旋转式镗孔刀具

本发明涉及旋转式镗孔刀具，这种刀具包括具有安装装置的主体， 用来将其安装在钻钢上，该主体装有一个或多个硬的、抗磨材料的切削 刀片，刀片用来切入岩石或岩石类的地层。

此外，本发明还涉及从这种主体上取下这种刀片的方法。

申请人认为，本发明将特别在煤矿开采的镗孔刀具领域中找到应 用。对于本说明书，该应用是主要的，但本发明不限于在这方面的应用。 在煤矿采掘中，用连续采掘机开采的煤层在顶壁和底壁之间遗留下一个 空间。为了防止顶壁崩塌，在顶壁中钻有深孔并在孔中固定以顶栓，以 支持顶栓悬挂的支承结构。申请人认为，根据本发明的镗孔刀具可以方 便地用来钻这样的深孔。

根据本发明的第一方面，所提供的旋转式镗孔刀具包括具有一个旋 转轴、一个前部和一个后部的大体上呈圆形的主体，该主体包括钻钢的 安装装置，可拆卸地将镗孔刀具安装在沿予定的旋转方向绕旋转轴旋转 的钻钢上，刀片安装装置包括限定一向前延伸的砧面的砧状物和限定一 向前延伸的支承面的相对支承物，该砧面和支承面向前呈发散状，在它 们之间形成一相应的向前延伸的槽，该槽以约小于5°的角度向后成锥 状；一硬质耐磨材料的刀片具有一前缘、一后缘和以一定角度向后成锥 度的边，该角度与槽的角度互补，该刀片在工作时嵌入在槽中，于是镗 孔时压在刀片上的压力沿镗孔前进方向相反的轴向将刀片楔入到槽中， 使刀片在槽中由摩擦力所固定，其中，相对予定的旋转方向，砧面在刀 片的后方，砧面有一非平面的座，以支承具有互补形状的座的刀片，砧 面最多向前延伸到略短于刀片最前端的位置，以便沿其长度的主要部分 支持刀片，支承物纵向地在短于砧面的前端并大大短于刀片的前端处终 止，以使刀片朝向前方的相当长的一部分暴露出来。

锥角可约在1°和3°之间，最好约2°。

在最佳实施例中，该刀片安装装置可以是第一刀片安装装置，它通 常径向配置在旋转轴的一侧，其中刀片可以是第一刀片，镗孔刀具还包 括有第二刀片安装装置，它与第一刀片安装装置沿圆周等距配置，并且 第二刀片同样地嵌入在第二刀片安装装置中。该镗孔刀具可以是绕旋转 轴成对称性。第一和第二刀片安装装置可以是相同的，第一和第二刀片 可以是相同的。第一和第二刀片可以径向对准。

在一个实施例中，刀片可有朝向径向内端的刀峰或前端。如果需要 的话，第一和第二刀片可以是整体形成的一个复合刀片。这一实例可特 别用于所谓的“干性钻孔”应用中，即不用水作为润滑剂或冷却冲刷介 质进行钻孔作业。

在另一个实施例中，第一刀片可有朝向其径向内端的刀峰或前伸 端，而第二刀片可有朝向其径向外端的刀峰或前伸端。

在一种实施例中，主体上加工有一个孔，该孔横向穿过主体达到槽 的后部或底部，于是可允许一锥形楔铁的细端插入到刀片后端的下面， 并逐渐地将锥形楔铁打入孔中而将刀片楔出。这样，用将锥形楔铁打入 孔中的方法可把刀片从主体上取下。

根据本发明的第二方面，所提供的旋转式镗孔刀具包括具有一个旋 转轴、一个前部和一个后部的大体上呈圆形的主体，该主体包括钻钢的 安装装置，将镗孔刀具可拆地安装在沿予定的旋转方向绕旋转轴旋转的 钻钢上，刀片安装装置包括限定向前延伸的砧面的砧状物和限定向前延 伸的支承面的相对的支承物，该砧面和支承面向前呈发散状，在它们之 间形成一相应向前延伸的槽，该槽以约小于5°的角度向后成锥状；一 硬质耐磨材料的刀片具有一前缘、一后缘和以一定角度向后成锥度的 边，该角度与槽的角度互补，该刀片在工作时嵌入在槽中，于是在镗孔 时压在刀片上的压力沿镗孔前进方向相反的轴向将刀片楔入到槽中，使 刀片在槽中由摩擦力所固定，其中，相对于予定的旋转方向，砧面在刀 片的后方，砧面和支承面的一个表面有一非平面的座，以支承有互补形 状的座的刀片，其中砧状物具有较厚的断面，因而较硬，而支承物具有 较薄的断面，因而相对地具有弹性。

