ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК E21C35/18 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к инструменту для разрушения минеральных и искусственных материалов, и может быть использовано в исполнительных органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых и образовании выработок в грунте, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог.

Известен инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов, который содержит корпус с гнездом и вставку из твердосплавного материала с рабочей частью для взаимодействия с разрушаемым материалом и с хвостовиком, который закреплен в гнезде корпуса (Глатман Л.Б. и др. Инструмент очистных и проходческих комбайнов. / Горное и нефтепромысловое машиностроение. т. 5, Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР/, М. 1978, с 130-131, рис. 43б).

В известном инструменте соединение хвостовика вставки с корпусом выполнено в виде разъемного механического соединения, а именно в виде "ласточкиного хвоста" и предусматривает использование дополнительного крепежного элемента шпильки, которая предотвращает в процессе эксплуатации самопроизвольное разъединение вставки и корпуса.

К недостаткам конструкции такого инструмента можно отнести недостаточную эксплуатационную надежность крепления твердосплавной вставки на корпус инструмента. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что при работе инструмента происходит интенсивный абразивный износ как корпуса инструмента, так и твердосплавной вставки. При износе в процессе эксплуатации корпуса инструмента его вставки и крепежного элемента происходит нарушение соединения хвостовика вставки с корпусом, что приводит к преждевременному отрыву вставки от корпуса инструмента и изменению ориентации вставки относительно корпуса. При этом нормальные условия эксплуатации инструмента нарушаются. Кроме того, при таком варианте конструктивного выполнения инструмента существенно возрастает стоимость его изготовления за счет необходимости выполнения дополнительной механической обработки деталей инструмента и использования дополнительной детали крепежной шпильки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов, который содержит корпус с гнездом и вставку из твердосплавного материала с рабочей частью для взаимодействия с разрушаемым материалом и с хвостовиком, который имеет форму тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними (авт.св. N 1562444, кл. E 21 C 25/38, 1990).

Известный инструмент частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку соединение твердосплавной вставки с корпусом инструмента осуществляется с помощью пайки. Такой вариант конструктивного выполнения инструмента позволяет осуществить надежную фиксацию твердосплавной вставки на корпусе инструмента даже при их взаимном абразивном износе и сохранить ориентацию вставки относительно корпуса в процессе эксплуатации. При этом по сравнению с известной конструкцией инструмента существенно снижается стоимость его изготовления и упрощается конструкция, что позволяет осуществлять сборку инструмента на автоматических линиях.

Однако к недостаткам ближайшего аналога можно отнести недостаточную прочность паяного соединения твердосплавной вставки с корпусом инструмента, что приводит к преждевременному отрыву вставки от корпуса при возникновении нагрузок на инструмент в процессе разрушения материала. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что при пайке происходит неравномерное заполнение припоем паяльных зазоров между поверхностью стенок гнезда в корпусе и поверхностью хвостовика вставки из-за нерациональной формы указанных поверхностей соединяемых деталей. При этом как форма поверхностей, образующих паяльный зазор, так и сама конфигурация паяльного зазора не обеспечивают быстрый и полный выход газовых пузырей и шлака при формировании паяного соединения из полости гнезда в корпусе.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов, который обеспечил бы его высокую прочность и износостойкость в процессе эксплуатации. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении прочностных характеристик паяного соединения хвостовика вставки с корпусом инструмента за счет повышения равномерности заполнения припоем паяльных зазоров.

