твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины

Формула изобретения

1. Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины, включающая имеющую форму тела вращения режущую часть и хвостовик, который образован имеющей форму усеченного конуса вращения промежуточной частью и концевой частью, которая имеет форму цилиндра вращения сопряженного своим основанием с меньшим основанием усеченного конуса вращения, определяющего форму концевой части, отличающаяся тем, что длина режущей части вставки по ее продольной оси симметрии не более чем в 6,0 раз превышает длину промежуточной части хвостовика и не более чем в 2,0 раза превышает длину концевой части хвостовика, при этом длина режущей части вставки по ее продольной оси составляет не менее 0,9 и не более 1,5 длины хвостовика вставки по той же оси.

2. Твердосплавная вставка по п.1, отличающаяся тем, что хвостовик имеет участок сопряжения, который расположен между его промежуточной частью и режущей частью вставки.

3. Твердосплавная вставка по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть внешнего контура участка сопряжения хвостовика вставки в сечении плоскостью, проходящей через ее продольную ось, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента.

4. Твердосплавная вставка по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она имеет приспособление для центрирования ее хвостовика в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом породоразрушающего инструмента при формировании паяного соединения между ними.

5. Твердосплавная вставка по п.4, отличающаяся тем, что приспособление для центрирования ее хвостовика в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом породоразрушающего инструмента при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде выступов, которые расположены на промежуточной части и/или концевой части хвостовика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к породоразрушающему инструменту для горных и строительных машин, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных материалов, а также при очистке покрытий от льда и/или снега.

Известна твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины, которая содержит имеющую форму тела вращения режущую часть и хвостовик, который образован имеющей форму усеченного конуса вращения промежуточной частью и концевой частью, которая имеет форму цилиндра вращения, сопряженного своим основанием с меньшим основанием усеченного конуса вращения, определяющего форму концевой части хвостовика (см., например, каталог фирмы "MOSWIRT" "Поворотный режущий инструмент". -М.: 1995, с. 11, резец типа MW501-16L).

К недостаткам известной конструкции можно отнести сравнительно низкую эксплуатационную надежность и стойкость породоразрушающего инструмента, оборудованного твердосплавной вставкой описанной конструкции, которые вызваны быстрым износом корпуса породоразрушающего инструмента в месте соединения последнего с твердосплавной вставкой. Указанное обстоятельство приводит к преждевременному "оголению" твердосплавной вставки и, следовательно, к отделению ее от корпуса породоразрушающего инструмента. При этом отделение твердосплавной вставки от корпуса породоразрушающего инструмента происходит до полного износа твердосплавной вставки. Кроме того, геометрические параметры известной твердосплавной вставки не являются оптимальными с точки зрения формирования нагрузки на породоразрушающий инструмент особенно при разрушении твердых материалов или неоднородных по составу материалов, содержащих твердые включения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины, которая включает имеющую форму тела вращения режущую часть и хвостовик, который образован имеющей форму усеченного конуса вращения промежуточной частью и концевой частью, которая имеет форму цилиндра вращения, сопряженного своим основанием с меньшим основанием усеченного конуса вращения, определяющего форму концевой части хвостовика (см., например, патент Российской Федерации N 2002050, кл. E 21 C 25/38, опубл. 1993).

К недостаткам известного устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога можно отнести все выше перечисленные недостатки устройства, выбранного в качестве аналога, то есть недостаточную надежность и стойкость породоразрушающего инструмента, а также нерациональность геометрических характеристик твердосплавной вставки, отрицательно влияющих на формирование нагрузки на породоразрушающий инструмент.

В основу изобретения положено решение задачи по созданию такой твердосплавной вставки для породоразрушающего инструмента горной машины, которая обеспечивала бы возможность повышения срока службы породоразрушающего инструмента при разрушении твердых материалов или неоднородных материалов с твердыми включениями при одновременном оптимизации геометрических параметров твердосплавной вставки. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении износа корпуса породоразрушающего инструмента в зоне его соединения с вставкой при одновременном уменьшении энергоемкости процесса разрушения материала.

