СВЕРЛИЛЬНАЯ КОРОНКА С ЗАМЕНЯЕМЫМ РЕЖУЩИМ УЧАСТКОМ
DRILLING CROWN WITH REPLACEABLE CUTTING SECTION

Область техники
Настоящее изобретение касается сверлильной (буровой) коронки со сменным режущим участком согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Сверлильные коронки состоят из режущего участка с одним или несколькими режущими сегментами, участком стержня сверла и участком зажима (крепления) с хвостовиком, посредством которого сверлильную коронку закрепляют в держателе инструмента (патроне) дрели. При работе дрели в режиме сверления сверлильная коронка вращается вокруг оси сверла и образует в подлежащем обработке изделии сверленое отверстие. В процессе сверления участок крепления фиксируют в держателе инструмента сверлильной машины (патроне дрели), а режущий участок обращен к подлежащей обработке заготовке. Участок стержня сверла располагается между режущим участком и участком крепления и непосредственно соединяется с обоими участками сверлильной коронки. Термином "участок сверлильной коронки" собирательно называют отдельные участки сверлильной коронки, которые выполнены как режущий участок, участок стержня сверла или участок крепления.
Из европейской заявки EP 0428476 A1 известны сверлильные коронки с участком стержня сверла и сменным режущим участком. Участок стержня сверла и режущий участок сверлильной коронки соединены друг с другом комбинацией вставного соединения 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. У режущего участка имеется наружный соединительный элемент, а у участка стержня сверла - внутренний соединительный элемент, причем внутренний и наружный соединительные элементы выполнены кольцевыми с замкнутым сечением. Соединительные элементы вставляют друг в друга и соединяют друг с другом пайкой. 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. Благодаря нагреву соединительных элементов припой расплавляется, и между вставленными соединительными элементами формируется соединение пайкой.
В заявке США US 2010/200304 A1 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. Открытый кольцевой участок с узким зазором между концами кольцевого участка компенсирует отклонения в размерах участка стержня сверла. Режущий участок включает в себя наружный соединительный элемент, а участок стержня сверла - внутренний соединительный элемент, которые вставляют друг в друга, а затем спаивают друг с другом. Внутренний соединительный элемент участка стержня сверла выполнен в виде кольца и имеет замкнутое сечение, а наружный соединительный элемент режущего участка выполнен кольцевидным с открытым сечением. Вдоль боковой поверхности (образующей) кольцевого участка имеются несколько сквозных сверленых отверстий, которые по меньшей мере частично расположены 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 с комбинацией вставного соединения и пайки, чтобы заменить режущий участок, соединение пайкой между участком стержня сверла и режущим участком разрушают, на участок стержня сверла насаживают новый режущий участок, а затем участок стержня сверла и новый режущий участок соединяют пайкой. Сверлильные коронки с комбинацией вставного соединения и пайки обладают тем недостатком, что для разрушения соединения пайкой между отработанным режущим участком и участком стержня сверла и для создания нового соединения пайкой между новым режущим участком и участком стержня сверла требуются источник тепла и паяльное устройство. Поэтому известные сверлильные коронки с комбинацией вставного соединения и пайки не годятся для быстрой замены режущего участка на стройплощадке (на рабочем месте). Замена режущего участка возможна только с использованием подходящего инструмента в форме источника тепла и источника припоя.
У режущих сегментов, которые припаяны к режущему сегменту, комбинация вставного соединения и пайки между участком стержня сверла и режущим участком обладает еще одним недостатком. Из-за нагрева соединительных элементов может разомкнуться (разъединиться) соединение пайкой между режущими сегментами и режущим участком. Чтобы гарантировать, что зона теплового воздействия не захватит режущие сегменты, необходимо, чтобы режущий участок имел некоторую определенную высоту. С другой стороны, высота режущего участка должна быть по возможности мала в целях снижения затрат. Когда режущие сегменты отработаны, режущий участок отделяют от участка стержня сверла и утилизируют. Чем меньше высота кольцевого участка, тем ниже расходы на материал кольцевых участков.
Сущность изобретения
Напротив, задача настоящего 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 отрицательного воздействия на соединение между режущими сегментами и кольцевым участком.
