Твердый наконечник и режущий инструмент, имеющий твердый наконечник с выступами

 

Предлагается режущий инструмент, предназначенный для экскавации земляной формации и содержащий удлиненный корпус с твердым наконечником, жестко прикрепленным к его переднему концу. Твердый наконечник имеет большое количество выполненных за одно целое соосных участков, включающих целиковый ребристый участок, который имеет большое количество продольных ребер, расположенных по его периферии. Наконечник дополнительно включает выполненный за одно целое участок с выступами, являющийся основанием, который имеет большое количество выступов, идущих в радиальном направлении. Выполненная за одно целое переходная зона обеспечивает переход между ребристым участком и участком, являющимся основанием. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к режущим инструментам, используемым для разработки грунтовых формаций, при этом блок на приводном корпусе, например барабане, колесе либо ноже, содержит режущий инструмент, имеющий твердый наконечник на его переднем конце. Более конкретно, изобретение относится к форме твердого наконечника.

Режущие инструменты представляют собой расходуемый компонент всего устройства, используемого для разрушения грунтовых формаций (например, горной породы, асфальта, угля, бетона, поташа, троны) на большое количество кусков, которые содержат абразивные обломки породы. Например, машина для планировки дорожного плотна использует режущие инструменты, которые поблочно установлены на приводном барабане. Двигатель устройства для планировки дорожного полотна приводит барабан в движение. Вращение барабана приводит к воздействию режущих инструментов на поверхность дорожного полотна, например на асфальт. В результате происходит разрушение поверхности дорожного полотна на небольшие куски с образованием абразивных обломков. Абразивные обломки удаляются, тем самым дорожное полотно готовится для возобновления покрытия.

Обычный режущий инструмент содержит удлиненный корпус (обычно изготовленный из стали) с идущими в осевом направлении передним и задним концами. Режущий инструмент содержит средство для удержания инструмента в расточке блока. Такое удерживающее средство может удерживать режущий инструмент таким образом, чтобы он имел возможность вращения относительно блока, либо не имел такой возможности. Блок крепится на поворотном барабане, приводимом в движение всем устройством. Твердый режущий наконечник, который может быть изготовлен из цементируемого карбида вольфрама (сплав WC-CO) с содержанием кобальта в диапазоне от 5 до 13 мас. крепится к переднему концу режущего инструмента. Обычно режущий наконечник припаивается к режущему инструменту.

Твердый режущий наконечник представляет собой компонент режущего инструмента, который первым воздействует на грунтовую формацию или подпочвенный слой. При этом представляет интерес форма твердого режущего наконечника, а также влияние формы наконечника на исполнение режущего инструмента.

Существовало три основных проблемы, связанных с твердым режущим наконечником. Одна заключалась в создании твердого режущего наконечника, который легко проникает в грунтовую формацию и режет ее. Другая заключалась в создании твердого режущего наконечника, который имеет достаточную прочность для выдерживания резания сквозь обломки породы, без повреждения, например, из-за растрескивания. Еще одна проблема заключалась в создании твердого режущего наконечника, который способствует защите стального корпуса инструмента, а также соединения между наконечником и стальным корпусом от разрушения абразивными кусками породы, то есть так называемой "размывки стали".

Твердый режущий наконечник обычно изготавливался из порошка посредством способов порошковый металлургии. При изготовлении детали посредством технологии порошковой металлургии важно, чтобы порошок легко и равномерно перемещался при его сжатии, с тем чтобы в прессованной, предварительно спеченной детали плотность порошка была равномерной. Обычно предварительно спеченная деталь из прессованного порошка с более равномерной плотностью порошка будет в меньшей степени иметь тенденцию к формированию зон с разной плотностью или пустотами, которые могут привести к снижению общей прочности наконечника. В прошлом твердые режущие наконечники для режущих инструментов, в которых такой наконечник представляет собой изделие порошковой металлургии, временами имели некоторое количество трещин или пустот. Как упомянуто выше, эти трещины или пустоты обычно являются следствием неравномерной плотности порошка в определенных объемах геометрии наконечника. В некоторых случаях получению такой неравномерной плотности порошка в прессованной, предварительно спеченной детали способствует наличие поверхностей, которые ограничивают поток порошка. Поэтому весьма желательно создать усовершенствованный режущий инструмент с твердым режущим наконечником, имеющим поверхности, которые не ограничивают или по меньшей мере снижают ограничение движения порошка во все объемы наконечника в течение его прессования.

В некоторых случаях те поверхности детали, которые в определенной степени перпендикулярны ее продольной оси, могут создать препятствия течению порошка, а следовательно, привести к неравномерной плотности порошка в прессованном, предварительно спеченном наконечнике. Поэтому было бы весьма желательно создать усовершенствованный режущий инструмент с твердым режущим наконечником, который представляет собой переднюю часть с геометрией, которая уменьшает или даже исключает количество поверхностей, которые обычно перпендикулярны продольной оси твердого режущего наконечника.

В некоторых случаях плотность порошка в большеразмерных частях твердого режущего наконечника больше средней величины. Это происходит вследствие ограничения движения порошка из частей твердого режущего наконечника, имеющих большие размеры, в течение прессования. Таким образом, весьма желательно создать усовершенствованный режущий инструмент, в котором плотность порошка в прессованной, предварительно спеченной детали для твердого режущего наконечника имеет в целом равномерную величину или по крайней мере более равномерную величину, чем та, которая имеет место в случае геометрии ранее разработанных наконечников.

В нижеуказанных патентах и документах представлены режущие инструменты с твердыми режущими наконечниками, имеющими конкретные геометрические формы. Например, в некоторых патентах и документах показан твердый режущий наконечник с цилиндрическим участком, идущим в осевом направлении позади конического участка наконечника. В некоторых патентах или документах представлен средний участок твердого режущего наконечника, имеющий геометрию с определенным контуром.

В каждом из патентов США N 4725099 и N 4865392 на имя Penkunas и др. представлен режущий инструмент, имеющий вставку. Вставка имеет конический участок с наконечником, выполненный за одно целое и идущий в осевом направлении, задний цилиндрический участок, идущий в осевом направлении, задний целиковый участок в виде усеченного конуса, идущий в осевом направлении, задний целиковый участок в виде утолщения, и идущий в осевом направлении задний целиковый участок, представляющий собой основание.