根据本发明的第三方面，旋转式镗孔刀具中包括具有一个旋转轴、 一个前部和一个后部的大体上呈圆形的主体，主体包括钻钢的安装装 置，将镗孔刀具可拆地安装在沿予定的旋转方向绕旋转轴旋转的钻钢 上，刀片安装装置包括限定一向前延伸的砧面的砧状物和限定一向前延 伸的支承面的相对的支承物，该砧面和支承面向前呈发散状，在它们之 间形成一相应向前延伸的槽，该槽以约小于5°的角度向后成锥状；一 硬质耐磨材料的刀片具有一前缘、一后缘和以一定角度向后成锥度的 边，该角度与槽的角度互补，该刀片在工作时嵌入在槽中，于是在镗孔 时压在刀片上的压力沿镗孔前进方向相反的轴向将刀片楔入到槽中，使 刀片在槽中由摩擦力所固定，其中，相对于予定的旋转方向，砧面在刀 片的后方，砧面有一非平面的座，以支承具有互补形状的座的刀片，砧 面向前延伸到基本上刀片的前端，以便大体上全力支持刀片，支承物纵 向地在短于刀片的前端处终止，以便刀片的向前的一部分暴露于外，相 对于砧状物，支承物具有较薄的断面并有较大的弹性，将刀片从主体上 取下的方法包括向支承物加热，使其变形而将槽张开。

于是，刀片可以很方便地取下，以便现场进行更换。

本发明现在用举例的方法并参考所附的示意图予以说明。

图1为三维的轴侧视图，表示本发明第一实施例的旋转式镗孔刀具 的主体和刀片；

图2和3为图1的刀片分别沿箭头II和箭头II所示的平面视图；

图4为对应于图1的视图，但刀片已安装在镗孔刀具的主体中；

图5对应于图1为本发明第二实施例的旋转式镗孔刀具的主体和刀 片。

图6、7和8分别为本发明旋转式镗孔刀具的刀片部分的三个另外 实施例的三维轴侧视图、平面视图和平面视图；

图9为本发明旋转式镗孔刀具的第一个实施例的侧视图。

参考图1到4，所述的这种旋转式镗孔刀具主体通常用标号10来表 示。它有一具有钻钢安装装置的柄部12，该安装装置按常规可在其自由 后端将主体10安装在钻钢上。主体10一般呈绕纵轴或旋转轴14的圆柱 形。

主体1相对于轴14是对称的，在其前端有一对沿直径方向相对的刀 片安装装置。刀片安装装置是相同的，现仅就其中的一个予以详细说明。

该刀片安装装置包括具有一砧面18的砧状物16，砧面向前延伸并 面对要进行钻孔的旋转方向。砧面18通常做成凸面，更特别的是做成钝 二面角表面，于是纵线18.3将其分成两个表面18.1和18.2。有利的是， 该砧状物16在其最高峰处为其自由端，用19来表示。

离砧状物在圆周上有一定间距的对面有一具有支承面(在图中不可 见)的支承物20，支承面面对砧面18，于是纵向延伸的槽22就在砧面 18和支承面的当中形成。该支承面有利地处在半径上。槽22呈锥形，如 在下面将要描述的那样。

砧状物16是牢固的或坚硬的，具有较厚的断面，而支承物具有较大 的弹性和较薄的断面。

刀头或刀片30在工作过程中被置于槽22中。该刀片具有背部32 和由硬质耐磨材料组成的工作层面34。在改进的、优选的实施例中，该 工作层面34是由多晶体的钻石材料所组成。该层面34是平面状的并靠 在其背部32的平面上。背部32的相对面呈二面角形，与砧面18的形状 互补。沿着背部32的上边缘，延伸砧状物16的峰形19，如在35处所 示。