Поставленная задача решена за счет того, что в инструменте для разрушения минеральных и искусственных материалов, который содержит корпус с гнездом и вставку из твердосплавного материала с рабочей частью для взаимодействия с разрушаемым материалом и с хвостовиком, который имеет форму тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними, по меньшей мере часть поверхности хвостовика имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии хвостовика, а по меньшей мере часть поверхности стенок гнезда в корпусе имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии гнезда, при этом величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенками гнезда в корпусе, которые образованы вращением отрезков соответствующих кривых, описываемых соответствующими уравнениями не менее второго порядка, вокруг соответствующих осей, уменьшается в направлении к рабочей части вставки. Как известно, для получения высокой эксплуатационной прочности инструмента необходимо обеспечить достаточную прочность паяного соединения хвостовика вставки с корпусом. Для обеспечения необходимой прочности паяного соединения при ограниченной толщине паяного шва (0,1-0,25 мм) припой должен заполнять паяльные зазоры равномерно без разрывов. В тоже время при формировании паяного соединения, а именно при нагреве расположенного в гнезде корпуса припоя образуются газовые пузырьки и шлаки, которые должны беспрепятственно удаляться по паяльным зазорам наружу. Следует заметить, что чем равномернее заполнит припой паяльные зазоры и чем полнее произойдет удаление шлаков и газовых пузырьков из полости гнезда, тем прочнее будет паяное соединение за счет снижения уровня остаточных напряжений в твердом сплаве. По мере расплавления расположенных в гнезде корпуса флюса и припоя образующиеся при этом шлаки и газовые пузырьки будут перемещаться по паяльному зазору наружу. При заявленной конфигурации поверхности хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе под действием сил поверхностного натяжения частицы шлака и газовые пузырьки будут удаляться наружу интенсивнее. При этом конфигурация паяльного зазора будет дополнительно интенсифицировать указанный процесс. Особенно указанные формы поверхностей хвостовика и стенок гнезда в корпусе и конфигурация паяльного зазора будут способствовать удалению частиц шлака и газовых пузырей из полости гнезда при капиллярной пайке, то есть при небольших площадях поперечного сечения гнезда в корпусе.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что хвостовик и гнездо в корпусе имеют соответственно верхнюю и нижнюю части, при этом поверхность нижней части хвостовика вставки и поверхность нижней части стенок гнезда в корпусе образованы вращением отрезков соответствующих кривых, описываемых соответствующими уравнениями не менее второго порядка, вокруг соответствующих осей. При таком варианте конструктивного выполнения инструмента появляется возможность увеличить длину опорной части гнезда в корпусе, что позволяет при сохранении высоких прочностных характеристик паяного соединения упростить технологию изготовления инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность верхней части хвостовика вставки и поверхность верхней части стенок гнезда в корпусе имеют цилиндрическую или коническую форму, что позволяет улучшить технологичность изготовления пресс-формы для вставки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что угол наклона образующей конической поверхности, которая определяет форму поверхности верхней части соответственно хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе, составляет не менее 2^o и не более 9^o. Указанный диапазон значений угла наклона образующей конической поверхности определен эмпирическим путем и, как показали эксперименты, при таких параметрах верхней части хвостовика вставки и/или верхней части стенок гнезда в корпусе улучшается процесс выхода газовых пузырьков из полости гнезда.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхности верхней и нижней частей хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе плавно сопряжены между собой, что позволяет улучшить заполнение паяльного зазора припоем за счет снижения вероятности скопления шлака или газовых пузырьков в полости гнезда корпуса при формировании паянного соединения.