В каждом из патентов патенте США N 4938538 на имя Larsson и др. и европейском патенте N 0122893 на имя Larsson и др. показан режущий инструмент с вставкой. Вставка имеет участок в виде конического наконечника, выполненный за одно целое цилиндрический участок, идущий в осевом направлении позади наконечника, целиковый дугообразный участок, идущий в осевом направлении позади цилиндрической части, целиковый фланцевый участок, идущий в осевом направлении позади дугообразного участка, а также целиковый участок, посредством которого режущая вставка устанавливается в гнездо в стальном корпусе.

На чертеже N DEV-C-1736 Kennametal изображен цементированный карбидный наконечник, предназначенный для использования совместно с поворотным режущим инструментом. Наконечник имеет конический участок и выполненный за одно целое промежуточный участок в виде усеченного конуса с содержащимся в нем дугообразным вырезом или углублением.

В патенте США N 4729603 на имя Elfgen показана твердая вставка, которая имеет большое количество канавок, заполненных материалом, который более мягок, чем остальная часть твердой вставки.

В патенте США N 5131725 на имя Roklett и др. права на который переданы Kennametal Inc. Латроб, Пенсильвания, показан цементируемый карбидный наконечник для поворотного режущего инструмента. Геометрия цементируемого карбидного наконечника содержит три ребра, проходящих в радиальном направлении, которые выходят за границы цилиндрической части к вогнутому участку и к участку в виде усеченного конуса.

В патенте США N 3356418 на имя Heally и др. представлена твердая вставка с большим количеством продольных шлицев.

В советском авторском свидетельстве N 751991 раскрыт горный отбойный молоток с твердым металлическим наконечником. Наконечник имеет большое количество конических поверхностей 7, которые пересекаются для формирования большого количества ребер. Каждое ребро, по-видимому, перемещается из положения вблизи от осевой передней части наконечника к осевой задней части этого твердого металлического наконечника.

В советском авторском свидетельстве N 825924 показана твердая вставка с ребрами, которые входят в зацепление с прорезями в стальном корпусе инструмента.

В патенте Германии N 3510072 представлена твердая вставка, имеющая продольные канавки, используемые для облегчения распределения припоя при креплении твердой вставки к корпусу инструмента.

Техническим результатом изобретения является создание усовершенствованного режущего инструмента с твердым режущим наконечником.

Другим техническим результатом является создание усовершенствованного режущего инструмента с твердым режущим наконечником, имеющим геометрию, которая обеспечивает однородную плотность порошка в прессованной, предварительно спеченной детали из порошка. Еще один технический результат изобретения заключается в создании усовершенствованного режущего инструмента с твердым режущим наконечником, который легко проникает в грунтовую формацию и режет ее.

Еще один технический результат изобретения заключается в том, чтобы создать усовершенствованный режущий инструмент с твердым режущим наконечником, который прорезает обломки породы.

Еще один технический результат изобретения заключается в создании усовершенствованного режущего инструмента с твердым режущим наконечником, в котором наконечник имеет повышенную стойкость к трещинообразованию или разрушению вследствие пустот или трещин, или чего-либо подобного.

В одном из своих вариантов изобретение представляет собой твердый наконечник для крепления в месте подсоединения к корпусу инструмента, предназначенного для ударного воздействия на земляную формацию для ее разработки. Твердый наконечник содержит выполненный за одно целое участок с выступами, являющийся основанием, для защиты корпуса инструмента от износа, которому подвергается наконечник, воздействующий на грунтовую формацию. Являющийся основанием участок с выступами имеет большое количество идущих в радиальном направлении выступов, каждый из которых имеет периферийную кромку, идущую в осевом направлении перед соединением.

Еще в одном своем варианте изобретение представляет собой режущий инструмент для разработки грунтовой формации, в случае которого такая разработка создает абразивные куски. Режущий инструмент содержит удлиненный корпус с противоположными передним и задним концами, а твердый наконечник прикреплен к переднему концу корпуса инструмента. Твердый наконечник содержит целиковую переднюю зону и целиковый ребристый участок, имеющий большое количество продольных ребер, расположенных по его периферии. Ребристый участок проходит в осевом направлении позади передней зоны. Каждое из упомянутых ребер имеет переднюю кромку, которая перемещается в радиальном направлении наружу, когда ребро перемещается в осевом направлении назад, так что в течение разработки ребро отводит абразивные куски в радиальном наружном направлении. Твердый наконечник дополнительно содержит целиковый участок с выступами, являющийся основанием, который имеет большое количество идущих в радиальном направлении выступов. Выполненная за одно целое переходная зона прилегает к ребристому участку и участку, являющемуся основанием, с тем чтобы обеспечить переход от ребристого участка к участку, являющемуся основанием. Выполненный за одно целое посадочный участок смежен с участком, являющимся основанием, и проходит в осевом направлении позади от него.

На фиг.1 представлен боковой вид законченного конкретного варианта осуществления режущего инструмента согласно изобретению, на котором часть стального корпуса имеет вырез, с тем чтобы показать соединение между твердым наконечником и стальным корпусом; на фиг.2 твердый наконечник режущего инструмента, показанного на фиг.1, вид сбоку; на фиг.3 то же, вид сверху; на фиг. 4 то же, вид снизу; на фиг.5 сечение А-А на фиг.4; на фиг.6 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг.7 вид твердого наконечника согласно фиг.2, показывающий ориентацию боковых цилиндрических участков в переходной зоне твердого наконечника; на фиг. 8 сечение В-В на фиг.3; на фиг.9 твердый наконечник, второй вариант выполнения, вид сверху; на фиг.10 то же, вид сбоку; на фиг.11 твердый наконечник, третий вариант выполнения, вид сверху; на фиг.12 то же, вид сбоку; на фиг. 13 твердый наконечник, четвертый вариант выполнения, вид снизу; на фиг. 14 то же, вид сбоку, при этом часть твердого наконечника удалена; на фиг. 15 представлен стальной корпус инструмента без твердого наконечника согласно фиг. 13, с тем чтобы проиллюстрировать геометрию гнезда, в которое заходит твердый наконечник.

