ПОВОРОТНЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1997 года по МПК E21C35/18 

Изобретение относится к горной промышленности в частности к режущим инструментам для горных и строительных машин, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных покрытий.

Известен инструмент для обработки твердых материалов [1] содержащий корпус с опорной поверхностью на его переднем торце и режущий твердосплавный наконечник, имеющий коническую концевую и цилиндрическую фланцевую части и опорный участок, посредством которого твердосплавный наконечник закреплен на опорной поверхности корпуса, например пайкой. Площадь паяного соединения в известном инструменте увеличена наличием кольцевого бурта, выполненного на переднем конце инструмента, с которым контактирует посредством паяного шва фланцевая часть твердосплавного наконечника. На боковой поверхности опорного участка, выполнено в виде усеченного конуса, расположены выступы, предназначенные для фиксации взаимного расположения наконечника и корпуса перед проведением пайки.

Однако, в известном инструменте [1] незначительная площадь паяного соединения, которая включает в себя поверхность усеченного конуса и боковую поверхность цилиндрической фланцевой части наконечника, снижает стойкость инструмента, причиной которого является преждевременное выпадение наконечника из гнезда по мере резкого уменьшения площади паяного соединения в результате быстрого износа кольцевого бурта на переднем конце корпуса инструмента. Быстрый износ кольцевого бурта, в свою очередь, имеет место по причине выполнения корпуса инструмента из сренеуглеродистых сталей с целью экономии высоколегированных сплавов, в результате чего корпус инструмента изнашивается быстрее, чем твердосплавный наконечник, эффективность использования которого невелика.

Применяемые ранее формы наконечников не обеспечивают достаточной прочности соединения при нагружении режущего инструмента на максимально допустимый изгиб, при одновременной экономии твердого сплава.

Известен поворотный режущий инструмент [2] который принят в качестве прототипа, содержащий корпус с расположенным на его переднем конце гнездом. В гнезде методом пайки закреплен твердосплавный наконечник, имеющий концевую, цилиндрическую и опорную части. Опорная часть наконечника имеет сложную форму, выполненную в виде последовательно сопряженных конической и криволинейной поверхностей. Гнездо корпуса инструмента при этом образовано ответной опорной поверхностью, а также цилиндрической поверхностью, образованной внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого бурта, выполненного на переднем конце корпуса, с которым контактирует посредством паяного шва цилиндрическая часть наконечника. Площадь паяного соединения в известном инструменте позволяет значительно повысить его прочность, однако, отсутствие в инструменте средств для обеспечения равномерности паяного шва по всей поверхности паяного соединения, в результате чего затрудняется затекание припоя в зазор между ответными поверхностями наконечника и корпуса инструмента, а в отдельных местах и невозможность образования паяного шва, снижается прочность соединения. Таким образом, увеличение площади опорной поверхности в известном инструменте не позволяет достигнуть намеченного результата, выраженного в увеличении стойкости и надежности инструмента, от которых зависит срок его службы.

Выполнение опорных поверхностей наконечника и корпуса инструмента известной конфигурациии также снижает технологичность их изготовления, а отсутствие в известном инструменте средств, предохраняющих корпус от быстрого износа приводит к тому, что последний изнашивается быстрее, чем твердосплавный наконечник, что снижает эффективность использования инструмента в целом.

Кроме того, возможность попадания обрабатываемого материала в зону вращения инструмента при его работе, расположенную между хвостовой частью резца и поверхностью посадочного гнезда резцедержателя, затрудняет вращение режущего инструмента и может привести к его заклиниванию, что отрицательно сказывается на равномерном износе твердосплавного наконечника. При этом в известном инструменте не предусмотрены средства, способствующие вращению режущего инструмента в процессе его работы.

Наличие вышеуказанных недостатков в режущем инструменте известной конструкции снижает эффективность его использования в целом, в связи с невысоким сроком службы, низкой стойкостью твердосплавного наконечника и корпуса инструмента и недостаточной прочностью паяного соединения, а также повышенный расход твердого сплава за счет удлинения посадочного места наконечника вдоль вертикальной оси инструмента снижает эффективность его использования, т.к. значительная часть твердосплавного наконечника остается не изношенной из-за резкого уменьшения высоты режущей части инструмента.

Задачей настоящего изобретения является создание поворотного режущего инструмента такой конструкции, которая обеспечивала бы устранение характерных для инструментов известных конструкций недостатков при одновременном повышении эксплуатационных свойств предлагаемого инструмента, которые позволили бы повысить срок службы режущего инструмента и эффективность его использования в целом. Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого режущего инструмента, заключается в повышении эксплуатационной стойкости и надежности инструмента, его долговечности, связанных с высокой прочностью паяного соединения, а также в улучшении технологичности изготовления инструмента при одновременной экономии дорогостоящего твердого сплава.

