ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК E21C35/183 

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 [1]
В известном инструменте [1] 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 корпусе 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 ступенчатого тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними [2]
Известный инструмент [2] частично устраняет недостатки описанного выше аналога [1] 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 [1] инструмента существенно снижается стоимость его изготовления и упрощается конструкция, что позволяет осуществлять сборку инструмента на автоматических линиях. Однако к недостаткам ближайшего аналога [2] 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 обеспечивал 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 ступенчатого тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними, по меньшей мере часть внешнего контура хвостовика вставки в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 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. В идеале следует стремиться к такой форме хвостовика вставки, при которой по меньшей мере часть его поверхности имеет криволинейную форму, которая соответствует форме мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. Поскольку сам расплавленный припой всегда стремится принять определенную форму, обусловленную силами поверхностного натяжения в расплаве, то указанная форма хвостовика вставки обеспечит снижение вероятности образования непропая на соединяемых поверхностях и приведет к улучшению прочностных характеристик паяного соединения. Однако изготовление хвостовика вставки указанной формы вызывает определенные технологические трудности и приводит к повышению стоимости изготовления инструмента в целом за счет необходимости применения специальной оснастки (пресс-форм и металлообрабатывающего инструмента) для изготовления деталей инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов. По этой причине получение оптимальной, с одной стороны, прочности паяного соединения, обусловленной формой поверхности хвостовика вставки, и, с другой стороны, обеспечение минимальных затрат на технологию изготовления инструмента приводит к решению, при котором внешний контур хвостовика вставки или по меньшей мере его часть должны вписываться в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 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 под действием сил поверхностного натяжения частицы шлака и газовые пузырьки будут удаляться наружу интенсивнее. Особенно указанная форма поверхности хвостовика вставки будет 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 поверхность стенок гнезда в корпусе имеет форму ступенчатого тела вращения. При таком варианте конструктивного выполнения инструмента появляется возможность снизить расход припоя за счет уменьшения объема полости в гнезде корпуса и, следовательно, снизить стоимость изготовления инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что по меньшей мере часть внешнего контура стенок гнезда в корпусе в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. Такой вариант конструктивного выполнения инструмента позволяет дополнительно увеличить прочность паяного соединения между хвостовиком вставки и корпусом инструмента за счет обеспечения рациональной формы поверхностей обеих соединяемых деталей при одновременном сокращении расхода припоя, идущего на образование паяного соединения.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе имеет криволинейную форму, которая соответствует форме мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. Такое конструктивное выполнение узлов инструмента позволяет увеличить прочность паяного соединения между ними за счет улучшения процесса выхода наружу шлака и газовых пузырьков из полости гнезда при формировании паяного соединения. При наличии криволинейных участков на хвостовике вставки и/или стенках гнезда в корпусе шлаки и газовые пузырьки не скапливаются на участках сопряжения отдельных их ступеней.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения, что позволяет улучшить заполнение паяльного зазора припоем за счет снижения вероятности скопления шлака или газовых пузырьков в полости гнезда корпуса при формировании паяного соединения.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность наиболее удаленной от рабочей части вставки ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе имеет плоскую форму. Такая форма хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе может быть предпочтительно использована при больших диаметрах хвостовика вставки, поскольку в указанном случае форма мениска, образованного расплавленным припоем, приближается в средней части к плоскости. При этом существенно сокращается расход твердого сплава на изготовление вставки и упрощается технология образования гнезда в корпусе.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность наиболее удаленной от рабочей части вставки ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью конуса вращения. При таком варианте конструктивного выполнения деталей инструмента значительно упрощается технология их изготовления, а также появляется возможность образования между соединяемыми деталями паяного шва переменной толщины, что повышает прочность соединения и снижает расход припоя.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что угол при вершине конуса вращения, боковая поверхность которого образует наиболее удаленную от рабочей части вставки ступень хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе, составляет не менее 140^o и не более 175^o. Указанный диапазон значений угла определен эмпирическим путем и при значениях углов, входящих в указанный диапазон, получено наиболее оптимальное соотношение между прочностью паяного соединения и расходом припоя.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что хвостовик в вставке и гнездо в корпусе имеют соответственно верхнюю и нижнюю части, при этом внешний контур нижней части хвостовика вставки и/или внешний контур нижней части стенок гнезда в корпусе в сечении плоскостью, проходящей через соответствующую ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса, что обеспечивает повышение прочности соединения вставки с корпусом за счет увеличения площади соединяемых поверхностей при одновременном улучшении центрирования хвостовика вставки в гнезде корпуса инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью цилиндра вращения. Кроме того, поверхность верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе может быть образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику вставки. При этом угол наклона образующей конической поверхности, которая определяет форму поверхности верхней части вставки и/или стенок гнезда в корпусе, должен составляет не менее 4^o и не более 9^o. При таких вариантах конструктивного выполнения хвостовика вставки повышается равномерность толщины паяного шва и увеличивается площадь паяного соединения хвостовика вставки с корпусом.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что поверхность верхней части вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью по меньшей мере двух, сопряженных между собой, цилиндров вращения, диаметр которых ступенчато увеличивается в направлении к режущей части вставки. При таком варианте конструктивного выполнения деталей обеспечивается снижение расхода твердосплавного материала при изготовлении вставки при одновременном улучшении центрирования вставки в гнезде корпуса.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что величина зазора между поверхностями нижних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе уменьшается в направлении к рабочей части вставки. Величина зазора между поверхностями нижних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе может иметь постоянное значение. Такие варианты конструктивного выполнения инструмента позволяют соответственно повысить прочность паяного соединения за счет обеспечения одинаковой толщины паяного шва и улучшить вывод газовых пузырей и шлака из полости гнезда в корпусе при формировании паяного соединения.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что величина зазора между поверхностями верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе 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 верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе 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 верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе 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 в корпусе.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вставка выполнена с приспособлением для центрирования ее хвостовика 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 специальной оснастки для центрирования 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 паяного соединения между ними выполнено в виде выступов. При таком варианте конструктивного выполнения инструмента значительно упрощается конструкция последнего и улучшается технологичность его сборки.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что выступы расположены на одной из ступеней хвостовика вставки и/или гнезда в корпусе и установлены с возможностью взаимодействия соответственно со стенками гнезда в корпусе и/или хвостовиком вставки, что позволяет существенно упростить конструкцию инструмента.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что выступы расположены в верхней части хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе и/или поверхностью одной из ступеней гнезда в корпусе. Такой вариант конструктивного выполнения инструмента позволяет повысить точность центрирования хвостовика вставки относительно стенок гнезда в корпусе.

