本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的用于取芯鉆頭的鉆環(huán)以及一種按權(quán)利要求9的前序部分所述的用于制造鉆環(huán)的方法。

背景技術(shù)：

在構(gòu)成為取芯鉆頭的金剛石工具中，在具有封閉的鉆環(huán)的取芯鉆頭與具有若干切割部段的分段式的取芯鉆頭之間進(jìn)行區(qū)分。取芯鉆頭由加工區(qū)段、圓柱形鉆桿和帶有插入端的接納區(qū)段構(gòu)成。取芯鉆頭通過插入端固定在取芯鉆機(jī)的工具接納部中并且在取芯鉆機(jī)的鉆運(yùn)行時(shí)繞旋轉(zhuǎn)軸線被驅(qū)動(dòng)。

封閉的鉆環(huán)由具有統(tǒng)計(jì)學(xué)分布的金剛石顆粒的粉末混合物制造。粉末混合物填充到模具中并且壓制成生坯件；生坯件在溫度和壓力作用下燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)。

在制造用于分段式的取芯鉆頭的各切割部段時(shí)，在專業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)建立多種方法，在所述方法中，各切割部段作為生坯件由封裝的金剛石顆粒構(gòu)成。各金剛石顆粒由粉末混合物包裹并且構(gòu)成封裝的金剛石顆粒。封裝的金剛石顆粒填充到模具中并且壓制成生坯件；生坯件緊接著在溫度和壓力作用下燒結(jié)成最終的切割部段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，將裝封的金剛石顆粒的技術(shù)應(yīng)用到封閉的鉆環(huán)中，并且相對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)學(xué)分布的金剛石顆粒的鉆環(huán)，可通過這樣制造的鉆環(huán)實(shí)現(xiàn)的加工質(zhì)量提高。

該目的在開頭所述的用于取芯鉆頭的鉆環(huán)中按本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求1的特征解決并且在開頭所述的用于制造鉆環(huán)的方法中通過獨(dú)立權(quán)利要求9的特征解決。有利的進(jìn)一步方案在從屬權(quán)利要求中描述。

按本發(fā)明在鉆環(huán)方面設(shè)定，各環(huán)區(qū)段在側(cè)棱邊上相互連接。鉆環(huán)包括至少兩個(gè)環(huán)區(qū)段，所述環(huán)區(qū)段由燒結(jié)的粉末混合物和金剛石顆粒構(gòu)成。在此，鉆環(huán)不是構(gòu)成為一個(gè)封閉的鉆環(huán)，而是由兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)區(qū)段組成，所述環(huán)區(qū)段在側(cè)棱邊上相互連接。

在一種優(yōu)選的變型方案中，鉆環(huán)包括數(shù)量為n(n≥1)的第一環(huán)區(qū)段和數(shù)量為n的第二環(huán)區(qū)段，第一和第二環(huán)區(qū)段沿著鉆環(huán)的圓周方向相互交替地設(shè)置。鉆環(huán)由第一和第二環(huán)區(qū)段構(gòu)成，允許與不同的要加工的基礎(chǔ)相適配。在鉆入具有嵌入的鋼筋的混凝土材料中時(shí)，鉆環(huán)例如碰到以混凝土和鋼筋的形式的不同的基礎(chǔ)，所述混凝土材料也稱作為鋼筋混凝土材料。

尤其優(yōu)選，第一環(huán)區(qū)段由燒結(jié)的第一粉末混合物和第一金剛石顆粒構(gòu)成，并且第二環(huán)區(qū)段由燒結(jié)的第二粉末混合物和第二金剛石顆粒構(gòu)成。第一環(huán)區(qū)段的特性能適配于第一基礎(chǔ)例如混凝土，并且第二環(huán)區(qū)段的特性能適配于第二基礎(chǔ)例如鋼筋。各環(huán)區(qū)段的特性能通過粉末混合物和金剛石顆粒建立。在金剛石顆粒中，金剛石平均直徑、金剛石分布和金剛石顆粒數(shù)量能改變。

