Сверлильная коронка со сменным режущим участком
DRILL BIT WITH EXCHANGEABLE CUTTING PORTION

Область техники
Изобретение касается буровой (сверлильной) коронки со сменным режущим участком буровой коронки согласно ограничительной части п. 1.
Уровень техники
Сверлильные (буровые) коронки состоят из режущего участка с одним или несколькими режущими сегментами, участком стержня сверла и участком зажима (крепления) с хвостовиком. Сверлильную коронку с помощью хвостовика закрепляют в держателе инструмента (патроне) дрели, а при работе дрели в режиме сверления она вращается вокруг оси сверла. Известные сверлильные коронки подразделяют на сверлильные коронки со сменным участком коронки и сверлильные коронки без сменного участка. При этом в формулировке "участок сверлильной коронки" объединяют отдельные участки сверлильной коронки, которые могут быть выполнены в виде режущего участка, участка стержня и участка крепления.
Из европейской заявки ЕР 0428476 А1 известны сверлильные коронки, у которых удаляют сработавшийся режущий участок и заменяют его новым режущим участком. Участок стержня сверла и режущий участок соединены друг с другом посредством комбинации вставного соединения (шип-паз) и пайки. "Комбинацией вставного соединения и пайки" (комбинированным соединением "вставка-пайка") называют соединение двух соединительных элементов, которые сначала по меньшей мере в одном направлении образуют вставное соединение с геометрическим замыканием; затем соединенные вставкой соединительные элементы спаивают друг с другом. Режущий участок имеет выполненный в виде втулки первый, наружный соединительный элемент, а участок хвостовика - выполненный в виде штыря второй, внутренний соединительный элемент. Соединительные элементы вставляют друг в друга, а затем спаивают друг с другом. Внутренний соединительный элемент сделан на 2-10% длиннее наружного соединительного элемента и примыкает торцевой поверхностью к поверхности прилегания наружного соединительного элемента. Между вставленными друг в друга соединительными элементами имеется зазор, который заполняют припоем. В силу нагрева соединительных элементов припой расплавляется, и формируется соединение пайкой между соединительными элементами.
В заявке США US 2010/200304 А1 раскрыта еще одна известная сверлильная коронка, состоящая из сменного режущего участка, участка стержня сверла и участка крепления, причем режущий участок и участок стержня сверла соединены друг с другом комбинацией вставного соединения и пайки. Режущий участок включает в себя открытый кольцевой участок и множество режущих сегментов, которые жестко соединены с кольцевым участком. Благодаря открытому кольцевому участку с узким зазором можно компенсировать отклонения в размерах участка стержня сверла. Участок стержня сверла включает в себя выполненный в виде штыря внутренний соединительный элемент, а режущий участок - выполненный в виде втулки наружный соединительный элемент, которые вставляют друг в друга, а затем соединяют друг с другом пайкой. В кольцевом участке вдоль образующей имеются несколько сквозных сверленых отверстий, которые по меньшей мере частично размещены в наружном соединительном элементе. Посредством капиллярного эффекта сверленые отверстия способствуют распространению припоя в промежуточное пространство между внутренним и наружным соединительным элементом.
У известных сверлильных коронок со сменным участком сверлильной коронки имеются первый участок сверлильной коронки с первым соединительным элементом и второй участок сверлильной коронки со вторым соединительным элементом, причем первый и второй соединительные элементы образуют вставное соединение с наружным соединительным элементом и внутренним соединительным элементом. Соединительные элементы соединяют друг с другом пайкой с материальным замыканием. Чтобы заменить отработанный режущий участок, в случае известных сверлильных коронок с комбинацией вставного соединения и пайки разрушают соединение пайкой между участком стержня и отработанным режущим участком, насаживают на участок стержня сверла новый режущий участок и соединяют участок стержня сверла и новый режущий участок друг с другом пайкой. Сверлильные коронки с комбинацией вставного соединения и пайки обладают тем недостатком, что для разрушения пайки между отработанным режущим участком и участком стержня сверла и для создания нового соединения пайкой между новым режущим участком и участком стержня требуется источник тепла либо же соответственно паяльное устройство. Поэтому известные сверлильные коронки не годятся для быстрой замены режущего участка на стройплощадке.
Соединение пайкой между участком стержня сверла и режущим участком обладает еще одним недостатком. Режущие сегменты часто соединяют с кольцевым участком пайкой, и из-за нагрева соединительных элементов при пайке режущего участка паяное соединение с режущими сегментами может разрушиться. Чтобы гарантировать, что при пайке соединительных элементов зона теплового воздействия не захватывает режущие сегменты, кольцевой участок должен иметь некоторую определенную высоту. С другой стороны, ради снижения затрат на режущий участок кольцевой участок должен быть по возможности узок. При замене режущего участка кольцевой участок выбрасывают, и затраты на более высокий кольцевой участок приходятся на каждый режущий участок.
Сущность изобретения
Напротив, задача изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать сверлильную коронку со сменным режущим участком в такой степени, чтобы снизить расходы на технику для пользователя при замене режущего участка. Кроме того, при замене режущего участка необходимо снизить риск того, что на соединение режущих сегментов с кольцевым участком воздействует соединение режущего участка с участком стержня сверла.