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

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что на хвостовике вставки и/или стенках гнезда в корпусе расположено не менее трех выступов.

На фиг. 1 изображен предлагаемый инструмент для разрушения минеральных и искусственных материалов; на фиг. 2 один из вариантов конструктивного выполнения вставки из твердосплавного материала; на фиг. 3 продольное сечение гнезда в корпусе (один из вариантов конструктивного выполнения); на фиг. 4 один из вариантов конструктивного выполнения вставки из твердосплавного материала; на фиг. 5 продольное сечение гнезда в корпусе (один из вариантов конструктивного выполнения); на фиг. 6 один из вариантов конструктивного выполнения вставки из твердосплавного материала; на фиг. 7 - продольное сечение гнезда в корпусе (один из вариантов конструктивного выполнения); на фиг. 8 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки; на фиг. 9 продольное сечение узла соединения корпуса инструмента и вставки (один из вариантов конструктивного выполнения); на фиг. 10 вариант конструктивного выполнения узла соединения корпуса инструмента и вставки с выступами на ее хвостовике; на фиг. 11 вариант конструктивного выполнения узла соединения корпуса инструмента и вставки с выступами на стенках гнезда корпуса; на фиг. 12 разрез А-А на фиг. 10.

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 ступенчатого 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. Весь внешний контур (фиг. 1, 2 и 4) хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала или по меньшей мере часть внешнего контура (фиг. 6 и 8) хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую 11, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. Так хвостовик 8 вставки 6 из твердосплавного материала в идеальном случае должен иметь криволинейную форму, образуемую при вращении кривой 11 вокруг продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала. Эта идеальная форма поверхности хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала соответствует форме мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. В заявленном техническом решении хвостовик 8 вставки 6 из твердосплавного материала имеет ступенчатую форму, то есть форма образующей его боковой поверхности образована отрезками прямых линий, которые соединяют точки, расположенные на кривой 11. При этом чем ближе будут расположены друг к другу точки, расположенные на кривой 11, тем более ступенчатая форма хвостовика 8 вставки 6 из твердосплавного материала будет приближаться к форме мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1.