尤其優(yōu)選，第一環(huán)區(qū)段的第一粉末混合物與第二環(huán)區(qū)段的第二粉末混合物一致。尤其優(yōu)選，第一環(huán)區(qū)段的第一金剛石顆粒和第二環(huán)區(qū)段的第二金剛石顆粒具有相同的金剛石分布和相同的金剛石平均直徑。通過將相同的粉末混合物和相同的金剛石顆粒用于第一和第二環(huán)區(qū)段，能降低在制造鉆環(huán)時(shí)在設(shè)備方面的耗費(fèi)；僅需要一種粉末混合物和一種金剛石顆粒。

在一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，在各環(huán)區(qū)段之間設(shè)置至少一個(gè)水縫槽。在用鉆環(huán)進(jìn)行加工期間，冷卻液必須輸送到加工位置上；冷卻液通過水縫槽流到加工位置上并且確保鉆環(huán)的足夠冷卻。

尤其優(yōu)選，所述至少一個(gè)水縫槽在鉆環(huán)的總高的1/3與5/6之間的高度上延伸。在與鉆桿焊接的鉆環(huán)中，連接區(qū)域沒有金剛石地構(gòu)成并且不適用于加工。設(shè)有金剛石顆粒的基體區(qū)域適用于加工基礎(chǔ)，該基體區(qū)域大約是鉆環(huán)的總高的5/6。

尤其優(yōu)選，所述至少一個(gè)水縫槽的高度是鉆環(huán)的總高的2/3。在總高的2/3的部分中，確保制成的鉆環(huán)的足夠強(qiáng)度。在用鉆環(huán)加工期間，冷卻液必須輸送到加工位置；因此，水縫槽盡可能長(zhǎng)地在鉆環(huán)中構(gòu)成。

尤其優(yōu)選，各環(huán)區(qū)段具有一個(gè)或多個(gè)孔，所述孔使得鉆環(huán)的內(nèi)側(cè)與外側(cè)連接。在此，孔尤其優(yōu)選至少部分設(shè)置在所述至少一個(gè)水縫槽的下方。如果該至少一個(gè)水縫槽被損耗，那么附加的孔確保鉆環(huán)的足夠冷卻。

按本發(fā)明的用于制造封閉的鉆環(huán)的方法包括如下步驟：由封裝的金剛石顆粒構(gòu)成至少兩個(gè)生坯件，這些金剛石顆粒由粉末混合物包裹；將生坯件在壓力作用下成型成環(huán)區(qū)段；并且將環(huán)區(qū)段成環(huán)形地組合并且在溫度作用下燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)。

按本發(fā)明的方法包括三個(gè)方法步驟，這些方法步驟利用不同的技術(shù)。在按本發(fā)明的方法中，鉆環(huán)不是構(gòu)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)，而且由兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)區(qū)段組成，這些環(huán)區(qū)段通過燒結(jié)而連接。

在第一方法步驟中，由封裝的金剛石顆粒構(gòu)成多個(gè)生坯件，這些金剛石顆粒由粉末混合物包裹并且構(gòu)成封裝的金剛石顆粒。細(xì)粒的粉末混合物和粒料狀的粉末混合物概括成術(shù)語“粉末混合物”。鐵粉末、鈷粉末和/或青銅粉末可用作為粉末混合物；通過混入添加物例如碳化鎢能夠影響鉆環(huán)的特性(焊接電阻、壽命、切割友好度)。此外，粉末混合物的成分影響燒結(jié)溫度。各金剛石顆粒和帶涂層的金剛石顆粒概括成術(shù)語“金剛石顆粒”。