Поставленная задача решена за счет того, что в твердосплавной вставке для породоразрушающего инструмента горной машины, которая содержит имеющую форму тела вращения режущую часть и хвостовик, который образован имеющей форму усеченного конуса вращения промежуточной частью и концевой частью, которая имеет форму цилиндра вращения, сопряженного своим основанием с меньшим основанием усеченного конуса вращения, определяющего форму концевой части, длина ее режущей части по продольной оси симметрии вставки не более чем в 6,0 раза превышает длину промежуточной части хвостовика и не более чем в 2,0 раза превышает длину концевой части хвостовика, при этом длина режущей части вставки по ее продольной оси составляет не менее 0,9 и не более 1,5 длины хвостовика вставки по той же оси.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что хвостовик твердосплавной вставки может иметь участок сопряжения, который расположен между его промежуточной частью и режущей частью вставки. При таком варианте конструктивного выполнения твердосплавной вставки повышается прочность конструкции за счет снижения внутренних напряжений в материале вставки в зоне сопряжения режущей части и хвостовика.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что по меньшей мере часть внешнего контура участка сопряжения хвостовика вставки в сечении плоскостью, проходящей через ее продольную ось, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента. При таком варианте конструктивного выполнения участка сопряжения повышается прочность соединения хвостовика твердосплавной вставки с корпусом породоразрушающего инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины имеет приспособление для центрирования ее хвостовика в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом породоразрушающего инструмента при формировании паянного соединения между ними. Выполнение твердосплавной вставки с указанным приспособлением позволяет повысить прочность паянного соединения хвостовика вставки с корпусом породоразрушающего инструмента за счет обеспечения зазора заданной величины между хвостовиком вставки и корпусом породоразрушающего инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для центрирования ее хвостовика в гнезде корпуса породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом породоразрушающего инструмента при формировании паянного соединения между ними выполнено в виде выступов, которые расположены на промежуточной части и/или концевой части хвостовика. При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления упрощается его конструкция и удешевляется технология изготовления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен породоразрушающий инструмент с твердосплавной вставкой, на фиг. 2 - твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента и на фиг. 3 - один из вариантов конструктивного выполнения твердосплавной вставки.

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента горной машины содержит режущую часть 1, которая предназначена для взаимодействия с разрушаемым материалом, и хвостовик 2 для соединения с корпусом 3 породоразрушающего инструмента, например, поворотного резца (фиг. 1). Режущая часть 1 твердосплавной вставки имеет форму тела вращения (фиг. 1, 2 и 3), например, конуса вращения, параболоида вращения, гиперболоида вращения или их комбинаций. Хвостовик 2 образован сопряженными между собой промежуточной частью 4 и концевой частью 5. Промежуточная часть 4 хвостовика 2 имеет форму усеченного конуса вращения. Концевая часть 5 хвостовика 2 имеет форму цилиндра вращения. Цилиндр вращения, определяющий форму концевой части 5 хвостовика 2, своим основанием сопряжен с меньшим основанием усеченного конуса вращения, который определяет форму промежуточной части 4 хвостовика 2, то есть диаметр основания цилиндра вращения равен диаметру меньшего основания усеченного конуса вращения. В результате проведенных исследований эмпирически установлено, что длина (A) режущей части 1 вставки по ее продольной оси 6 симметрии должна составлять не менее 0,9 и не более 1,5 от длины (B) хвостовика 2 вставки по той же оси 6, то есть при определении геометрических параметров вставки должно выдерживаться соотношение: 0,9 B < A < 1,5 B. При этом должно соблюдаться второе условие, при котором длина (A) режущей части 1 вставки по ее продольной оси 6 симметрии не более чем в 6,0 раза превышает длину (C) промежуточной части 4 хвостовика 2 и не более чем в 2,0 раза превышает длину (D) концевой части 5 хвостовика 2, то есть при определении геометрических параметров вставки должно выдерживаться соотношения: A < 6,0 C и A < 2,0 D.

Режущая часть 1 вставки может быть непосредственно сопряжена с промежуточной частью 4 вставки (фиг. 1), то есть диаметр основания тела вращения, которое определяет форму режущей части 1 вставки может быть равен диаметру большего основания усеченного конуса вращения, который определяет форму промежуточной части 4 хвостовика 2 вставки. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором ее хвостовик 2 может быть выполнен с участком 7 сопряжения, который расположен между его промежуточной частью 4 и режущей частью 1 вставки (фиг. 2 и 3). Предпочтительно, чтобы участок 7 сопряжения имел бы форму тела вращения, например, цилиндра вращения или усеченного конуса вращения.