В случае названной в начале сверлильной коронки эту задачу согласно изобретению решают посредством признаков независимого п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения являются предметом зависимых пунктов.
Согласно изобретению предусматривается, что первый соединительный элемент вставного соединения и второй соединительный элемент вставного соединения можно соединять друг с другом посредством штифтового соединения. Дополнительное штифтовое соединение позволяет зафиксировать режущий участок и участок стержня сверла, предотвращая их проворачивание и сдвиг относительно друг друга. Штифтовое соединение обладает тем преимуществом, что его можно выполнить разъемным, так что пользователь с небольшими усилиями может заменить участок сверлильной коронки.
Вставным соединением называют соединение, при котором два соединительных элемента, которые обозначают как первый и второй соединительные элементы вставного соединения, ведут в направлении вставки и по меньшей мере в одном направлении они образуют соединение с геометрическим замыканием. Штифтовым соединением называют соединение, в котором два компонента соединения соединяют штифтовым элементом. К штифтовым элементам в числе прочего относятся также винты и заклепки. Винт в смысле изобретения - это штифтовой элемент с наружной резьбой, который образует с подходящей внутренней резьбой приемного сверленого отверстия соединение с силовым замыканием. Заклепка в смысле изобретения - это пригодный к пластической деформации штифтовой элемент со специальной головкой, причем после деформации заклепка образует соединение с силовым замыканием с приемным сверленым отверстием в соединительном элементе, выполненным как сквозное сверленое отверстие.
В предпочтительном варианте исполнения первый и второй соединительные элементы вставного соединения образуют вставное соединение с наружным элементом вставного соединения и внутренним элементом вставного соединения. Вставное соединение с внутренним и наружным элементами вставного соединения пользователь может легко разомкнуть и сомкнуть. Кроме того, участки сверлильной коронки, которые соединены через элементы вставного соединения, точно выровнены относительно друг друга.
Наружный диаметр наружного элемента вставного соединения меньше или равен наружному диаметру режущего круга, который образуют режущие сегменты, а внутренний диаметр внутреннего элемента вставного соединения больше или равен внутреннему диаметру режущего круга. Внутренний и наружный диаметры режущего круга задают диаметр сверленого отверстия в заготовке и диаметр сверлильного керна. Чтобы обеспечить работоспособность сверлильной коронки при высверливании керна в заготовке, комбинированное вставное и штифтовое соединение сверлильной коронки не должно быть меньше внутреннего диаметра режущего круга и не должно быть больше наружного диаметра режущего круга.
Предпочтительно, чтобы в первом вставном соединительном элементе и/или во втором вставном соединительном элементе вставного соединения было предусмотрено углубление, которое можно заполнять средством защиты от коррозии. Средство защиты от коррозии в углублении поддерживает во вставном соединении способность к скольжению и улучшает его работоспособность. Средство защиты от коррозии особенно важно, если при высверливании керна применяют охлаждающую и промывочную жидкость, которая может вызывать коррозию между соединительными элементами и соответственно ограничивать возможность разъединения вставного соединения.
Предпочтительно, чтобы у штифтового соединения имелось по меньшей мере одно приемное сверленое отверстие и по меньшей мере один штифтовой элемент, причем штифтовой элемент можно вставлять в приемное сверленое отверстие. Геометрические параметры приемных сверленых отверстий и штифтовых элементов согласованы друг с другом. Штифтовые элементы, например, изготовлены в форме цилиндров с круглым или эллиптическим сечением или же со схождением на конус.
Особенно предпочтительно, чтобы по меньшей мере одно приемное сверленое отверстие было выполнено той же глубины или глубже, чем по меньшей мере один штифтовой элемент. Такой вид приемного сверленого отверстия гарантирует, что штифтовые элементы не выступают за внутреннюю или наружную сторону участка стержня сверла.
В первой форме исполнения штифтовой элемент изготовлен незакрепленным, а приемное сверленое отверстие пронизывает один из соединительных элементов вставного соединения полностью (насквозь), а второй соединительный элемент по меньшей мере частично. Штифтовой элемент, выполненный незакрепленным, можно просто заменить на новый штифтовой элемент.
В первом варианте приемное сверленое отверстие пронизывает второй соединительный элемент вставного соединения не полностью. То, что приемное сверленое отверстие пронизывает соединительный элемент вставного соединения лишь частично, а не полностью, предотвращает выпадение штифтового элемента. Кроме того, дно приемного сверленого отверстия может служить сопряженной поверхностью штифтового элемента для магнитного штифтового соединения.
Особенно предпочтительно, чтобы у второго элемента вставного соединения имелось отверстие, которое соединяет приемное сверленое отверстие с внутренней стороной или наружной стороной участка сверлильной коронки, причем отверстие сделано меньшим, чем приемное сверленое отверстие. Через это отверстие к штифтовому элементу имеется доступ с внутренней стороны или с наружной стороны участка сверлильной коронки, и его можно с помощью надлежащего инструмента удалить из приемного сверленого отверстия, так что пользователь может легко разомкнуть штифтовое соединение.