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вставка выполнена с приспособлением для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними. Наличие указанного приспособления позволяет ускорить технологию изготовления инструмента и исключить применение специальных приспособлений для центровки вставки в гнезде корпуса.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паянного соединения между ними выполнено в виде расположенного на торце хвостовика вставки опорного выступа, который имеет форму круглого цилиндра и установлен с возможностью взаимодействия со стенкой гнезда в корпусе, при этом продольная ось симметрии опорного выступа расположена на продольной оси симметрии хвостовика, что позволяет упростить технологию изготовления вставки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что гнездо в корпусе выполнено с выемкой для размещения опорного выступа, при этом длина опорного выступа по продольной оси симметрии хвостовика вставки не менее глубины выемки по той же оси. Такой вариант конструктивного выполнения указанного приспособления позволяет повысить точность центрирования вставки относительно корпуса и упростить технологию изготовления вставки из твердосплавного материала, а также улучшить выход шлака и газовых пузырьков из полости гнезда в корпусе при формировании паянного соединения.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что опорный выступ выполнен с расположенными на его боковой поверхности продольными пазами для выхода расплавленного припоя из полости выемки при формировании паяного соединения, что обеспечивает равномерность выхода расплавленного припоя из полости выемки в паяльный зазор.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что выемка для размещения опорного выступа имеет форму усеченного круглого конуса, большее основание которого ориентировано в направлении рабочей части вставки. При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления также повышается равномерность выхода расплавленного припоя из полости выемки в паяльный зазор и дополнительно увеличивается площадь паяного соединения хвостовика вставки с корпусом.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде продольных ребер, которые расположены на боковой поверхности хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе. При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления обеспечивается снижение расхода твердосплавного материала при изготовлении вставки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что ребра расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика вставки, что позволяет повысить точность центрирования вставки относительно корпуса при одновременном упрощении технологии изготовления вставки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что на хвостовике вставки расположено не менее трех ребер.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде шлицев, которые расположены на верхней и/или нижней части боковой поверхности хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе, при этом на верхней и/или нижней части поверхности стенок гнезда в корпусе выполнена кольцевая выемка для размещения соответствующих шлицев. Такой вариант конструктивного выполнения инструмента при некотором усложнении технологии изготовления вставки позволяет повысить точность центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что шлицы расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика вставки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что на хвостовике вставки расположено не менее трех шлицев для размещения в каждой кольцевой выемке.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях имеет постоянное значение. При таком варианте конструктивного выполнения инструмента повышается прочность паяного соединения за счет обеспечения одинаковой толщины паяного шва.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях увеличивается в направлении к рабочей части вставки. При таком варианте конструктивного выполнения инструмента улучшается выход наружу газовых пузырей и шлака из полости гнезда при формировании паяного соединения за счет образования на выходе из паяльного зазора дополнительной паяльной ванны.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях уменьшается в направлении к рабочей части вставки. Такой вариант конструктивного выполнения инструмента позволяет при определенной конфигурации поверхностей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе также обеспечить улучшение вывода шлака и газовых пузырей из полости гнезда.