生坯件具有直棱柱的幾何形狀，該棱柱具有多角形基面。棱柱形的生坯件在第二方法步驟中在壓力作用下成型成環(huán)區(qū)段。生坯料的成型在溫度作用下進(jìn)行，該溫度低于粉末混合物的熔化溫度。在第三方法步驟中，環(huán)區(qū)段成環(huán)形地組合并且在溫度作用下燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)。在環(huán)區(qū)段燒結(jié)時(shí)，一方面實(shí)現(xiàn)各環(huán)區(qū)段的壓實(shí)并且另一方面實(shí)現(xiàn)在相鄰的環(huán)區(qū)段之間的連接。

冷壓、熱壓以及類似方法適用于成型方法。在冷壓時(shí)，生坯件在高壓下形成預(yù)定的形狀。在冷壓中雖然材料變熱，但是在不產(chǎn)生再結(jié)晶的溫度范圍中進(jìn)行成型；材料變形，而強(qiáng)度不明顯下降。在也稱作為鍛模的熱壓時(shí)，在高壓和添加熱量的情況下，生坯件形成其最終形狀。除了形狀之外，鍛件改變其材料結(jié)構(gòu)；該鍛件變得更堅(jiān)固，并且因此得到更加緊密的組織和均勻的表面。

燒結(jié)是一種材料制造方法，其中，粉末或生坯件(被壓制的粉末)加熱到低于熔化溫度的溫度，以便通過連接各粉末顆粒來提高強(qiáng)度。燒結(jié)過程經(jīng)歷三個(gè)階段，在這三個(gè)階段中，生坯件的多孔性和體積明顯減少。在燒結(jié)的第一階段中僅實(shí)現(xiàn)生坯件的壓實(shí)，相反在第二階段中敞開的多孔性明顯減少。燒結(jié)體的強(qiáng)度基于在第三階段中構(gòu)成的燒結(jié)連接(在粉末顆粒之間的熔合)，該燒結(jié)連接通過在粉末顆粒之間的表面擴(kuò)散而產(chǎn)生。熱壓是一種特別的燒結(jié)方法，其中，除了溫度之外也采用外部壓力。

在一種優(yōu)選的變型方案中，鉆環(huán)由數(shù)量為n(n≥1)的第一生坯件和數(shù)量為n的第二生坯件構(gòu)成，所述第一生坯件成型成第一環(huán)區(qū)段，所述第二生坯件成型成第二環(huán)區(qū)段，第一和第二環(huán)區(qū)段沿著鉆環(huán)的圓周方向相互交替地設(shè)置。鉆環(huán)由第一和第二生坯件制造，允許鉆環(huán)適配于不同的要加工的基礎(chǔ)，例如適配于在鋼筋混凝土材料中的混凝土和鋼筋。

尤其優(yōu)選，第一生坯件由封裝的第一金剛石顆粒制造，這些封裝的第一金剛石顆粒包含第一粉末混合物和第一金剛石顆粒，并且第二生坯件由封裝的第二金剛石顆粒制造，這些封裝的第二金剛石顆粒包含第二粉末混合物和第二金剛石顆粒。鉆環(huán)對(duì)要加工的基礎(chǔ)的適配可以通過選擇粉末混合物和選擇金剛石顆粒實(shí)現(xiàn)。在粉末混合物中，材料的成分是可以變化的；在金剛石顆粒中，金剛石平均直徑、金剛石分布和金剛石顆粒數(shù)量是可以變化的。

在一種替選的方案中，鉆環(huán)由數(shù)量為n≥2的相同的生坯件構(gòu)成，生坯件成型成環(huán)區(qū)段并且沿著鉆環(huán)的圓周方向依次設(shè)置。通過采用相同的生坯件能降低在構(gòu)成生坯件時(shí)在設(shè)備方面的耗費(fèi)；僅需要一種粉末混合物和一種金剛石顆粒。

生坯件具有直棱柱的幾何形狀，該棱柱具有多角形基面。矩形基面、五角形基面和六角形基面適用于多角形基面。

在第一變型方案中，生坯件構(gòu)成有矩形基面。矩形基面是最簡(jiǎn)單的幾何形狀，以便鉆環(huán)由多個(gè)環(huán)區(qū)段制成。各環(huán)區(qū)段在側(cè)棱邊上與相鄰的環(huán)區(qū)段連接。