Во втором варианте приемное сверленое отверстие полностью пронизывает второй соединительный элемент вставного соединения (проходит через него насквозь). Сквозные приемные сверленые отверстия обладают тем преимуществом, что эти приемные отверстия доступны с внутренней или наружной стороны, и пользователь может легко разомкнуть штифтовые соединения. Предпочтительно, чтобы сверленое приемное отверстие было конической формы. Благодаря конической форме приемных сверленых отверстий и штифтовых элементов отсутствует опасность того, что штифтовые элементы выскользнут на внутреннюю или наружную сторону.
В предпочтительном варианте штифтовое соединение выполнено как разъемное соединение. Соединение называют разъемным, если пользователь может без разрушения разомкнуть (разделить) соединение, как, например, вставное соединение, винтовое соединение или магнитное соединение.
Особенно предпочтительно, чтобы штифтовое соединение было выполнено как магнитное штифтовое соединение, причем штифтовой элемент или один из элементов вставного соединения изготовлены в виде постоянного магнита. Если штифтовой элемент изготовлен как постоянный магнит, то элемент вставного соединения должен быть ферромагнитным, а если как постоянный магнит изготовлен элемент вставного соединения, то штифтовой элемент должен быть ферромагнитным. Магнитные штифтовые соединения обладают тем преимуществом, что штифтовые элементы можно использовать повторно, и что штифтовые элементы развивают известное усилие удержания. В случае магнитного штифтового соединения пользователь может просто и быстро заменить участок сверлильной коронки на новый участок сверлильной коронки. Для удаления старого участка сверлильной коронки из приемных сверлильных отверстий извлекают штифтовые элементы и размыкают вставное соединение между участками сверлильной коронки. Участки сверлильной коронки вставляют друг в друга, а выполненные в виде постоянных магнитов штифтовые элементы вводят в сквозные отверстия наружного элемента вставного соединения. Затем наружный соединительный элемент вставного соединения вращают вокруг внутреннего элемента вставного соединения, пока штифтовые элементы не войдут с защелкиванием в приемные сверленые отверстия внутреннего элемента вставного соединения. Ввиду магнитных сил защелкивание штифтовых элементов оказывается слышно пользователю. Магнитные штифтовые соединения обладают тем преимуществом, что при замене участка сверлильной коронки пользователю нет необходимости точно выравнивать сверленые отверстия во внутреннем и наружном соединительном элементе вставного соединения относительно друг друга; точное выравнивание осуществляют посредством вращения участка сверлильной коронки и защелкивания штифтовых элементов в сверленых приемных отверстиях.
Предпочтительно, чтобы штифтовые элементы можно было зажимать в приемных сверленых отверстиях. При этом приемное сверленое отверстие имеет вид поперечной прорези различной ширины, а штифтовой элемент вводят в поперечную прорезь. Посредством вращательного движения вокруг оси сверла штифтовой элемент поворачивают в поперечной прорези, пока штифтовой элемент не окажется зажат в поперечной прорези. При этом штифтовой элемент может также иметь ступенчатую форму с первой и второй ступенью. Большей ступенью штифтовой элемент вводят в приемное сверленое отверстие, а меньшей ступенью зажимают в приемном сверленом отверстии.
Магнитные штифтовые элементы можно предпочтительно комбинировать с зажимными штифтовыми элементами. Комбинация годится для вариантов применения в сверлильной коронке, в которых магнитное притяжение, например, сильно уменьшается из-за высоких температур. В этом случае зажатый штифтовой элемент фиксирует режущий участок на участке стержня сверла. Изготовление штифтового элемента в магнитном виде дает то преимущество, что при введении штифтового элемента в приемное сверленое отверстие он оказывается зафиксирован.
В альтернативной форме исполнения штифтовой элемент закреплен на одном из соединительных элементов вставного соединения, а сверленое приемное отверстие пронизывает другой элемент вставного соединения полностью. При этом штифтовой элемент можно зажимать в приемном сверленом отверстии. Предпочтительно, чтобы приемное сверленое отверстие представляло собой поперечную прорезь различной ширины. Штифтовой элемент вводят в поперечную прорезь и посредством вращательного движения вокруг оси сверла поворачивают в поперечной прорези, пока штифтовой элемент не окажется зажат в поперечной прорези.
Особенно предпочтительно, чтобы приемное сверленое отверстие соединялось с соединительной прорезью в элементе вставного соединения, причем приемное сверленое отверстие и соединительная прорезь выполнены в форме Т-образного паза. Чтобы иметь возможность ввести штифтовой элемент в приемное сверленое отверстие, в элементе вставного соединения предусмотрена соединительная прорезь, которая связана с приемным сверленым отверстием. Приемное сверленое отверстие и соединительная прорезь выполнены в форме Т-образного паза. В сравнении с L-образным пазом у Т-образного паза имеется то преимущество, что уменьшается опасность непредусмотренного отсоединения режущего участка. Если сверлильную коронку зажало (заклинило) в основании, пользователь пытается высвободить сверлильную коронку из основания посредством движений в разных направлениях вокруг оси сверла.
Предпочтительно, чтобы между режущими сегментами и участком стержня сверла размещался направляющий участок, причем направляющий участок по меньшей мере частично присоединялся бы к режущим сегментам вровень (заподлицо) по наружной и/или по внутренней стороне. Благодаря соединению направляющего участка с режущими сегментами вровень направляющий участок при сверлении с помощью сверлильной головки задает режущим сегментам направление (формирует направляющую) и стабилизирует режущие сегменты. При этом придание направления можно осуществлять посредством направляющего участка на наружной стороне сверлильной коронки через субстрат, окружающий скважину, или же на внутренней стороне сверлильной коронки, через керн.
