專利名稱：刀具與刀頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨刀頭的設(shè)計(jì)與采用這種刀頭的刀具。具體地說，本發(fā)明涉及具有硬質(zhì)合金的刀頭，供施工與開挖應(yīng)用。
在施工與開挖應(yīng)用中，業(yè)已采用過各式樣的刀具設(shè)計(jì)。一般，這類刀具都用燒結(jié)的碳化鎢-鈷嵌入件為刀尖，后者是焊接到刀具的鋼針或鋼體上的。
于上述應(yīng)用中，用到過旋轉(zhuǎn)的和不旋轉(zhuǎn)的刀具。在早期的旋轉(zhuǎn)的刀具之一種設(shè)計(jì)中涉及到一種硬質(zhì)合金刀頭，它具有帶凹座的環(huán)狀后表面，兩鋼釬的前端即焊合于此。鋼釬的前端有一帶朝前突起部的前表面，而此突起部即部分地伸入其中(即凹座的深度大于此前突起部的高度)。于是，鋼釬與硬質(zhì)合金刀頭間的焊點(diǎn)在上述鋼質(zhì)突起部的前端處最厚，而在此硬質(zhì)合金部與鋼質(zhì)部的相對(duì)環(huán)形表面處最薄。雖則具有前述設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刀具業(yè)已大規(guī)模生產(chǎn)，但這種刀頭的硬質(zhì)合金在使用中卻易于破裂。
上述設(shè)計(jì)已為這樣一些旋轉(zhuǎn)的刀具設(shè)計(jì)所取代，在后者之中，硬質(zhì)合金部的后面取平面形式或是具有一種所謂的閥座設(shè)計(jì)，但其中位何一種都是焊合到鋼質(zhì)部分前端之凹座中的(例如參看美國專利4497520與4216832號(hào)與西德專利2846744號(hào))。
在硬質(zhì)合金后面利用到凹座的刀具設(shè)計(jì)例子已示明于南非專利82/9343號(hào)、蘇聯(lián)發(fā)明人證書402655號(hào)、公開的瑞典專利申請(qǐng)8400269-0號(hào)與美國專利4547020號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種改進(jìn)的硬質(zhì)合金刀頭用于刀具的前端。此種刀頭可繞其縱軸對(duì)稱地旋轉(zhuǎn)且有一接地的外部與一安裝部。安裝部有一環(huán)狀的朝后凸面，在此環(huán)形面的內(nèi)部與前向則有位于徑向上的第二面，由此而在刀頭的后面構(gòu)成一凹座。上述凸面廣延至刀頭的接地部分，而最好是還延伸到上述的第二面。此刀頭最好帶有一使之能繞焊接入該凹座中之鋼質(zhì)突起部基本定心的裝置。這一定心裝置最好取從刀頭的凸環(huán)形表面沿徑向朝內(nèi)的凹坑形式。
本發(fā)明還提供了一種刀具，它有連接到黑色金屬體一端的硬質(zhì)合金刀頭。此種硬質(zhì)合金刀頭有一接地的外部與一安裝部。安裝部有一環(huán)狀的朝后且面向上述黑色金屬體前端的凸面，此凸面在徑向上朝內(nèi)漸縮并從與刀頭的接地外部會(huì)合處向前伸延。此安裝部還包括一沿徑向位于上述環(huán)形面內(nèi)朝后的第二面。用一黃銅接頭將此朝向后方的第二面與環(huán)形的向后面接合到黑色屬體的前端。此黃銅接頭與第二朝內(nèi)面相鄰處的平均厚度小于它與環(huán)形朝內(nèi)面相鄰處的平均厚度。
下面將結(jié)合本發(fā)明的詳細(xì)說明簡(jiǎn)單地描述附圖，考察這些附圖就會(huì)對(duì)本發(fā)明的上述情況和其它情況獲得更清晰的理解。


圖1是本發(fā)明之刀具部分橫剖面的平面圖，此刀具焊接有同樣是依據(jù)本發(fā)明的一最佳實(shí)施例的硬質(zhì)合金刀頭。
圖2是圖1中以橫剖面所示釬焊接頭的放大圖。
圖3是本發(fā)明之刀頭一實(shí)施例以部分剖面所示的平面圖。
圖4示明了圖3中給出之刀頭平面圖的一半。
圖1中所示為一可旋轉(zhuǎn)刀具1的最佳實(shí)施例，它有一燒結(jié)的碳化鎢-鈷刀頭3，后者由一釬焊接頭3連接到一黑色金屬(這里是鋼)體5。鋼體5沿著且最好是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地繞著一縱軸X-X，在鋼體5的前端9與后端11之間延伸。鋼體5的后端11可由一彈性的導(dǎo)圈13松馳地保持于其上，以可松脫的方式使鉆頭可旋轉(zhuǎn)地保持于一常規(guī)施工機(jī)械或開挖機(jī)(未示明)的裝配部件的孔內(nèi)。適用于本發(fā)明上述這種和其它類型的彈性導(dǎo)圈或類似裝置在美國專利3519309與4201421中均描述到。
