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

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к породоразрушающему инструменту для горных и строительных машин, и может быть использовано при разрушении горных пород и искусственных материалов, а также при очистке покрытий от льда и/или снега.

Известна твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, которая содержит рабочую часть с имеющей плоскую форму площадкой притупления, которая расположена перпендикулярно продольной оси вставки, и хвостовую часть для соединения с рабочей головкой породоразрушающего инструмента [1]
Наличие площадки притупления на рабочей части твердосплавной вставки породоразрушающего инструмента позволяет снизить энергоемкость процесса рабочей (режущей) части вставки к характеристике разрушаемого материала в процессе эксплуатации. Так при разрушении твердых пород или пород с твердыми включениями резко возрастают нагрузки на инструмент, что требует улучшения прочностных характеристик режущей части твердосплавной вставки. Улучшение прочностных характеристик режущей части твердосплавной вставки может быть получено путем увеличения угла заострения. Увеличение угла заострения приводит к увеличению габаритов поперечного сечения режущей части твердосплавной вставки, что увеличивает энергоемкость процесса разрушения и существенно повышает расход твердого сплава, идущего на изготовление твердосплавной вставки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, которая включает рабочую часть с имеющей плоскую форму площадкой притупления, которая расположена перпендикулярно к продольной оси вставки, и хвостовую часть для соединения с рабочей головкой режущего инструмента [2]
В известном техническом решении площадь площадки притупления соизмерима с площадью максимального поперечного сечения рабочей части твердосплавной вставки (составляет более 0,1 от площади максимального поперечного сечения рабочей части вставки), что приводит к увеличению энергоемкости процесса разрушения. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что наличие развитой переходной площадки, которая образована поверхностью сопряжения площадки притупления с боковой поверхностью рабочей части вставки, приводит к переизмельчению разрушаемого материала, который в процессе разрушения затягивается под указанную переходную площадку вставки.

В основу изобретения положено решение задачи по созданию такой твердосплавной вставки, которая обеспечивала бы возможность разрушения твердых пород или пород с твердыми включениями при наиболее оптимальном соотношении между энергоемкостью процесса разрушения, стойкостью инструмента и расходом твердого сплава, идущего на изготовление вставки. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении энергоемкости процесса разрушения твердых пород или пород с твердыми включениями при одновременном повышении срока службы твердосплавной вставки.

Поставленная задача решена за счет того, что в твердосплавной вставке для породоразрушающего инструмента, которая содержит рабочую часть с имеющей плоскую форму площадкой притупления, которая расположена перпендикулярно продольной оси вставки, и хвостовую часть для соединения с рабочей головкой породоразрушающего инструмента, площадь площадки притупления составляет не менее 0,007 и не более 0,1 от площадки максимального поперечного сечения рабочей части вставки.

Для снижения энергоемкости процесса разрушения при очистке от льда и/или снега покрытий рабочая часть твердосплавной вставки может иметь форму тела вращения.

Боковая поверхность рабочей части твердосплавной вставки может быть образована вращением дуги окружности вокруг продольной оси вставки, что позволяет снизить расход твердого сплава, идущего на изготовление вставки, и несколько повысить ее стойкость.

Площадка притупления рабочей части твердосплавной вставки может быть плавно сопряжена с боковой поверхностью рабочей части. При таком варианте конструктивного выполнения твердосплавной вставки появляется возможность осуществлять удаление льда и/или снега с покрытия без разрушения последнего. Кроме того, при такой форме вставки происходит более интенсивная ее приработка, то есть за более короткий срок вставка в процессе ее износа принимает оптимальную форму применительно к типу разрушаемого материала.

При указанном выше варианте конструктивного выполнения твердосплавной вставки поверхность сопряжения площадки притупления с боковой поверхностью рабочей части вставки может иметь форму шарового пояса, что обеспечивает упрощение технологии изготовления вставки при одновременном улучшении ее прочностных характеристик.

Твердосплавная вставка может быть выполнена с расположенным между рабочей и хвостовой частями основанием, что позволяет развить опорную поверхность хвостовой части вставки и тем самым обеспечить возможность более прочного соединения вставки с рабочей головкой породоразрушающего инструмента.

