NL8100304A

NL8100304A - LIQUID DRILL FOR MAKING HOLES IN SHEETS.

Info

Publication number: NL8100304A
Application number: NL8100304A
Authority: NL
Original assignee: Flowdrill Bv
Priority date: 1981-01-22
Filing date: 1981-01-22
Publication date: 1982-08-16
Also published as: EP0057039B1; DE3260137D1; ATE7368T1; EP0057039A1

Abstract

A flow drill (1) having a cross-sectional contour satisfying a complex harmonic curve according to the formula as given in the claim. Said contour ensures a uniform load distribution on the hole wall and little or no material growth on the drill. The contour is symmetrical in the rotation direction whereby reverse of drill rotation is permitted.

Description

* -- - p & c* - - p & c

* ff 5767-1 Ned. dB/LvD* ff 5767-1 Ned. dB / LvD

/Vloeiboor voor het maken van gaten in plaatmateriaal./ Liquid drill for making holes in sheet material.

De uitvinding heeft betrekking op een vloeiboor voor het door middel van wrijvingswarmte en druk maken van een door een kraag omgeven gat in metaalplaat of metalen buiswanden, welke boor een schacht en een 5 glad, taps toelopend werkzaam einde heeft, waarbij de dwarsdoorsnede van dit werkzame einde als grondvorm een regelmatige veelhoek heeft en een convex profiel, gelegen binnen de omgeschreven cirkel van de veelhoek.The invention relates to a flow drill for frictional heating and pressing of a collar-surrounded hole in metal sheet or metal pipe walls, which drill has a shaft and a smooth, tapered active end, the cross-section of which is active end as the base shape has a regular polygon and a convex profile, located within the circumscribed circle of the polygon.

Sergelijke vloeiboren zijn bekend, bijvoorbeeld uit het Franse 10 octrooischrift 1189384 en het Nederlandse octrooischrift 160499.Such fluids are known, for example from French patent 1189384 and Dutch patent 160499.

Volgens het Franse octrooischrift is de dwarsdoorsnede van het werkzame booreinde een vierkant met afgeronde hoeken. Gebleken is, dat een dergelijke doom wel geschikt is voor het maken van gaten in zachtere metalen zoals aluminium en koper, maar voor het maken van gaten 15 in hardere metalen, zoals brons en staal, minder goede resultaten geeft en reeds na een betrekkelijk klein aantal gaten versleten is.According to the French patent, the cross section of the active drill end is a square with rounded corners. It has been found that such a doom is suitable for making holes in softer metals such as aluminum and copper, but for making holes in harder metals such as bronze and steel gives less good results and already after a relatively small number holes are worn.

Bij de vloeiboor volgens het Nederlandse octrooischrift 160.499 is de grondvorm van de dwarsdoorsnede van het werkzame deel een gelijkzijdige driehoek, waarvan de hoekafrondingen bestaan uit twee in het 20 hoekpunt op elkaar aansluitende bogen met verschillende kromtestraal en verschillende lengte. Tussen de hoekafrondingen kan het profiel eveneens worden gevormd door een boog, maar met een grotere kromtestraal, of door een rechte lijn. Door deze kromtestraal^-overgangen zijn de hoekpunten van de driehoek te veel geaccentueerd, waardoor instabiliteit in 25 de boorwerking kan optreden, in het bijzonder als deze wordt gebruikt voor het optrompen van buiseinden. Deze einden worden dan enigszins vierkant inplaats van rond.In the flow drill according to Dutch patent 160,499, the basic shape of the cross section of the active part is an equilateral triangle, the corner rounds of which consist of two arcs connecting at the corner point with different radius of curvature and different length. Between the corner roundings, the profile can also be formed by an arc, but with a larger radius of curvature, or by a straight line. Due to these radius of curvature transitions, the angular points of the triangle are accentuated too much, which may lead to instability in the drilling action, especially when used for flaring pipe ends. These ends then become somewhat square instead of round.

Verder ontstaat bij deze bekende vloeiboor in de korte boog een te grote vlaktedruk, die leidt tot warmtespanningen en haarscheur-30 tjes in de boor en daardoor tot levens duur—verkorting. De stralen van de bogen zijn namelijk niet afgestemd op een gemengde smering, d.w.z. deels hydrodynamisch ten gevolge van het vloeiende materiaal en deels droog. Er treedt vrijwel uitsluitend droge wrijving en daardoor sterke slijtage van de boor op. Anderzijds ligt de boor ter plaatse van de 35 langere van de beide hoekpuntbogen te veel vrij van de gatwand, waardoor daar materiaalaanhechting aan de boor optreedt, die periodiek moet worden verwijderd. Zelfreiniging van de boor door draairichtings-omkeer is door de asymmetrie van de hoekpuntbogen niet mogelijk.Furthermore, in this known short arc liquid drill, too great a surface pressure is created, which leads to heat stresses and hairline cracks in the drill and thereby to shortening service life. Namely, the radii of the arcs are not adapted to a mixed lubrication, i.e. partly hydrodynamic due to the flowing material and partly dry. Dry friction almost always occurs and as a result there is heavy wear of the drill. On the other hand, at the longer of the two corner point arcs, the drill is too far away from the hole wall, as a result of which material adheres to the drill, which must be periodically removed. Self-cleaning of the drill bit by reversing the direction of rotation is not possible due to the asymmetry of the vertex arcs.