Поверхность стенок гнезда 5 в корпусе 1 может иметь любую форму, например форму поверхности цилиндра вращения (фиг. 1). Наиболее целесообразно, чтобы поверхность стенок гнезда 5 в корпусе 1 имела форму ступенчатого тела вращения (фиг. 3, 5 и 7). При такой форме стенок гнезда 5 в корпусе 1 снижается расход припоя 10, идущего на образование паяного соединения между вставкой 6 и корпусом 1 инструмента.

Предпочтительно такое конструктивное выполнение гнезда 5 в корпусе 1, при котором весь внешний контур (фиг. 3 и 5) или по меньшей мере часть внешнего контура (фиг. 7 и 8) стенок гнезда 5 в корпусе 1 в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую 11, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. Как и в случае определения формы хвостовика 8 вставки 6, в идеальном случае форма поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 должна иметь криволинейную форму, получаемую при вращении кривой 11, которая соответствует форме образующей мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1, вокруг продольной оси симметрии гнезда 5 в корпусе 1. Эта идеальная форма поверхности стенок 5 в корпусе 1 соответствует форме поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде корпуса 1. В заявленном техническом решении стенки гнезда 5 имеют ступенчатую форму, то есть форма образующей их боковой поверхности образована отрезками прямых линий, которые последовательно соединяют между собой точки, расположенные на кривой 11. При этом чем ближе будут расположены друг к другу точки на кривой 11, тем более форма поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 будет приближаться к форме поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. При этом оптимальная степень приближения формы поверхности стенок гнезда 5 к форме поверхности мениска определяется экспериментально в каждом случае, поскольку при максимальной степени приближения возрастают расходы на образование гнезда 5 в корпусе 1 инструмента, а при минимальной степени приближения снижается прочность паяного соединения вставки 6 с корпусом 1.

Поверхность каждой ступени хвостовика 8 вставки 6 и поверхность каждой ступени стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут быть образованы вращением отрезка прямой или кривой вокруг соответствующей продольной оси симметрии соответственно хвостовика 8 вставки 6 и гнезда 5 в корпусе 1. Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения инструмента, при котором поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика 8 вставки 6 и/или стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеет криволинейную форму, которая соответствует форме мениска (кривая 11), образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. Так, на фиг. 4 изображена вставка 6, у которой поверхность ступени 12 ее хвостовика 8 имеет криволинейную форму, которая соответствует форме поверхности мениска (кривая 11), образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. На фиг. 5 изображен один из вариантов конструктивного выполнения стенок гнезда 5 в корпусе 1, при котором поверхность их ступени 13 имеет криволинейную форму, которая соответствует форме поверхности мениска (кривая 11), образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1.

Поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика 8 вставки 6 и/или стенок гнезда 5 в корпусе могут быть образованы боковой поверхностью усеченного конуса вращения. Такой вариант конструктивного выполнения хвостовика 8 вставки 6 представлен на фиг. 2, 4 и 6, где боковая поверхность ступени 14 хвостовика 8 вставки 6 образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения. На фиг. 3, 5 и 8 изображены варианты конструктивного выполнения стенок гнезда 5 в корпусе 1, при котором поверхность их ступеней 15 образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения.

Поверхность наиболее удаленной от рабочей части 7 вставки 6 ступени хвостовика 8 вставки и/или стенок гнезда 5 в корпусе 1 могут иметь плоскую форму, то есть образованы плоскостью, которая расположена перпендикулярно к соответствующей продольной оси симметрии. Так, на фиг. 2 представлена вставка 6, у которой поверхность 16 наиболее удаленной от рабочей части 7 вставки 6 ступени 14 хвостовика 8 вставки 6 имеет плоскую форму. На фиг. 3 изображено гнездо 5 в корпусе 1, в котором поверхность 17 стенки наиболее удаленной от рабочей части 7 вставки 6 ступени 15 гнезда 5 в корпусе 1 имеет плоскую форму.

