Инструмент для разрушения твердого материала

 

Сущность изобретения: инструмент для разрушения твердого материала содержит корпус и закрепленную на корпусе твердосплавную вставку, состоящую из головной, промежуточной частей и основания с упорной поверхностью. Промежуточная часть вставки образована телом вращения с наружной боковой поверхностью вогнутой формы. Боковая поверхность головной части вставки плавно сопряжена с боковой поверхностью промежуточной части вставки. Длина промежуточной части вставки по ее продольной оси не превышает длины головной части вставки по той же оси. 14 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к режущему инструменту для горных и строительных машин, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных материалов, например дорожных покрытий.

Известен породоразрушающий инструмент для горных машин, который содержит корпус и закрепленную на корпусе твердосплавную вставку, которая имеет рабочую часть конической формы и сужающийся к концу вставки хвостовик для размещения в гнезде корпуса инструмента.

Известный инструмент для разрушения твердого материала обладает достаточной прочностью и износостойкостью, которые обеспечивают достаточный ресурс его работы в эксплуатационных условиях при разрушении твердых материалов. Однако геометрическая форма рабочей части вставки не является оптимальной по расходу твердоплавного материала, который идет на ее изготовление. Поскольку для изготовления вставки обычно используют металлокерамический твердый сплав вольфрамокобальтовой группы, то на первый план выходит задача по снижению расхода твердосплавных материалов (дефицитного вольфрама) на изготовление вставки и, следовательно, снижению стоимости изготовления инструмента в целом. Твердосплавная вставка с рабочей частью конической формы требует для ее изготовления значительного количества дефицитного материала, что приводит к значительному удорожанию изготовления инструмента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является инструмент для разрушения твердого материала, который включает корпус и закрепленную на корпусе твердосплавную вставку, которая содержит головную часть, основание с упорной поверхностью для взаимодействия с опорной поверхностью корпуса и расположенную между головной частью и основанием промежуточную часть, которая образована телом вращения с наружной боковой поверхностью вогнутой формы.

Конструктивные особенности известного инструмента для разрушения твердого материала позволяют повысить эффективность процесса разрушения твердого материала путем снижения усилия резания за счет выбора рациональных геометрических характеристик рабочей части вставки и, следовательно, снизить расход твердого сплава, идущего на изготовление вставки, то есть снизить стоимость изготовления инструмента. Однако известный инструмент для разрушения твердого материала не обладает достаточно высокой эксплуатационной долговечностью, поскольку оптимизация геометрической формы рабочей части вставки по количеству используемого для ее изготовления твердого сплава не обеспечивает необходимой прочности и износостойкости твердосплавной вставки и, следовательно, снижается долговечность инструмента в целом, то есть ресурс работы инструмента с твердосплавной вставкой указанного типа не достаточно высок.

Задачей изобретения является создание такого инструмента для разрушения твердого материала, который имел бы достаточно высокую долговечность и одновременно обеспечивал бы снижение затрат на изготовление инструмента.

Поставленная задача решена тем, что в инструменте для разрушения твердого материала, включающем корпус и закрепленную на корпусе твердосплавную вставку, которая содержит головную часть, основание с упорной поверхностью для взаимодействия с опорной поверхностью корпуса и расположенную между головной частью и основанием промежуточную часть, которая образована телом вращения с наружной боковой поверхностью вогнутой формы, головная часть вставки образована телом вращения с наружной боковой поверхностью выпуклой формы, а боковая поверхность головной части вставки плавно сопряжена с боковой поверхностью ее промежуточной части, при этом длина промежуточной части вставки по ее продольной оси не превышает длины головной части вставки по той же оси.

Кроме того, тем, что основание вставки имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки.

Кроме того, тем, что вставка имеет хвостовик для размещения в гнезде корпуса инструмента.

Кроме того, тем, что хвостовик вставки имеет форму двух сопряженных между собой основаниями усеченных конусов вращения, оси которых расположены на продольной оси симметрии вставки, при этом диаметр большего основания одного из усеченных конусов равен диаметру основания вставки, причем вершины усеченных конусов ориентированы в одном направлении относительно основания вставки.

Кроме того, тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 30^о и не более 80^о.

Кроме того, тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием другого усеченного конуса, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 78^о и не более 86^о.

Кроме того, тем, что хвостовик вставки имеет выступы для центрирования вставки в гнезде корпуса инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с корпусом инструмента.

Кроме того, тем, что выступы расположены на боковой поверхности усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки.

Кроме того, тем, что выступы расположены равномерно по окружности, центр который лежит на продольной оси симметрии вставки.

Кроме того, тем, что количество выступов равно шести.

Кроме того, тем, что вставка имеет гнездо для размещения выступа на торце корпуса инструмента.

Кроме того, тем, что гнездо имеет выступы для центрирования вставки относительно выступа на торце корпуса инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с корпусом инструмента.

Кроме того, тем, что выступы расположены на стенках гнезда вставки.

Кроме того, тем, что выступы расположены на дне гнезда вставки.

Кроме того, тем, что выступы равномерно расположены по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии вставки.