在第二變型方案中，生坯件構(gòu)成有五角形基面，該基面具有一個(gè)矩形和一個(gè)帶有兩個(gè)內(nèi)直角的梯形。在傾斜的梯形側(cè)邊的區(qū)域中，在燒結(jié)時(shí)與相鄰的環(huán)區(qū)段產(chǎn)生水縫槽。通過這種五角形基面，在具有2n(n≥1)個(gè)環(huán)區(qū)段的鉆環(huán)中產(chǎn)生數(shù)量為n的水縫槽。

在第三變型方案中，生坯件構(gòu)成有六角形基面，該基面具有一個(gè)矩形和一個(gè)等腰梯形。在傾斜的梯形側(cè)邊的區(qū)域中，在燒結(jié)時(shí)與相鄰的環(huán)區(qū)段產(chǎn)生水縫槽。通過這種六角形基面，在具有n(n≥2)個(gè)環(huán)區(qū)段的鉆環(huán)中產(chǎn)生數(shù)量為n的水縫槽。

在一種優(yōu)選的進(jìn)一步方案中，環(huán)區(qū)段在燒結(jié)時(shí)經(jīng)受溫度和壓力作用。與在沒有壓力作用的燒結(jié)方法中相比，在具有溫度和壓力作用的燒結(jié)方法、例如熱壓中，燒結(jié)更快并且燒結(jié)在更低的溫度中進(jìn)行。因?yàn)樵?00℃中已經(jīng)產(chǎn)生由熱引起的金剛石損壞，所以較低的燒結(jié)溫度可以是一種質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。

尤其優(yōu)選，環(huán)區(qū)段通過壓力作用在燒結(jié)時(shí)經(jīng)受附加的外部造型。對(duì)于加工不同的基礎(chǔ)來說，證實(shí)特別的屋頂形狀是適合的。這種屋頂形狀能通過壓力作用在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生。

附圖說明

下面借助于附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施例。該附圖不必按比例尺地描述實(shí)施例，更確切地說用于解釋的附圖以示意的和/或略微失真的形式構(gòu)成。鑒于補(bǔ)充由附圖直接可知的教導(dǎo)，參考有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。在此可考慮，關(guān)于實(shí)施形式的形式和詳情能進(jìn)行各種修改和改變，而不偏離本發(fā)明的整體思想。本發(fā)明的在說明書、附圖以及權(quán)利要求書中公開的特征不僅能單獨(dú)地并且能以任意組合地對(duì)于本發(fā)明的進(jìn)一步方案是基本的。此外，由在說明書、附圖和/或權(quán)利要求書中公開的至少兩個(gè)特征構(gòu)成的所有組合落入到本發(fā)明的范圍中。本發(fā)明的整體思想不受限于下面顯示的且描述的優(yōu)選實(shí)施形式的精確的形式或詳情，或者不受限于如下主題，該主題與在權(quán)利要求書中要求保護(hù)的主題相比較是受限的。在給出的額定范圍中，位于所述邊界內(nèi)的值也要作為界限值公開并且可任意使用和要求保護(hù)?；诤?jiǎn)化，下面對(duì)于相同或類似的部件或者具有相同或類似功能的部件采用相同的附圖標(biāo)記。

其中：

圖1顯示取芯鉆頭，其包括鉆環(huán)、圓柱形鉆桿和接納區(qū)段；

圖2顯示按本發(fā)明的鉆環(huán)，其具有四個(gè)環(huán)區(qū)段和在所述環(huán)區(qū)段之間的四個(gè)水縫槽；

圖3a～3d顯示圖2的鉆環(huán)由第一和第二生坯件制造，所述生坯件具有六角形基面(圖3a)，生坯件成型成第一和第二環(huán)區(qū)段(圖3b)，所述第一和第二環(huán)區(qū)段相互交替設(shè)置(圖3c)并且燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)(圖3d)；并且