В случае названной в начале сверлильной коронки эту задачу согласно изобретению решают посредством признаков независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения являются предметом зависимых заявок.
Согласно изобретению предусматривается, что режущий участок имеет несколько участков-фрагментов, в каждом случае - с частью кольцевого участка и по меньшей мере одним режущим сегментом, причем каждая часть кольцевого участка образует вставное соединение с первым элементом вставного соединения и ее можно соединять с первым элементом вставного соединения посредством штифтового соединения. Посредством дополнительных штифтовых соединений между элементами вставного соединения можно зафиксировать режущие участки-фрагменты и участок стержня сверла с предотвращением проворота и сдвига их друг относительно друга. Штифтовое соединение обладает тем преимуществом, что его можно выполнить разъемным, так что пользователь с небольшими трудозатратами может заменить режущий участок-фрагмент.
Вставным соединением называют соединение, у которого два соединительных элемента вставного соединения, которые называют первым и вторым элементами вставного соединения, проводят вдоль направления 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 настоящего изобретения - то штифтовой элемент с наружной резьбой, которая образует с подходящей внутренней резьбой сверленого приемного отверстия соединение с силовым замыканием; дополнительное резьбовое соединение фиксирует штифтовой элемент в приемном сверленом отверстии. В контексте настоящего изобретения заклепка - это пригодный к пластической деформации штифтовой элемент с закладной головкой и замыкающей головкой. Заклепку вдвигают в выполненное в виде сквозного сверленого отверстия приемное сверленое отверстие до тех пор, пока закладная головка не соприкоснется с соединительным элементом (прилегание). Затем из выступающего конца путем воздействия давления, например, путем удара молотка или воздействия пресса, формируют замыкающую головку. После деформации заклепка образует с приемным сверленым отверстием соединение с силовым замыканием.
Первый и второй соединительные элементы вставного соединения предпочтительно образуют вставное соединение с наружным элементом вставного соединения и внутренним элементом вставного соединения. Вставное соединение со внутренним и наружным элементом вставного соединения фиксирует режущие участки-фрагменты, не допуская их вращение вокруг оси сверления, и пользователь может легко разомкнуть или замкнуть его. Кроме того, участки сверлильной коронки, которые соединены через соединительные элементы, точно выровнены друг относительно 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 диаметр режущего круга задает диаметр сверленого отверстия в заготовке и диаметр бурового 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 одной или нескольких частях кольцевого участка и/или первом вставном соединительном элементе 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 разъединяемость вставного соединения.
Предпочтительно, чтобы у каждого 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.
Особо 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.
Особо предпочтительно, чтобы у второго элемента вставного соединения имелось отверстие, которое соединяет приемное сверленое отверстие с внутренней стороной или наружной стороной 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 сверлильной коронки, и его можно с помощью надлежащего инструмента удалить из приемного сверленого отверстия, так что оператор 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 оператор 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 штифтовые соединения выполнены как разъемные соединения. Соединение называют разъемным, если пользователь может без разрушения разомкнуть (разделить) соединение, как, например, вставное соединение, винтовое соединение или магнитное соединение. Особо предпочтительно, чтобы штифтовые соединения были выполнены как магнитные штифтовые соединения, причем штифтовой элемент или один из соединительных элементов были выполнены в виде постоянного магнита. Если штифтовой элемент изготовлен как постоянный магнит, то соединительный элемент должен быть ферромагнитным, а если как постоянный магнит изготовлен соединительный элемент, 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 режущий участок на новый режущий участок. Для удаления старого режущего участка 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 в сквозные отверстия наружного соединительного элемента. Затем наружный соединительный элемент вращают вокруг внутреннего соединительного элемента, пока штифтовые элементы не войдут с защелкиванием в приемные сверленые отверстия внутреннего соединительного элемента. 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 друг относительно 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.
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.
Особо 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 субстрате, пользователь пытается высвободить сверлильную коронку из субстрата посредством движений в разных направлениях вокруг оси сверла.
