本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的用于取芯鉆頭的鉆環(huán)體。

背景技術(shù)：

對于設(shè)計成取芯鉆頭的金剛石工具，可區(qū)分為具有一個封閉鉆環(huán)體的取芯鉆頭和具有單體切割段的分段式取芯鉆頭。取芯鉆頭包括一個加工部段、一個圓柱形鉆桿和一個具有插接端部的夾裝段。取芯鉆頭經(jīng)由插接端部緊固在一個空心鉆機的工具夾頭中并在鉆探運行中由空心鉆機圍繞一根旋轉(zhuǎn)軸線驅(qū)動。

封閉的鉆環(huán)體由一種具有統(tǒng)計分布的金剛石顆粒的粉末混合物制成。將粉末混合物填充到一個模具中并壓成生坯件；在溫度和壓力作用下將生坯件燒結(jié)成一個封閉的鉆環(huán)體。us5,316,416公開了封閉的、在鉆環(huán)體的整個高度上具有良好切削性能的鉆環(huán)體的構(gòu)造。鉆環(huán)體具有多個上部槽和下部槽，這些槽沿著鉆環(huán)體的圓周方向分布。上部槽在鉆環(huán)體的高度的一半上延伸并通入鉆環(huán)體的反向于鉆桿的加工面中。下部槽沿著鉆環(huán)體的圓周方向分別設(shè)置在上部槽之間并通入鉆環(huán)體的朝向鉆桿的連結(jié)面中。上部和下部槽在鉆環(huán)體的高度中重疊。通過使上部和下部槽分布在鉆環(huán)體的整個高度上，將冷卻液和沖刷液在鉆環(huán)體的整個工作時間上運送到加工位置并將切削的材料從鉆孔區(qū)域中移除。

在制作用于分段式取芯鉆頭的切割段時在專業(yè)領(lǐng)域中確立了這樣的工藝方法，其中，將金剛石顆粒以預(yù)定的安置模式布置。生坯件分層地由含有粉末混合物的粉末層和具有以一定安置模式布置的金剛石顆粒的金剛石層構(gòu)造，并接著在溫度和壓力作用下燒結(jié)成切割段。切割段沿著圓柱形鉆桿的圓周方向設(shè)置并通過熔焊、釬焊以及通過其他的方式與鉆桿緊固在一起。利用分段式取芯鉆頭可實現(xiàn)的切削速度主要取決于金剛石在切割段內(nèi)的排列設(shè)置。在分層的構(gòu)造中，金剛石顆粒的排列設(shè)置可受金剛石層的數(shù)量、金剛石層之間的間距和金剛石顆粒的尺寸的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，在封閉的鉆環(huán)體上使用置入金剛石顆粒的工藝，并且提高利用這樣制作的鉆環(huán)體所能達到的加工質(zhì)量。

這個目的在文首述及的鉆環(huán)體中根據(jù)本發(fā)明通過獨立權(quán)利要求1的特征得以實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出了一些有益的發(fā)展設(shè)計。

根據(jù)本發(fā)明規(guī)定：金剛石顆粒在垂直于圓柱體軸線的平面中設(shè)置在一些圓形的切削軌跡上，并且各環(huán)段在側(cè)邊緣上相互連接。鉆環(huán)體由至少兩個環(huán)段構(gòu)造而成，所述環(huán)段包括燒結(jié)的粉末混合物和置入的金剛石顆粒；各環(huán)段在側(cè)邊緣上以力鎖合或材料鎖合方式相互連接。

可以通過粉末混合物和金剛石顆粒來調(diào)定環(huán)段的性能。置入的金剛石顆粒設(shè)置在圓形的切削軌跡上；相繼設(shè)置的金剛石顆粒在加工中畫出相同的切削軌跡。圓形的切削軌跡盡可能地彼此接界已經(jīng)證實有利于對加筋混凝土材料的加工。