圖4a～4c顯示生坯件，其具有矩形基面(圖4a)、五角形基面(圖4b)和六角形基面(圖4c)。

具體實(shí)施方式

圖1顯示取芯鉆機(jī)10，其具有鉆環(huán)11、圓柱形鉆桿12和帶有插入端14的接納區(qū)段13。取芯鉆頭10通過插入端14固定在取芯鉆機(jī)的工具接納部中并且在取芯鉆機(jī)的鉆運(yùn)行時(shí)沿旋轉(zhuǎn)方向15繞旋轉(zhuǎn)軸線16被驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸線16同軸于取芯鉆頭10的圓柱體軸線延伸。

鉆環(huán)11與鉆桿12熔焊、釬焊、螺紋聯(lián)接或者以另外適合的固定方式固定在鉆桿12上。為了能使鉆環(huán)11與鉆桿12焊接，在鉆環(huán)11與鉆桿12之間的連接區(qū)域需要由可焊接的材料構(gòu)成并且不允許包括金剛石，因?yàn)榻饎偸遣荒芎附拥摹?/p>

圖2顯示按本發(fā)明的鉆環(huán)21的第一實(shí)施形式，該鉆環(huán)由四個(gè)環(huán)區(qū)段組成。各環(huán)區(qū)段能劃分成兩個(gè)第一環(huán)區(qū)段22.1、22.2和兩個(gè)第二環(huán)區(qū)段23.1和23.2，它們沿著鉆環(huán)21的圓周方向相互交替地設(shè)置。第一環(huán)區(qū)段22.1、22.2由第一粉末混合物24和第一金剛石顆粒25構(gòu)成，并且第二環(huán)區(qū)段23.1、23.2由第二粉末混合物26和第二金剛石顆粒27構(gòu)成。

在各環(huán)區(qū)段22.1、23.1、22.2、23.2之間構(gòu)成四個(gè)水縫槽28.1、28.2、28.3、28.4，通過所述水縫槽將冷卻液輸送到加工位置上。水縫槽28.1～28.4在鉆環(huán)21的總高的約2/3的高度上延伸。為了確保當(dāng)水縫槽28.1～28.4被損耗時(shí)鉆環(huán)21的功能性，鉆環(huán)21附加地具有兩個(gè)孔29.1、29.2，通過所述孔，冷卻液輸送到加工位置上。

圖3a～3d顯示圖2的鉆環(huán)21由兩個(gè)第一生坯件31和兩個(gè)第二生坯件(圖3a)制造，它們成型成第一環(huán)區(qū)段22.1、22.2和第二環(huán)區(qū)段23.1、23.2(圖3b)。各環(huán)區(qū)段沿著鉆環(huán)21的圓周方向相互交替地設(shè)置(圖3c)并且在溫度和壓力作用下燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)(圖4d)。

圖3a顯示第一生坯件31和第二生坯件32，該第一生坯件31由第一粉末混合物24和第一金剛石顆粒25構(gòu)成，并且第二生坯件32由第二粉末混合物26和第二金剛石顆粒27構(gòu)成。第一金剛石顆粒25由第一粉末混合物24包裹并且構(gòu)成封裝的第一金剛石顆粒33，并且第二金剛石顆粒27由第二粉末混合物26包裹并且構(gòu)成封裝的第二金剛石顆粒34。生坯件31、32的基面構(gòu)成六角形的，并且由一個(gè)矩形35和一個(gè)鄰接的等腰梯形36構(gòu)成。在梯形側(cè)邊的區(qū)域中，在燒結(jié)時(shí)通過附加的壓力作用構(gòu)成水縫槽28.1～28.4，通過所述水縫槽，冷卻液輸送到加工位置上。