Технический результат достигается тем, что в известном поворотном режущем инструменте, включающем корпус с расположенным на его переднем торце гнездом и с хвостовой частью и твердосплавный наконечник, содержащий концевую, цилиндрическую фланцевую и опорную части, который закреплен фланцевой и опорной частями в гнезде корпуса, образованном соответствующими ответными опорной и цилиндрической поверхностями, последняя из которых образована внутренней цилиндрической поверхностью расположенного на переднем конце корпуса кольцевого бурта. Согласно изобретению, опорная часть наконечника имеет форму последовательно сопряженных между собой конической поверхности и шарового пояса, при этом кольцевой бурт выполнен в виде кольца из износостойкого материала, которое закреплено на переднем торце корпуса инструмента и установлено с возможностью образования паяного соединения с фланцевой частью наконечника, причем фланцевая часть наконечника выполнена с равномерно расположенными по окружности на ее боковой поверхности центрирующими элементами одинаковой высоты.

В конкретных случаях использования изобретения, с целью качественного технического результата, на конической поверхности опорной части наконечника могут быть выполнены равномерно расположенные по окружности выступы одинаковой высоты, которые смещены по окружности относительно центрирующих элементов.

Эффективность применения твердосплавного наконечника может быть повышена использованием конкретной формы его конструкции, согласно которой концевая часть наконечника выполнена в виде сферической поверхности и сопряжена с фланцевой цилиндрической частью посредством промежуточного переходного участка, состоящего из цилиндрической части и участка сопряжения.

Технический результат достигается также тем, что кольцевой бурт на переднем конце корпуса, выполненный в виде закрепленного на переднем торце корпуса инструмента кольца из износостойкого материала, может иметь выполненную по радиусу переднюю торцевую поверхность или скошенную переднюю торцевую поверхность, и (или) внутреннюю поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с частью участка сопряжения твердосплавного наконечника.

Технический результат достигается также тем, что на переднем конце инструмента выполнены равномерно расположенные по окружности продольные ребра, которые находятся в зоне наименьшего износа переднего конца инструмента, а на его хвостовой части выполнены продольные гребешки и кольцевая проточка.

На фиг. 1 показан поворотный режущий инструмент в общем виде, на фиг. 2
твердосплавный наконечник, закрепленный пайкой на переднем конце режущего инструмента, на фиг. 3 вид на опорную часть твердосплавного наконечника, на фиг. 4 -поворотный режущий инструмент с кольцевым буртом из износостойкого материала, на фиг. 5 -твердосплавный наконечник, закрепленный на переднем конце режущего инструмента с кольцевым буртом из износостойкого материала, на фиг. 6 вид на опорную часть твердосплавного наконечника, на фиг. 7 - различные варианты выполнения кольца из износостойкого материала, на фиг. 8
поворотный режущий инструмент с выполненными на его хвостовой части продольными выступами и кольцевой проточкой, на фиг. 9 поворотный режущий инструмент с выполненными на его переднем конце продольными ребрами.

Поворотный режущий инструмент, согласно настоящему изобретению, содержит корпус 1, с расположенным на его переднем конце 2 гнездом 3, в котором крепится твердосплавный наконечник 4. Твердосплавный наконечник 4 состоит из концевой части 5, цилиндрической фланцевой части 6 и опорной части 7, выполненной в виде последовательно сопряженных конической 8 и усеченной сферической 9 поверхностей.

Концевая часть 5 твердосплавного наконечника имеет сферическую поверхность и сопряжена с фланцевой частью 6 посредством промежуточного переходного участка, состоящего из цилиндрической части 10 и участка сопряжения 11, образованного радиусом большой кривизны.

На конической поверхности 8 опорной части твердосплавного наконечника выполнены равномерно расположенные по окружности выступы 12 одинаковой высоты, а на боковой поверхности цилиндрической фланцевой части 6 твердосплавного наконечника центрирующие элементы 13 также одинаковой высоты. При этом выступы 12 смещены по окружности относительно центрирующих элементов 13.

