专利名称：圬工钻头及镶嵌方法
技术领域：
本发明涉及一种圬工钻头，尤其是一种具有一个软金属制的钻体和一种镶嵌到所述钻体工作端中的硬质碳化物圬工钻头镶嵌件的圬工钻头。
背景技术：
一些碳化物镶尖的圬工钻相当熟知。一种用碳化钨或其它硬化的材料制造的刀头被镶嵌到一个金属柄工作端内的槽中，利用一种糊状物或其它材料固定在合适位置，当碳化物镶嵌件在槽内被钎焊时，糊状物或其它材料就被取代。然而，这种做法十分不准确，因为该碳化物镶嵌件不能准确地在槽内定向，并且还妨碍一种清洁的钎焊。美国专利US3,447,616公开了一种钻，它具有一个在横向延伸到钻体的槽中安装到其端部上的可拆卸式刀片。该刀片被制成带一个片毂，该片毂在刀片的对面上具有几个部分，刀片装配在制成所述槽的开口中，以便刀片在该槽内适当地定向。美国专利US4,314,616公开了一种具有前面硬质镶嵌件的压铸圬工钻。该硬质镶嵌件被放入在其内铸造钻体的模具中。利用基本上包围镶嵌件的熔融材料和设置在所述镶嵌件上的互锁机构将钻体围绕镶嵌件铸在适当位置。由于热膨胀速率的差异，利用钻体金属的收缩将镶嵌件固定在所述槽内的适当位置。
发明概述本发明是用于一种具有碳化物镶嵌件的圬工钻头的方法和设备。本发明的钻头包括一个细长的圆柱形钻体，钻体在其工作端处具有一个横向槽。一个硬化的碳化物镶嵌件具有从每一侧延伸的伸出部分，它被压入所述槽内，从而将该碳化物镶嵌件保持在适当位置，用于合适的钎焊。
更准确地说，本发明包括圆柱形钻体，钻体具有至少一个沿着所述钻体轴向长度延伸到钻体柄的出料螺旋沟槽。在钻柄对面的所述钻体的顶部具有一个安放硬化的钻头镶嵌件的横向槽。硬化的镶嵌件包括一个具有两个相对的切削刃的前面切削部分。镶嵌件具有第一和第二平表面。位于所述每个平表面上的是用于使镶嵌件适当定向并将其保持在横向槽内的机构。用于将镶嵌件保持在横向槽内的机构包括一些伸出部分，这些伸出部分从每个平表面向外延伸一个与伸出部分整个长度相等的距离。这些伸出部分用于使钎焊材料在硬化的镶嵌件和横向槽之间进入并将所述镶嵌件牢固地固定在所述槽内。
最后，本发明包括一个细长的圆柱形钻体，该钻体在一个末端处具有至少一个跨过其延伸的横向槽，并在相对的末端处具有一个钻柄，所述钻体具有至少一个从所述横向槽到钻柄沿着其外表面形成的螺旋沟槽；一个钎焊在所述横向槽内的钻头镶嵌件，该镶嵌件具有一个底表面；一个第一和第二平行的平表面；一个连接所述第一和第二平表面的第一和第二侧面；一个前面的顶尖，它形成一个第一和第二上表面，该第一和第二上表面从所述顶尖向下延伸到所述第一和第二侧面；一个第一和第二切削刃，它们沿着所述第一和第二上表面相对的侧面形成；至少一个伸出部分，它在所述第一和第二平表面的每一个上垂直延伸；及一种在所述镶嵌件和横向槽之间接合处的钎焊填料。
附图简要说明结合附图参看下面的说明将更好地理解本发明，图中相同的标号涉及相同的部件，其中
图1是本发明组装好的钻头的前视图；图2是每个面上具有两个伸出部分的本发明的硬化的钻头镶嵌件面的透视图；图2A是图2的钻头镶嵌件的顶视图；图3是每个面上具有一个伸出部分的本发明的硬化的钻头镶嵌件的透视图；图4是本发明的硬化的钻头镶嵌件的顶视图；图5是本发明的圆柱形钻体的透视图；图6是固定在一个钻体横向槽内的钻头镶嵌件的顶视图；图7是具有轻微轴向后角的硬化的钻头镶嵌件的前视图；和图8是图2的一种改进，具有延伸每个平表面整个长度的伸出部分。