Возможет и такой вариант конструктивного выполнения инструмента, при котором поверхность наиболее удаленной от рабочей части 7 вставки 6 ступени хвостовика 8 вставки 6 и/или стенок гнезда 5 в корпусе 1 образована боковой поверхностью конуса вращения. На фиг. 6 представлен такой вариант конструктивного выполнения вставки 6, в котором поверхность наиболее удаленной от ее рабочей части 7 ступени 18 образована боковой поверхностью конуса вращения. На фиг. 7 представлен такой вариант конструктивного выполнения гнезда 5 в корпусе 1, в котором поверхность стенок наиболее удаленной от рабочей части 7 вставки 6 ступени 19 образована боковой поверхностью конуса вращения. Как показали проведенные исследования, именно при таком варианте конструктивного выполнения элементов инструмента наиболее целесообразно, чтобы угол при вершине конуса вращения, боковая поверхность которого образует наиболее удаленную от рабочей части 7 вставки 6 ступень 18 хвостовика 8 вставки 6 и/или ступень 19 стенок гнезда 5 в корпусе 1, составлял не менее 140^o и не более 175^o.

Хвостовик 8 вставки 6 и гнездо 5 в корпусе 1 могут иметь соответственно верхнюю часть и нижнюю часть. При этом внешний контур верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 может иметь любую форму, а внешний контур нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и/или нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 в сечении плоскостью, проходящей через соответствующую ось симметрии, обязательно вписывается в кривую 11, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1 (фиг. 2, 5 9). В общем случае весь внешний контур верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 в сечении плоскостью, проходящей через соответствующую ось симметрии, может вписываться в кривую 11, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1 (фиг. 1, 3 и 4), то есть деление на верхнюю и нижнюю часть указанных поверхностей условно. 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 (В и Е) хвостовика 8 вставки 6 и гнезда 5 в корпусе 1 составляет не менее 10 15% от длины верхних частей (С и D) соответственно хвостовика 8 вставки 6 и гнезда 5 в корпусе 1, то есть соблюдается зависимость: C>(0,1 0,15)В и D>(0,1 0,15)Е.

Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов, при котором поверхность верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и/или поверхность верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеют цилиндрическую форму, например указанные поверхности образованы боковой поверхностью соответствующего цилиндра вращения (фиг. 2, 4, 5, 7 и 9).

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/или поверхности верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 имеют коническую форму, например указанные поверхности образованы боковой поверхностью усеченного конуса вращения, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику 8 вставки 6 (фиг. 8). При таком варианте конструктивного выполнения узла соединения вставки 6 и корпуса 1 предпочтительно, чтобы угол наклона образующей конической поверхности, 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, так и под различными углами, но значения указанных углов наиболее целесообразно выбирать из указанного выше диапазона их значений, который определен эмпирическим путем. 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 (фиг. 2). 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.

Поверхность верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и/или стенок гнезда 5 в корпусе 1 может быть образована боковой поверхностью по меньшей мере двух, сопряженных между собой, цилиндров вращения, диаметр которых ступенчато увеличивается в направлении к рабочей части 7 вставки 6. Так, на фиг. 9 изображен пример такого варианта конструктивного выполнения инструмента, при котором поверхность верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 образована боковой поверхностью сопряженных между собой цилиндров вращения 20 и 21, диаметр которых ступенчато увеличивается в направлении к рабочей части 7 вставки 6. В представленном примере (фиг. 9) выполнения диаметр цилиндра вращения 20, который образует одну из ступеней верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 равен максимальному диаметру рабочей части 7 вставки 6.

Величина зазора 9 между поверхностью нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и поверхностью нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 может уменьшаться в направлении к рабочей части 7 вставки 6 (фиг. 9). При этом величина указанного зазора 9 определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении но нормали к касательной к образующей соответствующей поверхности в исследуемой точке.

Величина зазора 9 между поверхностью нижней части (С) хвостовика 8 вставки 6 и поверхностью нижней части (D) стенок гнезда 5 в корпусе 1 может иметь постоянное значение (на чертежах такой вариант не представлен). При этом величина указанного зазора 9 определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении по нормали к касательной к образующей соответствующей поверхности в исследуемой точке.

Величина зазора 9 между поверхностью верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и поверхностью верхней части (Е) стенок гнезда 5 в корпусе 1 может иметь постоянное значение (фиг. 8). При этом величина указанного зазора 9 определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении по нормали к касательной к образующей соответствующей поверхности в исследуемой точке.