На фиг. 1 представлен конкретный вариант выполения режущего инструмента, в целом обозначенного позицией 20. Выполненный согласно этому конкретному варианту режущий инструмент 20 при его использовании может свободно вращаться вокруг своей центральной продольной оси Х-Х. Хотя в этом варианте осуществления представлен режущий инструмент, имеющий возможность вращения, заявитель не намерен ограничивать объем изобретения только вращательными режущими инструментами. В настоящий момент заявитель предполагает такой объем изобретения, который может охватить любой инструмент, используемый для разработки грунтовых формаций.

Режущий инструмент 20 содержит три основных компонентов, а именно удлиненный корпус 22, удерживающую втулку 24, например, такую, которая описана в патенте США 4201421 на имея Den Besten и др. и твердый режущий наконечник 26.

Материалом для изготовления твердого режущего наконечника обычно служит цементируемый карбид вольфрама, который представляет собой композит карбида вольфрама и кобальта. Наконечник из цементируемого карбида может состоять из любой стандартной композиции карбид вольфрама-кобальт, обычно используемой для разработки формаций.

Конкретная марка цементируемого карбида зависит от рассматриваемого применения, для которого предназначается режущий инструмент. Содержание кобальта находится в диапазоне примерно от 5 до 13 мас. а остальное, не считая примесей, составляет карбид вольфрама. В случае режущих инструментов, используемых для планировки дорожного покрытия, желательно использовать стандартную марку карбида вольфрама, содержащего кобальт в диапазоне от 5,4 до 6,0 мас. (остальное, по существу, WC) и имеющего твердость по Роквеллу от 88,2 до 88,8.

Хотя конкретный вариант осуществления твердого режущего наконечника содержит цементируемый карбид, заявитель не считает, что изобретение должно быть ограничено цементируемым карбидным материалом для изготовления наконечника. Заявитель считает, что объем изобретения должен охватывать твердые наконечники, изготавливаемые из любого твердого материала, который может быть использован для разработки земляных формаций.

Корпус 22 инструмента, который обычно изготавливается из стали, имеет идущий в осевом направлении передний конец 28, а также идущий в осевом направлении задний конец 30. Передний конец 28 предпочтительно содержит выполненное в нем гнездо 32, причем это то самое место, где твердый наконечник 26 крепится к корпусу 22 инструмента. Однако заявитель считает, что объем изобретения должен быть шире, чем корпус инструмента, имеющий гнездо. Например, в настоящее время заявитель считает, что объем изобретения должен включать твердый наконечник с углублением, выполненным в его задней поверхности, которое по форме соответствует выступу у идущего в осевом направлении переднего конца корпуса инструмента. В патенте США N 4940288 на имя Stiffler и др. (права на который принадлежит владельцу этой заявки на патент) показан твердый наконечник и корпус инструмента с упомянутой конструкцией в месте соединения твердого наконечника и корпуса инструмента.

Предпочтительно, чтобы в случае высоких температур материал припоя, используемый для создания твердого наконечника со стальным корпусом, был таким, чтобы прочность соединения, выполненного посредством пайки, сохранялась по всей ширине температурного диапазона. Предпочтительным материалом для пайки является HIGH TEMP 080, изготавливаемый и продаваемый Handy Harman 859, Третья авеню, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10022. Ниже указаны номинальный состав (в мас. ) и физические свойства предназначенного для пайки сплава Handy Harman TEMP 080 (согласно соответствующему литературному источнику от Handy Harman, патент США N 4631171, охватывается сплав для пайки HIGH TEMP 080).

Номинальный состав Медь 54,8 ± 1,0 Цинк 25,0 ± 2,0 Никель 8,0 ± 0,5 Магний 12,0 ± 0,5 Кремний 0,15 ± 0,5 Другие элементы 0,15 Физические свойства Цвет Ярко-желтый Переход в твердое состояние 1575^oF (855^oC)
Переход в жидкое состояние (точка течения) 1675^oF (915^oC)
Удельный вес 8,03
Плотность (фунт/куб.дюйм) 0,290 (8 г/см³)
Электропроводность (% 1.A.C/S^x) 6,0
Электрическое сопротивление (мк Ом см) 28,6
^x)Примечание: I.A.C.S Международный стандарт на отожженную медь
Рекомендуемый температурный диапазон пайки 1675 1875^oF (915 - 1025^oC)
Другим сплавом для пайки, который заявитель считает приемлемым, является сплав HANDY HI TEMP 548. Сплав HANDY HI TEMP 548 это сплав, который состоит из 55±1 мас. Cu, 6 ± 0,5 мас. Ni, 4 ± 0,5 мас. Mn, 0,15 ± 0,05 мас. Si, а остальное составляет цинк, при этом максимальное общее количество примесей составляет порядка 0,50 мас. Кроме того, информацию в отношении HANDY HI TEMP 548 можно найти в листе Технических данных N D-74 Handy Harman, который может быть получен от Handy Harman Inc. Нью-Йорк, Нью-Йорк.

Корпус 22 инструмента имеет участок 34 с уменьшенным диаметром, находящийся вблизи от его заднего конца 30. Части 36, 38 с увеличенным диаметром, которые определяют концы части 34 с уменьшенным диаметром, сохраняют удерживающую втулку 24 в состоянии ее захвата на корпусе 22 инструмента. Поскольку часть 34 уменьшенного диаметра имеет размер, меньший внутреннего размера удерживающей втулки 24, удерживающая втулка 24 может свободно вращаться относительно корпуса 22 инструмента. Корпус 22 инструмента дополнительно включает в себя выступающий в радиальном направлении фланец 40. Фланец 40 предпочтительно примыкает к передней поверхности блока 42, когда режущий инструмент 20 находится в расточке 44 блока 42.

Корпус 22 инструмента устанавливается в расточке 44 блока 42, который крепится к приводному элементу (не показан), например к барабану машины для профилирования дорожного полотна. Когда поворотный режущий инструмент 20 находится внутри объема расточки 44, удерживающая втулка 24 упруго сжимается радиально внутрь и тем самым входит во фрикционное зацепление со стенкой расточки 44. При этом инструмент 20 с возможностью отсоединения удерживается в блоке 42 таким образом, что он может свободно вращаться внутри расточки 44 относительно блока 42.