槽22从其开口的前端到其后端部或底部的方向以一个小角度呈收 敛形或锥形。刀片30有相应的锥度，以便合适地固定在槽22中。在所 示的实施例中，在21处的角度是相同的。

在使用过程中，当开始进行钻孔作业时，刀片30将被深深地推入到 它的位置处，以便按锥度锁定或楔块锁定方式由摩擦固定在其位置上。 砧面18的二面角形状和背部32的互补形状将刀片30固定在槽20中。

在使用过程中，按一定方向进行转动，以使刀片30，特别是它的工 作面34领先。于是，刀片30由砧状物16所支持。

砧状物16相对远地向前延伸到只比刀片30的前缘稍短一点的距离 处，以便支持刀片到接近其最前端使用的位置，这一点是很有意义的。 对于在约20毫米直径和约40毫米之间的适于钻孔的旋转式镗孔刀具， 砧状物的最前端可能小于刀片的最前端约2毫米和约10毫米之间，较好 是约3毫米和约6毫米之间，更好是在约4毫米和5毫米之间。

还有另一个意义就是，支承物仅向前延伸到比刀片30的前缘短很多 的距离处，以便使工作层面34的大部分、事实上是主要部分得到暴露。 这就保证了切入地层的大工作面，从而具有高的穿透率和镗孔率。此外， 它还延长了刀片的使用寿命。这一特点明显地从图4中可以看出。

当要从主体10中取出刀片30时，加热砧状物16和支承物20，特 别是在砧面18和支承面附近。沿砧面18和支承面集中的热膨胀造成槽 22稍微地张开，于是张大了收敛角，以解脱刀片30。

如需要的话，相对于槽22的底部，在予定的、暴露的部位加工一横 向的小孔37穿过主体，可使锥形楔铁38的细端插入在刀片30的下面。 将锥形楔铁38打入该小孔内，刀片的摩擦锁定就被楔入作用所破坏而解 脱刀片。

本发明的第一个优点，特别是关于易于磨损的刀片而同时其主体仍 可继续使用，就是这些刀片可以方便地在原处用新刀片来更换。更特别 是在优选的实施例中，更换这种刀片的唯一基本要求是热源，它可以相 对集中的形式来应用。

申请人认为，本发明的一个重要的优点是有关高度复杂的现代刀 片，特别是多晶体钻石材料的刀片。这种刀片经久耐用，且比安装它们 的主体更耐用。在这种情况下，就要求当主体经过磨损后能够把刀片从 主体上取下来并把刀片装在新的主体上。在这一方面，需要理解的是， 虽然刀片在切削上如此高效，但它的成本高，非常昂贵，所以非常重要 的是它得到最佳的应用。

所以，本发明使得这种昂贵的，复杂的镗孔刀具的刀片可原地更换 到新主体上。在这一方面，要理解的是将镗孔刀具运出矿区外进行整修 磨光然后再运回矿区进行作业的常规操作浪费相当的运输能力。根据本 发明，这种操作现在可通过旋转式镗孔刀具加以改进。

申请人还认为，刀片能够使作业工人以便捷的方式安装到主体上或 从主体上取下来是一重大的优点，这对节省时间和降低费用是很有利 的。

还有一个优点就是，在主体上的安装装置可以用精密铸造的方法生 产出来，以避免昂贵的、公差精确的机械加工。在这一方面，特别重要 的是采用了锥面定位或楔面定位机构，使刀片能找到本身在槽中的纵向 位置，于是避免了精密的制造公差-例如槽的宽度。

申请人认为，刀片沿着其长度的主要部分受到支承是一个优点，以 坚硬的砧形物方式在短于刀片最前端的距离处予以有利的支持，此外还 由相当弹性的支承构件提供一些弹力或“适应性”。

该强硬的支持可望改善刀片的强度要求，因刀片是一昂贵的部件。 这一弹性可望改善制造上的公差要求并强化了刀片在槽中的摩擦固定。

本发明的另一个旋转式镗孔刀具的实施例示于图5，它具有与图1 实例非常相似的那些部件和特征。类似的标号用来表示类似的特征，该 实施例不再作详细的说明，仅强调一下图1和图5实施例之间的差别。