Особенно предпочтительно, чтобы направляющий участок размещался на заменяемом участке сверлильной коронки. В первом варианте направляющий участок по меньшей мере частично примыкает вровень с наружной стороной к режущим сегментам и по меньшей мере частично выполнен как наружный соединительный элемент вставного соединения. В альтернативном варианте направляющий участок по меньшей мере частично примыкает вровень с внутренней стороной к режущим сегментам и по меньшей мере частично выполнен как внутренний соединительный элемент вставного соединения.
Примеры исполнения
Ниже дано пояснение примеров исполнения изобретения на основании чертежа. Чертеж не обязательно отображает примеры исполнения строго масштабно, напротив, чертеж (там, где он служит пояснению) выполнен в схематическом и/или несколько искаженном виде. Что касается дополнений к положениям, непосредственно видимым из чертежа, то дана ссылка на соответствующий уровень техники. При этом следует учитывать, что возможны разнообразные модификации и изменения, касающиеся формы и подробностей формы исполнения, без отклонения от общей идеи изобретения. Признаки изобретения, изложенные в описании, в чертеже, а также в формуле изобретения, могут быть существенны для варианта исполнения изобретения как каждый по отдельности, так и в произвольном сочетании. Кроме того, изобретение охватывает все сочетания по меньшей мере двух признаков, изложенных в описании, чертеже и/или в формуле изобретения. Общая идея изобретения не ограничена точной формой или подробностями показанной и описанной ниже предпочтительной формы исполнения и не лимитирована предметом, который был бы более ограничен, чем заявленный в форме изобретения предмет. В случае указанных диапазонов параметров значения, лежащие в пределах названных границ, также следует считать изложением граничных значений, необходимо их произвольное применение и испрашивание. В целях простоты изложения ниже для идентичных или сходных деталей или же для деталей с идентичной или сходной функцией применяют одинаковые обозначения.
Представлены:
Фиг. 1 - первая форма исполнения сверлильной коронки согласно изобретению, состоящей из режущего участка, участка стержня сверла и участка крепления, причем участок стержня сверла соединен с режущим участком и участком крепления разъемным соединением;
фиг. 2А, В - выполненное в виде вставного соединения соединение между режущим участком и участком стержня сверла сверлильной коронки, представленной на фиг. 1, в продольном разрезе параллельно оси сверла во вставленном состоянии (фиг. 2А) и соединительные элементы вставного соединения в разобранном виде (фиг. 2В);
фиг. 3А, В - вторая форма исполнения сверлильной коронки согласно изобретению, состоящей из режущего участка, первого и второго участка стержня сверла и участка крепления, которые соединены друг с другом посредством вставных соединений с предохранительными устройствами (фиг. 3А), а также набор из нескольких участков сверлильной коронки (фиг. 3В);
фиг. 4А, В - третья форма исполнения сверлильной коронки согласно изобретению со сменным режущим участком, который соединен с участком стержня сверла посредством вставного соединения (фиг. 4А), и соединение между режущим участком и участком стержня сверла в продольном разрезе параллельно оси сверла (фиг. 4В).
Фиг. 1 демонстрирует первую форму исполнения сверлильной коронки 1 согласно изобретению, состоящей из режущего участка 2, участка стержня сверла 3 и участка крепления 4. Режущий участок 2 включает в себя кольцевой участок 5 в форме цилиндра и множество режущих сегментов 6, которые соединены с кольцевым участком. Режущие сегменты 6 соединены с кольцевым участком 5 сваркой, пайкой, винтовым соединением или закреплены на кольцевом участке 5 другим подходящим способом крепления. В состав участка крепления входят крышка 7 и вставной конец 8, посредством которого сверлильную коронку закрепляют в патроне дрели. Во время сверления сверлильная коронка 1 под воздействием сверлильной машины вращается вокруг оси сверла 9, и в случае ручной дрели - пользователь вручную, а в случае стационарного сверлильного станка - механизм подачи перемещает ее в направлении сверления 10, параллельно оси сверла, в подлежащий обработке субстрат.
Режущий участок 2 соединен с участком стержня сверла 3 посредством первого соединения 11, а участок стержня сверла 3 соединен с участком крепления 4 посредством второго соединения 12. Первое и второе соединения 11, 12 выполнены в виде разъемных соединений. Соединение называют разъемным, если пользователь может без разрушения разомкнуть (разделить) соединение, как, например, вставное соединение, винтовое соединение или магнитное соединение. Соединение называют неразъемным, если пользователь может разомкнуть (разделить) соединение только посредством разрушения средств соединения, как, например, паяное соединение, сварное соединение, клепаное соединение и/или клеевое соединение.
В форме исполнения, показанной на фиг. 1, первое и второе соединения 11, 12 выполнены как разъемные соединения, соединяющие первый участок сверлильной коронки 2, 3 со вторым участком сверлильной коронки 3, 4. Для первого соединения 11 режущий участок 2 образует первый участок сверлильной коронки, а участок стержня сверла 3 - второй участок сверлильной коронки. Для второго соединения 12 участок стержня сверла 3 образует первый участок сверлильной коронки, а участок крепления 4 - второй участок сверлильной коронки.