优选实施例的详细说明参看图1，其中显示出本发明的一个圬工钻头，本发明的圬工钻头包括一个圆柱形的钻体11、钻柄17，和一个硬化的钻头镶嵌件20，该镶嵌件20镶嵌在位于所述钻体工作端处的一个横向槽26中，如图5中所见。钻体11用标准钢材料制造，该标准钢材料一般比硬化的碳化物钻头镶嵌件20软得多。钻体11具有至少一个出料螺旋沟槽15，该沟槽15沿着其长度向下延伸到钻柄17。螺旋沟槽15不延伸到工作端对面的平滑钻柄部分17中，因此钻柄17可以插入一个合适的钻的接受端中。轴向钻体11可以有利地具有一个第二螺旋沟槽18，它在图6中示出，该第二螺旋沟槽18从第一螺旋沟槽15对面的钻体工作端向下延伸。当有两个明显不同的切削刃位于钻头镶嵌件上时，可能要求有两个螺旋沟槽。这些螺旋沟槽用于准备给硬化的钻头镶嵌件20正在切削的钻过孔的材料出料，并将来自切削刃的这种钻屑从被钻孔的材料中移走，以便所述钻屑不干扰钻头的切削作用。
圆柱形钻体11在其工作端处具有一个在图5中示出的横向槽26。横向槽26用铣削方法形成并用于插入钻头镶嵌件20。横向槽26具有这种宽度，以便能用于将钻头镶嵌件20密配合到槽26中。槽26具有平滑的通道侧壁27和28，以便钻头镶嵌件20可以很容易地滑入槽26中。轴向钻体11和钻柄17用一种密实材料如钢制造，这种材料是可压制的，足以能用于将硬化的钻头镶嵌件20合适的插入槽26中，同时还提供足够的阻力以便牢固地啮合所述镶嵌件。用一个压机将钻头镶嵌件20压入槽26中，所述的力充分足够将碳化物镶嵌件完全镶嵌到槽中，并使在图2A中示出的肋或伸出构件21和22能啮合横向槽26的侧壁27和28。肋构件21和22由硬化的碳化物材料制造，它们在合适地镶嵌时擦伤侧壁27和28。侧壁面的这种擦伤保证钻头镶嵌件滑配合到槽中，因此通过彻底的钎焊可以将镶嵌件随后合适地固定于槽上。
横向槽26具有一个底部分26a，底部分26a可以不是完全与侧壁27和28垂直。如上所述，底部分26a用一种铣削法形成。但是，底部分26a在钻体11内形成，以便它被制成稍带凹陷或弯曲部分向着钻柄17向下延伸到侧壁27和28底缘的外面。因此，当钻头镶嵌件20被强制进入槽26内时，直接在镶嵌件20的下面有一个由所述凹陷或弯曲部分所形成的小空间，钻头镶嵌件不能延伸到此小空间之内。这个空间用于使钎焊材料能在第一平面29上的伸出部分21和22与第二平面30上的伸出部分23和24之间流动。另外，钎焊材料可以在钻头镶嵌件20的下面流动，因而完全包围压入槽26内的钻头镶嵌件，同时将该镶嵌件牢固地固定在所述槽内。
钻头镶嵌件20用一种硬化的耐磨材料制造。形成镶嵌件所用的优选材料是碳化钨。这种材料被优选是由于它是硬化的和耐磨的，以及容易接受钎焊。
图2和图3中硬化的钻头镶嵌件20被制成具有第一和第二平行平面29和30、第一和第二侧面33和34、一个顶部尖端25，切削刃32和31从顶部尖端25在相对的两侧上由其向下延伸。第一和第二上表面13和14从顶部尖端25延伸到第一和第二侧面34和33。第一和第二上表面13和14具有一个前面的切削刃和一个后面的后刃。当钻头以如图所示的顺时针转动旋转时，该切削刃是镶嵌件的前面的刃。在第一上表面13上，前切削刃32沿着由第一上表面13和平表面30所限定的刃形成。由第一上表面13和平表面29所形成的刃形成第一上表面13的后刃。在第二上表面14上，前切削刃31沿着由第二上表面14和平表面29所限定的刃形成。沿着第二上表面14形成的对面的刃是第二上表面14的后刃。
如图3和图8中所见，钻头镶嵌件20的底表面12可以具有稍微倾斜的边缘。边缘的倾斜用于很容易将钻头镶嵌件20插入槽26中。当横向槽26具有一个没有如图5中所示的弯曲部分的底部分26a时，钻头的底表面12可以倾斜。如果槽底26a垂直于槽壁27和28，则当利用两个肋时，倾斜的底12能使钎焊材料在肋之间流动，并防止气孔形成，因而产生一个用于整个肋构件长度的密实钎焊填料。当利用一个弯曲的底26a时，如图5中所示，要求底不倾斜。
