Режущая головка (варианты)

 

Изобретение относится к горному делу и строительству. Режущая головка содержит корпус, который имеет вогнутость в переднем конце. К корпусу прикреплены посредством пайки твердым припоем несколько режущих вставок, расположенных по периферии открытого конца вогнутости. Режущие вставки расположены на некотором расстоянии друг от друга так что между смежными режущими вставками существует зазор, размер которого достаточен для предотвращения образования непрерывного паяного соединения между любыми смежными режущими вставками. Увеличивается срок службы. 2 с. и 7 з.п. ф-лы. 5 ил.

Настоящее изобретение относится к режущей головке, предназначенной для использования совместно с оборудованием для разработки грунта. Более конкретно, настоящее изобретение относится к вращающейся головке с вогнутой центральной частью, предназначенной для использования совместно с оборудованием для разработки грунта, таким, как, например, выемочный комбайн для работы в длинных забоях, врубовая машина непрерывно действия, канавокопатель, дорожная фреза, шнек и пила.

Некоторые обычные режущие головки, используемые с оборудованием для разработки грунта, имеют один режущий элемент, расположенный в их переднем конце. В этом конкретном случае, единственный режущий элемент является рабочим органом режущей головки, которая воздействует на нижележащие слои, такие, как, например, пласты земли, и разрезает или разрушает их. Передний конец режущей головки выталкивает разрушенный или разрезанный материал из траектории перемещения режущей головки.

Другим типом режущей головки, используемой с оборудованием для разработки грунта, является режущая головка с вогнутым центром. Типичная режущая головка с вогнутым центром имеет уширенную часть (часть большего диаметра), передний конец которой имеет вогнутость. По наружной периферии этой вогнутости расположен режущий элемент, выполненный из твердого материала, такого, как, например, цементированный карбид вольфрама, так что он имеет круглую или кольцеобразную форму. Один пример выполнения режущей головки с вогнутым центром описан в патенте США N 5.078.219 авторы Моррел и др. Другой пример выполнения такой режущей головки описан в патенте США N 5.333.938, автор Гейл.

Режущий элемент может иметь форму неразрезного кольца, как это показано в патенте Моррела и др. Обычно режущий элемент выполняется из карбида вольфрама, сцементированного кобальтом, а корпус зубка из стали. Режущий элемент прикрепляется к стальному корпусу головки посредством пайки твердым припоем, так что между нижней поверхностью режущего элемента из карбида вольфрама и поверхностью стального корпуса головки образуется паяное соединение.

Карбиды, такие, как карбид вольфрама, сцементированный кобальтом, имеют коэффициент теплового расширения, которые примерно равны 1/2 - 1/3 коэффициента теплового расширения стали. Вследствие этой разницы в тепловом расширении стальной корпус головки и режущий элемент из сцементированного карбида вольфрама имеют разные скорости усадки при их охлаждении после операции пайки. В результате этой разницы в усадке в паяном соединении образуются трещины и/или создаются напряжения.

Из-за наличия трещин в паяном соединении режущая головка может не пройти контроль качества и будет отбракована, как металлический лом. Наличие трещин или напряжений в паяном соединении может привести к более раннему повреждению (поломке) режущей головки с вогнутым центром во время работы. Понятно, что повреждение режущей головки, пропущенной при контроле качества, или вообще головки во время его работы, является нежелательным.

Режущие элементы могут быть выполнены также из нескольких сегментов, расположенных почти впритык друг к другу, так что они образуют неразрезное кольцо. Однако было установлено, что выполнение режущего элемента из нескольких режущих сегментов-вставок не уменьшает трещины и напряжения в паяном соединении по сравнению с режущей головкой, режущий элемент которой выполнен из цельного (неразъемного) кольца. В таких режущих головках, режущий элемент которых содержит несколько сегментов, каждый сегмент располагается так, что его торцовые поверхности образуют небольшой зазор с соответствующей торцовой поверхностью смежного сегмента. В известных режущих головках величина зазора составляет примерно 0,5 мм (0,02 дюйма).

Во время пайки твердый припой затекает между противоположными концами смежных режущих сегментов, образуя сплошную массу между противоположными торцовыми поверхностями сегментов. Масса твердого припоя располагается также между каждым сегментом режущего элемента, выполненным из сцементированного карбида вольфрама, и стальным корпусом головки.