В варианте исполнения, представленном на фиг. 1, режущий участок 2 включает в себя цилиндрический кольцевой участок 5, на котором закреплены несколько режущих сегментов 6. Вместо нескольких режущих сегментов 6 у режущего участка 2 может иметься один единственный режущий сегмент, изготовленный в виде режущей втулки, который соединен с кольцевым участком 5. Кроме того, режущий участок 2 может состоять из множества фрагментов, причем каждый фрагмент имеет кольцевой участок, выполненный в виде части цилиндра, по меньшей мере с одним режущим сегментом 6 и соединен с участком стержня сверла 3.
На фиг. 2А, В показано первое соединение 11 сверлильной коронки 1, которое соединяет режущий участок 2 с участком стержня сверла 3 с возможностью разъема, в продольном разрезе параллельно оси сверла 9, причем фиг. 2А демонстрирует соединение во вставленном (собранном) состоянии, а фиг. 2В - элементы соединения в разобранном виде.
Первое соединение 11 между режущим участком 2 и участком стержня сверла 3 выполнено как вставное соединение с первым элементом вставного соединения 13, изготовленным в виде втулки, и вторым элементом вставного соединения 14, изготовленным в виде штыря. Первый элемент вставного соединения 13 предусмотрен на кольцевом участке 5 режущего участка 2 и выполнен в виде единой детали (монолита) с кольцевым участком 5. Второй элемент вставного соединения 14 предусмотрен на участке стержня сверла 3 и выполнен в виде единой детали с участком стержня сверла 3. В качестве альтернативы исполнению в виде монолита элементы вставного соединения 13, 14 можно изготавливать в виде отдельных деталей, а затем соединять их с кольцевым участком 5 либо же соответственно с участком стержня сверла 3.
Участок стержня сверла 3 вставляют штырем 14 во втулку 13 режущего участка. У втулки 13 имеются наружная боковая поверхность 15, торцевая поверхность 16 и поверхность прилегания 17, а у штыря 14 - внутренняя боковая поверхность 18, торцевая поверхность 19 и поверхность прилегания 20. Штырь 14 изготовлен более длинным, чем втулка 13. Благодаря различию в длине между элементами вставного соединения 13, 14 обеспечивается прилегание торцевой поверхности 19 штыря 14 к поверхности прилегания 17 втулки 13.
Во вставленном состоянии участок стержня сверла 3 прилегает торцевой поверхностью 19 к поверхности прилегания 17 режущего участка 2. Внутренняя боковая поверхность 15 втулки 13 и наружная боковая поверхность 18 штыря 14 образуют подвижную посадку (с зазором). Чем меньше разность между диаметрами боковых поверхностей 15, 18, тем точнее выровнен режущий участок 2 относительно оси сверла 9. С другой стороны, зазор между втулкой 13 и штырем 14 должен быть достаточно велик, чтобы пользователь мог вручную извлечь режущий участок 2 из участка стержня сверла 3.
Первый и второй элементы вставного соединения 13, 14 в радиальном направлении 21 соединены друг с другом перпендикулярно оси сверла 9 посредством блокировочного устройства 22, выполненного как разъемное штифтовое соединение. В состав штифтового соединения 22 входят несколько приемных сверленых отверстий 23 и выполненных как штифтовые элементы стопорных элементов 24, которые вставляют в приемные сверленые отверстия 23. Каждое приемное сверленое отверстие 23 состоит из сквозного отверстия 25, которое проходит через всю втулку 13, и слепого отверстия 26, которое проходит через штырь 14 частично. Приемное сверленое отверстие выполнено в штыре 14 в виде слепого отверстия 26, чтобы предотвратить проскальзывание штифтового элемента 24 к внутренней стороне сверлильной коронки.
Задача первого соединения 11 состоит в том, чтобы соединять друг с другом режущий участок 2 и участок стержня сверла 3 во всех направлениях поступательного и вращательного движения. Сменный режущий участок 2 необходимо фиксировать, предотвращая поступательные движения в направлении сверления 10, противоположно направлению сверления 10, а также вращение вокруг оси сверла 9. Вставное соединение соединительных элементов 13, 14 фиксирует режущий участок 2, предотвращая поступательные движения против направления сверления 10 и по радиусу в направлении сверления 10. Штифтовое соединение 22 препятствует вращению вокруг оси сверления 9 и поступательному движению в направлении сверления 10. При этом к штифтовому соединению 22 предъявляется то дополнительное требование, что штифтовой элемент 24 во время сверления должен быть надежно зафиксирован в приемном сверленом отверстии 23 и не должен высвобождаться из сверленого приемного отверстия 23. Если штифтовой элемент 24 в процессе сверления высвобождается из приемного сверленого отверстия 23, то режущий участок 2 не предохранен от поступательного движения в направлении сверления 10 и вращения вокруг оси сверления 9.