在一個優(yōu)選的設(shè)計中，鉆環(huán)體包括n(n≥1)個第一環(huán)段和n個第二環(huán)段，其中第一和第二環(huán)段沿著鉆環(huán)體的圓周方向交替地相繼設(shè)置。鉆環(huán)體由第一和第二環(huán)段構(gòu)成的構(gòu)造使得與不同的、需加工的基底物的匹配成為可能。在具有置入的鋼筋的混凝土材料(也稱為加筋混凝土材料)的取芯鉆孔中，鉆環(huán)體例如碰在形式為混凝土和鋼筋的不同的基底物上。

特別優(yōu)選，第一環(huán)段在外側(cè)上具有一個配備金剛石的區(qū)域和第二環(huán)段在外側(cè)上具有一個無金剛石的區(qū)域。通過在鉆環(huán)體的外側(cè)上交替地設(shè)置配備金剛石的區(qū)域和無金剛石的區(qū)域，金剛石顆粒在加工時在垂直于圓柱體軸線的平面中畫出的切削軌跡的數(shù)量增加。在金剛石顆粒的數(shù)量相同的情況下，可以切削更多的材料并且改善了鉆環(huán)體的性能。

特別優(yōu)選，第一環(huán)段由燒結(jié)的第一粉末混合物和第一金剛石顆粒構(gòu)造而成，第二環(huán)段由燒結(jié)的第二粉末混合物和第二金剛石顆粒構(gòu)造而成。第一環(huán)段的性能例如能夠與第一基底物混凝土匹配，而第二環(huán)段的性能能夠與第二基底物鋼筋匹配。例如，可以通過粉末混合物和金剛石顆粒來調(diào)定環(huán)段的性能。在金剛石顆粒方面可以改變平均金剛石直徑、金剛石分布和金剛石顆粒的數(shù)量。

特別優(yōu)選，第一環(huán)段的第一粉末混合物與第二環(huán)段的第二粉末混合物一致。特別優(yōu)選，第一環(huán)段的第一金剛石顆粒與第二環(huán)段的第二金剛石顆粒具有相同的金剛石分布和相同的平均金剛石直徑。通過使用相同的粉末混合物和相同的金剛石顆粒，可以在制作鉆環(huán)體中降低設(shè)備支出；只需要一種粉末混合物和一個種類的金剛石顆粒。

特別優(yōu)選，第一環(huán)段的第一金剛石顆粒在垂直于圓柱體軸線的平面中設(shè)置在第一數(shù)量的第一切削軌跡上，而第二環(huán)段的第二金剛石顆粒設(shè)置在第二數(shù)量的第二切削軌跡上?？梢酝ㄟ^相當于金剛石層的數(shù)量的切削軌跡數(shù)量來改變金剛石顆粒的數(shù)量。

在一個優(yōu)選的變型方案中，第一切削軌跡的第一數(shù)量與第二切削軌跡的第二數(shù)量一致。通過使用相同的粉末混合物，相同的金剛石顆粒和相同的金剛石層數(shù)量可以在制作鉆環(huán)體中降低設(shè)備支出；只需要一個種類的生坯件。

特別優(yōu)選，第一切削軌跡的第一曲率半徑不同于第二切削軌跡的第二曲率半徑。不同的曲率半徑導致切削軌跡數(shù)量增加。如果所有的曲率半徑是不同的，那么產(chǎn)生的鉆環(huán)體的切削軌跡的數(shù)量為第一切削軌跡的第一數(shù)量與第二切削軌跡的第二數(shù)量的總和。

特別優(yōu)選如此地設(shè)定切削軌跡的數(shù)量和金剛石顆粒的尺寸，使得金剛石顆粒的平均金剛石直徑為鉆環(huán)體寬度與切削軌跡的數(shù)量的商的至少45％。金剛石顆粒在加工作業(yè)時畫出的圓形的切削軌跡盡可能地彼此接界并且鋼筋幾乎完全由金剛石顆粒切削已經(jīng)證實有利于對加筋混凝土材料的加工。

特別優(yōu)選的是，在環(huán)段之間設(shè)置有至少一個水槽。在此，至少一個水槽的高度在鉆環(huán)體的總高度的1/3與5/6之間。在與鉆桿焊接在一起的鉆環(huán)體中，連結(jié)區(qū)域構(gòu)造為無金剛石的并且不適合于加工。設(shè)置有金剛石顆粒的、構(gòu)成鉆環(huán)體的總高度的約5/6的基質(zhì)區(qū)適合于加工基底物。