На первой стадии охлаждения после пайки твердым припоем отверждается паяное соединение между противоположными торцовыми поверхностями смежных сегментов режущего элемента и паяное соединение между сегментами режущего элемента и корпусом головки. Затем стальной корпус головки и сегменты режущего элемента охлаждаются до комнатной температуры.

При охлаждении происходит усадка корпуса головки и сегментов режущего элемента. Вследствие разной скорости усадки стального корпуса головки и сегментов режущего элемента из карбида вольфрама, которые теперь действуют, как если бы они представляли собой единую деталь, в паяном соединении возникают напряжения и образуются трещины, т.е. также как и при использовании цельного (единого) режущего элемента.

Поэтому, понятно, что проблемы, связанные с напряжениями и трещинами в паяном соединении, существуют и для режущих головок с вогнутым центром независимо от того, имеют ли они цельный (неразрезной) кольцеобразный режущий элемент или составной режущий элемент, состоящий из нескольких сегментов, между противоположными торцовыми поверхностями которых образовано непрерывное паяное соединение.

Следовательно, было бы желательно создать усовершенствованную режущую головку с вогнутым центром, которая бы не имела остаточных напряжений и трещин после пайки твердым припоем или по крайней мере имела бы меньшие остаточные напряжения и меньше трещин. В результате, такие режущие головки будут меньше браковаться как дефектные, не прошедшие контроль качества, и будут гораздо меньше подвергаться преждевременной поломке, что соответственно будет увеличивать их срок службы.

Целью настоящего изобретения является содержание усовершенствованной режущей головки.

Другой целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной режущей головки с вогнутым центром, предназначенной для совместного использования с оборудованием для разработки грунта.

Еще другой целью настоящего изобретения является создание усовершенствованной режущей головки с вогнутым центром, предназначенной для совместного использования с оборудованием для разработки грунта, таким, как, например, выемочный комбайн для работы в длинных забоях, врубовая машина непрерывного действия, канавокопатель, шнек, дорожная фрез и пила, который имеет меньшие остаточные напряжения после пайки твердым припоем или вообще не имеет их.

В одном варианте выполнения, изобретением является режущая головка, которая вращается вокруг своей центральной продольной оси и содержит корпус, имеющий противоположные передний и задний концы. Корпус режущей головки имеет в переднем конце вогнутость, симметричную относительно его центральной продольной оси. Вогнутость имеет открытый конец. Вращающаяcя режущая головка отличается от известных тем, что она имеет несколько режущих вставок, которые посредством пайки пайки твердым припоем прикреплены к ее корпусу и расположены по периферии открытого конца упомянутой вогнутости. Смежные режущие вставки расположены на некотором расстоянии одна от другой, так что между ними образуется зазор, ширина которого достаточна, чтобы предотвратить образование непрерывного паяного соединения между смежными режущими вставками.

Ниже следует краткое описание чертежей, которые образуют часть этой заявки на патент и на которых: фиг. 1 изображает боковой вид варианта выполнения режущей головки с вогнутым центром в соответствии с настоящим изобретением, при котором режущая головка закреплена в блоке, показанном в частичном разрезе для иллюстрации его соединения с режущей головкой; фиг. 2 - вид с торца режущей головки, показанной на фиг. 1; фиг. 3 - боковой вид режущей головки, показанной на фиг. 1 без стопорного (удерживающего) кольца, при этом часть корпуса головки показана в разрезе для иллюстрации его соединения с режущими вставками; фиг. 3А - увеличенный вид части корпуса режущей головки, показанной в разрезе для иллюстрации паяных соединений между режущими вставками и корпусом; фиг. 4 - перспективный вид режущий вставки, показанной на фиг. 1; и фиг. 5 перспективный вид режущий вставки, предназначенной для использования с корпусом режущей головки, аналогичным корпусу, показанному на фиг. 1.

На фиг. 1 - 4 показан один конкретный пример выполнения режущей головки с вогнутым центром по настоящему изобретению, обозначенной позицией 10. Режущая головка 10 содержит три основные части, а именно: режущий элемент 12, корпус 14 и стопорное (удерживающее) кольцо 16.

Корпус 14 головки имеет передний конец 18 и задний конец 20, расположенные на одной прямой. Как это будет ясно из нижеследующего описания, передний конец 18 режущей головки 10 воздействует на нижележащий слой, чтобы разрезать и разрушить его. Следовательно, передний конец 18 можно рассматривать как рабочий (воздействующий) конец режущей головки 10. В заднем конце 20 корпуса 14 расположен цилиндрический хвостовик 22, а в переднем конце 18 - головка 24, имеющая форму усеченного конуса.