Для снижения опасности того, что штифтовые элементы 24 в процессе сверления при вращении вокруг оси сверления 9 под воздействием центробежных сил отсоединяются и выпадают из сверленого приемного отверстия 23, для штифтовых элементов 24 предусмотрена дополнительная защита от выпадения. Эту защиту от выпадения можно реализовывать, например, вклейкой или впайкой штифтовых элементов 24 в приемное сверленое отверстие 23, либо же штифтовые элементы изготавливают в виде магнитных штифтовых элементов, винтов или в виде заклепок. В качестве альтернативы можно фиксировать штифтовые элементы 24 в приемном сверленом отверстии 23 посредством дополнительных элементов, как, например, клейкой ленты или пружинного кольца. При этом клейкая лента и пружинное кольцо играют роль удерживающих элементов.
Винт представляет собой штифтовой элемент 24 с наружной резьбой, которая взаимодействует с подходящей внутренней резьбой сверленого приемного отверстия 23; дополнительное резьбовое соединение фиксирует штифтовой элемент 24 в приемном сверленом отверстии 23. Заклепка - это пригодный к пластической деформации штифтовой элемент, который называют стержнем (телом) заклепки, с закладной головкой (основной, осадной) и замыкающей головкой заклепки. Заклепку вдвигают в выполненное в элементах вставного соединения в виде сквозного сверленого отверстия приемное сверленое отверстие до тех пор, пока закладная головка не соприкоснется с элементом вставного соединения (прилегание). Затем из выступающего конца путем воздействия давления, например путем удара молотка или воздействия пресса, формируют замыкающую головку. Для формирования замыкающей головки целесообразно, чтобы закладная головка находилась на внутренней стороне сверлильной коронки, а замыкающая головка - на ее наружной стороне. Форма закладной головки может быть различной - это может быть, например, потайная (утопленная) головка, полукруглая низкая головка или плоская утопленная головка. На внутреннем элементе вставного соединения, к которому прилегает закладная головка, может быть предусмотрен подходящий к форме головки приемный участок для закладной головки.
В случае магнитного штифтового соединения дно слепого отверстия 26 образует сопряженную поверхность для штифтового элемента 24. При этом штифтовой элемент 24 выполнен в виде постоянного магнита, а штырь 14 ферромагнитным, или же штырь 14 в виде постоянного магнита, а штифтовой элемент 24 выполнен ферромагнитным. Втулка 13, которую соединяют со штырем 14 посредством штифтового соединения 22, может быть изготовлена из ферромагнитного материала или из другого материала, например пластмассы.
Диаметр стопорных элементов 24 и соответствующих приемных сверленых отверстий 23 приведены в соответствие друг другу. Сверленые приемные отверстия 23 сделаны той же глубины, что и стопорные элементы 24, или глубже. Это гарантирует, что стопорные элементы 24 не выступают из наружной стороны 27 втулки 13. Стопорные элементы 24 выполнены как магнитные цилиндрические штифты, причем сила магнитного притяжения приведена в соответствие с рабочими показателями сверлильной машины. Приемное сверленое отверстие 23 через отверстие 28 соединяется с внутренней стороной 29 участка стержня сверла 23. Через отверстие 28 имеется доступ с внутренней стороны 29 к стопорному элементу 24, и его можно, например, с помощью надлежащего инструмента выдавить из приемного сверленого отверстия 23, так что штифтовое соединение можно легко разомкнуть (разнять).
Режущий участок 6 со сработавшимися режущими сегментами 6 пользователь может легко и быстро заменить на новый режущий участок 2. Для удаления сработавшегося режущего участка 2 из сверленых приемных отверстий 23 удаляют стопорные элементы 24 и снимают сработавшийся режущий участок 2 с участка стержня сверла 3. Участок стержня сверла 3 вставляют штырем 14 во втулку 13 нового режущего участка 2, а штифтовые элементы 24 вставляют в сквозные сверленые отверстия 25 нового режущего участка 2. Затем новый режущий участок 2 вращают вокруг участка стержня сверла 3, пока штифтовые элементы 24 не войдут с защелкиванием в слепые сверленые отверстия 26 участка стержня сверла 3. Защелкивание стопорных элементов 24 в слепых сверленых отверстиях 26 участка стержня сверла 3 слышно пользователю ввиду воздействия магнитных сил. Магнитное соединение имеется между штифтовым элементом 24 и дном слепого отверстия 26.
Фиг. 3А демонстрирует вторую форму исполнения сверлильной коронки 31 согласно изобретению, состоящей из режущего участка 32, первого и второго участка стержня сверла 33, 34 и участка крепления 35. Режущий участок 32 соединен первым разъемным соединением 36 с первым участком стержня сверла 33, первый участок стержня сверла 33 - вторым разъемным соединением 37 со вторым участком стержня сверла 34, а второй участок стержня сверла 34 - третьим разъемным соединением 38 с участком крепления 35.
Разъемное соединение 38 между участком стержня сверла 34 и участком крепления 35 дает пользователю возможность при удалении бурового керна отсоединить участок крепления 35 и удалить керн из участка стержня сверла 34. Кроме того, можно предусмотреть участки крепления 35 с различными вставными концами 8 так, чтобы сверлильная коронка 31 годилась для сверлильных машин с различными держателями инструмента (патронами).
Соединения 36-38 выполнены как разъемные соединения, которые соединяют первый участок сверлильной коронки 32, 33, 34 со вторым участком сверлильной коронки 33, 34, 35. Для первого соединения 36 режущий участок 32 представляет собой первый участок сверлильной коронки, а первый участок стержня сверла 33 - второй участок сверлильной коронки, для второго соединения 37 первый участок стержня сверла 33 представляет собой первый участок сверлильной коронки, а второй участок стержня сверла 34 - второй участок сверлильной коронки, а для третьего соединения 38 второй участок стержня сверла 34 представляет собой первый участок сверлильной коронки, а участок крепления 35 - второй участок сверлильной коронки.