特別優(yōu)選將至少一個水槽的高度設(shè)定在鉆環(huán)體的總高度的2/3上。在占比為總高度的2/3的情況中可以保證成品鉆環(huán)體的充分強度。在利用鉆環(huán)體加工期間必須將冷卻液運送到加工位置；所以將水槽盡可能長地構(gòu)造在鉆環(huán)體內(nèi)。

特別優(yōu)選至少一個環(huán)段具有孔，該孔將鉆環(huán)體的內(nèi)側(cè)與外側(cè)連通。在此，特別優(yōu)選所述孔至少部分地設(shè)置在至少一個水槽之下方。當至少一個水槽磨損時，附加的孔保證對鉆環(huán)體的充分冷卻。

附圖說明

下文借助附圖來說明本發(fā)明的一些實施例。該附圖并非必須按比例繪示各實施例，具體而言，附圖為了有助于闡釋，是以示意性的和/或略微變樣的形式進行說明的。對于由附圖能夠直接看出的教導的補充，可參閱相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。同時應(yīng)該考慮到，針對某一實施形式的方式和細節(jié)可以進行各種各樣的變型和改變，而并不脫離發(fā)明的總的思想。在說明書、附圖以及權(quán)利要求書中所公開的發(fā)明特征，無論是它們本身單獨存在還是任意組合，對于本發(fā)明的進一步發(fā)展設(shè)計都可能是重要的。此外，說明書、附圖和/或權(quán)利要求書中所公開的特征的至少兩個的全部組合均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的總的思想并不局限于以下圖示的和描述的優(yōu)選實施形式的確切方式或細節(jié)，或者并不局限于一種與權(quán)利要求書中主張的方案主題相比是受到限制的方案主題。對于所給出的尺寸/數(shù)值范圍，應(yīng)該認為也公開了處在所說極限內(nèi)的值作為極值，并且可以任意插入使用以及可以提出權(quán)利要求。為了簡單起見，以下對于相同的或類似的部件或者具有相同或類似功能的部件均采用同樣的附圖標記。

附圖示出：

圖1為包括鉆環(huán)體、圓柱形鉆桿和夾裝段的取芯鉆頭；

圖2a至c為本發(fā)明的由四個環(huán)段構(gòu)成的鉆環(huán)體的第一實施方式的三維圖(圖2a)、垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面(圖2b)和細節(jié)放大圖(圖2c)；

圖3為本發(fā)明的由四個具有水槽的環(huán)段構(gòu)成的鉆環(huán)體的第二實施方式；和

圖4a至d為由四個同樣的、具有六角形基面的生坯件制作圖3所示出的鉆環(huán)體(圖4a)，其中兩個生坯件成型為凹形的第一環(huán)段和兩個生坯件成型為凸形的第二環(huán)段(圖4b)，將第一和第二環(huán)段沿著圓周方向交替地相繼設(shè)置(圖4c)和在溫度和壓力作用下連接成一個封閉的鉆環(huán)體(圖4d)。

具體實施方式

圖1示出了具有一個鉆環(huán)體11，一個圓柱形鉆桿12和一個帶有插接端部14的夾裝段13的取芯鉆頭10。該取芯鉆頭10經(jīng)由插接端部14緊固在一個空心鉆機的工具夾頭中和在鉆探運行中由空心鉆機沿一個旋轉(zhuǎn)方向15圍繞一根旋轉(zhuǎn)軸線16驅(qū)動，其中旋轉(zhuǎn)軸線16與取芯鉆頭10的圓柱體軸線同軸地延伸。

鉆環(huán)體11與鉆桿12以熔焊、釬焊、螺接方式或者以其他適當?shù)木o固方式緊固在鉆桿12上。為了能夠?qū)@環(huán)體11與鉆桿12熔焊在一起，鉆環(huán)體11與鉆桿12之間的連接區(qū)域必須由一種可焊接的材料構(gòu)成并且不允許含有金剛石顆粒，因為金剛石顆粒是不可焊接的。