黑色金屬體5的前端9有第一環(huán)狀前面15，在它朝前延伸時(shí)沿徑向內(nèi)縮，且最好在剖面上呈凸?fàn)睿⒗@縱軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。面15的前端處或其鄰近處有第二前面17，它最好處在垂直該縱軸的平面內(nèi)。前面15與17兩者構(gòu)成一實(shí)際上可置納于刀頭上一凹坑內(nèi)的突起部19。內(nèi)外部所有尖銳畸角最好去掉或代之以圓角。
突起部19的高度H最好大于燒結(jié)的碳化鎢-鈷刀頭3中一般為互補(bǔ)形狀的凹座21之深度D，使其當(dāng)突起部19焊合到凹座21中時(shí)，最終焊合接頭的厚度在第二前面17相鄰處將小于在環(huán)狀前面15的相鄰處。
在圖2中，將上述情況表示得更為清楚。此燒結(jié)的碳化物刀頭3有一面向前述鋼體前端9的環(huán)形凸面23，更確切地說，是面向鋼體上的環(huán)狀前凹面15。位于環(huán)狀后面23的徑向內(nèi)部與前方的是一第二后面25。由面23與25界定的凹座21的深度D最好小于高度H。上述凹座與突起部取這樣的尺寸，當(dāng)沒有釬焊合金時(shí)，刀頭可座落在鋼體的面17上而不觸及鋼體的面15。
這樣就形成了硬焊接頭7，它在刀頭環(huán)狀后面23與鋼體環(huán)狀前面15之間的平均厚度下，大于此刀頭后表面25與黑色金屬體前向表面17間的平均厚度T2。厚度T1最好在約0.008至0.024英寸間，且更好是在約0.010至0.016英寸間。厚度T2最好是在約0.001至0.006英寸間，更好是在約0.002至0.004英寸間。T1以至少為T2的2倍為宜，而更好是T2的三倍。為了使硬焊接頭的厚度T1在突起部表面15的周圍基本上保持一致，最好是將一定心裝置設(shè)在刀頭凹座的向內(nèi)漸縮表面23與該突起部的漸縮表面15之間。此定心裝置最好是刀頭的一部分，且最好取沿徑向朝內(nèi)從刀頭向內(nèi)漸縮面23延伸的凹座27形式，并沿周向在此表面上分布。最好有三個(gè)相互成120°的凹座27。
凹座27的尺寸應(yīng)該是，當(dāng)它們用來使硬焊接頭的厚度T1保持到基本一致時(shí)，它們不會(huì)大到去干擾保持T2小于T1的要求。在表面23上方具有約0.005至0.008英寸高度的球形凹座適用于上述目的。假定T2與T1間存在上述關(guān)系，則可以肯定前述刀頭在使用中的破裂可能將減到最小限度，而能在刀頭與鋼體間提供一種堅(jiān)實(shí)而長(zhǎng)壽命的接頭，從而使刀頭的損耗降至最低。
在上述最佳實(shí)施例中，深度D可從一平面起開始計(jì)算，此平面由表面23的最后面邊緣界定，該邊緣在此平面與柱面65相交處。為了能一致地相配合，前述鋼質(zhì)的突起部之高度H應(yīng)從這樣一個(gè)平面起算，后者由表面15與刀頭表面65的外徑
相交處界定(參看圖3)。
最好采用高溫硬焊材料將刀頭焊合到黑色金屬體上，使此硬焊接頭在寬廣的溫度范圍保持其強(qiáng)度。最好的硬焊材料有Hi-temp548，Trimet549、080-5655等商品牌號(hào)。最合適的是548與549硬焊料。HandyHi-temp-548合金的組成(重量百分?jǐn)?shù))為Cu55±1.0，Ni6±0.5，Mn4±0.5，Si0.15±0.05，其余為鋅而全部的最大雜質(zhì)總量為0.50。HandyHi-temp-Trimet549則是在銅的兩側(cè)覆以1-2-1比的HandyHi-temp包層。有關(guān)HandyHi-temp548與Trimet549更詳細(xì)的知識(shí)，可參閱HandyHarman技術(shù)數(shù)據(jù)表D-74號(hào)。上述的硬焊合金為HandyHarman公司(859ThirdAvenue，NewYork，NY10022)生產(chǎn)與銷售，HandyHi-temp與Trimet則是HandyHarman公司的注冊(cè)商標(biāo)。