Режущий участок 32, как и режущий участок 2 сверлильной коронки 1, состоит из кольцевого участка 5 с несколькими режущими сегментами 6, которые соединены с кольцевым участком 5 сваркой, пайкой или иным способом крепления. В состав участка крепления 35, как и участка крепления 4 сверлильной коронки 1, входят крышка 7 и вставной конец 8, посредством которого сверлильную коронку 31 закрепляют в держателе инструмента сверлильной машины (патроне дрели).
На обращенной от режущих сегментов 6 стороне режущего участка 32 имеется выполненный в виде втулки первый, наружный соединительный элемент вставного соединения 39, который образует первое вставное соединение 36 со вторым, выполненным в виде штекера, внутренним элементом вставного соединения 40 первого участка стержня сверла 33. На обращенной от режущих сегментов 6 стороне первого участка стержня сверла 33 имеется выполненный в виде втулки первый, наружный соединительный элемент вставного соединения 41, который образует второе вставное соединение 37 со вторым, выполненным в виде штекера, внутренним элементом вставного соединения 42 второго участка стержня сверла 34. На обращенной от режущих сегментов 6 стороне второго участка стержня сверла 34 имеется выполненный в виде втулки первый, наружный соединительный элемент вставного соединения 43, который образует третье вставное соединение 38 со вторым, выполненным в виде штекера, внутренним элементом вставного соединения 44 участка крепления 35.
У вставных соединений 36-38 между участками 32-35 сверлильной коронки 31 дополнительно имеются выполненные в виде штифтовых соединений стопорные устройства 45, 46, 47, которые препятствуют вращению участков 32-35 вокруг оси сверления 9 и сдвигу участков 32-35 вдоль оси сверления 9. В каждом случае в состав стопорных устройств входят по несколько приемных сверленых отверстий 48, 49, 50 и штифтовых элементов 51, 52, 53, которые вставляют в приемные сверленые отверстия 48-50.
Приемные сверленые отверстия 48-50 выполнены в виде сквозных отверстий, которые полностью проходят сквозь элементы вставного соединения 39-44, а форма их сходит на конус в направлении внутрь. Благодаря конической форме приемных сверленых отверстий 48-50 и штифтовых элементов 51-53 отсутствует опасность того, что штифтовые элементы 51-53 выскользнут внутрь. Сквозные приемные сверленые отверстия 48-50 обладают тем преимуществом, что эти приемные отверстия 48-50 доступны с внутренней стороны, и пользователь может легко разомкнуть штифтовые соединения 45-47. Чтобы уменьшить вероятность того, что штифтовые элементы 51-53 при вращении вокруг оси сверления отсоединятся под воздействием центробежной силы, штифтовые элементы 51-53 можно вклеить, впаять или ввинтить в приемные сверленые отверстия 48-50.
Приемные сверленые отверстия 48-50 в элементах вставного соединения 39-44 и стопорные элементы 51-53 в форме исполнения, показанной на фиг. 3, выполнены одинаково для первого, второго и третьего соединения 36-38, так что каждый первый элемент вставного соединения 39, 41, 43 можно соединить с каждым вторым элементом вставного соединения 40, 42, 44, т.е. режущий участок 32 можно соединить с первым участком стержня сверла 33, вторым участком стержня сверла 34 или с участком крепления 35.
Фиг. 3В демонстрирует набор 54 участков сверлильной коронки, который помимо участков сверлильной коронки 32-35 показанной на фиг. 3А сверлильной коронки 31 включает в себя еще один режущий участок 55 и еще один участок крепления 56.
Еще один режущий участок 55 отличается от режущего участка 32 строением режущих сегментов 57, например, формой и/или материалом. Строение режущих сегментов позволяет сделать подходящий для различных субстратов режущий участок. Набор 54 может дополнительно включать в себя дальнейшие режущие участки 32, 55, которые служат заменой отработанных режущих участков 32, 55. Еще один режущий участок 56 отличается от режущего участка 35 вставным концом 58, так что можно сконструировать сверлильную коронку для сверлильных машин с различными держателями инструментов.
Показанный на фиг. 3В набор 54 участков сверлильной коронки 32-35 дает пользователю возможность собрать четыре сверлильные коронки различной длины. Первая, самая короткая сверлильная коронка состоит из режущего участка 32 и участка крепления 35, вторая сверлильная коронка состоит из режущего участка 32, первого участка стержня сверла 33 и участка крепления, третья сверлильная коронка состоит из режущего участка 32, второго участка стержня сверла 34 и участка крепления 35, а четвертая, самая длинная сверлильная коронка состоит из режущего участка 32, первого и второго участка стержня сверла 33, 34 и участка крепления 35.
Фиг. 4А демонстрирует третью форму исполнения сверлильной коронки согласно изобретению 61, состоящую из сменного режущего участка 62, участка стержня сверла 63 и участка крепления 64, в трехмерном изображении.