На фиг. 1 изображен инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов; на фиг. 2 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с цилиндрической поверхностью верхней части ее хвостовика; на фиг. 3 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с конической поверхностью верхней части ее хвостовика; на фиг. 4 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с опорным выступом на ее хвостовике; на фиг. 5 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с опорным выступом на ее хвостовике (один из вариантов конструктивного выполнения указанного узла); на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с опорным выступом на ее хвостовике (один из вариантов конструктивного выполнения указанного узла); на фиг. 8 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с продольными ребрами на ее хвостовике; на фиг. 9 поперечное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки с тремя продольными ребрами на ее хвостовике; на фиг. 10 вариант конструктивного выполнения узла соединения корпуса инструмента и вставки с шлицами на ее хвостовике.

Инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов содержит корпус 1, который в случае выполнения инструмента в виде резца (фиг. 1) может включать рабочую головку 2 и державку 3 с проточкой 4 для размещения стопорного элемента (не изображен), обеспечивающего закрепление корпуса 1 в канале держателя инструмента (не изображен). Корпус 1 резца может быть установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси в канале держателя инструмента или неподвижен относительно последнего. В случае выполнения инструмента в виде шарошки корпус 1 может быть выполнен в виде диска (не изображен), который установлен на опорах с возможностью вращения. В корпусе 1 инструмента выполнено гнездо 5. Инструмент содержит вставку 6 из твердосплавного материала с рабочей частью 7 для взаимодействия с разрушаемым материалом и с хвостовиком 8 для размещения в гнезде 5 корпуса 1 инструмента. Хвостовик 8 вставки 6 из твердосплавного материала имеет форму тела вращения и коаксиально установлен в гнезде 5 корпуса с зазором 9 для размещения припоя 10 (фиг.1) и образования паяного соединения между вставкой 6 из твердосплавного материала и корпусом 1. Вся поверхность хвостовика 8 (фиг.1, 5 и 7) вставки 6 из твердосплавного материала или по меньшей мере часть поверхности хвостовика 8 (фиг. 2 4, 8 и 10) вставки 6 из твердосплавного материала имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, которая описывается уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала. Вся поверхность стенок гнезда 5 (фиг. 1, 5 и 7) в корпусе 1 инструмента или по меньшей мере часть поверхности стенок гнезда 5 (фиг. 2 4, 8 и 10) в корпусе 1 инструмента имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, которая описывается уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии гнезда 5 в корпусе 1 инструмента. Так, поверхность хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала и поверхность стенок гнезда 5 в корпусе 1 инструмента может быть образована вращением отрезка кривой второго порядка, например окружности, эллипса, гиперболы и параболы, или отрезка кривой более высокого порядка, например кубической параболы. Величина зазора 9 между поверхностями хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала и стенками гнезда 5 в корпусе 1 инструмента, которые образованы вращением отрезков кривых, описываемых соответствующими уравнениями не менее второго порядка, вокруг соответствующих осей, уменьшается в направлении к рабочей части 7 вставки 6 из твердосплавного материала, то есть величина зазора 9 S₁ между поверхностью хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала и поверхностью стенки гнезда 5 в корпусе 1 инструмента в начальной (нижней) точке отрезков кривых больше величины зазора 9 S₂ между указанными выше поверхностями в конечной (верхней) точке отрезков этих кривых. При этом величина зазора 9 определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении по нормали к касательной одной из кривых в исследуемой точке.

Хвостовик 8 вставки 6 и гнездо 5 в корпусе 1 могут иметь соответственно верхнюю часть и нижнюю часть. При этом поверхности верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут иметь любую форму, а поверхности нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 обязательно образованы вращением отрезка соответствующей кривой, которая описывается соответствующим уравнением не менее второго порядка (фиг. 2 и 3). В общем случае поверхности верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут быть образованы вращением отрезка соответствующей кривой, которая описывается соответствующим уравнением не менее второго порядка, то есть деление на верхнюю и нижнюю часть указанных поверхностей в этом случае условно, поскольку вся поверхность хвостовика 8 вставки 6 и/или вся поверхность стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут быть образованы вращением отрезков указанных кривых (фиг. 1). Следует отметить, что целесообразно такое соотношение между длинами верхней и нижней частей соответственно хвостовика 8 вставки 6 и гнезда 5 в корпусе 1, при котором длина нижних частей составляет не менее 10 15% от длины верхних частей соответственно хвостовика 8 вставки 6 и гнезда 5 в корпусе 1, то есть соблюдается зависимость: C >(0,1-0,15)B и D >(0,1-0,15)E.

Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов, при котором поверхность верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и поверхность верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеют цилиндрическую форму, например указанные поверхности образованы боковой поверхностью соответствующего цилиндра вращения (фиг. 2).

Не менее оптимальным является вариант конструктивного выполнения узла соединения вставки 6 и корпуса 1, при котором поверхности верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и поверхности верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеют коническую форму, например указанные поверхности образованы боковой поверхностью круглого усеченного конуса (фиг. 3). При таком варианте конструктивного выполнения узла соединения вставки 6 и корпуса 1 предпочтительно, чтобы угол (α) наклона образующей конической поверхности (фиг. 3), которая определяет форму поверхности верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и/или поверхности верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1, составлял не менее 2^o и не более 9^o. Следует отметить, что образующие конических поверхностей, которые определяют формы поверхностей верхних частей (В и Е) соответственно хвостовика 8 вставки 6 и стенок гнезда 5 в корпусе 1, могут быть наклонены как под одинаковым углом (α) так и под различными углами (α) но значения указанных углов (α) наиболее целесообразно выбирать из указанного выше диапазона их значений.

Поверхности верхней части (В) и нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и поверхности верхней части (Е) и нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут иметь в месте их сопряжения переходные поверхности любой формы, в том числе и ступенчатый переход (не изображено). Наиболее предпочтительно такое выполнение деталей инструмента, при котором поверхности верхней части (В) и нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и поверхности верхней части (Е) и нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 плавно сопряжены между собой (фиг. 2 4, 8 и 10).

Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов, при котором вставка 6 выполнена с приспособлением для центрирования ее хвостовика 8 в гнезде 5 корпуса 1 и для фиксации расстояния между хвостовиком 8 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними. Указанное приспособление может быть выполнено, например, в виде расположенных на поверхности хвостовика 8 вставки 6 множества выступов (не изображены), которые установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе 1 или в виде расположенного на основании рабочей части 7 вставки 6 опорного выступа кольцевой формы (не изображен), который размещен в выполненной в гнезде 5 корпуса 1 расточке.

Приспособление для центрирования хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1 и фиксации расстояния между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними может быть выполнено в виде расположенного на торце хвостовика 8 вставки 6 опорного выступа 11 (фиг. 4, 5 и 7). Опорный выступ 11 имеет форму круглого цилиндра и установлен с возможностью взаимодействия своим основанием со стенкой гнезда 5 в корпусе 1. Продольная ось симметрии опорного выступа 11 расположена на продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6. При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления целесообразно гнездо 5 в корпусе 1 выполнить с выемкой 12 на его дне. Опорный выступ 11 на хвостовике 8 вставки 6 расположен в выемке 12 на дне гнезда 5 в корпусе 1. Длина опорного выступа 11 по продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6 не менее глубины выемки 12 по той же оси, то есть длина опорного выступа 11 формирует величину зазора 9 между поверхностями хвостовика 8 вставки 6 и стенок гнезда 5 в корпусе 1 в их нижних частях (фиг. 5 и 7). При этом целесообразно на боковой поверхности опорного выступа 11 выполнить продольные пазы (фиг. 5 и 6), которые предназначены для выхода расплавленного припоя 10 из полости выемки 12 при формировании паячного соединения между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1. Другой вариант конструктивного выполнения узла соединения хвостовика 8 вставки 6 предусматривает для выхода расплавленного припоя 10 из полости выемки 12 выполнение последней со стенками, имеющими форму усеченного круглого конуса (фиг. 7), большее основание которого ориентировано в направлении к рабочей части 7 вставки 6.

Приспособление для центрирования хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1 и фиксации расстояния между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними может быть выполнено в виде продольных ребер 14 (фиг. 8). Продольные ребра 14 расположены на боковой поверхности хвостовика 8 вставки 6 и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе 1. Продольные ребра 14 наиболее целесообразно расположить на верхней части (В) поверхности хвостовика 8 вставки 6. При этом поверхность стенок гнезда 5 в корпусе 1, с которой взаимодействуют продольные ребра 14, предпочтительно должна иметь коническую форму. При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления целесообразно продольные ребра 14 расположить по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6 (фиг. 9). Минимальное количество продольных ребер 14, которые расположены на хвостовике 8 вставки 6 и обеспечивают центрирования хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1, должно быть не менее трех.

Приспособление для центрирования хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1 и фиксации расстояния между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними может быть выполнено в виде шлицев 15 (фиг.10). Шлицы 15 расположены на верхней (В) и/или нижней (С) части боковой поверхности хвостовика 8 вставки 6 и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе. При этом на верхней (Е) и/или нижней (D) части поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 выполнена кольцевая выемка 16 для размещения соответствующих шлицев 15. Таким образом шлицы 15 могут быть расположены в один и более рядов на боковой поверхности хвостовика 8 вставки 6. Количество кольцевых выемок 16 на боковой поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 должно соответствовать количеству рядов шлицев 15. При выполнении хвостовика 8 вставки 6 с шлицами 15, которые расположены в несколько рядов, целесообразно сместить друг относительно друга шлицы 15 в смежных рядах (не изображено). При таком варианте конструктивного выполнения указанного приспособления целесообразно шлицы 15 расположить равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6. При размещении шлицев 15 в один ряд минимальное их количество, которое обеспечивает точное центрирование хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1 и поддерживает заранее заданное расстояние между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними, равно трем. При размещении шлицев 15 в два ряда на хвостовике 8 вставки 6 количество шлицев 15 может быть уменьшено до двух в каждом ряду. При этом шлицы 15 должны быть расположены диаметрально в каждом ряду и смещены относительно шлицев 15 смежного ряда на 90^o.