В предпочтительном варианте исполнения между режущими сегментами и участком стержня сверла размещается направляющий участок, причем направляющие участки по меньшей мере частично присоединяются к режущим сегментам вровень (заподлицо) по наружной и/или по внутренней стороне. Благодаря соединению направляющих участков с режущими сегментами вровень направляющие участки при сверлении с помощью сверлильной головки задают режущим сегментам направление (формируют направляющую) и стабилизируют режущие сегменты. При этом придание направления можно осуществлять посредством направляющих участков на наружной стороне сверлильной коронки через субстрат, окружающий скважину, или же на внутренней стороне сверлильной коронки, через керн.
Особо предпочтительно, чтобы направляющие участки по меньшей мере частично примыкали вровень с наружной стороной к режущим сегментам и по меньшей мере частично были выполнены как наружный соединительный элемент вставного соединения. В качестве альтернативы или дополнительно направляющие участки по меньшей мере частично примыкают вровень с внутренней стороной к режущим сегментам и по меньшей мере частично выполнены 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 технический уровень. 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 сверлильная коронка согласно изобретению, состоящая из участка стержня сверла и сменного режущего участка с четырьмя фрагментами режущего участка, которые соединены с участком стержня сверла посредством комбинированного вставного и штифтового соединения;
ФИГ. 2 участок стержня сверла сверлильной коронки, изображенной на ФИГ. 1, причем участок стержня сверла соединен с двумя фрагментами режущего участка посредством комбинации вставного и штифтового соединения;
ФИГ. 3А-С участок стержня сверла и фрагмент режущего участка сверлильной коронки, представленной на ФИГ. 1, в сечении перпендикулярно оси сверления вдоль плоскости сечения Α-A на ФИГ. 2 в разъединенном состоянии (ФИГ. 3А), во вставленном состоянии, со вставным соединением (ФИГ. 3В) и в соединенном состоянии, с комбинацией вставного и штифтового соединения (ФИГ. 3С), а также
ФИГ. 4А, В участок стержня сверла и первый фрагмент режущего участка представленной на ФИГ. 1 сверлильной коронки в продольном разрезе параллельно оси сверления сверлильной коронки вдоль плоскости сечения В-В на ФИГ. 2 в разъединенном состоянии (ФИГ. 4А) и в соединенном состоянии (ФИГ. 4В).
ФИГ. 4А демонстрирует сверлильную коронку согласно изобретению 10, состоящую из сменного режущего участка 11, участка стержня сверла 12 и участка крепления 13, в трехмерном изображении. Режущий участок 11 соединен с участком стержня сверла 12 посредством первого соединения 14, а участок стержня сверла 12 - с участком крепления 13 посредством второго соединения 15.
Первое соединение 14 представляет собой выполненное разъемным комбинированное вставное и штифтовое соединение, а второе соединение 15 в примере исполнения, показанном на ФИГ. 1, выполнено как неразъемное соединение в виде сварного соединения. "Комбинацией вставного и штифтового соединения" (комбинированным вставным и штифтовым соединением) называют соединение двух соединительных элементов, которые сначала по меньшей мере в одном направлении образуют вставное соединение с геометрическим замыканием; затем соединенные вставкой соединительные элементы соединяют друг с другом с помощью штифтового элемента. Соединение называют разъемным, если можно без разрушения разомкнуть (разделить) соединение, как, например, вставное соединение, винтовое соединение или магнитное соединение. Соединение называют неразъемным, если разомкнуть (разделить) соединение можно только посредством разрушения средств соединения, как, например, паяное соединение, сварное соединение, клепаное соединение и/или клеевое соединение.
Режущий участок 11 включает в себя фрагменты режущего участка 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, которые соединены с участком стержня сверла посредством комбинированных вставных и штифтовых соединений 17.1, 17.2, 17.3, 17.4. Четыре фрагмента режущего участка 16.1-16.4 в каждом случае состоят из фрагмента кольцевого участка 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 и двух режущих сегментов 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, которые соединены с соответствующими фрагментами кольцевого участка 18.1-18.4. Режущие сегменты 19.1-19.4 соединены с фрагментами кольцевого участка 18.1-18.4 сваркой, пайкой, винтовым соединением или закреплены на фрагментах кольцевого участка 18.1-18.4 другим подходящим способом крепления.