Предпочтительно, цилиндрический хвостовик 22 имеет кольцевую канавку 26, в которой располагается стопорное кольца 16. На чертежах показана предпочтительная конструкция стопорного кольца, которым является кольцо с выступами. Такое стопорное кольцо описано в патентах США N 3.519.309, авторы Ингл и др., и N 3.752.515, авторы Оукис и др.

Следует однако отменить, что с настоящим изобретением могут быть использованы и другие стопорные (удерживающие) приспособления. Например, с настоящим изобретением может быть использован так называемый удлиненный цилиндрический элемент, расположенный в канавке, выполненной в заднем конце корпуса режущего зубка. Такой удлиненный фиксатор, используемый для заостренного режущего инструмента, описан в патентах США N 4.886.710 под названием "Режущий инструмент для горных/строительных работ, имеющий корпус, выполненный из легированной стали MN-B", автор Гринфилд, и N 4.911.504 под названием "Режущая головка и ее наконечник", авторы Стиффлер и др.

На практике, хвостовик режущей головки вставляется в отверстие держателя, такого, как блок 28, так что проходящие радиально наружу полусферические выступы 30 стопорного кольца 16 в предпочтительном исполнении располагаются в кольцевой внутренней канавке 32, выполненной в стенке цилиндрического отверстия 34 блока 28. Поэтому режущая головка 10 может свободно вращаться относительно блока 28.

Хотя в конкретном примере выполнения режущая головка 10 вращается относительно держателя или блока 28, объем изобретения не ограничивается вращающейся режущей головкой. Заявитель считает, что настоящее изобретение охватывает и невращающиеся режущие головки, т.е. режущие головки, которые не вращаются относительно своих держателей. Под невращающейся режущей головкой следует понимать режущую головку, которая может быть повернута относительно держателя на определенный угол, когда один его режущий элемент изнашивается, чтобы расположить его неизношенный режущий элемент в рабочее положение.

Корпус 14 режущей головки 10 имеет в переднем конце 18 вогнутость 38. Поверхность вогнутости 38 образует правильный конус. Помимо правильного конуса поверхность вогнутости может образовывать и другие геометрические формы. Отверстие вогнутости 38 предпочтительно имеет круглую форму и расположено на некотором расстоянии от периферийной кромки 40 корпуса 14 режущей головки 10.

Корпус 14 имеет периферийную кольцевую выточку 42, проходящую вокруг отверстия вогнутости 38. Выточка 42 имеет поперечную поверхность 44 и продольную поверхность 46, которые пересекаются между собой, образуя открытый карман. Поперечная поверхность 44 расположена перпендикулярно продольной оси А-А режущей головки 10. Продольная поверхность 46 расположена параллельно продольной оси А-А режущей головки 10.

Хотя и предпочтительно использовать открытый карман для соединения режущего элемента 12 с корпусом 14, объем изобретения не ограничивается использованием только открытого кармана или гнезда. Заявитель считает, что режущий элемент 12, т.е. сегменты, образующие его, могут быть прикреплены к плоскости поверхности вокруг периферии отверстия вогнутости 38 посредством пайки твердым припоем или других средств соединения. Сегменты режущего элемента 12 могут быть расположены также в пазу, выполненным в периферийной части корпуса вокруг отверстия вогнутости.

Головка 24, выполненная в виде усеченного конуса, предпочтительно имеет цилиндрический заплечик 47, который упирается в переднюю поверхность 48 блока 28, чтобы ограничить перемещение хвостовика режущей головки 10, когда он вставляется в отверстие блока. Часть поверхности конусной головки 24, находящаяся сзади цилиндрического заплечика, располагается в конусной расточке 49 отверстия блока 28.

Изобретение не ограничивается формой корпуса режущей головки, описанной и показанной на чертежах. Корпус режущей головки может иметь другие формы и геометрические очертания, например, хвостовик корпуса зубка может иметь прямоугольное или некруглое поперечное сечение для предотвращения его вращения, когда он вставляется в отверстие блока или держателя, имеющее такое же поперечное сечение.

Как вариант, хвостовик режущей головки и отверстие в блоке могут быть цилиндрическими, однако режущая головка не будет вращаться в блоке. В этом случае задний конец хвостовика режущей головки и задняя часть блока должны быть модифицированы, чтобы использовать механизм, описанный в патенте США N 5.007.685 под названием "Рабочий орган канавокопателя с двойной индексацией", авторы Бич и др., т.е. на хвостовике жестко закрепляется зубчатая индексирующая шайба, зубья которой располагаются в соответствующих впадинах, выполненных в задней части блока.