Tenslotte is het slijten van de boor in verband met het 40 speciale, door de kromtestraalsprongen van de bogen niet werkelijk 8100304Finally, due to the special curvature jumps of the arcs, the wear of the drill is not really 8100304

VV

- 2 - ’* > continue dwarsprofiel, alleen mogelijk door middel van een nokkenschijf.- 2 - "*> continuous cross section, only possible by means of a cam disc.

Voor elke andere boordiameter of tophoek van de boor is dan een andere nokkenschijf nodig.For each other drill diameter or top angle of the drill, a different cam disc is required.

De uitvinding beoogt het verschaffen van een verbeterde vloei-5 boor zonder de bovengenoemde nadelen.The object of the invention is to provide an improved flow drill without the above drawbacks.

Dit wordt volgens de uitvinding' bereikt, doordat het profiel van de dwarsdoorsnede kan worden weergegeven door de formule: Λ 2 I nos n f I l/ .2 λ o 2 R (f)= R -ht*h -ecos -I arccos(<$ sin Hf +-'—3^—V d sin n? -5 sin nf + cos ηΥ>) + ’o _ ^ cos η t 10 waarbij als voorwaarde geldt voor de oplossingen van R( Ϋ ): (sin n ƒ ). sin -£arccos(d sin2nf + ^ l/"$2sin4nf -S^sisi^nf + cos2nf )j ^ 0, en waarin R= Voerstraal uit het hart van de boor, Rq= gelijk de voerstraal in een beginpunt van het profiel in een der hoekpunten van de veelhoek, 15 f is gelijk de hoek van R met , e=Rmax-Rm:Ln, <5 is gelijk de modulatie-factor en α is gelijk de asymmetriefactor.This is achieved according to the invention in that the cross-sectional profile can be represented by the formula: Λ 2 I nos nf I l / .2 λ o 2 R (f) = R -ht * h -ecos -I arccos ( <$ sin Hf + -'— 3 ^ —V d sin n? -5 sin nf + cos ηΥ>) + 'o _ ^ cos η t 10 with the condition of the solutions of R (Ϋ): (sin n ƒ). sin - £ arccos (d sin2nf + ^ l / "$ 2sin4nf -S ^ sisi ^ nf + cos2nf) j ^ 0, and where R = Feed beam from the center of the drill, Rq = equal the feed beam at a starting point of the profile in one of the vertices of the polygon, 15 f equals the angle of R with, e = Rmax-Rm: Ln, <5 equals the modulation factor and α equals the asymmetry factor.

Hiermee wordt een werkelijk continu profiel verkregen, dat gebaseerd is op een samengestelde harmonische curve en daardoor een gelijkmatige belastingverdeling over het met de gatwand in aanraking komende 20 deel .ervan geeft. De vrij ligging ten opzichte van de gatwand in het overige deel van het profiel is zeer gering of afwezig, in welk laatste geval er steeds een geringe aanrakingsdruk is, waardoor materiaal—aangroeiing tot een minimum beperkt blijft. Bij non-ferro metalen kan nog wel enige aangroeiing optreden, maar deze is door draairichtingsomkeer van de boor, 25 mogelijk door het symmetrische profielverloop, direkt op te heffen.This results in a truly continuous profile, which is based on a composite harmonic curve and therefore provides an even load distribution over the part contacting the hole wall. The free position relative to the hole wall in the remaining part of the profile is very small or absent, in the latter case there is always a small contact pressure, whereby material fouling is kept to a minimum. Some fouling can still occur with non-ferrous metals, but this can be immediately eliminated by reversing the direction of rotation of the drill, due to the symmetrical profile profile.

Bovendien kan de slijtage van de boor gelijkmatiger worden gemaakt door periodieke richtingsomkeer. Ook heeft men gemengde smering tussen boor en gatwand door het profielverloop volgens de uitvinding.In addition, the wear of the drill can be made more uniform by periodic reversal of direction. There is also mixed lubrication between the drill and the hole wall due to the profile profile according to the invention.

Wanneer in de bovengenoemde formule n=3 is, is de profielgrond-30 vorm een driehoek. Het kan echter ook een vierkant, vijfhoek of zeshoek zijn. De praktijkvoorkeur gaat uit naar op een vierkant gebaseerde boren daar hiervan de stabiliteit van de werking groter is dan op een driehoek gebaseerde boren, terwijl die gebaseerd op een vijfhoek of zeshoek teveel de cirkelvorm gaan benaderen. De vervaardiging van de 35 boor vraagt geen nokkenschijven. De boor kan worden geslepen tot het profiel volgens de formule met een numeriek bestuurde slijpmachine.When in the above formula n = 3, the profile ground-30 shape is a triangle. However, it can also be a square, pentagon or hexagon. Practical preference is given to square-based drills, since the stability of the operation is greater than that of triangular-based drills, while those based on a pentagon or hexagon approach too much the circle shape. The manufacture of the drill does not require cam discs. The drill can be ground to the profile according to the formula with a numerically controlled grinder.