Режущий участок 62 включает в себя кольцевой участок 65, который соединен с несколькими режущими сегментами 6, и посредством разъемного соединения 66 соединяется с участком стержня сверла 63. В направлении оси сверления 9 соединение 66 выполнено как вставное соединение из первого и второго элемента вставного соединения, причем элементы вставного соединения зафиксированы в радиальном направлении перпендикулярно оси сверления 9 посредством стопорного устройства 67 с предотвращением вращения вокруг оси сверления 9, а также с предотвращением сдвига вдоль оси сверления 9.
Фиг. 4В демонстрирует соединение 66 между режущим участком 62 и участком стержня 63 в продольном разрезе параллельно оси сверла 9. Соединение 66 включает в себя первый, выполненный в виде втулки, наружный элемент вставного соединения 68, который предусмотрен на режущем участке 62, и выполненный в виде штыря второй, внутренний элемент вставного соединения 69, который предусмотрен на участке стержня сверла 63. Стопорное устройство 67 выполнено как штифтовое соединение, состоящее из нескольких сверленых приемных отверстий 70 и штифтовых элементов 71, которые вставляют в приемные сверленые отверстия 70. Приемные сверленые отверстия 70 через отверстие 72 соединены с внутренней стороной 73.
Конструкция кольцевого участка 65 и первого, наружного элемента вставного соединения 68 отличается от конструкции кольцевого участка 5 и первого элемента вставного соединения 13 сверлильной коронки 1. Кольцевой участок 65 в отличие от кольцевого участка 5 сверлильной коронки 1 выполнен из двух частей и состоит из первого кольцевого участка 74 с постоянным внутренним диаметром и второго кольцевого участка 75, внутренний диаметр которого уменьшается в направлении режущих сегментов 6. Второй кольцевой участок 75 предназначен для того, чтобы способствовать удалению керна, и его называют керноудаляющим участком. Наружный диаметр первого и второго кольцевого участков 74, 75 постоянен. Кольцевой участок 65 с наружной стороны 76 вровень соединяется с режущими сегментами 6. Благодаря тому, что кольцевой участок 65 с наружной стороны 76 вровень примыкает к режущим сегментам 6, при сверлении с помощью сверлильной коронки 61 кольцевой участок 65 придает направление режущим сегментам 6 и стабилизирует режущие сегменты 6.
Выполненный в виде втулки первый элемент вставного соединения 68 в отличие от первого элемента вставного соединения 13 сверлильной коронки 1 выполнен из двух частей и состоит из первого участка 77 с постоянным наружным диаметром и второго участка 78, наружный диаметр которого уменьшается в направлении участка стержня сверла 3. Наружный диаметр участка стержня сверла 63 меньше, чем желательный диаметр скважины. При сверлении сверлильной коронкой 61 между скважиной [(стенкой скважины)] и участком стержня сверла должен быть зазор, по которому можно перемещать охлаждающую и промывочную жидкость.
У первого участка 77 втулки 68 наружный диаметр соответствует желательному диаметру скважины, так что первый участок 77 при сверлении сверлильной коронкой 61 также придает направление режущим сегментам 6 и стабилизирует режущие сегменты 6. Кольцевой участок 65 и первый участок 77 втулки 68 в совокупности называют направляющим участком 79. Направляющий участок 79 и второй участок 78 втулки 68 выполнены монолитными. В качестве альтернативы монолитному исполнению можно изготовить участки 74, 75, 77, 78 в виде отдельных деталей и соединить их.
Направляющий участок 79 - это составная часть сменного режущего участка 62, и при работе сверлильной коронкой 61 он срабатывается от трения о подлежащий сверлению субстрат. Размещение направляющего участка 79 на сменном режущем участке 62 обладает тем преимуществом, что направляющий участок 79 регулярно заменяют и гарантируются благоприятные показатели придания направления режущим сегментам 6. Высоту направляющего участка 79 выбирают так, чтобы, с одной стороны, можно было придавать направление режущим сегментам 6 при сверлении, а с другой стороны, можно было перемещать охлаждающую и промывочную жидкость в скважине.
Для сохранения работоспособности вставного соединения 66 у первого элемента вставного соединения 68 имеется углубление 80, которое до сборки сверлильной коронки 61 заполняют средством защиты от коррозии. В качестве альтернативы или дополнения на втором элементе вставного соединения 69 можно предусмотреть углубление, в которое помещают средство защиты от коррозии.
Фиг. 4А, В демонстрируют форму исполнения сверлильной коронки 61, в которой режущий участок 62 включает в себя керноудаляющий участок 75 и переходный участок 78. Формирование керноудаляющего участка 75 на внутренней стороне 73 режущего участка 62 не оказывает влияния на способность направляющего участка 79 придавать направление. В качестве альтернативы можно предусмотреть керноудаляющий участок 75 в другом месте режущего участка 62, или же у сверлильной коронки 61 может не быть керноудаляющего участка. Скошенный переходный участок 78 обладает тем преимуществом, что сверлильную коронку, заклиненную в скважине, легче извлечь из скважины благодаря меньшему сопротивлению.
У показанных на фиг. 1, 3А и 4А сверлильных коронок 1, 31, 61 круглое сечение перпендикулярно оси сверла. В качестве альтернативы возможно другое подходящее сечение сверлильных коронок согласно изобретению, например многоугольное сечение.