Если обратиться к фиг. 2, то твердый наконечник 26 имеет большое количество участков, отличающихся друг от друга, но конструктивно выполненных в виде единого целого. Твердый наконечник 26 имеет верхний конец 50, который расположен противоположно относительно данного конца 52. В приведенном ниже описании описана каждая часть твердого наконечника 26, начиная с его верхней части 50 и постепенно подходя к нижнему концу 52. Следует понять, что приведенное ниже описание будет относиться к различным "участкам", "частям" и "зонам" твердого наконечника. Однако, хотя эти части согласно описанию являются отличающимися частями, твердый наконечник представляет собой монолитную часть, в которой все ее "участки", "части" и "зоны" являются выполненными за одно целое частями всего наконечника.

Выполненный за одно целое передний участок 54 находится у верхнего конца 50 твердого наконечника 26. Предпочтительно, чтобы передний участок 54 заканчивался в части 56, в целом имеющей сферическую форму. Сферическая часть 56 имеет радиус R₁, который в этом конкретном варианте осуществления примерно равен 0,125 дюйма (3,175 мм). Также предпочтительно, чтобы имеющая форму усеченного конуса часть 58 отходила назад в осевом направлении от сферической части 56. У имеющей форму усеченного конуса части 58 половина угла сужения "а" предпочтительно составляет порядка 40^o, так что весь угол сужения этой части 58 составляет порядка 80^o. Сферическая часть 56 и имеющая форму усеченного конуса часть 58 конструктивно выполнены в виде единого целого и соосны вдоль их центральной продольной оси. Сферическая часть 56 и часть 58 в виде усеченного конуса совместно друг с другом составляют передний участок 54.

Твердый наконечник 26 дополнительно включает в себя промежуточный участок 60, который в целом предпочтительно имеет цилиндрическую форму. Диаметр t промежуточного участка 60 (фиг. 8) обычно постоянен и предпочтительно равен максимальному диаметру переднего участка 54. Передний участок 54 и промежуточный участок 60 соединены вдоль в целом круговой границы 61.

Твердый наконечник 26 дополнительно включает большое количество продольных ребер 62, которые проходят в осевом направлении позади промежуточного участка 60. Промежуточный участок 60 и ребра 62 соединены вдоль границы 64, которая представляет собой конфигурацию из большого количества последовательных дугообразных участков. Хотя в этом конкретном варианте представлена граница, имеющая последовательные дугообразные участки, следует иметь в виду, что заявитель в настоящее время полагает, что граница может представлять собой последовательные участки, которые имеют недугообразную конфигурацию либо границу с некоторой иной конфигурацией.

Ребра 62 также проходят радиально в наружном направлении по отношению к центральной продольной оси твердого наконечника 26. Расстояние такой радиальной протяженности каждого ребра 62 в наружном направлении становится больше, когда ребро 62 перемещается в осевом направлении назад, что показано, например, на фиг. 2.

В конкретном варианте осуществления, который показан на фиг. 2 и 3, твердый наконечник 26 имеет шесть ребер 62, отстоящих друг от друга на 60^o по периферии промежуточного участка 60. Как можно видеть на фиг. 2, каждое ребро 62 по меньшей мере частично является смежным с соответствующими последующими ребрами 62. Хотя в конкретном варианте ребра 62 являются частично смежными, следует знать, что в изобретении не требуется частично смежное расположение. Объем изобретения достаточно широк, чтобы охватить твердый наконечник, в котором ребра не прилегают друг к другу. Имеющийся объем изобретения также достаточно широк, чтобы охватить твердый наконечник с количеством ребер, большим или меньшим шести. Эти ребра 62 совместно друг с другом составляют ребристый участок наконечника 26 из цементируемого карбида.

Поскольку ребра 62 по существу одинаковы, нижеследующее описание одного ребра 62 будет достаточным для характеристики остальных ребер 62. Ребро 62 содержит верхний конец и противоположный ему нижний конец. Ребро 62 имеет равную дугообразную поверхность 66, которая особенно точно показана на фиг. 6. Как показано на фиг. 6, радиус дугообразной поверхности 66 ребра 62 обозначен R₂, причем в этом конкретном варианте осуществления он примерно равен 0,103 дюйм (2,61 мм).

Если обратиться к фиг. 2, то там, где ребро 62 заканчивается у верхнего конца, это окончание частично образует границу 64 между ребристым участком и промежуточным участком 60. Как упомянуто ранее, эта граница 64 принимает форму последовательных дугообразных участков. Там, где ребро 62 заканчивается у нижнего конца, такое окончание в целом имеет дугообразную форму. Если обратиться к фиг. 5, то каждое ребро 62 располагается по отношению к центральной продольной оси твердого наконечника 26 под углом α, который в этом конкретном варианте осуществления примерно равен 18".

Твердый наконечник 26 дополнительно содержит переходную зону, показанную на фиг. 3 скобками 70, которая соответствует каждому ребру 62. В конкретном варианте осуществления имеется шесть переходных зон 70, равноотстоящих друг от друга по окружности твердого наконечника 26. Каждая переходная зона 70 проходит в осевом направлении позади от соответствующего ребра 62 и является смежной с ним. Каждая переходная зона 70 содержит большое количество участков, отличающихся друг от друга, но структурно представляющих собой единое целое. Эти участки содержат центральный выпуклый участок 72 в виде усеченного конуса и пару боковых выпуклых цилиндрических участков 74 и 76.

Если обратиться к фиг. 2 и 3, то переходная зона 70 и соответствующее ей ребро 62 соединяются вдоль части дугообразной границы 78. Соответствующий отрезок этой дугообразной границы 78 отделяет каждое ребро 62 от осевых передних окончаний соответствующих ему боковых цилиндрических участков 74 и 76 и центральную часть осевого переднего окончания соответствующего центрального выпуклого участка 72 в виде усеченного конуса. Эта дугообразная граница 78 также отделяет ребро 62 от соответствующей ему последовательной пары промежуточных вогнутых участков 84 в виде усеченного конуса, которые заявитель описывает ниже. Боковые выпуклые цилиндрические части 74 и 76 соединены вдоль своих задних осевых окончаний с боковыми частями осевого переднего окончания центрального выпуклого участка 72 в виде усеченного конуса, с тем чтобы определить границы соответственно 80 и 82.

Если обратиться к фиг. 5, то в этом конкретном варианте осуществления угол b, под которым центральный выпуклый участок 72 в виде усеченного конуса располагается по отношению к центральной продольной оси твердого наконечника 26, предпочтительно составляет порядка 45^o.