Величина зазора 9 S₃ между поверхностью хвостовика 8 вставки 6 в его верхней части (В) и поверхностью стенок гнезда 5 корпуса 1 в его верхней части (Е) может иметь постоянное значение, то есть S₃=const. В этом случае поверхность хвостовика 8 вставки 6 в его верхней части (В) расположена параллельно поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 в его верхней части (Е) (фиг. 2 и 3). В частном случае выполняется условие: S₃ S₂.

Величина зазора 9 между поверхностью хвостовика 8 вставки 6 в его верхней части (В) и поверхностью стенок гнезда 5 корпуса 1 в его верхней части (Е) может увеличиваться в направлении к рабочей части 7 вставки 6 (фиг. 4). Такое изменение величины зазора 9 между указанными поверхностями может быть обеспечено выполнением расточки в устье гнезда 5 в корпусе 1.

Величина зазора 9 между поверхностью хвостовика 8 вставки 6 в его верхней части (В) и поверхностью стенок гнезда 5 корпуса 1 в его верхней части (Е) может уменьшаться в направлении к рабочей части 7 вставки 6 (фиг. 8).

Сборку инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов осуществляют следующим образом. На поверхность гнезда 5 в корпусе 1 размещают флюс. В качестве флюса может быть использована, например, техническая бура (Na₂B₄O₇), которая предварительно прокалена, размолота в порошок и просеяна через сито. Затем в гнездо 5 корпуса 1 укладывают в случае применения компенсационных прокладок, прокатанную и обезжиренную сетку или пластинки пермаллоя и пластинки припоя 10. Для пайки каждого вида инструмента необходимо определенное количество припоя 10. В идеальном случае дозировка припоя 10 должна быть такой, чтобы объем припоя 10, предназначенного для пайки того или иного типа инструмента, был точно равен объему паяльных зазоров 9 и галтелей (если таковые есть). Объем паяльных зазоров 9 непостоянен, так как зависит от принятых допусков при изготовлении гнезда 5 в корпусе 1 инструмента и вставки 6 из твердосплавного материала. Поэтому дозировку припоя 10 следует считать правильной в том случае, если при принятых допусках его всегда достаточно для заполнения паяльных зазоров 9 и галтелей. Следует отметить, что при капиллярной пайке без промежуточных прокладок всегда следует стремиться к получению паяного шва максимальной толщины. В этом случае величина паяльных зазоров 9, образованных поверхностью стенок гнезда 5 в корпусе 1 и поверхностью хвостовика 8 вставки 6, ограничена возможностью их качественного заполнения припоем 10. Как известно, при паяльных зазорах 9, больших 0,3 мм, их качественное заполнение за счет капиллярных сил затруднено, следовательно, качество паяного шва снижается. Одновременно уменьшение толщины паяного шва приводит к увеличению остаточных паяльных напряжений в твердом сплаве и их концентрации, поэтому при капиллярной пайке оптимальная толщина паяного шва лежит в пределах от 0,1 до 0,25 мм. Затем в гнезде 5 корпуса 1 размещают хвостовик 8 вставки 6 из твердосплавного материала и подготовленное таким образом изделие вводят в индуктор (не изображен). Нагрев осуществляют до полного расплавления припоя 10. При этом сам расплавленный припой 10 стремится принять определенную форму, обусловленную силами поверхностного натяжения в расплаве. Поскольку по меньшей мере часть поверхности хвостовика 8 вставки 6 и по меньшей мере часть поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеют выпуклую форму и образованы вращением отрезка соответствующей кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка, вокруг соответствующей продольной оси, то образовавшиеся при расплавлении припоя 10 шлаки и газовые пузырьки будут более легко выходить наружу по паяльному зазору 9. При этом уменьшение величины паяльного зазора 9 между указанными поверхностями позволяет дополнительно облегчить удаление шлака и газовых пузырьков из полости гнезда 5 в корпусе 1 наружу. Указанное обстоятельство приведет к снижению вероятности образования непропая на соединяемых поверхностях и, следовательно, к увеличению прочностных характеристик паяного соединения. После нагрева изделие выводят из индуктора, с помощью специального приспособления (не изображено) центрируют вставку 6 относительно корпуса 1 и прижимают вставку 6 к корпусу 1 до затвердения припоя 10. Следует отметить, что при прижатии вставки 6 к корпусу 1 расплавленный припой 10 по мере опускания вставки 6 будет выдавливаться из полости гнезда 5. Поскольку величина зазора 9 между указанными выше поверхностями хвостовика 8 вставки 6 и стенок гнезда 5 в корпусе 1 уменьшается в направлении к устью гнезда 5, то в полости гнезда 5 появляется как бы дроссель, который образован максимальным сужением указанных поверхностей. Образование кольцевого сужения в полости гнезда 5 корпуса 1 будет способствовать более качественному и полному заполнению паяльного зазора 9 припоем 10 и принудительному удалению шлака и пузырьков воздуха из полости гнезда 5 в корпусе наружу. После застывания припоя 10 боковые поверхности корпуса 1 инструмента очищают от наплывов буры и припоя 10. Затем инструмент немного охлаждают и производят его термообработку. Если инструмент не подлежит термообработке, то рабочую головку 2 корпуса 1 инструмента с вставкой 6 из твердосплавного материала помещают в сухой горячий песок до полного остывания, что предотвращает образование трещин в вставке 6 из твердосплавного материала. Выше приведен только один из возможных вариантов технологии изготовления инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов. Возможно применение и иной технологии сборки инструмента.