Твердосплавный наконечник 4 закреплен в гнезде 3 корпуса инструмента, например пайкой, посредством своих цилиндрический фланцевой 6 и опорной 7 поверхностей. Соответственно гнездо 3 корпуса инструмента образовано ответными опорной и цилиндрической поверхностями. При этом опорная поверхность гнезда 3, также как и опорная часть твердосплавного наконечника 4 выполнена из последовательно сопряженных соответствующих конической и усеченной сферической поверхностей, а цилиндрическая поверхность гнезда 3 образована внутренней цилиндрической поверхностью кольцевого бурта 14, расположенного на переднем конце 2 корпуса инструмента. Кольцевой бурт 14 может быть выполнен в виде кольца 15 из износостойкого материала, например из специальных сталей, твердых сплавов или керамики, которое монтируется неразъемным соединением на переднем торце корпуса инструмента. В конкретных случаях использования изобретения износостойкое кольцо может иметь фасонную форму исполнения, например выполненную по радиусу переднюю торцевую поверхность или скошенную переднюю и (или) заднюю опорную торцевые поверхности. Кроме этого часть внутренней поверхности износостойкого кольца 15 может быть выполнена с возможностью взаимодействия с поверхностью сопряжения 11 твердосплавного наконечника 4.

Гнездо 3 инструмента имеет компенсатор 16 паяного шва конической или сферической формы, расположенный в центральной зоне опорной поверхности гнезда. Размеры компенсатора выбираются в соответствии с характеристиками применяемого припоя.

На переднем конце 2 корпуса инструмента в зоне его наименьшего износа 17 могут быть выполнены равномерно расположенные по окружности продольные ребра 18. Величина зоны наименьшего износа 17 переднего конца корпуса определяется в соответствии с конкретной конструкцией инструмента и может иметь различные значения.

На хвостовой части 19 инструмента могут быть выполнены, например методом накатки, гребешки 20, расположенные вдоль оси инструмента, и кольцевая технологическая проточка 21. При этом на хвостовой части 19 инструмента расположена упругая втулка 22 для стопорения и поворота режущего инструмента в отверстии инструментодержателя.

В процессе эксплуатации поворотного режущего инструмента твердосплавный наконечник 4 подвергается очень высоким нагрузкам, создающим поворотный момент тангенциально направленных сил, который обуславливает наличие растягивающих напряжений, возникающих на некоторых, в частности периферийных, участках поверхности наконечника4, и который передается на паяное соединение наконечника 4 и корпуса 1 инструмента. Благодаря повышенной площади паяного соединения, предлагаемого режущего инструмента, которая включает в себя цилиндрическую, коническую и усеченную сферическую поверхности обеспечивается значительная прочность паяного соединения, достаточная для восприятия возникающего в процессе резания настоящим инструментом момента сил. При этом возможность образования паяного соединения твердосплавного наконечника 4 с корпусом 1 посредством цилиндрической фланцевой части 6 наконечника и внутренней цилиндрической поверхности кольцевого бурта 14 обеспечивает значительную стойкость предлагаемого режущего инструмента при разрушении на излом, в результате чего в процессе работы настоящего инструмента исключается вероятность выламывания наконечника 4 из гнезда 3 корпуса инструмента, по меньшей мере, до момента полного износа кольцевого бурта 14.

В процессе воздействия обрабатываемого материала на твердосплавный наконечник, последний изнашивается. При этом стирается сначала концевая сферическая часть 5 наконечника, а затем промежуточный переходный участок. Сферическая поверхность концевой части 5 наконечника способствует быстрой его приработке в соответствии с фактическим углом износа твердосплавного наконечника для конкретного вида оборудования.

Абразивному износу в процессе резания подвергается не только твердый наконечник 4, но и расположенный непосредственно позади него передний конец 2 корпуса 1 инструмента и, в большей степени, кольцевой бурт 14, стенки которого истираются и утончаются быстрее, чем наконечник 4, который изготовлен из более износостойкого материала. Будучи изношенным до определенной степени, корпус 1 инструмента становится неспособным удерживать наконечник, в результате чего происходит разрушение бурта 14 и выламывание наконечника. Для предотвращения выламывания наконечника до момента его полного износа кольцевой бурт 14 в прелагаемом инструменте может быть выполнен в виде кольца 15 из износостойкого материала. В процессе работы режущего инструмента износостойкое кольцо 15 защищает передний конец стального корпуса от абразивного износа при контакте с обрабатываемым материалом, обеспечивает прочность крепления наконечника, уменьшая при этом величину напряжений, действующих на твердосплавный наконечник при пайке, что в конечном итоге продлевает срок службы инструмента. Форма кольца может быть фасонной в зависимости от конструкции и условий эксплуатации инструмента.

Как упоминалось выше, поворотный момент сил, воздействующих на наконечник при работе, передается и на паяное соединение, прочность которого, кроме всего прочего, обеспечивается наличием паяного шва постоянной заданной толщины по всей площади паяного соединения. Постоянную величину зазора между наконечником 4 и гнездом 3 корпуса обеспечивают выступы 12, равномерно расположенные на конической поверхности 8 опорной части 7 наконечника, а также центрирующие элементы 13, выполненные на боковой поверхности фланцевой части 6 наконечника, которые, кроме всего прочего, фиксируют наконечник относительно как износостойкого кольца 15, так и относительно оси инструмента.