Если обратиться к фиг. 2, 3 и 6, то боковой цилиндрический участок 74 дополнительно содержит боковое окончание, которое является смежным с соответствующим ему промежуточным вогнутым участком 84 в виде усеченного конуса. Подобным же образом боковой цилиндрический участок 76 имеет боковое окончание, которое является смежным с соответствующим ему промежуточным вогнутым участком 84 в виде усеченного конуса.

Если обратиться к фиг. 7, то каждый из боковых цилиндрических участков 74 и 76 расположен относительно центральной продольной оси твердого наконечника 26 под углом с порядка 40^o. Если обратиться к фиг. 7, то цилиндрическая форма, показания пунктирными линиями, представляет собой форму боковых цилиндрических участков (74, 76), при этом диаметр представляет собой размер "о", который для этого конкретного варианта осуществления примерно равен 0,351 дюйм (8,915 мм).

Если возвратиться к фиг. 2 и 3, то промежуточный вогнутый участок 84 в виде усеченного конуса, ранее упомянутый в этом описании, отделяет каждую идущую по окружности последовательную переходную зону 70. В этом конкретном варианте имеется шесть промежуточных вогнутых участков 84 в виде усеченного конуса, равноотстоящих по окружности твердого наконечника 26. Каждый из промежуточных вогнутых участков 84 в виде усеченного конуса имеет пять окончаний, а именно два передних окончания и одно заднее окончание. Каждое переднее окончание образует часть границы 78 с соответствующим ребром 62. Боковое окончание образует границы 90 и 92 со смежными переходными зонами 70.

Если обратиться к фиг. 8, то объем усеченного конуса, определяемый пунктирными линиями, представляет собой ориентацию промежуточного вогнутого участка 84 в виде усеченного конуса. В этом конкретном варианте осуществления размер q примерно равен 0,483 дюйм (12,26 мм), размер r примерно равен 0,171 дюйм (4,34 мм), а размер s примерно равен 0,268 дюйм (6,8 мм).

Твердый режущий наконечник 26 дополнительно включает структурно выполненный в виде единого целого участок 94, являющийся основанием, который проходит в осевом направлении позади переходной зоны, которая содержит сочетание промежуточных вогнутых участков 84 в виде усеченного конуса и переходных зон 70. Переходная зона является смежной с ребристым участком и участком 94, являющимся основанием. Переходная зона обеспечивает переход конструкции наконечника ребристого участка к участку 94, являющемуся основанием.

Если обратиться конкретно к фиг. 3 и 4, то участок 94, являющийся основанием, имеет большое количество равноотстоящих друг от друга, идущих в радиальном направлении выступов 96, при этом каждый выступ 96 отделяется дугообразным промежуточным участком 98, имеющим радиус R₃. В конкретном варианте осуществления радиус R₃ примерно равен 0,134 дюйм (3,4 мм). Каждый выступ 96 имеет радиус R₄, который в конкретном варианте осуществления примерно равен 0,131 дюйм (3,32 мм). Каждый выступ 96 соответствует ребру 62, при этом центральные продольные оси каждого соответствующего ребра 62 и выступа 96 соосны, что показано на фиг. 3. Профиль участка 94, являющегося основанием, принимает по своей периферии синусоидальную или волновую форму. Относительная величина радиуса выступов и дугообразных промежуточных участков может отличаться от той, которая показана на чертежах. Например, выступы могут быть более выраженными в отношении их радиальной протяженности в наружном направлении, чем в их изображении на чертежах.

Если теперь обратиться к фиг. 2, 4 и 5, то посадочный участок 100, который в целом имеет форму усеченного конуса, смежен с нижней поверхностью участка 94, являющегося основанием, и проходит в осевом направлении позади от нее. В конкретном варианте осуществления, представленном на этих чертежах, максимальный размер l посадочного участка 100 меньше минимального размера h основания 94. Выставленная наружу поверхность участка 94, являющегося основанием, образует занимающий осевое заднее положение буртик 102. Посадочный участок 100 включает часть 104 в виде усеченного конуса, которая заканчивается в плоской круговой поверхности 106. Следует знать, что изобретение включает конструкцию, в которой максимальный размер l посадочного участка 100 равен минимальному размеру h основания 94, а также меньше него.

Если обратиться к фиг. 4, то буртик 102 имеет три равноотстоящих друг от друга выступа 108, отходящих от него. Посадочный участок 100 также имеет три равноотстоящих друг от друга выступа 10, которые отходят от него. Эти выступы 108, 110 облегчают посадку и припаивание твердого наконечника 26 к корпусу режущего инструмента 20. Функция и назначение этих выступов более подробно указаны в патенте США N 4981328 на имя Stiffler и др. принадлежащем владельцу настоящей заявки на патент Kennametal Inc. Латроб, Пенсильвания.

Ниже приведены размеры цементируемого карбидного кончика 26.

Полная осевая длина наконечника f 0,772 (19,6 мм)
Полная осевая длина переднего участка 54 g 0,178 (4,52 мм)
Осевая длина от самой передней точки, где ребро прилегает к промежуточному участку, до буртика, h 0,464 (11,78 мм)
Осевая длина участка, являющегося основанием, i 0,70 (1,78 мм)
Осевая длина посадочного участка j 0,79 (20,06 мм)
Размер посадочного участка у его заднего окончания k 0,350 (8,89 мм)
Размер посадочного участка у соединения с участком, являющимся основанием, l 0,508 (12,9 мм)
Максимальный размер участка, являющегося основанием, m 0,750 (19,05 мм)
Максимальный размер участка, являющегося основанием, n 0,625 (15,87 мм)
Твердый наконечник 29 изготавливают посредством технологии порошковой металлургии. В том случае, когда твердый наконечник изготавливают из цементируемого карбида, свободный порошок из карбида вольфрама, кобальт и смазка, обеспечивающая прессование, помещается в полость матрицы. Затем устройство, состоящее из пуансона матрицы, прессует свободный порошок с получением выбранной конфигурации, которую квалифицированные специалисты вызывают неспеченной прессовкой. Неспеченная прессовка подвергается спеканию, с тем чтобы удалить смазку и объединить карбид вольфрама и кобальт для формирования детали, которая в состоянии после спекания содержит плотный сплав из карбида вольфрама кобальта, имеющий конкретную форму.