Применение приспособления для центрирования хвостовика 8 вставки 6 в гнезде 5 корпуса 1 и для фиксации расстояния между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1 при формировании паяного соединения между ними в виде расположенного на торце хвостовика 8 вставки 6 опорного выступа 11 позволяет исключить применение специального приспособления, поскольку опорный выступ 11 при размещении в выемке 12 обеспечивает центральное расположение хвостовика 8 вставки 6 относительно стенок гнезда 5 в корпусе и задает определенную величину паяльного зазора 9 между указанными поверхностями. При прижатии вставки 6 к корпусу 1 во время формирования паяного соединения между деталями инструмента расплавленный припой 10 выдавливается из полости выемки 12 по продольным пазам 13 или по кольцевому каналу, образованному боковыми стенками выемки 12 и боковой поверхностью опорного выступа 11, то есть опорный выступ 11 выполняет роль плунжера, вытесняющего расплавленный припой 10 в паяльный зазор 9. Указанное обстоятельство способствует более качественному заполнению паяльного зазора 9 и ускоряет процесс выноса шлака и газовых пузырьков из полости гнезда 5 в корпусе 1 при формировании паяного соединения.

Инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов работает следующим образом.

При работе инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов твердосплавная вставка 6, которая закреплена на корпусе 1, взаимодействует своей рабочей частью 7 с разрушаемым материалом, разрушая его. При этом вставка 6 из твердосплавного материала удерживается от выпадения из гнезда 5 в корпусе 1 с помощью паяного соединения ее хвостовика 8 с корпусом 1.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в исполнительных органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог. Сущность изобретения: инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов содержит корпус с гнездом и вставку из твердосплавного материала. Вставка включает рабочую часть для взаимодействия с разрушаемым материалом и хвостовик. Хвостовик имеет форму тела вращения и установлен в гнезде корпуса коаксиально с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между хвостовиком вставки и корпусом. По меньшей мере часть поверхности хвостовика имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии хвостовика. По меньшей мере часть поверхности стенок гнезда имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка, вокруг продольной оси симметрии гнезда. Величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенками гнезда, которые образованы вращением соответствующих отрезков кривых вокруг соответствующих осей, уменьшается в направлении к рабочей части вставки. 19 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов, включающий корпус с гнездом и вставку из твердосплавного материала с рабочей частью для взаимодействия с разрушаемым материалом и с хвостовиком, который имеет форму тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними, отличающийся тем, что по меньшей мере часть поверхности хвостовика имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка вокруг продольной оси симметрии хвостовика, при этом по меньшей мере часть поверхности стенок гнезда в корпусе имеет выпуклую форму и образована вращением отрезка кривой, описываемой уравнением не менее второго порядка вокруг продольной оси симметрии гнезда, причем величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенками гнезда в корпусе, которые образованы вращением соответствующих отрезков кривых вокруг соответствующих осей, уменьшается в направлении к рабочей части вставки. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что хвостовик вставки и гнездо в корпусе имеют соответственно верхнюю и нижнюю части, при этом поверхность нижней части хвостовика вставки и поверхность нижней части стенок гнезда в корпусе образованы вращением соответствующих отрезков кривых вокруг соответствующих осей. 3. Инструмент по п. 2, отличающийся тем, что поверхность верхней части хвостовика вставки и поверхность верхней части стенок гнезда в корпусе имеют цилиндрическую форму. 4. Инструмент по п. 2, отличающийся тем, что поверхность верхней части хвостовика вставки и поверхность верхней части стенок гнезда в корпусе имеют коническую форму. 5. Инструмент по п. 4, отличающийся тем, что угол наклона образующей конической поверхности, которая определяет форму поверхности верхней части соответственно хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе, составляет не менее 2^o и не более 9^o. 6. Инструмент по одному из пп. 2 5, отличающийся тем, что поверхности верхней и нижней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе плавно сопряжены между собой. 7. Инструмент по одному из пп. 1 6, отличающийся тем, что вставка выполнена с приспособлением для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними. 8. Инструмент по п. 7, отличающийся тем, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде расположенного на торце хвостовика вставки опорного выступа, который имеет форму круглого цилиндра и установлен с возможностью взамодействия со стенкой гнезда в корпусе, при этом продольная ось симметрии опорного выступа расположена на продольной оси симметрии хвостовика. 9. Инструмент по п. 8, отличающийся тем, что гнездо в корпусе выполнено с выемкой для размещения опорного выступа, при этом длина опорного выступа по продольной оси симметрии хвостовика вставки не менее глубины выемки по той же оси. 10. Инструмент по п. 8 или 9, отличающийся тем, что опорный выступ выполнен с расположенными на его боковой поверхности продольными пазами для выхода расплавленного припоя из полости выемки. 11. Инструмент по п. 9 или 10, отличающийся тем, что выемка для размещения опорного выступа имеет форму усеченного круглого конуса, большее основание которого ориентировано в направлении к рабочей части вставки. 12. Инструмент по п. 7, отличающийся тем, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде продольных ребер, которые расположены на боковой поверхности хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе. 13. Инструмент по п. 12, отличающийся тем, что ребра расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика вставки. 14. Инструмент по п. 12 или 13, отличающийся тем, что на хвостовике вставки расположено не менее трех ребер. 15. Инструмент по п. 7, отличающийся тем, что приспособление для центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде шлицев, которые расположены на верхней и/или нижней части боковой поверхности хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе, при этом на верхней и/или нижней части поверхности стенок гнезда в корпусе выполнена кольцевая выемка для размещения соответствующих шлицев. 16. Инструмент по п. 15, отличающийся тем, что шлицы расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика вставки. 17. Инструмент по п. 15 или 16, отличающийся тем, что на хвостовике вставки расположено не менее трех шлицев для размещения в каждой кольцевой выемке. 18. Инструмент по одному из пп. 2 17, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях имеет постоянное значение. 19. Инструмент по одному из пп. 2 17, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях увеличивается в направлении к рабочей части вставки. 20. Инструмент по одному из пп. 2 17, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе в их верхних частях уменьшается в направлении к рабочей части вставки.