切削刃31和32沿着钻头的前面的旋转刃在相对的两侧上向下从所逯顶部尖端25延伸到第一和第二侧刃34和33，并通过使第二平面30和第一平面29不垂直于侧面33和34来形成，形成的径向后角最好约为5°，因此使第一上表面13从切削刃32到平表面30稍微向后倾斜。通过设置一个具有如上所述径向后角的切削刃，使钻头能更好地插入经受钻孔的圬工材料中。侧面33和34也可以具有轻微的轴角后角，约为1°，因而增加了刃32和31的切削作用并避免侧刃在被钻的孔中拖带。
所示的圬工钻头被设计成是一种从钻柄端透视顺时针旋转的钻头，它具有在前面的切削刃对面的后面上形成的伸出部分或肋。如图2所示，若用以顺时针方式旋转的钻头，则前面的切削刃32在直接位于该切削刃32下的平表面30的一半上没有在其下形成的肋或伸出部分。但是，在平表面30上形成的有在后切削刃31的表面30的另一半上形成的肋或伸出部分。这同样的设计反映在平表面29上，这里肋23和24是在上表面13的下面而不是在上表面14的下面形成，如图2A中所示。
在每一个所述硬化的钻头镶嵌件的前和后平表面29和30上，设置在图2中示出的伸出部分或肋21和22，它们在如上面所公开的后面上由其向外延伸。图2A中的伸出部分21、22、23和24，及图3和图4中的伸出部分41和42从平表面29和30向外延伸到足以使钻头镶嵌件在用于钎焊的槽26内定向并将其保持在合适位置。在每个表面上可以设置一个或多个伸出部分，只要每个伸出部分能将钻头插入槽26内并将钻头20定向，用于合适的随后钎焊。为了合适地保持在轴向钻体11内的适当位置处，钻头镶嵌件20必须合适而牢固地钎焊。伸出部分41和42使镶嵌件20在槽26内定向并使钎焊材料能完全包围钻头20，因而将镶嵌件牢固地固定在槽26中。最好是，伸出部分41和42从每个平表面延伸约0.008英寸，因而在槽壁27和28与钻头20之间提供约0.003英寸的间隙。如此设置伸出部分21、22、23和24的位置，以防当切削刃围绕钻头的中心轴顺时针旋转时这些伸出部分干扰切削刃31和32的切削作用。
如图3所示，单个的伸出部分41和42可以设置在每个平表面29和30上，并定位在与所述切削刃相对的半侧上。因此，在本发明的钻头上形成在每个平表面上至少一个伸出部分。这些伸出部分在加压操作期间于每个平表面29和30上形成，作为该镶嵌件的一个整体部分。这些钻头伸出部分大约延伸平表面29和30垂直距离的一半(1/2)，同时在钻头的底表面12和各个上表面的切削刃之间垂直延伸。肋的短长度使钎焊材料很容易经过这些肋并围绕肋流到槽26的底26a上。槽底26a成一定角度或有点弯曲，以使钎焊材料能流经图2中所示的两个肋之间的空间，并防止在所述区域内产生气孔。如果利用较长的肋或伸出部分以将钻头镶嵌件20更牢地固定在横向槽26内，如图8中所示，则可以用一种较细的钎焊材料，以保证足够的流动性及在伸出部分内并围绕伸出部分的钎焊的移动。
伸出部分在一个四分之一英寸的钻头上最好具有约0.03英寸的宽度，而在半英寸的钻头上具有约0.06英寸的宽度，因此相对于图5中的横向槽侧壁27和28提供足够的接触表面，以将钻头固定在槽内。当钻头镶嵌件被镶嵌到槽26内时，伸出部分使侧壁27和28稍有变形，同时引起在侧壁上形成相应的凹陷。但是变形是轻微的，并且镶嵌件20必须仍然被钎焊在槽内，以用于适当的固定。