При указанном выше варианте конструктивного выполнения хвостовой части вставки основание вставки может иметь форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной вставке оси симметрии вставки, что позволяет существенно упростить технологию изготовления вставки.

На фиг. 1 изображен породоразрушающий инструмент с твердосплавной вставкой; на фиг. 2 твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента; на фиг. 3 один из вариантов конструктивного выполнения твердосплавной вставки; на фиг. 4 вид по стрелке А на фиг. 1.

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента содержит рабочую часть 1, которая предназначена для взаимодействия с разрушаемым материалом, и хвостовую часть 2 для соединения с рабочей головкой 3 породоразрушающего инструмента (фиг. 1). Рабочая часть 1 твердосплавной вставки может иметь форму тела вращения (фиг. 1 3) или иметь другую осесимметричную форму (на чертежах не показана), например, правильной усеченной пирамиды с числом боковых граней не менее четырех. На переднем торце рабочей части 1 твердосплавной вставки выполнена площадка 4 притупления, которая имеет плоскую форму и расположена перпендикулярно продольной оси вставки. Как показали проведенные исследования площадь s площадки 4 притупления должна составлять не менее 0,007 и не более 0,1 от площади S максимального поперечного сечения вставки, то есть должно соблюдаться следующее соотношение 0,007s<S<0,1s. Если рабочая часть 1 вставки имеет форму тела вращения, то площадь s площадки 4 притупления определяется исходя из ее диаметра d, а площадь S максимального поперечного сечения рабочей части 1 твердосплавной вставки определяется исходя из его диаметра D, который является заданной величиной при конструировании твердосплавной вставки (фиг. 1 4). Твердосплавная вставка может быть соединена своей хвостовой частью 2 с рабочей головкой 3 породоразрушающего инструмента с помощью неразъемного соединения, например с помощью штифта (на чертежах не показано). На торце рабочей головки 3 породоразрушающего инструмента может быть выполнено гнездо 5 для размещения хвостовой части 2 твердосплавной вставки. Форма гнезда 5 на рабочей головке 3 соответствует форме хвостовой части твердосплавной вставки.

Рабочая часть 1 твердосплавной вставки может иметь форму тела вращения, то есть боковая поверхность рабочей части 1 твердосплавной вставки может быть образована боковой поверхностью конуса вращения, параболоида вращения или гиперболоида вращения.

Если рабочая часть 1 твердосплавной вставки может иметь форму тела вращения, то наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения рабочей части 1 твердосплавной вставки, при котором ее боковая поверхность образована вращением дуги окружности радиусом R вокруг продольной оси вставки (фиг. 3).

Пересечение площадки 4 притупления и боковой поверхности рабочей части 1 твердосплавной вставки могут образовывать режущую кромку (фиг. 1 и 3). Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором ее площадка 4 притупления участком 6 сопряжения плавно сопряжена с боковой поверхностью рабочей части 1 твердосплавной вставки.

При плавном сопряжении площадки 4 притупления с боковой поверхностью рабочей части 1 твердосплавной вставки наиболее предпочтительным является выполнение участка 6 сопряжения, имеющего форму шарового пояса с радиусом r (фиг. 2).

Твердосплавная вставка может иметь расположенное между рабочей частью 1 твердосплавной вставки и ее хвостовой частью 2 основание 7 (фиг. 2 и 3).

Основание 7 твердосплавной вставки может иметь любую форму. Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения твердосплавной вставки, при котором основание 7 имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки (фиг. 2 и 3).

Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента работает следующим образом.