В конкретном примере осуществления изобретения, показанном на прилагаемых чертежах, режущей элемент 12 предпочтительно содержит семь отдельных режущих вставок, каждая из которых обозначена позицией 50. Режущая вставка 50 имеет предпочтительно дугообразную форму с углом дуги α, равным примерно 44^o30'. Режущая вставка 50 имеет предпочтительно плоскую верхнюю поверхность 52, плоскую нижнюю поверхность 56, дугообразную внутреннюю боковую поверхность 58 и плоские противоположные торцовые поверхности 60, 62. Смежные поверхности режущей вставки 50 пресекаются между собой, образуя острые углы. Линейные размеры внутренней боковой поверхности 58 преимущественно меньше линейных размеров наружной боковой поверхности 56, так что верхняя поверхность 52, нижняя поверхность 54 и торцовые поверхности 60, 62 режущей вставки суживаются по направлению к внутренней боковой поверхности 58.

В конкретном примере осуществления изобретения режущие вставки 50 головки 10 расположены так, что торцовые поверхности 60, 62 каждой вставки не находятся в контакте с торцовыми поверхностями смежной вставки, вследствие чего между ними образуется зазор 64. Ширина зазора 64 такова, что между противоположными концами смежных режущих вставок 50 не образуется непрерывное паяное соединение.

На практике, заявителем установлено, что ширина зазора 64, равная примерно 4,7 мм (3/16 дюйма), является достаточной, чтобы предотвратить образование паяного соединения между смежными режущими вставками 50. Однако настоящее изобретение не ограничивается конкретным размером зазора между режущими вставками, расположенными по периферии переднего конца режущей головки. Главное то, чтобы этот зазор был достаточно широким для предотвращения образования непрерывного паяного соединения между режущими вставками и обеспечения его отвердения до отверждения паяного соединения между стальным корпусом головки и режущими вставками.

Как показано на фиг. 3А, паяное соединение 68 образуется между внутренней боковой поверхностью 58 и продольной поверхностью 46 выточки 42. Между нижней поверхностью 54 каждой режущей вставки 50 и поперечной поверхностью 44 выточки 42 образуется паяное соединение 70. Хотя некоторое количество твердого припоя и может находиться между смежными торцовыми поверхностями смежных режущих вставок, однако оно не образует непрерывное паяное соединение, так что можно сказать, что не существует паяного соединения между противоположными торцовыми поверхностями смежных режущих вставок.

Зазор 64 между режущими вставками 50 предотвращает образование паяного соединения между смежными вставками. Как упоминалось выше, при образовании такого паяного соединения отдельные режущие вставки 50 соединяются между собой, так что в образованном едином режущем элементе создаются остаточные напряжения и образуются трещины, вызванные пайкой твердым припоем. Зазор 64 компенсирует также разность коэффициентов теплового расширения стали и сцементированного карбида вольфрама и таким образом содействует уменьшению или исключению остаточных напряжений и трещин в паяном соединении. Уменьшение или исключение остаточных напряжений и трещин увеличивает общую прочность режущего зубка.

На фиг. 5 показана видоизмененная режущая вставка, обозначенная позицией 80. Режущая вставка 80 предпочтительно имеет дугообразную форму и угол дуги, аналогичный режущей вставке 50. Режущая вставка 80 предпочтительно имеет плоскую верхнюю поверхность 82, плоскую нижнюю поверхность 84, дугообразную наружную боковую поверхность 86, дугообразную внутреннюю боковую поверхность 86, дугообразную внутреннюю боковую поверхность 88 и плоские противоположные торцовые поверхности 90, 92. Предпочтительно, места пересечения смежных поверхностей режущей вставки 80 скрепляются.

Режущие вставка 80 располагается в выточке 42 корпуса режущей головки 10 аналогично режущей вставке 50. Смежные режущие вставки 80 также располагаются с зазорами между ними, как и режущие вставки 50.

Хотя могут быть использованы и другие твердые материалы для изготовления режущих вставок 50 и 80, предпочтительным твердым материалом является сцементированный карбид вольфрама, содержащий примерно 90,5% по весу крупнозернистого карбида вольфрама и примерно 9,5% по весу кобальта.