В состав участка крепления 13 входят крышка 21 и вставной конец 22, посредством которого сверлильную коронку 10 закрепляют в патроне дрели. В процессе сверления сверлильная машина вращает сверлильную коронку 10 вокруг оси сверления 23 и перемещает ее в направлении сверления 24 параллельно оси сверления в подлежащую обработке заготовку. В случае ручной сверлильной машины (дрели) поступательное движение осуществляет пользователь вручную, а в случае сверлильной машины на станине (сверлильного станка) его осуществляют посредством устройства подачи, причем устройство подачи может быть выполнено в виде ручного маховичка или в виде моторизированного привода.
В примере исполнения, показанном на ФИГ. 1, у фрагментов режущего участка 16.1-16.4 в каждом случае имеется по два режущих сегмента 19.1-19.4. В качестве альтернативы у фрагментов режущего участка 16.1-16.4 может быть один режущий сегмент или более двух режущих сегментов. При принятии решения, сколько режущих сегментов следует соединять с фрагментом режущего участка 18.1-18.4, следует учитывать различные граничные условия. К их числу относятся прежде всего максимально возможная в изготовлении длина режущих сегментов, которая зависит от применяемого способа изготовления, а также отвод охлаждающей и промывной жидкости. При высверливании керна необходима охлаждающая и промывная жидкость, которая в качестве охлаждающей жидкости охлаждает режущие сегменты 19.1-19.4, а в качестве промывной жидкости удаляет буровой шлам (буровую муку). Чистую охлаждающую и промывочную жидкость подают по внутреннему зазору между буровым керном и участком стержня сверла 12, а отработавшую охлаждающую и промывную жидкость, содержащую буровой шлам, отводят по наружному зазору между участком стержня сверла 12 и скважиной. Зазоры, которые предусмотрены между отдельными режущими сегментами 19.1-19.4 фрагмента кольцевого участка 18.1-18.4 либо же, соответственно, между фрагментами кольцевого участка 18.1-18.4, поддерживают отвод охлаждающей и промывочной жидкости.
Сверлильная коронка 10 обладает кольцевидным сечением в плоскости, перпендикулярной оси сверления 23. В качестве альтернативы возможно другое подходящее сечение сверлильных коронок согласно изобретению, например, многоугольное сечение. В случае многоугольного сечения сверлильной коронки 10 есть смысл размещать фрагмент режущего участка на каждой стороне многоугольника.
ФИГ. 2 демонстрирует участок стержня сверла 12 сверлильной коронки 10, изображенной на ФИГ. 1, с двумя фрагментами режущего участка, которые соединены с участком стержня сверла 12 посредством комбинации вставного и штифтового соединения; При этом второй и четвертый фрагменты режущего участка 16.2, 16.4 закреплены на участке стержня сверла 12 посредством комбинированных вставных и штифтовых соединений 17.2, 17.4, в то время как первый и третий фрагменты режущего участка 16.1, 16.3 напротив, не соединены с участком стержня сверла 12.
У участка стержня сверла 12 имеется участок вставного соединения 31, который предусмотрен на обращенной к режущему участку 11 стороне участка стержня сверла 12. На участке вставного соединения 31 для каждого фрагмента режущего участка 16.1-16.4 предусмотрены два паза 32.1-32.4, которые в каждом случае образуют вставное соединение с соответствующими цапфами на фрагментах режущего участка 16.1-16.4. Участок вставного соединения 31 и пазы 32.1-32.4 в совокупности называют первым элементом вставного соединения 33 участка стержня сверла 12.
На ФИГ. 3А-С представлены участок вставного соединения 31 с пазом 32.1 и первый и фрагмент режущего участка 16.1 с цапфой 34.1, в сечении перпендикулярно оси сверления 23 вдоль плоскости сечения Α-A на ФИГ. 2 в разъединенном состоянии (ФИГ. 3А), во вставленном состоянии, со вставным соединением 35.1 (ФИГ. 3В) и в соединенном состоянии, с комбинацией вставного и штифтового соединения 17.1 (ФИГ. 3С).