На фиг.1 изображена твердосплавная вставка с хвостовиком инструмента для разрушения твердого материала; на фиг.2 вид по А на фиг.1; на фиг.3 твердосплавная вставка с гнездом инструмента для разрушения твердого материала; на фиг.4 вид по Б на фиг.3; на фиг.5 общий вид инструмента для разрушения твердого материала; на фиг.6 вариант конструктивного выполнения инструмента для разрушения твердого материала.

Инструмент для разрушения твердого материала содержит твердосплавную вставку (фиг. 1 4), которая состоит из головной части 1, образованной телом вращения с наружной боковой поверхностью выпуклой формы, и из расположенной между основанием 2 вставки и головной частью 1 вставки промежуточной части 3, которая образована телом вращения с наружной боковой поверхностью вогнутой формы. Основание 2 вставки имеет упорную поверхность 4 для взаимодействия с опорной поверхностью 5 корпуса 6 инструмента. Боковая поверхность головной части 1 вставки плавно сопряжена с боковой поверхностью промежуточной части 2 вставки. Длина (А) промежуточной части 3 вставки по продольной оси 7 симметрии вставки не превышает длины (Б) головной части 1 вставки по той же оси 7, то есть соотношение длин промежуточной части 3 вставки и головной части 1 вставки удовлетворяет соотношению: A ≅ Б.

Указанное соотношение определено эмпирическим путем и с его помощью становится возможным определение оптимальных геометрических параметров рабочей части твердосплавной вставки, при которых достигается оптимальная износостойкость твердосплавной вставки. Следует отметить, что при выходе за пределы указанного выше соотношения между промежуточной частью 3 вставки и головной частью 1 вставки, как показали проведенные исследования, поставленная задача не решается, то есть происходит резкое снижение ресурса работы твердосплавной вставки.

Основание 2 твердосплавной вставки может иметь форму усеченного конуса, призмы или цилиндра (не показаны). Наиболее предпочтительным является выполнение основания 2 вставки в виде цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси 7 симметрии вставки. Такая форма выполнения основания 2 вставки позволяет снизить расход твердого сплава и повысить прочность соединения вставки с корпусом 6 инструмента.

Основание 2 вставки может иметь плоскую упорную поверхность 4 (фиг.3). В этом случае опорная поверхность 5 корпуса 6 инструмента также должна иметь плоскую форму, а закрепление твердосплавной вставки на корпусе 6 инструмента может быть в этом случае осуществлено, например, с помощью диффузионной сварки. Для повышения прочности закрепления твердосплавной вставки на корпусе 6 инструмента вставка может быть выполнена с расположенным на торце основания 2 хвостовиком 8 (фиг.5), а корпус 6 инструмента в этом случае имеет гнездо 9 для размещения хвостовика 8 вставки. Следует отметить, что наиболее целесообразно, чтобы форма хвостовика 8 вставки соответствовала форме гнезда 9 на торце корпуса 6 инструмента.

Хвостовик 8 вставки может иметь форму усеченного конуса, призмы или цилиндра (фиг.5). Наиболее предпочтительно выполнить хвостовик 8 вставки в виде двух сопряженных между собой основаниями усеченных конусов 10 и 11 вращения, оси которых расположены на продольной оси 7 симметрии вставки. Диаметр большего основания усеченного конуса 10 равен диаметру основания 2 вставки. При этом вершины усеченных конусов 10 и 11, образующих хвостовик 8 вставки, ориентированы в одном направлении относительно основания 2 вставки, то есть наружный диаметр хвостовика 8 вставки последовательно уменьшается от основания 2 вставки к торцу хвостовика 8 вставки. Такая форма выполнения хвостовика 8 вставки позволяет снизить расход твердосплавного материала и одновременно сохранить прочностные характеристики соединения твердосплавной вставки с корпусом 6 инструмента.

Предпочтительно выполнить усеченный конус 10, который примыкает к основанию 2 вставки, с углом наклона (α) его образующей к продольной оси 7 симметрии вставки не менее 30^о и не более 80^о.

Целесообразно, чтобы угол наклона (β) образующей усеченного конуса 11, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием усеченного конуса 10, к продольной оси 7 симметрии вставки составлял не менее 78^о и не более 86^о.

Указанные выше оптимальные диапазоны значений углов (α) и (β) определены экспериментально из условия минимального расхода твердосплавного материала на изготовление вставки и обеспечения максимальной прочности соединения твердосплавной вставки с корпусом 6 инструмента.

Хвостовик 8 вставки может быть выполнен с выступами 12 для центрирования вставки в гнезде 9 корпуса 6 инструмента и формирования заданного слоя (не показан) материала для соединения вставки с корпусом 6 инструмента.

Выступы 12 целесообразно разместить на боковой поверхности усеченного конуса 10, который примыкает к основанию 2 вставки. Кроме того, выступы 12 могут быть расположены и/или на боковой поверхности усеченного конуса 11 и/или на торце хвостовика 8 вставки (не показаны).

Для более точной центровки твердосплавной вставки по продольной оси симметрии корпуса 6 инструмента, а следовательно, и для более равномерного износа инструмента в процессе эксплуатации, целесообразно выступы 12 расположить равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси 7 симметрии твердосплавной вставки.

