ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1997 года по МПК E21C35/183 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к твердосплавным вставкам для режущих инструментов, преимущественно для неповоротных резцов, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных материалов, например, при добыче полезных ископаемых.

Известна твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, которая выполнена в виде пластины, на передней грани которой расположен выступ с заостренной или плоской вершиной (Глатман Л.Б. и др. Инструмент очистных и проходческих комбайнов./ Горное и нефтепромысловое машиностроение, т. 5. Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР, M. 1978, c. 121 122 и 124, рис.34,а).

Как установлено проведенными исследованиями, применение резцов с выпуклой передней гранью более эффективно, чем резцов с плоской передней гранью. Однако, при разрушении углей и пород резцами с выпуклой передней гранью значительно возрастают боковые нагрузки, что приводит в ряде случаев к отрыву твердосплавных пластин от державок. При этом резцы, армированные одной пластиной твердого сплава, имеют опасные остаточные напряжения вблизи вершины резца. При работе эти напряжения суммируются с напряжениями от сил резания, что приводит к отрыву твердосплавных пластин от державок.

Наиболее близким к предлагаемому является твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, которая содержит хвостовик для размещения в гнезде головки инструмента и режущую часть с боковыми режущими кромками и с главной режущей кромкой. Главная режущая кромка образована пересечением задней грани с передней гранью. Передняя грань образована центральным участком выпуклой формы и двумя расположенными симметрично относительно центрального участка боковыми участками. Боковые участки передней грани имеют плоскую форму и сопряжены с центральным участком по линиям, которые расположены друг к другу под углом, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику (авт. св. СССР N 1155712, кл. Е 21 С 35/18, 1985).

К недостаткам известной твердосплавной вставки можно отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, которая обусловлена геометрическими характеристиками ее режущей части. При этом интенсивный износ твердосплавной вставки, особенно при разрушении пород с твердыми включениями, не позволяет эффективно использовать резцы с твердосплавными вставками указанного типа. Максимальные нагрузки, вызывающие поломки инструмента, в том числе и твердосплавных вставок, возникают, как правило, при разрушении твердых включений или породных прослоек. Поэтому необходимо создать такой породоразрушающий инструмент, который обеспечивал бы эффективное разрушение пород с твердыми включениями, обеспечивая при этом высокую стойкость твердосплавной вставки.

Цель изобретения расширение арсенала технических средств, предназначенных для разрушения пород с твердыми включениями.

Цель достигается тем, что в твердосплавной вставке для породоразрушающего инструмента, содержащей хвостовик для размещения в гнезде головки инструмента и режущую часть с боковыми режущими кромками и с главной режущей кромкой, образованной пересечением задней грани с передней гранью, которая образована центральным участком выпуклой формы и двумя расположенными симметрично относительно центрального участка боковыми участками, имеющими плоскую форму и сопряженными с центральным участком по линиям, которые расположены друг к другу под углом, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику, задняя грань имеет выпуклую форму, а каждая из боковых режущих кромок образована пересечением задней грани с плоским боковым участком передней грани, при этом проекция каждой боковой режущей кромки в плане имеет криволинейную форму и расположена в пределах контура поперечного сечения хвостовика, причем хвостовик имеет форму цилиндра вращения. Предлагаемое изобретение обеспечивает снижение энергоемкости процесса разрушения породы и повышение срока службы вставки.

Кроме того, цель достигается тем, что в твердосплавной вставке главная режущая кромка выполнена с притуплением, образованным площадкой плоской формы, которая расположена в зоне пересечения задней грани с центральным участком передней грани. При таком варианте конструктивного выполнения твердосплавной вставки дополнительно увеличивается срок ее службы.

Задняя грань режущей части твердосплавной вставки может иметь форму части боковой поверхности цилиндра вращения, продольная ось которого расположена под углом к продольной оси хвостовика, что упрощает технологию изготовления твердосплавной вставки.

Центральный участок передней грани режущей части твердосплавной вставки может иметь форму части боковой поверхности цилиндра вращения, что позволяет упростить технологию изготовления твердосплавных вставок.