圖2a至c示出了本發(fā)明的鉆環(huán)體21的第一實施方式，該鉆環(huán)體由多個環(huán)段構(gòu)成和可以替代圖1的取芯鉆頭10的鉆環(huán)體11。在此，圖2a示出鉆環(huán)體21的三維圖，圖2b示出鉆環(huán)體21的垂直于旋轉(zhuǎn)軸線16的橫截面，以及圖2c示出圖2b的橫截面在兩個環(huán)段之間的連接區(qū)域內(nèi)的局部。

鉆環(huán)體21由四個環(huán)段構(gòu)成，這些環(huán)段在側(cè)邊緣上相互連接和沿圓周方向構(gòu)成一個封閉的環(huán)(圖2a)。鉆環(huán)體21的環(huán)段能夠分成兩個第一環(huán)段22.1、22.2和兩個第二環(huán)段23.1、23.2，這些環(huán)段沿著鉆環(huán)體21的圓周方向交替地相繼設(shè)置。第一環(huán)段22.1、22.2由第一粉末混合物24和第一金剛石顆粒25組成，而第二環(huán)段23.1、23.2由第二粉末混合物26和第二金剛石顆粒27組成(圖2b)。

圖2c示出圖2b的橫截面在第一環(huán)段22.1與第二環(huán)段23.1之間的連接區(qū)域內(nèi)的局部。第一環(huán)段22.1由一些第一粉末混合物24的m1粉末層和第一金剛石顆粒25的m1金剛石層構(gòu)成。第二環(huán)段23.1由一些第二粉末混合物26的m2粉末層和第二金剛石顆粒27的m2金剛石層構(gòu)成。在圖2的實施例中第一環(huán)段22.1具有m1＝3粉末層28.1、29.1、30.1和m1＝3金剛石層32.1、33.1、34.1和第二環(huán)段23.1具有m2＝3粉末層35.1、36.1、37.1和m2＝3金剛石層38.1、39.1、40.1。

金剛石層32.1至34.1的第一金剛石顆粒25設(shè)置在具有不同的第一曲率半徑r1i,i＝1，2，3的三個圓形的第一切削軌跡42.1、43.1、44.1上。金剛石層38.1至40.1的第二金剛石顆粒27設(shè)置在具有不同的第二曲率半徑r2i,i＝1，2，3的三個圓形的第二切削軌跡45.1、46.1、47.1上。用于第一和第二粉末混合物24、26的材料的選擇，用于第一和第二金剛石顆粒25、27的金剛石分布和金剛石尺寸的選擇和金剛石層和切削軌跡的數(shù)量m1、m2，使得鉆環(huán)體21與不同的、需加工的基底物的匹配成為可能。

環(huán)段22.1、22.2、23.1、23.2分層地由三層粉末層和三層金剛石層構(gòu)造而成。在分層的構(gòu)造中將粉末混合物填充到一個陰模中并構(gòu)成第一粉末層。將金剛石顆粒以一種安置模式作為第一金剛石層放置在第一粉末層上或內(nèi)。為了將層構(gòu)造壓實，可以在放置金剛石顆粒之后進行中間加壓。接著將粉末混合物填充到陰模中并構(gòu)成第二粉末層。將金剛石顆粒以一種安置模式作為第二金剛石層放置在第二粉末層上或內(nèi)。重復這個過程，直到達到生坯件的所期望的結(jié)構(gòu)高度。作為最后層使用一層金剛石層。

圖3示出了本發(fā)明的鉆環(huán)體51的第二實施方式，該鉆環(huán)體由四個環(huán)段組成并且可以替代取芯鉆頭10的鉆環(huán)體11。在環(huán)段之間構(gòu)造有四個水槽51.1、52.2、52.3、52.4，經(jīng)由這些水槽將冷卻液運送到加工位置。環(huán)段如此地設(shè)置，即鉆環(huán)體51在內(nèi)側(cè)53上和在外側(cè)54上交替地具有一個配備金剛石的區(qū)域55和一個無金剛石的區(qū)域56。