Предпочтительно на хвостовике 8 вставки разместить шесть выступов 12.

Повышение прочности соединения твердосплавной вставки с корпусом 6 инструмента и снижение расхода твердосплавного материала может быть обеспечено выполнением вставки с гнездом 13 (фиг.3). В этом случае корпус 6 инструмента должен быть выполнен с выступом 14 (фиг. 6) для размещения в гнезде 13 вставки. Форма гнезда 13, расположенного на торце основания 2 вставки, может быть любой, например, иметь форму усеченного конуса или призмы. Форма выступа 14 на корпусе 6 инструмента предпочтительно должна соответствовать форме гнезда 13 в твердосплавной вставке. Предпочтительно выполнение гнезда 13 во вставке такой формы, при которой поперечный размер стенок гнезда 13 последовательно уменьшался в направлении ко дну гнезда 13 во вставке. Соединение твердосплавной вставки с корпусом 6 инструмента может быть осуществлено, например, с помощью припоя, который размещают между вставкой и корпусом 6 инструмента.

Для обеспечения центрирования твердосплавной вставки относительно корпуса 6 инструмента, а именно относительно выступа 14 на корпусе 6 инструмента и формирования заданного слоя (не показан) материала для соединения твердосплавной вставки с корпусом 6 инструмента гнездо 13 во вставке может быть выполнено с выступами 15, которые могут быть расположены на дне гнезда 13 во вставке и/или на стенках гнезда 13 во вставке. Выступы 15 в гнезде 13 твердосплавной вставки предпочтительно расположить по окружности, центр которой лежит на продольной оси 7 симметрии вставки.

Инструмент для разрушения твердого материала работает следующим образом При работе инструмента для разрушения твердого материала твердосплавная вставка, закрепленная на корпусе 6, взаимодействует с разрушаемым материалом, разрушая его в процессе резания. При этом на поверхности разрушаемого материала образуется борозда (развал). Геометрическая форма наружной боковой поверхности твердосплавной вставки обеспечивает в процессе эксплуатации оптимальную прочность и стойкость инструмента, так как характер изменения габаритов поперечного сечения твердосплавной вставки соответствует характеру изменения изгибающего момента, возникающего во вставке в процессе ее взаимодействия с разрушаемым материалом. При этом для изготовления инструмента для разрушения твердого материала требуется минимальное количество твердосплавного материала, что позволяет снизить затраты на изготовление инструмента до оптимального минимума.

Формула изобретения

1. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА, включающий корпус и твердосплавную вставку, которая закреплена на корпусе и содержит головную часть, основание с упорной поверхностью для взаимодействия с опорной поверхностью корпуса и расположенную между головной частью и основанием промежуточную часть, которая образована телом вращения с наружной боковой поверхностью вогнутой формы, отличающийся тем, что головная часть вставки образована телом вращения с наружной боковой поверхностью выпуклой формы, а боковая поверхность головной части вставки плавно сопряжена с боковой поверхностью ее промежуточной части, при этом длина промежуточной части вставки по ее продольной оси не превышает длины головной части вставки по той же оси.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что основание вставки имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки.

3. Инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что вставка имеет хвостовик для размещения в гнезде корпуса инструмента.

4. Инструмент по п. 3, отличающийся тем, что хвостовик вставки имеет форму двух сопряженных основаниями усеченных конусов вращения, оси которых расположены на продольной оси симметрии вставки, при этом диаметр большего основания одного из усеченных конусов равен диаметру основания вставки, причем вершины усеченных конусов ориентированы в одном направлении относительно основания вставки.

5. Инструмент по п. 4, отличающийся тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 30^o и не более 80^o.

6. Инструмент по п.4 или 5, отличающийся тем, что угол наклона образующей усеченного конуса, который сопряжен своим большим основанием с меньшим основанием другого усеченного конуса, к продольной оси симметрии вставки составляет не менее 78^o и не более 86^o.

7. Инструмент по одному из пп.3 - 6, отличающийся тем, что хвостовик вставки имеет выступы для центрирования вставки в гнезде корпуса инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с корпусом инструмента.

8. Инструмент по п.7, отличающийся тем, что выступы расположены на боковой поверхности усеченного конуса, который примыкает к основанию вставки.

9. Инструмент по п.7 и 8, отличающийся тем, что выступы равномерно расположены по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии вставки.

10. Инструмент по п.7 или 8, отличающийся тем, что количество выступов равно шести.

11. Инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что вставка имеет гнездо для размещения выступа на торце корпуса инструмента.

12. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что гнездо имеет выступы для центрирования вставки относительно выступа на торце корпуса инструмента и формирования заданного слоя материала для соединения вставки с корпусом инструмента.

13. Инструмент по п.12, отличающийся тем, что выступы расположены на дне гнезда вставки.

14. Инструмент по п.12 или 13, отличающийся тем, что выступы расположены на стенках гнезда вставки.

15. Инструмент по одному из пп.12 - 14, отличающийся тем, что выступы равномерно расположены по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии вставки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6