Возможет такой вариант конструктивного выполнения инструмента, при котором 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) увеличивается в направлении к рабочей части 7 вставки 6. Такое изменение величины зазора 9 между указанными поверхностями может быть обеспечено, например, выполнением расточки соответствующей длины в устье гнезда 5 в корпусе 1 (фиг. 9). При этом величина указанного зазора определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении по нормали к касательной к образующей соответствующей поверхности в исследуемой точке.

В определенных условиях не исключен и такой вариант конструктивного выполнения инструмента, при котором 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) уменьшается в направлении к рабочей части 7 вставки 6 (на чертежах не показано). При этом величина указанного зазора 9 определяется расстоянием между указанными поверхностями в направлении по нормали к касательной к образующей соответствующей поверхности в исследуемой точке.

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 гнезда 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 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, например, в виде расположенного на торце хвостовика 8 вставки 6 опорного выступа (не изображен). Опорный выступ может иметь форму круглого цилиндра и быть установлен с возможностью взаимодействия своим основанием со стенкой гнезда 5 в корпусе 1. Продольная ось симметрии опорного выступа должна быть 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 на его дне (не показано). Опорный выступ на хвостовике 8 вставки 6 расположен в выемке на дне гнезда 5 в корпусе 1. Длина опорного выступа по продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6 должна быть не менее глубины выемки по той же оси, то есть выступающая от поверхности дна гнезда 5 в корпусе 1 часть опорного выступа формирует величину зазора 9 между поверхностями хвостовика 8 вставки 6 и стенок гнезда 5 в корпусе 1 в их нижних частях (C и D). При этом целесообразно на боковой поверхности опорного выступа выполнить продольные пазы (не изображены), которые предназначены для выхода расплавленного припоя 10 из полости выемки при формировании паяного соединения между хвостовиком 8 вставки 6 и корпусом 1. 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 (не показаны). Продольные ребра могут быть расположены на боковой поверхности хвостовика 8 вставки 6 и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе 1. Продольные ребра 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, предпочтительно должна иметь коническую форму.

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 выступов 22 (фиг. 10 12). Указанные выступы могут иметь любую форму, например коническую, цилиндрическую или шаровую. Выступы 22 могут быть расположены на поверхности одной из ступеней хвостовика 8 вставки 6 (фиг. 10) и/или на поверхности одной из ступеней стенок гнезда 5 в корпусе 1 (фиг. 11) и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе 1 и/или с хвостовиком 8 вставки 6. Выступы 22 могут быть расположены в верхней части (В) хвостовика 8 вставки 6 и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда 5 в корпусе 1 и/или с поверхностью одной из ступеней гнезда 5 в корпусе 1. Предпочтителен такой вариант конструктивного выполнения указанного приспособления, при котором выступы 22 расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии хвостовика 8 вставки 6. При этом на хвостовике 8 вставки 6 и/или стенках гнезда 5 в корпусе 1 целесообразно расположить не менее трех выступов 22 (фиг. 12).

Сборку инструмента для разрушения минеральных и искусственных материалов осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют форму образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1. Для этого в специальную форму (не изображена), в которой выполнено гнездо, диаметр которого соответствует диаметру гнезда 5 в корпусе 1 инструмента, или непосредственно в гнездо 5 корпуса 1 инструмента заливают расплавленный припой 10 или расплавляют в нем пластинки припоя 10. При этом с помощью специальных приспособлений определяют форму поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1, и при изготовлении хвостовика 8 вставки 6 и/или гнезда 5 в корпусе 1 используют полученные данные.