Представленное на ФИГ. 3А-С комбинированное вставное и штифтовое соединение 17.1 первого фрагмента режущего участка 16.1 демонстрирует только один паз 32.1 и одну цапфу 34.1. Изложенное аналогично справедливо для второго паза 32.1 и второй цапфы 34.1 комбинированного вставного и штифтового соединения 17.1 первого фрагмента режущего участка 16.1 и для комбинированных вставных и штифтовых соединений 17.2-17.4 трех остальных фрагментов режущего участка 16.2-16.4. Каждый фрагмент кольцевого участка 18.1-18.4 образует с цапфой 34.1-34.4 фрагмент вставного участка 36.1-36.4. Четыре фрагмента вставных участков 36.1-36.4 в совокупности называют вторым элементом вставного соединения 37 режущего участка 11, а второй элемент вставного соединения 37 образует с первым элементом вставного соединения 33 участка стержня сверла 12 вставное соединение 38 (см. ФИГ. 2).
Паз 32.1 и цапфа 34.1 имеют перпендикулярно оси сверления 23 форму трапеции. Трапециевидный паз 32.1 выполнен равнобедренным и имеет внутреннюю поверхность основания 41.1 и две внутренние боковые поверхности 42.1, 43.1. Трапециевидная цапфа 34.1 также выполнена равнобедренной и имеет наружную поверхность основания 44.1 и две наружные боковые поверхности 45.1, 46.1. Участок вставного соединения 31 выполнен монолитно (в виде одной детали) с участком стержня сверла 12, а цапфа 34.1 выполнена монолитно с фрагментом кольцевого участка 18.1. В качестве альтернативы исполнению в виде монолита цапфу 34.1 и/или участок вставного соединения 31 можно изготавливать в виде отдельных деталей, а затем соединять их с кольцевым участком 18.1 и/или с участком стержня сверла 12.
Во вставленном состоянии (ФИГ. 3В) паз 32.1 и цапфа 34.1 образуют выполненное в виде соединения типа "ласточкин хвост" с геометрическим замыканием вставное соединение 35.1 и предотвращают вращение фрагмента режущего участка 16.1 вокруг оси сверления 23. Посадка паза 32.1 и цапфы 34.1 выполнена так, что возможна передача вращательного момента с участка стержня сверла 12 на режущий участок 11, а цапфу 34.1 можно для замены фрагмента режущего участка 16.1 перемещать против направления вставки.
Для предотвращения поступательного движения фрагмента режущего участка 16.1 в направлении сверления 24 паз 32.1 и цапфа 34.1 дополнительно соединены друг с другом штифтовым соединением 47.1 (ФИГ. 3С). В состав штифтового соединения 47.1 входит приемное сверленое отверстие 48.1 и штифтовой элемент 49.1, который вставляют в приемное сверленое отверстие 48.1. Приемное сверленое отверстие 48.1 состоит из сквозного отверстия 51.1, которое проходит через весь участок вставного соединения 31, и слепого отверстия 52.1, которое проходит через фрагмент кольцевого участка 18.1 частично (ФИГ. 3А, В). Приемное сверленое отверстие 48.1 выполнено во фрагменте кольцевого участка 18.1 в виде слепого отверстия 52.1, чтобы предотвратить выпадение штифтового элемента 49.1 из приемного сверленого отверстия 48.1. Диаметр штифтовых элементов 49.1-49.4 и соответствующих приемных сверленых отверстий 48.1-48.4 приведены в соответствие друг другу. Сверленые приемные отверстия 48.1-48.4 сделаны той же глубины, что и штифтовые элементы 49.1-49.4, или глубже. Это гарантирует, что штифтовые элементы 49.1-49.4 не выступают с внутренней или наружной стороны. Слепое сверленое отверстие 52.1 через отверстие 53.1 соединяется с наружной стороной 54 сверлильной коронки 10. Через отверстие 53.1 имеется доступ с наружной стороны 54 к штифтовому элементу 49.1, и его можно, например, с помощью надлежащего инструмента выдавить из приемного сверленого отверстия 48.1, так что штифтовое соединение 47.1 можно легко разомкнуть (разнять).
На ФИГ. 4А, В представлены участок вставного соединения 31 с пазом 32.1 и первый фрагмент режущего участка 16.1 с цапфой 34.1, в продольном разрезе параллельно оси сверления 23 вдоль плоскости сечения В-В на ФИГ. 2 в разъединенном состоянии (ФИГ. 4А)) и в соединенном состоянии, с комбинацией вставного и штифтового соединения 17.1 (ФИГ. 4В).