Предпочтителен вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором радиус основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму задней грани, превышает радиус основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму центрального участка передней грани. При этом повышается эффективность разрушения породы с твердыми включениями за счет оптимизации геометрической формы режущей части твердосплавной вставки.

Задняя грань режущей части твердосплавной вставки может иметь форму части боковой поверхности конуса вращения, что позволяет значительно упростить технологию изготовления твердосплавной вставки и снизить расход материала, идущего на ее изготовление.

На фиг.1 изображена твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, вид спереди; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.4 неповоротный резец с твердосплавной вставкой.

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента содержит хвостовик 1 и режущую часть 2 с боковыми режущими кромками 3 и с главной режущей кромкой 4. Главная режущая кромка 4 образована пересечением задней грани 5, которая имеет выпуклую форму, с передней гранью режущей части 2. Передняя грань режущей части 2 образована центральным участком 6 выпуклой формы и двумя боковыми участками 7, которые имеют плоскую форму. Боковые участки 7 передней грани расположены симметрично относительно центрального участка 6 передней грани и сопряжены с последним по линиям 8. Каждая боковая режущая кромка 3 образована пересечением соответствующего бокового участка 7 передней грани с задней гранью. Линии 8 сопряжения боковых участков 6 передней грани режущей части 2 с центральным участком 6 передней грани режущей части 2 расположены друг к другу под углом (α), вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику 1. Хвостовик 1 имеет форму цилиндра вращения и расположен в глухом гнезде 9 рабочей головки 10 породоразрушающего инструмента. Проекция каждой боковой режущей кромки 3 в плане (фиг.3) имеет криволинейную форму и расположена в пределах контура поперечного сечения хвостовика, то есть в пределах окружности, образованной наружным диаметром хвостовика 1. Твердосплавная вставка закреплена своим хвостовиком 1 в гнезде 9 рабочей головки 10 породоразрушающего инструмента с помощью разъемного соединения, например, посредством штифта или с помощью неразъемного соединения, например, посредством пайки. Форма гнезда 9 в рабочей головке 10 породоразрушающего инструмента соответствует форме хвостовика 1 твердосплавной вставки. Продольная ось симметрии гнезда 9 расположена к продольной оси симметрии державки 11 породоразрушающего инструмента под углом (β), величина которого составляет не менее 30^o и не более 60^o.

Предпочтителен вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором главная режущая кромка 4 выполнена с притуплением, образованным площадкой 12 плоской формы, которая расположена в зоне пересечения задней грани 5 с центральным участком 6 передней грани режущей части 2. При этом следует отметить, что геометрия площадки 12 и радиус режущей кромки 4 играют существенную роль в износе и стойкости твердосплавной вставки при эксплуатации породоразрушающего инструмента. Установлено, что срок службы резцов с притупленной режущей кромкой 4 больше, чем у остроконечной вставки. При этом торцовый износ достигает максимального значения у переходов режущих кромок. Оптимальное значение ширины площадки 12 при максимальной стойкости вставки составляет 0,2 0,25 мм, когда угол наклона площадки 12 большой, и около 0,45 0,5 мм, когда он мал, что зависит от скорости подачи инструмента.

Наиболее целесообразным является такое выполнение задней грани 5 режущей части 2 твердосплавной вставки, при котором она имеет форму части боковой поверхности цилиндра вращения, продольная ось которого расположена под углом к продольной оси хвостовика 1 твердосплавной вставки.

Центральный участок 6 передней грани режущей части 2 твердосплавной вставки может иметь форму части боковой поверхности цилиндра вращения.

При таком варианте конструктивного выполнения твердосплавной вставки, то есть, когда форма задней грани 5 и центрального участка 6 передней грани режущей части 2 определены частью боковой поверхности цилиндра вращения, наиболее целесообразно, чтобы радиус R основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму задней грани 5, превышал радиус r основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму центрального участка 6 передней грани твердосплавной вставки.