图5实施例中的刀片130具有朝向其径向内端的刀峰，如伸出最远 的136所示出的内端。相应地，砧状物116也最远伸出到用标号119所 示出的其径向内端。该刀片的内侧纵向边缘相互紧邻，但不接触，以致 在使用时相互之间不会传递力而发生应力和应变。

相反地，每一支承物120在其径向内端以小角度作成倒角，如标号 121所指示的。这样就进一步增大每个在使用中所暴露的刀片130的工作 表面134。

有利的是，刀片的最后端以小角度倒角，即以约5°的角度倒角， 如135所示。这将方便刀片进入槽122内，并防止在刀片深深地插入槽 内时被“卡滞”。

刀片130呈硬质合金镶嵌物的形式，即它们没有图1刀片30的多晶 体钻石层。

参考图6，刀片的另一个实施例用标号230来表示。除了刀片的后 表面232做成三个平面形状，不同于图1和图5实施例中的两个平面， 它与图5的刀片130是相似的。这样，在外平面232.1和232.2之间，还 有一个中间平面232.3。申请人相信，这种形状将加强刀片在由砧面所提 供的位置上的定位和固定。本领域的技术人员可以看出，砧状物的表面 可以做成与刀片230的背面232形状成互补的形状。如果需要的话，砧 状物构件的表面可以分别做成图1和5的砧状物构件16和116的表面18 和118的相同形状。在这一实施例中，平面部分233.3只是略高于表面 18、118的分线18.3、118.3。这将减低对制造公差的要求，甚至可容 纳集聚在分线18.3，118.3附近的异物。

刀片的另一个实施例用标号330示于图7。其背部322有一平面的 中间部分322.3，相似于图6实施例的平面部分232.3。当然，该中间平 面部分332.3形成在凹面332.1和332.2的中间。互补的砧状物表面加工 成互补状，这是本领域技术人员所知的。可以看到，刀片330将特别适 合就位，并在使用时特别理想地固定在它的砧状物中。

刀片还有另一个实施例用标号430表示在图8中。它有一中央平面 部分432.3，通常平行于其工作面434。当然，它两侧有两个凸出侧面， 在本实施例中，两个凸侧呈角状，即每侧在接近中央平面部分432.3处有 倒角部分432.1和432.2，然后每侧再沿更斜的角度向工作面434倾斜形 成倒角。

本发明的另一个旋转式镗孔刀具实施例用标号500表示在图9中。 该镗刀500包括有通常用标号510表示的一个主体和分别用标号530.1 和530.2表示的两个硬质耐磨材料的刀片。

图9实施例的部件和特征相似于所描述过的实施例的部件和特征。 类似的标号用来表示类似的部件和特征，不再做详细说明。重点只放在 一个特点上，该特点使图9的实施例区别于已描述过的实施例。

刀片530.1有一朝向径向外端的前峰或外缘，用标号536.1来表示。 这样，该前峰或外缘536.1在使用时在被镗孔的径向外部区域中起切削作 用。

与上相反，刀片530.2有一朝向径向内端的前峰或外缘，用标号536.2 来表示。这样，该前峰或外缘536.2在使用时在被镗孔的径向内部区域起 切削作用。前峰或外缘536.1和536.2通常处于相同的纵向位置上。

申请人认为图9实施例的优点是，它将以一种“核心切刀”的方式 进行工作。所以，切削不是在被镗孔的整个范围内的相同深度处进行， 而是集中在相应的径向外切削圆和径向内切削圆上，因而改善了所要求 的镗孔力矩，也改善了刀片和支持刀片的主体上的应力。

从图5和其它图中的所有实施例中可知，主体中的槽以小角度向底 部成锥形，而刀片向底部互补地亦成锥形，在各种实施例中，如图1实 施例所详细说明的那样，刀片以楔形锁定方式摩擦地固定在槽中。

图5中的实施例和其它的实施例通常具有图1实施例所详细说明的 相同的优点。