Фрагмент кольцевого участка 18.1 в направлении сверления 24 состоит из четырех участков - первого кольцевого участка 61.1 с постоянным внутренним диаметром, второго кольцевого участка 62.1 с внутренним диаметром, который уменьшается в направлении режущих сегментов 19.1, соединительного участка 63.1 и переходного участка 64.1. Режущие сегменты 19.1 закреплены на первом кольцевом участке 61.1. В показанном примере исполнения первый кольцевой участок 61.1 примыкает с наружной стороны 54 и с внутренней стороны 65 сверлильной коронки 10 вровень к режущим сегментам 19.1. Второй кольцевой участок 62.1 предназначен для того, чтобы способствовать удалению керна, и его называют керноудаляющим участком. Скошенный переходный участок 64.1 обладает тем преимуществом, что сверлильную коронку 10, заклиненную в скважине, легче извлечь из скважины благодаря меньшему сопротивлению.
У первого кольцевого участка 61.1, второго кольцевого участка 62.1 и соединительного участка 63.1 наружный диаметр постоянен и соответствует наружному диаметру режущих сегментов 19.1, и в процессе сверления сверлильной коронкой 10 он придает направление режущим сегментам 19.1. Участки 61.1-63.1 с наружной стороны 54 совокупно называют направляющим участком 66.1. В качестве альтернативы направляющий участок 66.1 может состоять только из первого кольцевого участка 61.1 или из первого и второго кольцевого участка 61.1, 62.1. Без первого кольцевого участка 61.1 также можно обойтись, либо же, соответственно, высота первого кольцевого участка 61.1 представляет собой бесконечно малую величину. В этом случае второй кольцевой участок 62.1 в месте соединения с режущими сегментами 19.1 имеет внутренний диаметр, который соответствует внутреннему диаметру режущих сегментов 19.1, а наружная поверхность второго кольцевого участка 62.1 образует направляющий участок 66.1.
Направляющий участок 66.1 при работе сверлильной коронкой 10 срабатывается от трения о подлежащий сверлению субстрат. Размещение направляющего участка 66.1 на сменном фрагменте режущего участка 16.1 обладает тем преимуществом, что направляющий участок 66.1 регулярно заменяют и гарантируются благоприятные показатели придания направления режущим сегментам 19.1. При этом высоту направляющего участка 66.1 выбирают так, чтобы с одной стороны можно было придавать направление режущим сегментам 19.1 при сверлении, а с другой стороны можно было перемещать охлаждающую и промывочную жидкость в скважине.
Вместо сверлильной коронки с направляющими участками 66.1-66.4 можно также предусмотреть обычный кольцевой участок, на котором режущие сегменты 19.1-19.4 одинаково выступают с внутренней и наружной стороны. Изображенная форма исполнения сверлильной коронки 10 с направляющими участками 66.1-66.4 обладает тем преимуществом, что для формирования пазов 32.1-32.4 и цапф 34.1-34.4 доступно больше материала, что упрощает изготовление пазов 32.1-32.4 и цапф 34.1-34.4 (вставных соединений 35.1-35.4).
Первый фрагмент режущего участка 16.1 вставляют цапфой 34.1 в паз 32.1 участка стержня сверла 12. Паз 32.1, помимо внутренней поверхности основания 41.1 и внутренних боковых поверхностей 42.1, 43.1, включает в себя торцевую поверхность 67.1 и поверхность прилегания 68.1. Цапфа 34.1, помимо наружной поверхности основания 44.1 и наружных боковых поверхностей 45.1, 46.1, включает в себя торцевую поверхность 71.1 и поверхность прилегания 72.1. Паз 32.1 выполнен длиннее, чем цапфа 34.1. Разность в длине между пазом 32.1 и цапфой 34.1 гарантирует, что торцевая поверхность 67.1 паза 32.1 прилегает к поверхности прилегания 72.1 цапфы 34.1, а между торцевой поверхностью 71.1 цапфы 34.1 и поверхностью прилегания 68.1 паза 32.1 имеется зазор.