Часть твердого наконечника 26, расположенная между осевым передним участком 54 и участком 94, являющимся основанием, определяет основные поверхности матрицы, вдоль которых в течение прессования происходит существенное движение порошка. В случае такого применения заявитель именует эту часть средней зоной 112, которая представлена на фиг. 7.

Как можно оценить при рассмотрении геометрии средней части 112 твердого наконечника 26, здесь отсутствуют поверхности, которые фактически перпендикулярны центральной продольной оси твердого наконечника 26. Следовательно, пуансон и матрица, которые образуют форму этой средней зоны 112, не имеют какой-либо поверхности в осевой передней части геометрии наконечника, которая фактически перпендикулярна продольной оси этой детали. Вследствие этого отсутствуют поверхности, у которых имеются существенные ограничения, например, такие, которые сталкиваются с поверхностями, перпендикулярными продольной оси детали при движении порошка в средней зоне 112 в течение прессования. Отсутствие таких ограничительных поверхностей из средней зоны 112 позволяет получить прессованную, предварительно спеченную деталь, то есть неспеченную прессовку с фактически равномерной плотностью порошка или по меньшей мере с более равномерной плотностью порошка, чем та, которая достигалась в прошлом.

При спекании неспеченной прессовки, имеющей более равномерную плотность, будет происходить более равномерное спекание из-за меньшей разницы плотности. Это приводит к уменьшению трещин и пустот, а следовательно, уменьшает потенциальную возможность поломки в течение эксплуатации. Общая вертикальная ориентация поверхностей твердого наконечника 26 способствует улучшенной общей сплошности наконечника в состоянии после спекания.

При работе конкретный вариант осуществления режущего инструмента 20 свободно вращается вокруг его центральной продольной оси Х-Х (фиг. 1), при этом барабан (не показан) вращается для приведения в движение режущего инструмента 20 для проникновения в земляную формацию. Продольная ось барабана фактически поперечна продольной оси вращательного режущего инструмента. Твердый наконечник 26 является компонентом режущего инструмента 20, который первым сталкивается с земляной формацией. Далее заявитель приводит описание предполагаемой работы конкретного варианта осуществления твердого наконечника 26, который показан на фиг.1-8.

В этой отрасли общеизвестно, что уменьшение размера участка твердого наконечника, который сталкивается с земляной формацией, неизбежно уменьшает усилие, с которым режущий инструмент вводится в земляную формацию. Также обычно и то, что участок, имеющий меньший размер, будет демонстрировать меньшую прочность, а следовательно, и большую склонность к поломке или иной неисправности, чем участок большего диаметра.

Твердый наконечник 26 содержит передний участок 54, который имеет минимальный размер в течение начального воздействия, так что необходимо меньшее усилие для прохождения режущего инструмента сквозь земляную формацию. Поскольку твердый наконечник 26 изнашивается, следующий участок, который прежде всего оказывает воздействие на земляную формацию, а им является промежуточный участок 60, имеет в целом цилиндрическую форму, с тем чтобы усилие, необходимое для введения режущего инструмента, существенно не увеличивалось.

После того как изнашивается промежуточный участок 60, ребристый участок является следующим участком твердого наконечника 26, который прежде всего сталкивается с земляной формацией. Хотя объем цементируемого карбида, который сталкивается с земляной формацией, увеличивается, когда твердый наконечник 26 изнашивается от промежуточного участка 60 к ребристому участку, наличие ребер 62 позволяет иметь меньший объем цементируемого карбида, чем в том случае, если бы ребристый участок был выполнен сплошным. Таким образом, имеет место меньшее повышение усилия, необходимого для прохождения режущего инструмента 20 через земляную формацию, чем в том случае, если бы ребристый участок был выполнен сплошным. Кроме того, наличие ребер 62 способствует общей прочности твердого наконечника 62, а также прочности ребристого участка. В случае ребристого участка его прочность находится на уровне структуры, имеющей сплошное поперечное сечение вместо ребер за счет придания ей наибольшей прочности структуры со сплошным поперечным сечением.

Если более конкретно рассмотреть вопрос об износе ребер в течение их использования, то ребра изнашиваются таким образом, который может быть назван предпочтительным износом. Иными словами, ребра имеют большую степень износа у своей радиальной наружной периферийной поверхности, чем у поверхностей, являющихся радиально внутренними по отношению к радиально наружной периферийной поверхности. За счет более быстрого износа у радиальных наружных периферийных поверхностей ребра изнашиваются до структуры, которая представляет собой геометрию с поперечным сечением, имеющим более круглую форму. Эта геометрия затем приводит к твердому наконечнику на частично изношенном инструменте, имеющем меньший эффективный размер, чем твердый наконечник на частично изношенном инструменте, изначально имеющем твердый наконечник со сплошной формой поперечного сечения. Меньший эффективный размер приводит к лучшему проникновению и меньшему затуплению инструмента при его использовании.

При работе ребра 62 обеспечивают отличительный признак, позволяющий получить большое преимущество, который ниже будет описан заявителем. Ребра 62 имеют такую ориентацию, что каждое ребро 62 проходит радиально наружу от центральной продольной оси твердого наконечникам 26. Величина этой протяженности в радиальном направлении увеличивается, когда ребро 62 движется в осевом направлении назад. Поэтому ребро 62 имеет геометрию, которая выступает радиально наружу от осевой передней части к осевой задней части твердого наконечника 26. Это также достоверно и в отношении ребристого участка, который содержит все ребра 62 твердого наконечник 26.

При работе грунтовая формация разламывается на абразивные куски посредством столкновения с ней твердого наконечника 26. Абразивные куски входят в соприкосновение с ребрами 62 ребристого участка. Эти абразивные куски перемещаются вдоль поверхности ребер 62 в осевом заднем направлении, а также в радиальном наружном направлении. При этом можно видеть, что ребра 62 отклоняют или направляют абразивные куски в том направлении, которое является осевым задним или радиальным наружным направлением по отношению к твердому наконечнику 26. Посредством отклонения абразивных кусков назад в осевом направлении и радиально наружу относительно твердого наконечника 26 ребра 62 способствуют защите соединения между корпусом инструмента и твердым наконечником 26 от эрозии, обусловленной абразивными кусками, то есть от "размывки стали". Отличительный признак, заключающийся в отклонении абразивных кусков от соединения, представляет собой весьма важное преимущество настоящего изобретения, поскольку эрозия соединения может привести к преждевременной поломке режущего инструмента вследствие износа твердого наконечника 26.