При работе породоразрушающего инструмента, например поворотного резца, твердосплавная вставка, соединенная своей хвостовой частью 2 с рабочей головкой 3 державки резца, своей рабочей частью 1 взаимодействует с разрушаемым материалом, разрушая его в процессе резания. При этом на поверхности разрушаемого материала образуется борозда (развал). Следует отметить, что площадка 4 притупления выдвинута вперед и выполняет функции плоского штампа. Она воздействует на разрушаемый материал как штамп, создающий объемные напряжения, равнодействующая которых направлена в сторону обнаженного пространства. При дальнейшем внедрении резца в разрушаемый материал боковая поверхность рабочей части 1 твердосплавной вставки работает как одноступенчатый клин двухстороннего действия, создающий растягивающие напряжения в зоне уплотненного ядра микротрещины. Таким образом в разрушаемом материале создаются напряжения, реализация которых обеспечивает разрушение материала. Твердосплавная вставка с площадкой 4 притупления, площадь которой составляет не менее 0,007 и не более 0,1 от площади максимального поперечного сечения рабочей части 1 твердосплавной вставки, позволяет осуществлять разрушение более твердого материала за счет улучшения ее прочностных характеристик. При этом несколько возрастает энергоемкость процесса разрушения, поскольку разрушение материала инструментом со вставкой, имеющей на рабочей части 1 площадку 4 притупления, всегда требует создания больших усилий, чем при разрушении материала инструментом с рабочей частью 1, не имеющей площадки 4 притупления. Установленный эмпирическим путем оптимальный размер площадки 4 притупления на рабочей части 1 твердосплавной вставки позволяет при незначительном увеличении энергоемкости процесса разрушения обеспечить разрушение более твердых материалов. При выходе за указанный диапазон соотношения площадей площадки 4 притупления и максимального поперечного сечения рабочей части 1 вставки с одной стороны ухудшаются прочностные характеристики вставки, а с другой стороны резко увеличивается энергоемкость процесса разрушения.

Так при диаметре D максимального поперечного сечения рабочей части 1 твердосплавной вставки равном 1,6 см его площадь S составит 2,0 см². Исходя из заявленного соотношения конструктивных параметров рабочей части 1 вставки площадь s площадки 4 притупления должна составлять не менее 0,014 см² и не более 0,2 см², что позволяет определить диаметр d площадки 4 притупления соответственно не менее 0,128 см и не более 0,505 см. Выбор конкретной величины площади площадки 4 притупления в пределах указанного диапазона зависит от многих факторов, в том числе от диаметра максимального поперечного сечения рабочей части 1 твердосплавной вставки и от характеристик разрушаемого материала. При этом при уменьшении площади поперечного сечения рабочей части 1 твердосплавной вставки значение эмпирического коэффициента, определяющего площадь площадки 4 притупления, стремится к его верхнему пределу.

Сущность изобретения: твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента содержит рабочую часть и хвостовую часть для соединения с рабочей головкой породоразрушающего инструмента. Рабочая часть выполнена с имеющей плоскую форму площадкой притупления. Площадка притупления расположена перпендикулярно к продольной оси вставки. Площадь площадки притупления составляет не менее 0,007 и не более 0,1 от площади максимального поперечного сечения рабочей части вставки. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Твердосплавная вставка для породоразрушающего инструмента, включающая рабочую часть с имеющем плоскую форму площадкой притупления, которая расположена перпендикулярно к продольной оси вставки, и хвостовую часть для соединения с рабочей головкой породоразрушающего инструмента, отличающаяся тем, что площадь площадки притупления составляет не менее 0,007 и не более 0,1 от площади максимального поперечного сечения рабочей части вставки. 2. Вставка по п.1, отличающаяся тем, что ее рабочая часть имеет форму тела вращения. 3. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что боковая поверхность рабочей части вставки образована вращением дуги окружности вокруг продольной оси вставки. 4. Вставка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что площадка притупления плавно сопряжена с боковой поверхностью рабочей части вставки. 5. Вставка по п.4, отличающаяся тем, что поверхность сопряжения площадки притупления с боковой поверхностью рабочей части вставки имеет форму шарового пояса. 6. Вставка по одному из пп.1 5, отличающаяся тем, что она выполнена с расположенным между рабочей и хвостовой частями основанием. 7. Вставка по п.5, отличающаяся тем, что основание вставки имеет форму цилиндра вращения, продольная ось которого расположена на продольной оси симметрии вставки.