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 хвостовика 8 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/или по меньшей мере часть поверхности стенок гнезда 5 в корпусе 1 в сечении плоскостью, проходящей через их продольную ось симметрии, вписываются в кривую 11, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем 10 в гнезде 5 корпуса 1, 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 специальной оснастки (на чертежах 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 хвостовика 8 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 образовавшемся в полости гнезда 5 кольцевом канале (зазор 9) 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 1 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 расположенных на хвостовике 8 вставки 6 и/или стенках гнезда 5 в корпусе 1 выступов 22 позволяет исключить применение специальной оснастки, поскольку выступы 22 обеспечивают центральное расположение хвостовика 8 вставки 6 относительно стенок гнезда 5 в корпусе и задает определенную величину паяльного зазора 9 между указанными поверхностями. 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, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин. 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 вставки имеет форму ступенчатого тела вращения и коаксиально установлен в гнезде корпуса с зазором для размещения припоя и образования паяного соединения между ними. По меньшей мере часть внешнего контура хвостовика вставки в сечении плоскостью, проходящей через продольную ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 23 з.п. ф-лы, 12 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 ступенчатого 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 внешнего контура хвостовика вставки в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что поверхность стенок гнезда в корпусе имеет форму ступенчатого тела вращения. 3. Инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере часть внешнего контура стенок гнезда в корпусе в сечении плоскостью, проходящей через его продольную ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 4. Инструмент по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе имеет криволинейную форму, которая соответствует форме мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 5. Инструмент по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что поверхность по меньшей мере одной ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения. 6. Инструмент по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что поверхность наиболее удаленной от рабочей части вставки ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе имеет плоскую форму. 7. Инструмент по одному из пп.1 5, отличающийся тем, что поверхность наиболее удаленной от рабочей части вставки ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью конуса вращения. 8. Инструмент по п. 7, отличающийся тем, что угол при вершине конуса вращения, боковая поверхность которого образует наиболее удаленную от рабочей части вставки ступени хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе, составляет не менее 140^o и не более 175^o. 9. Инструмент по одному из пп.1 8, отличающийся тем, что хвостовик вставки и гнездо в корпусе имеют соответственно верхнюю и нижнюю части, при этом внешний контур нижней части хвостовика вставки и/или внешний контур нижней части стенок гнезда в корпусе в сечении плоскостью, проходящей через соответствующую ось симметрии, вписывается в кривую, форма которой соответствует форме образующей поверхности мениска, образованного расплавленным припоем в гнезде корпуса. 10. Инструмент по п.9, отличающийся тем, что поверхность верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью цилиндра вращения. 11. Инструмент по п.9, отличающийся тем, что поверхность верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью усеченного конуса вращения, вершина которого ориентирована в направлении к хвостовику вставки. 12. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что угол наклона образующей конической поверхности, которая определяет форму поверхности верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе, составляет не менее 4^o и не более 9^o. 13. Инструмент по п.9, отличающийся тем, что поверхность верхней части хвостовика вставки и/или стенок гнезда в корпусе образована боковой поверхностью по меньшей мере двух сопряженных между собой цилиндров вращения, диаметр которых ступенчато увеличивается в направлении к режущей части вставки. 14. Инструмент по одному из пп.1 13, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями нижних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе уменьшается в направлении к рабочей части вставки. 15. Инструмент по одному из пп.1 13, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями нижних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе имеет постоянное значение. 16. Инструмент по одному из пп.1 15, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе имеет постоянное значение. 17. Инструмент по одному из пп.1 15, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе увеличивается в направлении к рабочей части вставки. 18. Инструмент по одному из пп.1 15, отличающийся тем, что величина зазора между поверхностями верхних частей хвостовика вставки и стенок гнезда в корпусе уменьшается в направлении к рабочей части вставки. 19. Инструмент по одному из пп.1 18, отличающийся тем, что вставка выполнена с приспособлением для центрирования ее хвостовика в гнезде корпуса и фиксации расстояния между хвостовиком вставки и корпусом при формировании паяного соединения между ними. 20. Инструмент по п.19, 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 выступов. 21. Инструмент по п. 20, отличающийся тем, что выступы расположены на одной из ступеней хвостовика и/или гнезда в корпусе и установлены с возможностью взаимодействия соответственно со стенками гнезда в корпусе и/или хвостовиком вставки. 22. Инструмент по п.20 или 21, отличающийся тем, что выступы расположены в верхней части хвостовика вставки и установлены с возможностью взаимодействия со стенками гнезда в корпусе и/или поверхностью одной из ступеней гнезда в корпусе. 23. Инструмент по одному из пп.20 22, отличающийся тем, что выступы расположены равномерно по окружности, центр которой лежит на продольной оси хвостовика вставки. 24. Инструмент по одному из пп.20 23, отличающийся тем, что на хвостовике вставки и/или стенках гнезда в корпусе расположено не менее трех выступов.