De uitvinding dal hieronder nader aan de hand van de tekening worden toegelicht.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.

Fig- 1 is een zij-aanzicht van de boor met daaronder in 40 doorsnede getekend een met de boor vervaardigd gat.Fig. 1 is a side view of the drill with a hole drawn with the drill drawn in 40 section underneath.

8100304 .*<. φ * - 3 - \8100304. * <. φ * - 3 - \

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede volgens I-I van fig. 1 van een mogelijk dwarsdoorsnedeprofiel van de boor.Fig. 2 is a cross-sectional view along I-I of FIG. 1 of a possible cross-sectional profile of the drill.

Fig. 3 toont een aantal andere mogelijke profielen waarbij voor elk profiel waarden van de parameters in de formule zijn aangegeven.Fig. 3 shows a number of other possible profiles in which values of the parameters in the formula are indicated for each profile.

5 De weergegeven boor heeft een van een centerpunt 2 voorzien conisch eerste deel 3, een prismatisch tweede deel 4, een kraag 5 met een borst 6 en een schacht 7, waarmee de boor in de kop vein een boormachine kan worden bevestigd.The drill shown has a conical first part 3 provided with a center point 2, a prismatic second part 4, a collar 5 with a breast 6 and a shank 7 with which the drill can be mounted in the head of a drilling machine.

De doom volgens de uitvinding, die geschikt is voor het maken 10 van gaten in koper, aluminium, brons en staal, kan in de beide draairichtingen worden gebruikt, blijft vrij van materiaal-aanhechting met een maximum aan stabiliteit en levensduur en heeft een werkzaam deel 3 en 4, waarvan de dwarsdoorsnede het profiel heeft volgens de formule, waarvan voorbeelden zijn gegeven in fig. 2 en 3.The doom according to the invention, which is suitable for making holes in copper, aluminum, bronze and steel, can be used in both directions of rotation, remains free of material adhesion with maximum stability and service life and has an active part 3 and 4, the cross section of which has the profile according to the formula, examples of which are given in Figures 2 and 3.

15 In fig. 3 is n het aantal zijden of hoekpunten van de veel hoek waarop het profiel is gebaseerd, e is het verschil tussen de en de minimum waarde van de voerstraal R bij het betreffende profiel, '5 is de zogenaamde modulatiefaktor en bepaalt de mate van afronding in de punten van de kromme. In de praktijk ligt δ gewoonlijk 20 tussen 0 en 0,9.In fig. 3 n is the number of sides or vertices of the many angle on which the profile is based, e is the difference between the and the minimum value of the feed radius R at the relevant profile, '5 is the so-called modulation factor and determines the degree of rounding at the points of the curve. In practice, δ is usually between 0 and 0.9.

a is de zogenaamde asymmetriefaktor. Wanneer α ongelijk aan 0 is fis het profiel opgebouwd uit n gelijke delen, die elk asymmetrisch zijn ten opzichte van de voerstraal, gelegen tussen de beide eindpunten van dat profieldeel.a is the so-called asymmetry factor. When α is not equal to 0, the profile is built up of n equal parts, each of which is asymmetrical with respect to the feed radius, located between the two end points of that profile part.

25 De linkerkolom van profielen in fig. 3 betreft op een driehoek gebaseerde profielen, de rechterkolom op een vierkant gebaseerde profielen.The left column of profiles in Fig. 3 refers to triangle-based profiles, the right column to square-based profiles.

30 ---+--- 810030430 --- + --- 8100304

Claims

- 4 - & - · ♦ t CONCLUSION - · Fluid drill for pressurizing a collar-surrounded hole in metal sheet or metal tube walls by frictional heat and pressure, which drill has a shaft and a smooth, tapered effective end. the cross section of this active end as a basic shape having a regular polygon and a convex profile located within the circumscribed circle of the polygon, characterized in that the profile of the cross section can be represented by the formula: 10 & i'f ^ R -ht + ht cos (arccos (5 sin ^ n γ + ^ co-s ·· nJ ^ ^ S ^ sin ^ nf -S ^ sin ^ nf + cos ^ nf) + oil o (_ cos nf J where if condition applies to the solutions of RCfj: (sin nf). sin £ arcces (<5 sin ^ nY + ^ l / i ^ sin ^ nf -S ^ sin ^ nf + cos ^ nf) J ^ 0} where R = the feed radius from the center of the drill, R = the feed radius at a starting point of the profile in one of the vertices of the polygon, α = the angle of R with R, e = RmaX-Rmin, n is the number of vertices of the polygon, o S is ee n modulation factor and α is an asymmetry factor. —— ++ —— 20 8 f 00 30 4