伸出部分的宽度和向外延伸部分必须足以使钎焊材料(最好是铜银合金)能流入横向槽26中，并包围钻头有效地将钻头20钎焊到轴向钻体11的工作端中。可以优先考虑 对钎焊材料提供0.003英寸的间隙以流入所形成的开口中，因而提供了合适的钎焊范围并使缩孔率保持最小。镶嵌件20与槽壁27和28之间提供的间隙同伸出部分21和24的实际向外距离之间的差异(与0.008英寸相比是0.003英寸)是由镶嵌件插入槽中时所造成的所述壁轻微变形而引起。钎焊填料厚度最好先填满镶嵌件20与槽壁27和28之间的整个间隙及通道或槽内镶嵌的碳化物镶嵌件下面，从最大0.008英寸到最小0.003英寸。
实际上，具有伸出部分21、22、23和24的本发明的硬化的钻头镶嵌件20被强行插入位于轴向钻体11工作端处的有沟的槽26中。这些伸出部分使横向槽侧壁27和28稍微横向变形，并因而通过张力使镶嵌件固定在适当位置中。一旦固定在适当位置，就用一种铜合金钎焊材料将钻头镶嵌件钎焊在横向槽内，所述钎焊材料具有足够质量和流动性，以便围绕钻头镶嵌件及在其下面流动，并将所述镶嵌件固定在所述槽中。钎焊材料必须足够密实，以便能供圬工钻头重复使用，而没有钎焊裂缝或磨损并由此造成钻头镶嵌件20从槽26中松开。所形成的钎焊结合部应有极好的填充和厚度。最好是，用于本发明钎焊的结合部厚度保持小于0.01英寸，由此提供了良好的钎焊流动并降低了缩孔率。
优选地，本发明的硬化的钻头镶嵌件20在每个平表面上具有一个或多个肋，同时每个平表面提供肋或伸出部分的总数为至少两个。利用如图2中所示的每个平表面上的至少两个肋，使碳化物镶嵌件当插入时在槽26内保持一个合适的定向，并防止镶嵌件在所述槽内变得歪斜。通过在轴向钻体的横向槽内提供合适的定向，可以将镶嵌件合适地钎焊在适当位置中，为全部的钎焊范围做好准备、使缩孔率降至最低和产生合适的结合厚度，并增加钎焊的总强度。钻头镶嵌件20的合适定向还增加切削刃32和31的切削效率。
上述详细说明主要为清楚地理解本发明，并非要增加不必要的限制，因为改进对该技术的专业人员在阅读本公开内容时将变得很明显，并且不脱离本发明的精神或所附权利要求的范围就可以进行。
权利要求
1.一种圬工钻头，包括(a)一个细长的圆柱形钻体，它在一个末端处具有一个跨过其延伸的横向槽，及在相对的末端处具有一个钻柄，所述钻体具有至少一个从所述横向槽到钻柄沿着其外表面形成的螺旋沟槽；(b)一个钻头镶嵌件，它钎焊在所述横向槽内，该镶嵌件具有(1)一个底表面；(2)一个第一和第二平表面；(3)一个连接所述第一和第二平表面的第一和第二侧面；(4)一个前面的顶部尖端，它形成一个第一和第二上表面，该第一和第二上表面从所述顶部尖端向下延伸到所述第一和第二侧面；(5)一个第一和一个第二切削刃，它们沿着所述第一和第二上表面相对的侧面形成；(6)至少一个伸出部分，它在每个所述第一和第二平表面垂直地延伸；和(7)一种钎焊填料，它在所述镶嵌件和横向槽之间的接合处。
2.权利要求1中所述的钻头镶嵌件，其中所述至少一个伸出部分从底表面向着第一和第二上表面垂直延伸一半。
3.权利要求1中所述的钻头，其中所述钻头镶嵌件具有至少两个位于第一和第二平表面的每一个上的伸出部分。
4.权利要求1中所述的钻头，其中所述钻体具有两个螺旋沟槽，它们从所述横向槽向下延伸到钻柄。
5.权利要求1中所述的钻头，其中所述的碳化物镶嵌件用碳化钨制造。
6.权利要求1中所述的钻头，其中所述钻体用钢制造。
7.权利要求1中所述的钻头，其中所述钎焊填料是一种铜银合金材料。
8.权利要求1中所述的钻头，其中所述两个侧面连接第一和第二平表面，这两个侧面与第一和第二平表面形成一个斜角，此角与直角相差约为5°。
9.权利要求1中所述的钻头，其中所述底表面具有斜缘。