Участок 94, являющийся основанием, имеет выступы 96, которые находятся в осевом направлении впереди от соединения между твердым наконечником 26 и корпусом инструмента. Эти выступы 26 способствуют отклонению абразивных кусков от этого соединения, с тем чтобы защитить соединение от эрозии, вызываемой абразивными кусками, то есть от "размывки стали". Участок 94, являющийся основанием, защищает стальной корпус от эрозии лучше, чем наконечник, имеющий участок, являющийся основанием, с размером, равным минимальному размеру участка 94.

Передний конец стального корпуса, примыкающий к имеющему выступы основанию 94, в целом может иметь форму усеченного конуса обычно круглого поперечного сечения, как показано на фиг. 1. Как вариант, передний конец стального корпуса может иметь конфигурацию с выступами, которая совпадает с выступами основания 94. В такой альтернативной структуре передний конец стального корпуса содержит большое количество выступов, которые имеют согласующуюся ориентацию по отношению к выступам участка 92 вокруг периферии твердого наконечника.

Если обратиться к фиг. 9 и 10, то на этих чертежах представлен второй конкретный вариант осуществления твердого наконечника, в целом обозначенного позицией 120. Твердый наконечник 120 имеет осевой передний участок 122 и промежуточный участок 124. Передний участок 122 имеет форму, подобную форме переднего участка 54 первого варианта осуществления. Промежуточный участок 124, который в целом предпочтительно имеет цилиндрическую форму, прилегает к переднему участку 122 и проходит в осевом направлении позади него.

Твердый наконечник 120 дополнительно включает ребристый участок, который содержит шесть ребер 125, равноотстоящих друг от друга по окружности твердого наконечника 120. Ребристый участок прилегает к промежуточному участку 124 и проходит в осевом направлении позади от него. Конфигурация границы между промежуточным участком 124 и ребристым участком содержит большое количество последовательных частей.

Вогнутый участок 128 прилегает к ребристому участку и проходит в осевом направлении позади от него, с тем чтобы соединить ребристый участок с имеющим выступы участком 130, являющимся основанием. Участок 130 имеет шесть выступов 132, при этом каждая пара последовательных выступов отделена дугообразным промежуточным участком 134. Как видно сверху (фиг. 9), имеющий выступы и являющийся основанием участок 130 имеет периферию с синусоидальным или волновым профилем. Посадочный участок 136, который в целом имеет форму усеченного конуса, прилегает к участку 130, являющемуся основанием, и проходит в осевом направлении позади от него. Функции ребер 126 и имеющего выступы участка 130, являющегося основанием, во втором варианте осуществления те же самые, что и функции ребер 62 и участка 94 в первом варианте. Поэтому здесь не будет приводиться повторное описание этих функций.

Если обратиться к фиг. 11 и 12, то на этих чертежах представлен третий конкретный вариант осуществления твердого наконечника, в целом обозначенного поз. 140. Твердый наконечник 140 имеет расположенный по оси передний участок 142 и промежуточный участок 144. Передний участок 142 имеет форму, подобную форме переднего участка 54 первого варианта. Промежуточный участок 144, который в целом имеет цилиндрическую форму, смежен с передним участком 142 и проходит в осевом направлении позади от него.

Твердый наконечник 140 дополнительно содержит переходную зону 146, которая смежна с промежуточным участком 144 и проходит в осевом направлении позади от него. Передняя зона 146 содержит шесть цилиндрических участков 148, равноотстоящих по периферии твердого наконечника 140. Вогнутый промежуточный участок 152 в виде усеченного конуса находится между каждой последующей парой цилиндрических участков 148. Центральный участок 150 смежен с каждым цилиндрическим участком 148 и проходит в осевом направлении позади от него.

Твердый наконечник 140 также включает участок 154 с выступами, являющийся основанием. Участок 154 смежен с переходной зоной 146 и проходит по оси позади от нее. Участок 154 имеет шесть выступов 156, при этом каждая пара последовательных выступов отделена дугообразным промежуточным участком 158. Как видно сверху (фиг. 11), участок 154 имеет периферию с синусоидальным или волновым профилем. Посадочный участок 160, в целом имеющий форму усеченного конуса, смежен с участком 154 и проходит по оси позади от него.

Функция участка 154 в третьем варианте та же, что и участка 94 в первом варианте. Поэтому здесь не будет приводиться повторное описание этой функции.

Если обратиться к фиг. 13, 14 и 15, то на них представлен четвертый конкретный вариант осуществления твердого наконечника, в целом обозначенного позицией 170. Твердый наконечник 170 включает содержащий выступ и являющийся основанием участок 172. Конструкция твердого наконечника 170, которая располагается в осевом направлении перед участком 172, содержащим выступы и являющимся основанием, точно такая же, что и для твердого наконечника 26. Поэтому описание этой конструкции твердого наконечника здесь не будет повторяться. Участок 172 имеет большое количество идущих радиально в наружном направлении выступов 174, как показано на фиг. 13. Каждая пара последовательных выступов 174 отделена вогнутым промежуточным участком 176.

Посадочный участок 178 проходит в осевом направлении позади от участка 172, имеющего выступы и являющегося основанием. Посадочный участок 178 имеет один или более выступов 180, которые совпадают с выступами 174 участка 172. Каждый выступ 180 проходит между его соединением 182 с участком 172, являющимся основанием, и дальним окончанием 184 выступа 180. Вогнутая поверхность 186 отделяет каждый последующий выступ 180.

Максимальный и минимальный поперечные размеры участка 178 в месте соединения 182 с участком 172 соответственно меньше максимального и минимального поперечных размеров участка 172. Такие различия этих размеров приводят к наличию плоской, имеющей осевое расположение и обращенной в заднем направлении поверхности 188.

Посадочный участок 178 заканчивается в плоской поверхности 190, которая в целом имеет синусоидальную конфигурацию. Синусоидальная конфигурация плоской поверхности 190 соответствует синусоидальной конфигурации соединения между посадочным участком 178 и участком 172, имеющим выступы и являющимся основанием, а также синусоидальной конфигурации участка 172, как видно снизу на фиг. 13.