圖3b顯示第一環(huán)區(qū)段22和第二環(huán)區(qū)段23，該第一環(huán)區(qū)段由圖3a的第一生坯件31在壓力作用下產(chǎn)生，該第二環(huán)區(qū)段由圖3a的第二生坯件32在壓力作用下產(chǎn)生。各環(huán)區(qū)段22、23的內(nèi)側(cè)37凹形彎曲，對(duì)置的外側(cè)38凸形彎曲。

第一環(huán)區(qū)段22具有第一和第二側(cè)棱邊41、42，所述側(cè)棱邊在燒結(jié)時(shí)與第二環(huán)區(qū)段23的第一和第二側(cè)棱邊43、44連接。在此，第一環(huán)區(qū)段23的第一側(cè)棱邊41與第二環(huán)區(qū)段23的第二側(cè)棱邊44連接，并且第一環(huán)區(qū)段22的第二側(cè)棱邊42與第二環(huán)區(qū)段23的第一側(cè)棱邊43連接。在具有第一和第二環(huán)區(qū)段22.1、22.2、23.1、23.2的鉆環(huán)21中，相鄰的環(huán)區(qū)段的相應(yīng)第一和第二側(cè)棱邊相互連接。

圖3c顯示第一和第二環(huán)區(qū)段22.1、22.2、23.1、23.2，它們沿著鉆環(huán)21的圓周方向依次設(shè)置并且以側(cè)棱邊41、42、43、44彼此鄰接。各環(huán)區(qū)段22.1、23.1、22.2、23.2構(gòu)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)并且在圖3c顯示的結(jié)構(gòu)中在熱壓中繼續(xù)進(jìn)行加工。

圖3d顯示在熱壓之后的鉆環(huán)。在熱壓時(shí)環(huán)區(qū)段22.1、23.1、22.2、23.2經(jīng)受溫度和壓力作用。溫度作用確保，粉末混合物24、26燒結(jié)成環(huán)區(qū)段并且環(huán)區(qū)段22.1、23.1、22.2、23.2在側(cè)棱邊41、42、43、44上相互連接。通過沿軸向方向的壓力作用實(shí)現(xiàn)環(huán)區(qū)段的壓縮，該壓縮導(dǎo)致環(huán)區(qū)段壓實(shí)。熱壓在模具中實(shí)現(xiàn)，該模具確定鉆環(huán)21的最終形狀。

在按本發(fā)明的方法中，鉆環(huán)由多個(gè)生坯件構(gòu)成，所述生坯件成型成環(huán)區(qū)段并且燒結(jié)成一個(gè)封閉的鉆環(huán)；多角形基面作為幾何形狀適用于生坯件。圖4a～4c顯示具有矩形基面(圖4a)的生坯件51、具有五角形基面(圖4b)的生坯件52和具有六角形基面(圖4c)的生坯件53。

生坯件51的矩形基面54是最簡(jiǎn)單的幾何形狀，以便形成由多個(gè)環(huán)區(qū)段構(gòu)成的鉆環(huán)。在圖4a的實(shí)施例中，采用三個(gè)相同的生坯件51.1、51.2、51.3，以便形成一個(gè)封閉的鉆環(huán)。

生坯件52的五角形基面能劃分成一個(gè)矩形55和一個(gè)具有兩個(gè)內(nèi)直角的梯形。在傾斜的梯形側(cè)邊的區(qū)域中，在與相鄰的環(huán)區(qū)段燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生水縫槽57。通過這種五角形基面，在具有2n(n≥1)個(gè)環(huán)區(qū)段的鉆環(huán)中產(chǎn)生數(shù)量為n的水縫槽57。

生坯件53的六角形基面能劃分成一個(gè)矩形58和一個(gè)等腰梯形59。在傾斜的梯形側(cè)邊的區(qū)域中，在與相鄰的環(huán)區(qū)段燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生水縫槽60。通過這種六角形基面，在具有n(n≥2)個(gè)環(huán)區(qū)段的鉆環(huán)中產(chǎn)生數(shù)量為n的水縫槽60。