10.权利要求1中所述的钻头，其中所述横向槽具有一个第一和一个第二侧壁及一个底部分，该底部分与第一和第二侧壁成非垂直的关系。
11.权利要求1中所述的钻头镶嵌件，其中所述第一和第二切削刃没有在平表面上直接在其下方形成的一个伸出部分。
12.一种圬工钻头，包括(a)一个细长的圆柱形钻体，它在一个末端具有一个横向槽，而在相对的末端具有一个钻柄，所述钻体具有至少一个从横向槽延伸到钻柄的螺旋形沟槽；(b)一个硬化的圬工钻头镶嵌件，它钎焊到所述横向槽中，该钻头镶嵌件具有(1)一个顶部尖端；(2)一个底部表面；(3)一个第一和第二平表面，该表面从所述底表面向上延伸到顶部尖端；(4)一个第一和第二侧面；(5)一个第一和一个第二上表面，该表面从所述顶部尖端向下延伸到所述第一和第二侧面，第一上表面具有一个前切削刃和一个后刃，第二上表面具有一个前切削刃和一个后刃；(6)在所述每个第一和第二平表面至少一个伸出部分，所述第二平表面上的至少一个伸出部分在底表面和第二上表面的后刃之间垂直延伸，所述第一平表面上的至少一个伸出部分在底表面和第一平表面上的后刃之间垂直延伸。
13.权利要求12中所述的圬工钻头，其中所述的细长钻体用钢制造。
14.权利要求12中所述的圬工钻头，其中所述硬化的钻头镶嵌件用碳化钨制造。
15.权利要求12中所述的圬工钻头镶嵌件，其中所述伸出部分从平表面向外延伸一个与平表面整个长度相等的距离。
16.权利要求12中所述的圬工钻头，其中钎焊料是一种铜银合金。
17.权利要求12中所述圬工钻头镶嵌件，其中所述伸出部分中每一个都在第一和第二平表面上垂直延伸一定距离，该距离约为所述底表面与第一和第二上表面的后刃之间距离的一半。
18.权利要求12中所述的圬工钻头，其中所述钻头镶嵌件在第一和第二平表面中的每一个上都具有两个伸出部分。
19.权利要求12中所述的圬工钻头，其中所述钻体具有两个螺旋沟槽，它们从所述横向槽延伸到钻柄。
20.权利要求12中所述的圬工钻头镶嵌件，其中所述底表面具有斜缘。
21.权利要求12中所述的圬工钻头，其中所述横向槽具有一个底表面，该底表面具有一个朝着钻柄向下延伸的弯曲部分。
22.一种制造圬工钻头的方法，包括以下步骤(a)形成一个用钢材制成的细长钻体，该钻体在一端处具有一个钻柄，而在钻柄相对的末端处具有一个横向槽，用于安放一个硬化的钻头镶嵌件，所述钻体具有至少一个螺旋沟槽，该螺旋沟槽从所述横向槽向下延伸到钻柄；(b)将一个硬化的钻头镶嵌件镶嵌到横向槽中，所述钻头镶嵌件具有两个扁平的平表面，两个侧面，该侧面这样连接所述两个扁平的平表面，以使侧面相对于两个平表面稍微倾斜，一个前面的顶部尖端，它形成两个从所述顶部尖端向下延伸到两个侧面的上表面，两个沿着所述两个上表面相对的边形成的切削刃，至少一个肋，它位于两个平表面中的每一个上，所述肋沿着在该处形成切削刃的相对的平表面垂直地向下延伸，并从平表面向外延伸一个与所述肋整个长度相等的距离。(c)用所述镶嵌件和横向槽之间结合处的一种密实钎焊填料将钻头镶嵌件钎焊到横向槽中，从而将所述镶嵌件牢固地固定在横向槽内。
全文摘要
公开了一种圬工钻和制造方法。该钻具有一个细长的轴向钻体和一个设置在一端处的横向槽,该钻体具有至少一个出料沟槽,而横向槽具有一个钎焊到槽内的硬化的钻头镶嵌件。硬化的镶嵌件具有从扁平的平表面向外延伸的伸出部分,它使镶嵌件在轴向钻体内保持适当的定向,因此它可以在插入钻体中后被钎焊到合适位置。
文档编号B23B51/00GK1187154SQ96194588
公开日1998年7月8日 申请日期1996年6月4日 优先权日1996年6月4日
发明者托马斯·O·希姆克 申请人:克雷多工具公司