4设计用于旋转凿击式手持工具机。插入端部4具有两个闭合的槽31，在槽中沿径向接合手持工具机的锁闭元件并且该锁闭元件能够沿着钻头轴线6滑动。沿着钻头轴线6取向的肋32实现了导入手持工具机的转矩。

示例性的制造方法以棒状的且圆柱形的坯件33开始。坯件优选具有与螺旋部3的横截面大致相同的或最多大于其50％的横截面。坯件33的长度例如大致在螺旋部3的长度34和钻头1的长度之间的范围中。坯件33优选由低合金钢构成。

将坯件33输送给第一轧机结构并且变形成半成品34(图9)。轧机结构具有多个轧辊35，轧辊与坯件33的轴线36平行地滚动。轧辊35围绕相应地垂直于进给方向37和轴线36的旋转轴线38旋转。轧辊35在半成品34中制造出与轴线36平行的纵向槽39。

示例性的轧辊35沿着其周边具有用于使坯件33变形的圆形部段40和平的部段41。轧辊35以平的部段41面对坯件33。平的部段与轴线36的距离大于坯件33的半径，从而坯件33能在没有变形的情况下沿着轴线36被引入轧辊35之间。坯件33在预先规定的路段中被推入轧辊35之间。轧辊35此时发生偏转，由此将圆形部段配合到坯件33中并且使坯件33变形。圆形部段与轴线36的距离相应地小于坯件33的半径。轧辊35将坯件33沿进给方向37推入，直至坯件33在轧辊35之间脱出。

纵向槽39被构建到坯件33的待变形的区段42中。坯件33的需要保留不变的区段43保持未被加工。纵向槽39具有在变形的区段42和未改变的区段43之间的过渡区域44。在过渡区域44中，从变形的区段42的横截面连续地变化到未改变的区段43上。深度45通过间距46实现，该间距相应于深度45的五分之一直至一半。

替代轧辊地，可借助冲挤将纵向槽构建到坯件中。模具(matrize)具有漏斗形延伸的开口。该开口逐渐变细直到相应于与坯件的第一区段互补的横截面。模具的漏斗形状与过渡区域互补。因此，模具至少与过渡区域一样长。槽底部优选在过渡区域中连续地提升。槽底部沿着轴线的形状可圆弧形地或直线形地连续提升。

然后仅在变形的区段42中使半成品35扭转。该扭矩例如用模具47和支撑模具48来进行。半成品35的需变形的区段42被推入模具47和支撑模具48中。模具47与未变化的区段43具有距离49。该距离例如可在螺旋部3的之后生成的螺距20的一倍至三倍之间。变形的区段42的部分区域50未被扭转，而是保持其直线的纵向槽39。部分区段50至少包括过渡区域44，优选部分区段50比过渡区域更长。纵向槽51在部分区段50中已经达到其整个深度45。

模具47相对于支撑模具48沿螺旋部3的旋转方向5偏转一偏转角。然后将半成品35从模具47和支撑模具48中拉出，由此，需变形的区段42扭转成螺旋部3。偏转角在第二部分区段52之内开始连续地提高直至理论值，然后保持恒定。第二部分区段52的长度53处于待制造的螺旋部3的螺距20的四分之一和一个螺距之间。偏转的理论值连同模具47的内部几何结构预先规定螺旋斜率19。螺旋斜率19在第二部分区段52中以很小的比率沿着钻头轴线6或螺旋部3的旋转方向5发生变化。该比率优选位于螺旋部3每围绕钻头轴线6盘绕一度0.25度和螺旋部3每围绕钻头轴线6盘绕一度2.0度之间的范围中。例如螺旋斜率19在螺旋部3的八分之一转之内，从90度变化成45度，即以每一度1.0度的平均比率。

支撑模具48具有棱柱形的贯穿孔54(图13)。贯穿孔的空心横截面优选相应于半成品35的变形的区段27的横截面或螺旋部3的横截面。支撑模具48可滑动地推移到半成品35上，没有使其变形并且优选带有很小的间隙。支撑模具48的内表面优选平行于轴线36。

模具47具有贯穿孔54，其允许半成品35不费力地引入模具47中(图14)。贯穿孔54包括棱柱形的空腔，其空心的横截面相应于半成品35的变形的区段27的横截面，因此相应于螺旋部3的横截面。背离转动方向5的内表面55如此倾斜，使得横截面沿着拉出方向56逐渐变细。在模具47偏转时，倾斜的内表面55压到半成品35的直线的肋57上。该肋57支撑在支撑模具48中，由此肋32主要在模具47之内变形。模具47仅用于扭转直线的肋32，纵向槽39的深度45尽可能保持不变并且转变到螺旋槽14的深度中。面对旋转方向5的内表面58优选与轴线36平行。

半成品35的在模具47的一侧的一端由于相对于支撑模具48和半成品35的另一端59变形而旋转。驱动机构可辅助该旋转运动。

优选由碳化钨构成的钻头头部2熔焊或钎焊在半成品35的自由端部59上。