При выполнении хвостовика 2 вставки с участком 7 сопряжения предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть внешнего контура участка 7 сопряжения хвостовика 2 вставки в сечении плоскостью, проходящей через ее продольную ось 6 симметрии, вписывался бы в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде 8 корпуса 3 породоразрушающего инструмента. Для определения формы образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде 8 корпуса 3, в специальную форму (на чертежах не изображена), в которой выполнено гнездо, диаметр которого соответствует диаметру гнезда 8 в корпусе 3 породоразрушающего инструмента, или непосредственно в гнездо 8 корпуса 3 породоразрушающего инструмента заливают расплавленный припой или расплавляют пластинки припоя. Затем с помощью специальных приспособлений определяют форму поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде 8 корпуса 3, и при изготовлении хвостовика 2 твердосплавной вставки используют полученные данные.

Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором она имеет приспособление для центрирования ее хвостовика 2 в гнезде 8 корпуса 3 породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком 2 вставки и корпусом 3 породоразрушающего инструмента при формировании паянного соединения между ними. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде расположенного на торце концевой части 5 хвостовика 2 вставки опорного выступа кольцевой формы (на чертежах не изображен), который может быть размещен в выполненной на дне гнезда 8 корпуса 3 расточке (на чертежах не изображена). Приспособление для центрирования хвостовика 2 твердосплавной вставки в гнезде 8 корпуса 3 породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком 2 твердосплавной вставки и корпусом 3 породоразрушающего инструмента при формировании паяного соединения между ними может быть выполнено, например, в виде расположенного на торце концевой части 5 хвостовика 2 твердосплавной вставки 6 опорного выступа (на чертежах не изображен). Опорный выступ может иметь форму круглого цилиндра и быть установлен с возможностью взаимодействия своим основанием с дном гнезда 8 в корпусе 3. Продольная ось симметрии опорного выступа должна быть расположена на продольной оси 6 симметрии твердосплавной вставки.

Приспособление для центрирования хвостовика 2 твердосплавной вставки в гнезде 8 корпуса 3 породоразрушающего инструмента и фиксации расстояния между хвостовиком 2 вставки и корпусом 3 породоразрушающего инструмента при формировании паяного соединения между ними может быть выполнено в виде выступов 9, которые расположены на промежуточной части 4 и/или концевой части 5 хвостовика 2. Указанные выступы 9 могут иметь любую форму, например, коническую, цилиндрическую или шаровую. Выступы 9 установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 8 в корпусе 3 породоразрушающего инструмента. Предпочтителен такой вариант конструктивного выполнения указанного приспособления, при котором выступы 9 расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси 6 симметрии твердосплавной вставки 6. При этом на соответствующей части хвостовика 2 твердосплавной вставки целесообразно расположить не менее трех выступов 9.

Породоразрушающий инструмент с твердосплавной вставкой работает следующим образом.

При работе породоразрушающего инструмента твердосплавная вставка, хвостовик 2 которой закреплен на корпусе 1, взаимодействует своей режущей частью 1 с разрушаемым материалом, разрушая его. При этом вставка из твердосплавного материала удерживается от выпадения из гнезда 8 в корпусе 3 с помощью паяного соединения ее хвостовика 2 с корпусом 1. Твердосплавная вставка, имеющая указанные геометрические параметры, обеспечивает защиту верхней части корпуса 3 породоразрушающего инструмента от взаимодействия с разрушаемым материалом и одновременно позволяет увеличить площадь поперечного сечения корпуса 3 породоразрушающего инструмента в зоне размещения хвостовика 2 твердосплавной вставки в гнезде 8 корпуса 3. В этом случае значительно снижается износ корпуса 3 породоразрушающего инструмента, что увеличивает срок его службы. Кроме того, увеличивается прочность паянного соединения хвостовика 2 вставки с корпусом 3 породоразрушающего инструмента за счет увеличения площади взаимодействующих частей соединяемых элементов и за счет обеспечения одинаковой толщины паянного шва и улучшения вывода газовых пузырей и шлака из полости гнезда 8 в корпусе 3 при формировании паянного соединения. Следует отметить, что указанные геометрические параметры твердосплавной вставки, то есть соотношения длин ее режущей части 1 и хвостовика 2, являются оптимальными с точки зрения формирования нагрузок на породоразрушающем инструменте и, следовательно, позволяют снизить энергоемкость процесса разрушения особенно твердых материалов или неоднородных материалов, содержащих твердые включения.