水槽52.1至52.4在鉆環(huán)體51的總高度的約2/3的高度上延伸。為了保證在水槽52.1至52.4磨損時鉆環(huán)體51的功能作用，兩個環(huán)段具有一個孔57.1、57.2，經(jīng)由這些孔將冷卻液運送到加工位置。

圖4a至d示出了由四個相同的、具有六角形的基面(圖4a)的生坯件61制作鉆環(huán)體51。兩個生坯件61成型為凹形的第一環(huán)段62和兩個生坯件61成型為凸形的第二環(huán)段63(圖4b)。將第一和第二環(huán)段62、63沿著鉆環(huán)體51的圓周方向交替地相繼設(shè)置(圖4c)和在溫度和壓力作用下燒結(jié)成一個封閉的鉆環(huán)體(圖4d)。

圖4a示出了生坯件61的構(gòu)造，該生坯件分層地由粉末混合物64的粉末層和金剛石顆粒65的金剛石層制成。生坯件61包括一個也稱為根部區(qū)的連結(jié)區(qū)域66和一個也稱為基質(zhì)區(qū)的加工區(qū)域67。連結(jié)區(qū)域66和加工區(qū)域67可以共同分層地構(gòu)成，其中在連結(jié)區(qū)域內(nèi)不置入金剛石顆粒56。作為備選方式，連結(jié)區(qū)域可以制作成單獨的區(qū)域和在燒結(jié)時與加工區(qū)域連接。

生坯件61的基面構(gòu)造為六角形的并且包括一個矩形68和一個接界的等腰梯形69，其中生坯件61的連結(jié)區(qū)域66位于矩形68中。在梯形的腰的區(qū)域內(nèi)，在燒結(jié)時通過附加的壓力作用構(gòu)造水槽52.1至52.4，經(jīng)由這些水槽將冷卻液運送到加工位置。生坯件內(nèi)的梯形69的高度h確定水槽52.1至52.4的高度。在實施例中梯形69的高度h相當于生坯件的總高度h的一半。

圖4b示出了由圖4a的生坯件61在壓力作用下制成有一個凸形的彎曲的第一環(huán)段62和由圖4a的生坯件61在壓力作用下制成有一個凹形的彎曲的第二環(huán)段63。在第一環(huán)段62中，生坯件61的構(gòu)造為金剛石層的上面設(shè)置在外側(cè)54上，而在第二環(huán)段63中生坯件61的上面設(shè)置在內(nèi)側(cè)53上。

第一環(huán)段62具有第一和第二側(cè)邊緣71、72，這些側(cè)邊緣在燒結(jié)時與第二環(huán)段63的第一和第二側(cè)邊緣73、74連接。在此，第一環(huán)段62的第一側(cè)邊緣71與第二環(huán)段63的第二側(cè)邊緣74連接，而第一環(huán)段62的第二側(cè)邊緣72與第二環(huán)段63的第一側(cè)邊緣73連接。在具有兩個第一和第二環(huán)段62.1、62.2、63.1、63.2的鉆環(huán)體51中分別將鄰接的環(huán)段的第一與第二側(cè)邊緣相互連接。

圖4c示出了第一環(huán)段62.1、62.2和第二環(huán)段63.1、63.2，這些環(huán)段沿著鉆環(huán)體51的一個圓周方向交替地相繼設(shè)置。環(huán)段62.1、63.1、62.2、63.2形成一個封閉的鉆環(huán)體，并且在圖4c示出的排列中在熱壓機中得到繼續(xù)加工。圖4d示出了熱沖壓之后的封閉的鉆環(huán)體。在熱沖壓中環(huán)段62.1、63.1、62.2、63.2經(jīng)受溫度和壓力作用處理。溫度作用是用來將粉末混合物燒結(jié)成環(huán)段并將各環(huán)段在側(cè)邊緣上相互連接。通過沿軸向方向，就是說，平行于鉆環(huán)體的旋轉(zhuǎn)軸線的壓力作用實施對環(huán)段的壓縮，該壓縮導致將環(huán)段壓實。在一個確定鉆環(huán)體最終形狀的陰模中進行所述熱沖壓。