Хотя могут быть использованы и другие твердые припои для режущей головки 10, предпочтительным твердым припоем является твердый припой на основе серебра, имеющий следующий состав: примерно 50% по весу серебра, примерно 20% по весу меди, примерно 28% по весу цинка и примерно 2% по весу никеля. Предпочтительный твердый припой имеет линию солидуса (линию затвердевания) примерно 1220^oC и линию ликвидуса (линия плавления) примерно 1305^oC. Этот твердый припой описан в технических условиях (А5.8), разработанных Американским обществом сварщиков, как Ваg-4 A-5ON, и продается фирмой Хэнди и Хэрман как Брейз 505 (Braze 505).

Все патенты и документы, указанные в этой заявке на патент, используются в ней в качестве ссылки.

Другие конкретные примеры осуществления настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники при рассмотрении этого описания или при практическом использовании изобретения, раскрытого в этом описании. Предполагается, что описание и конкретные примеры, осуществления изобретения, приведенные в данном описании, носят только иллюстративный характер, существо же и объем изобретения определяются следующей ниже формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Вращающаяся режущая головка (10), которая вращается вокруг своей центральной продольной оси (А - А), содержащая корпус (14), имеющий противоположные передний конец (18), задний конец (20) и вогнутость (38) в переднем конце (18), которая симметрична относительно центральной продольной оси (А - А) и имеет открытый конец, отличающаяся тем, что к корпусу (14) прикреплены посредством пайки твердым припоем несколько режущих вставок (50), расположенных по периферии (40) открытого конца вогнутости (38), при этом смежные режущие вставки (50) расположены на некотором расстоянии друг от друга с образованием между ними зазора (64), размер которого достаточен для предотвращения образования непрерывного паяного соединения между смежными режущими вставками (50).

2. Головка (10) по п.1, отличающаяся тем, что каждая режущая вставка (50) имеет верхнюю поверхность (52), нижнюю поверхность (54), наружную боковую поверхность (56), внутреннюю боковую поверхность (58) и противоположные торцовые поверхности (60, 62), при этом каждая режущая вставка (50) закреплена в выточке (42) так, что ее торцовые поверхности (60, 62) не контактируют с торцовыми поверхностями (60, 62) любой из двух смежных режущих вставок (50) и нижняя поверхность (54) каждой режущей вставки (50) образует с поперечной поверхностью (44) выточки (42) паяное соединение (70), а внутренняя боковая поверхность (58) каждой режущей вставки (50) образует с продольной поверхностью (46) выточки (42) паяное соединение (68).

3. Головка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что содержит семь режущих вставок (50), каждая из которых имеет в основном дугообразную форму.

4. Головка (10) по п.3, отличающаяся тем, что каждая из режущих вставок (50) имеет угол дуги (α), равный примерно 44^o30'.

5. Головка (10) по п.1, отличающаяся тем, что каждая из режущих вставок (50) выполнена из карбида вольфрама, сцементированного кобальтом, а корпус (14) - из стали.

6. Головка (10) по п.5, отличающаяся тем, что сцементированный карбид вольфрама содержит примерно 90,5% по весу карбида вольфрама и примерно 9,5% по весу кобальта.

7. Головка (10) по п.1, отличающаяся тем, что твердый припой содержит примерно 50% по весу серебра, примерно 20% по весу меди, примерно 28% по весу цинка и примерно 2% по весу никеля.

8. Головка (10) по п.1, отличающаяся тем, что корпус (14) имеет вблизи его заднего конца (20), по существу, цилиндрический хвостовик (22), в котором выполнена канавка (26), и фиксатор (16), расположенный в канавке (26) хвостовика (22).

9. Вращающаяся режущая головка (10), которая вращается вокруг своей центральной продольной оси (А - А), содержащая корпус (14), имеющий противоположные передний (18) и задний (20) концы и вогнутость (38) в переднем конце (18), которая симметрична относительно центральной продольной оси (А - А) и имеет открытый конец, отличающаяся тем, что к корпусу (14) прикреплены посредством пайки твердым припоем несколько режущих вставок (50), расположенных по периферии (40) открытого конца вогнутости (38), смежные режущие вставки (50) расположены на некотором расстоянии друг от друга с образованием между ними зазора (64), размер которого достаточен для предотвращения образования непрерывного паяного соединения между смежными режущими вставками (50), и корпус (14) имеет выточку (42), проходящую вокруг всей периферии (40) открытого конца вогнутости (38) и образующую продольную поверхность (46) и поперечную поверхность (44), и каждая режущая вставка (50) образует паяное соединение (68, 70) с продольной (46) и поперечной (44) поверхностями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5