Смещение по окружности выступов 12, относительно центрирующих элементов 13, обеспечивает гарантированное затекание припоя в зазор между наконечником 4 и гнездом 3 корпуса. Этому способствует и наличие компенсатора 16 паяного шва, расположенного в центральной зоне гнезда корпуса.

В результате контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом, как мелкие, так и крупные части последнего попадают в зазор между хвостовой частью 19 и поверхностью отверстия резцедержателя, в котором расположен хвостовой частью инструмент. Для обеспечения возможности поворота инструмента в процессе резания на хвостовой части 19 выполнены гребешки 20, способствующие измельчению обрабатываемого материала, попавшего в зону вращения инструмента. Измельченный отработанный материал ссыпается в кольцевую проточку 21, расположенную на хвостовой части инструмента, чем устраняется возможность заклинивания режущего инструмента в отверстии инструментодержателя.

Повороту режущего инструмента в процессе его работы также способствуют продольные ребра 18, расположенные на переднем конце 2 корпуса инструмента в зоне его наименьшего износа 17. При контакте ребер 18 с элементами отработанного материала, последние, воздействуя на ребра, способствуют повороту инструмента, что благоприятно отражается на равномерном износе твердосплавного наконечника и инструмента в целом.

Таким образом, использование инструмента, согласно настоящему изобретению, повышает срок службы инструмента за счет улучшения его эксплуатационных характеристик, что в конечном итоге повышает эффективность использования режущего инструмента в условиях растущего массового спроса.

Сущность изобретения: поворотный режущий инструмент содержит корпус и твердосплавный наконечник. На переднем торце корпуса расположено гнездо. Наконечник состоит из концевой, цилиндрической фланцевой и опорной частей. Наконечник закреплен посредством фланцевой и опорной частей в гнезде корпуса. Гнездо корпуса образовано соответствующими ответными опорной и цилиндрической поверхностями. Опорная часть наконечника имеет форму последовательно сопряженных между собой конической поверхности и шарового пояса. Кольцевой бурт выполнен в виде кольца из износостойкого материала. Кольцо закреплено на переднем торце корпуса инструмента и установлено с возможностью образования паяного соединения с фланцевой частью наконечника. Фланцевая часть наконечника выполнена с равномерно расположенными по окружности на ее боковой поверхности центрирующими элементами одинаковой высоты. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Поворотный режущий инструмент, включающий корпус с расположенным на его переднем торце гнездом и хвостовой частью и твердосплавный наконечник, содержащий концевую, цилиндрическую фланцевую и опорную части, и закрепленный посредством фланцевой и опорной частей в гнезде корпуса, образованном соответствующими ответными опорной и цилиндрической поверхностями, последняя из которых образована внутренней цилиндрической поверхностью, расположенного на переднем конце корпуса кольцевого бурта, отличающийся тем, что опорная часть наконечника имеет форму последовательно сопряженных между собой конической поверхности и шарового пояса, при этом кольцевой бурт выполнен в виде кольца из износостойкого материала, которое закреплено на переднем торце корпуса инструмента и установлено с возможностью образования паяного соединения с фланцевой частью наконечника, причем фланцевая часть наконечника выполнена с равномерно расположенными по окружности на ее боковой поверхности центрирующими элементами одинаковой высоты. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что опорная часть наконечника выполнена с выступами одинаковой высоты, которые равномерно расположены по окружности на ее конической поверхности. 3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что расположенные на конической поверхности опорной части наконечника выступы смещены по окружности относительно центрирующих элементов на фланцевой части наконечника. 4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что концевая часть наконечника имеет сферическую форму. 5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что концевая часть наконечника сопряжена с фланцевой частью посредством промежуточного переходного участка, который содержит цилиндрическую часть и участок сопряжения. 6. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что кольцо имеет выполненную по радиусу переднюю торцевую поверхность. 7. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что кольцо имеет скошенную переднюю торцевую поверхность. 8. Инструмент по пп.1 7, отличающийся тем, что кольцо имеет скошенную заднюю поверхность. 9. Инструмент по пп.5 8, отличающийся тем, что внутренняя поверхность кольца расположена с возможностью взаимодействия с частью участка сопряжения промежуточного переходного участка наконечника. 10. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен с равномерно расположенными по окружности на его переднем конце продольными ребрами. 11. Инструмент по п.10, отличающийся тем, что ребра расположены в зоне наименьшего износа переднего конца корпуса. 12. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что хвостовая часть корпуса выполнена с продольными гребешками и с кольцевой проточкой.