Три в целом равноотстоящих друг от друга выступа 194 выступают в осевом направлении позади от плоской поверхности 188. Четыре в целом равноотстоящих друг от друга выступа 196 выступают из имеющей форму усеченного конуса поверхности посадочного участка 178. Эти выступы (194 и 196) служат для расположения твердого наконечника 170 в гнезде корпуса стального режущего инструмента и для облегчения формирования обеспечиваемого пайкой соединения единообразной толщины. При этом функция и назначение таких выступов более подробно указаны в патенте США N 4940288 на имя Stiffler и др. который упомянут ранее в этом описании.

Если обратиться к фиг. 15, то корпус 200 стального инструмента имеет форму, в целом подобную той, которая показана на фиг. 1, при этом размер передней части корпуса инструмента постепенно и непрерывно увеличивается от переднего конца 202 до цилиндрической части, которая образует осевую переднюю часть канавки съемника. Передний конец 202 корпуса 200 инструмента фактически плоский и содержит гнездо 204. Гнездо 204 имеет один или более выступов 206, при этом каждый выступ 206 отделяется выпуклым участком 208. Гнездо 204 заканчивается в плоской поверхности 210.

Выступы 206 образованы вдоль имеющей форму усеченного конуса поверхности гнезда 204. Когда твердый наконечник 170 располагается внутри гнезда 204, выступы 180 посадочного участка 178 совпадают с выступами 206 гнезда 204. Вогнутая поверхность 186 посадочного участка 178 совпадает с вогнутым участком 208 гнезда 204. Следовательно можно признать, что совпадение выступов и вогнутых участков твердого наконечника и гнезда обеспечивает получение надежного механического средства, с помощью которого твердый наконечник выдерживает действие сил вращения, оказываемых на него при работе. Иными словами, имеющая выступы конструкция посадочного участка совместно с имеющей выступы формой гнезда способствует надежному удержанию твердого наконечника от вращения относительно гнезда.

Следовательно можно видеть, что заявитель разработал улучшенную геометрию твердого наконечника, а также создал режущий инструмент, в котором используется такой твердый наконечник. Твердый наконечник имеет геометрию, которая обеспечивает плавное и равномерное движение порошка в течение операции по прессованию порошка, что приводит к получению прессованной, предварительно спеченной детали, имеющей равномерную плотность порошка. Когда происходит спекание, в течение его проведения равномерная плотность обеспечивает возможность получения более равномерного сжатия, а следовательно, и получения меньшего количества трещин и пустот. А общий результат заключается в том, что деталь, полученная посредством порошковой металлургии, обладает большей сплошностью.

Также можно видеть, что заявитель создал твердый наконечник с геометрией, которая удовлетворяет требованиям применения режущего инструмента, предназначенного для разработки земляных формаций, например инструмент для строительных целей. Когда в режущем инструменте используется твердый наконечник, который здесь показан и описан, режущий инструмент будет легко резать нижний слой с относительно минимальными затратами энергии. Кроме того, режущий инструмент будет иметь необходимую прочность, чтобы выдерживать резание. Далее, режущий инструмент будет функционировать таким образом, чтобы защитить стальной корпус режущего инструмента от эрозии, то есть "размывки стали".

Все патенты и документы, на которые здесь сделана ссылка, введены сюда посредством ссылки на них.

Как хорошо известно квалифицированным специалистам в этой отрасли, у соединений различных поверхностей, описанных на карбидном наконечнике, там где это приемлемо, могут быть образованы фаски, утолщения и/или прессующие плоскости для содействия процессу изготовления и/или придания конструкции дополнительной прочности.

При рассмотрении этого описания или практическом осуществлении приведенного здесь изобретения квалифицированным специалистом в этой отрасли будут очевидны и иные варианты осуществления изобретения. Необходимо иметь в виду, что приведенное описание и примеры следует рассматривать лишь в качестве ориентировочных, при этом фактический объем и существо изобретения определены приведенными ниже пунктами формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Твердый наконечник для крепления по месту соединения с корпусом экскавационного инструмента для врезания в грунтовую формацию, содержащий выполненные за одно целое и расположенные друг за другом вдоль продольной оси переднюю зону, ребристый участок, участок основания с выступами и переходную зону, расположенную между ребристым участком и участком основания с выступами, отличающийся тем, что участок с выступами выполнен в виде множества идущих в радиальном направлении выступов, имеющих периферийную кромку, проходящую в осевом направлении впереди от места соединения для защиты корпуса инструмента от износа, вызываемого врезанием наконечника в грунтовую формацию.

2. Наконечник по п.1, отличающийся тем, что периферийная кромка участка с выступами имеет синусоидальную форму.

3. Наконечник по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит выполненный за одно целое посадочный участок, проходящий в осевом направлении позади участка с выступами.

4. Наконечник по п.3, отличающийся тем, что выполненный за одно целое посадочный участок выполнен в виде идущего в радиальном направлении выступа, который совпадает с соответствующим выступом в гнезде корпуса инструмента.

5. Режущий инструмент для экскавации грунтовой формации, содержащий удлиненный корпус, имеющий противоположные передний и задний концы, и твердый наконечник, закрепленный на переднем конце инструмента, отличающийся тем, что наконечник содержит выполненные за одно целое переднюю зону, ребристый участок, выполненный в виде множества ребер по его периферии и расположенный за передней зоной по продольной оси, участок основания с выступами, представляющий собой множество выступов, идущих в радиальном направлении, и расположенный за ребристым участком по продольной оси, переходную зону, расположенную между ребристым участком и участком основания, и посадочный участок, расположенный за участком основания по продольной оси.

6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что передняя зона содержит расположенный по оси передний участок и выполненный за одно целое промежуточный участок, при этом промежуточный участок проходит между расположенным по оси передним участком и ребристым участком и смежен с ними.

7. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что в месте стыка, там где твердый наконечник крепится к переднему концу корпуса инструмента, выполнено соединение, а также тем, что каждый из выступов располагается в осевом направлении перед соединением, так, что в течение экскавации участок с выступами, являющийся основанием, защищает соединение от разрушения абразивными кусками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15