Для сохранения работоспособности вставного соединения 35.1 у первого фрагмента режущего участка 16.1 имеется углубление 73.1, которое до сборки сверлильной коронки 10 заполняют средством защиты от коррозии. В качестве альтернативы или дополнения на участке вставного соединения 31 участка стержня сверла 12 можно предусмотреть углубление, в которое помещают средство защиты от коррозии.
Задача первого соединения 14 между режущим участком 11 и участком стержня сверла 12 состоит в том, чтобы соединять друг с другом режущий участок 11 и участок стержня сверла 12 во всех направлениях поступательного и вращательного движения. Сменный режущий участок 11 необходимо фиксировать, предотвращая поступательные движения в направлении сверления 24, противоположно направлению сверления 24, а также вращение вокруг оси сверла 23. Вставные соединения 35.1-35.4, фиксируют фрагменты режущего участка 16.1-16.4, предотвращая поступательные движения против направления сверления 24 и по радиусу в направлении сверления 24. Штифтовые соединения 47.1-47.4 препятствует вращению вокруг оси сверления 23 и поступательному движению в направлении сверления 24. При этом к штифтовым соединениям 47.1-47.4 предъявляется то дополнительное требование, что штифтовые элементы 49.1-49.4 во время сверления должны быть надежно зафиксированы в приемных сверленых отверстиях 48.1-48.4 и не должны высвобождаться из сверленых приемных отверстий 48.1-48.4. Если штифтовые элементы 49.1-49.4 в процессе сверления высвобождаются из приемных сверленых отверстий 48.1-48.4, то фрагмент режущего участка 16.1-16.4 предохранен от поступательного движения в направлении сверления 24 и вращения вокруг оси сверления 23.
Для снижения опасности того, что штифтовые элементы 49.1-49.4 отсоединяются и выпадают из сверленых приемных отверстий 48.1-48.4, для штифтовых элементов 49.1-49.4 предусмотрено дополнительное стопорное устройство. Это стопорное устройство можно реализовывать, например, вклейкой или впайкой штифтовых элементов 49.1-49.4 в приемные сверленые отверстия 48.1-48.4, либо же штифтовые элементы 49.1-49.4 изготавливают в виде магнитных штифтовых элементов, винтов или в виде заклепок. В качестве альтернативы можно фиксировать штифтовые элементы 49.1-49.4 в приемных сверленых отверстиях 48.1-48.4 посредством дополнительных элементов, как, например, клейкой ленты или пружинного кольца; при этом клейкая лента и пружинное кольцо играют роль удерживающих элементов.
В примере исполнения ФИГ. 4А, В штифтовые соединения 47.1-47.4 сверлильной коронки 10 выполнены магнитными. При этом штифтовые элементы 49.1-49.4 выполнены в виде постоянного магнита, а участок вставного соединения 31 сделан ферромагнитным. В качестве альтернативы участок вставного соединения 31 может быть постоянным магнитом, а штифтовые элементы 49.1-49.4 ферромагнитными. В случае магнитного штифтового соединения дно слепого отверстия образует сопряженную поверхность для штифтового элемента. Цапфы 34.1-34.4 можно изготавливать из ферромагнитного материала или из другого материала, например, пластмассы.
Фрагмент режущего участка 16.1-16.4 со сработавшимися режущими сегментами 19.1-19.4 пользователь может легко и быстро заменить на новый фрагмент режущего участка 16.1-16.4. Для удаления сработавшегося фрагмента режущего участка 16.1-16.4 штифтовые элементы 49.1-49.4 удаляют через отверстия 53.1-53.4 из приемных сверленых отверстий 48.1-48.4, а сработавшийся фрагмент режущего участка 16.1-16.4 снимают с участка стержня сверла 12 против направления вставки. Новый фрагмент режущего участка 16.1-16.4 вставляют цапфами 34.1-34.4 в пазы 32.1-32.4 участка стержня сверла 12, пока торцевая поверхность 67.1-67.4 участка вставного соединения 31 не упрется в поверхность прилегания 72.1-72.4 нового фрагмента режущего участка 16.1-16.4. Затем в сверленые приемные отверстия 48.1-48.4 через сквозные отверстия участка стержня сверла вставляют штифтовые элементы 49.1-49.4.