Задняя грань 5 режущей части 2 твердосплавной вставки может иметь форму части боковой поверхности конуса вращения (на чертежах не изображено).

Центральный участок 6 передней грани режущей части 2 твердосплавной вставки также может иметь форму части боковой поверхности конуса вращения (на чертежах не изображено).

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента работает следующим образом.

При взаимодействии породоразрушающего инструмента с разрушаемым материалом твердосплавная вставка, закрепленная своим хвостовиком 1 в гнезде 9 рабочей головки 10, своей режущей частью 2 вступает в контакт с разрушаемым материалом, разрушая его в процессе резания. При этом на поверхности разрушаемого материала образуется борозда (развал). При взаимодействии режущей части 2 с разрушаемым материалом в зоне главной режущей кромки 4 возникает ядро уплотненного материала. Центральный участок 6 передней грани режущей части 2, который имеет выпуклую форму, создает растягивающие напряжения в зоне уплотненного ядра микротрещины, развитие которых ускоряет вступление в контакт с отделяемым элементом разрушаемого материала боковых участков 7 передней грани режущей части 2. Особенно эффективно указанный процесс происходит при встрече режущей части 2 твердосплавной вставки с твердым включением. При этом центральный участок 6 передней грани режущей части 2 является концентратором напряжения при разрушении твердого включения в разрушаемом материале, а боковые участки 7 передней грани режущей части 2 работают как одноступенчатый клин двухстороннего действия. Таким образом, геометрическая форма твердосплавной вставки является наиболее оптимальной при разрушении материала с твердыми включениями и позволяет снизить энергоемкость процесса разрушения, обеспечивая при этом достаточно высокую стойкость твердосплавной вставки при возрастании нагрузок, возникающих при разрушении материала с повышенной твердостью, а именно твердых включений или породных пропластков.

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента. Сущность изобретения: твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента содержит хвостовик и режущую часть с боковыми режущими кромками и с главной режущей кромкой. Главная режущая кромка образована пересечением задней грани выпуклой формы с передней гранью. Передняя грань режущей части образована центральным участком выпуклой формы и двумя боковыми участками плоской формы. Каждая боковая режущая кромка образована пересечением соответствующего бокового участка передней грани с задней гранью. Боковые участки передней грани расположены симметрично относительно центрального участка и сопряжены с последним по линиям. Линии сопряжения расположены друг к другу под углом, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику. Хвостовик имеет форму цилиндра вращения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, включающая хвостовик для размещения в гнезде головки инструмента и режущую часть с боковыми режущими кромками и с главной режущей кромкой, образованной пересечением задней грани с передней гранью, которая образована центральным участком выпуклой формы и двумя расположенными симметрично относительно центрального участка боковыми участками, имеющими плоскую форму и сопряженными с центральным участком по линиям, которые расположены друг к другу под углом, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику, отличающаяся тем, что задняя грань имеет выпуклую форму, а каждая из боковых режущих кромок образована пересечением задней грани с плоским боковым участком передней грани, при этом проекция каждой боковой режущей кромки в плане имеет криволинейную форму и расположена в пределах контура поперечного сечения хвостовика, причем хвостовик имеет форму цилиндра вращения. 2. Вставка по п.1, отличающаяся тем, что главная режущая кромка выполнена с притуплением, образованным площадкой плоской формы, которая расположена в зоне пересечения задней грани с центральным участком передней грани. 3. Вставка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что задняя грань режущей части имеет форму части боковой поверхности цилиндра вращения, продольная ось которого расположена под углом к продольной оси хвостовика. 4. Вставка по одному из пп.1 3, отличающаяся тем, что центральный участок передней грани имеет форму части боковой поверхности цилиндра вращения. 5. Вставка по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что радиус основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму задней грани, превышает радиус основания цилиндра вращения, боковая поверхность которого определяет форму центрального участка передней грани. 6. Вставка по пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что задняя грань режущей части имеет форму части боковой поверхности конуса вращения. 7. Вставка по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что центральный участок передней грани имеет форму части боковой поверхности конуса вращения.