合用的硬焊接頭可按下法取得，采用加工成杯狀的銅焊蝶，以之裝配入刀頭凹座與黑色金屬體突起部之間，然后應(yīng)用常規(guī)的高頻釬焊技術(shù)，這里除將刀頭焊接到鋼體上外，還使鋼體淬硬，而用作可旋轉(zhuǎn)刀具體的鋼則可以是任何一種標(biāo)準(zhǔn)鋼。經(jīng)上述釬焊與淬硬工序后，此鋼體即增強(qiáng)到一硬度RockweelC40-45。此硬質(zhì)合金刀具可取通常用于施工與開挖目的任何標(biāo)準(zhǔn)的碳化鎢-鈷組成。例如，用作回收歷青的可旋轉(zhuǎn)的刀具時(shí)，合乎要求的一種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的碳化鎢按重量百分組成約含5.7的鈷，其RockwellA硬度約為88.2。
刀頭的接地面可取此項(xiàng)工藝中從前所用的任何傳統(tǒng)尺寸與形狀。但是，理想的一種結(jié)構(gòu)則如圖1-4所示。在所示的結(jié)構(gòu)中，此種接地面的前端有一半徑為RT的球形45，接到一平截頭園錐體的表面50上，后者從離開旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸X-X的方向上漸縮并且是以一角度AT朝后延伸，在距45前端La處構(gòu)成一最大直徑DT。接到此平截頭錐面50上的為一鐘形部55。后者帶一接地的凹面60，其后端則結(jié)合有一直徑一致的保護(hù)面65。凹面60是由一列凹面60A、60B與60C組成，各有不同的曲率半徑，這些半徑順著鉆尖的長(zhǎng)向朝后而遞減(即60A 60B 60C)。雖然可以采用任何個(gè)數(shù)的半徑RN或任意多段弧AN，但最好采用不少于三個(gè)這樣的半徑(或弧)來構(gòu)成平滑的連續(xù)表面60，這里記作為R1、R2與R3和A1、A2與A3。凹面60的后端連接著圓柱面65，它的直徑R2最好不僅要大于DF，而且其大小要足以完全地或至少是基本上能蓋住刀頭所釬焊到的鋼體的整個(gè)前表面(即應(yīng)大于此前面直徑的98%)。這樣，通過此種硬質(zhì)合金的刀頭，就為鋼釬體的前端提供了最大限度的抗磨保護(hù)，由此便降低了鋼釬體的前端9的磨損率。
采用了如圖所示的有不等曲率半徑的凹面60后，就能制造出這樣的刀頭，它有增大了的長(zhǎng)度LI，同時(shí)在使用之際確保有最大強(qiáng)度和能使應(yīng)力基本上均勻分布，從而在使用中也就使刀頭的破裂情形減到最小限度。
可以選擇凹座的內(nèi)徑
及其外形，以給出基本上均勻的壁厚TW，特別是在凹部60區(qū)域中的壁厚。例如，凸面23可與接地面60C同心以使柱面65的壁厚均勻且使長(zhǎng)度L2最大。另一方面，又可在表面23與60C向前延伸時(shí)使它們擴(kuò)展，便靠近凹座21前端處有最大壁厚。凹座前端處的平圓面25則為釬焊至鋼體突起部前表面上提供了大的面積。這種結(jié)構(gòu)，加上在此部位上薄的硬焊接頭厚度，保證了在使用中加到刀頭上的最大負(fù)荷是壓縮的而非拉伸的。申請(qǐng)人確信為可以接受的尺寸例子列出在表Ⅰ中。應(yīng)用這些尺寸應(yīng)結(jié)合前面提供的尺寸。
表Ⅰ刀頭的典型尺寸標(biāo)號(hào)半徑(英寸)直徑(英寸)角度(度)長(zhǎng)度或厚度(英寸)R11.179R21.047R30.363RM0.485A13.708A211.630A353.672RT0.125AT50L10.765L20.184L30.248TW0.122DF0.425
0.285
0.750
上面所援引的所有專利與文件，它們的內(nèi)容已綜合于此作為參考。
正如一般熟悉本工藝的人周知，在前述的硬質(zhì)合金刀頭上的所述各種表面的接合部上，是可以根據(jù)具體情況設(shè)置圓角、側(cè)角和/或壓制出的平面部位的，用以對(duì)此結(jié)構(gòu)件進(jìn)行制造和/或?yàn)橹峁└郊拥膹?qiáng)度。
研討上述說明書或?qū)嵤┻@里所公布的發(fā)明內(nèi)容后，那些熟悉本工藝的人將能了解到本發(fā)明的其它實(shí)施例。以上所作說明和所舉實(shí)例只應(yīng)視作為示范，而本發(fā)明真實(shí)范圍與精神則由后附權(quán)利要求書指出。
權(quán)利要求
1.一種刀具，它包括具有縱軸與前端的一種黑色金屬體；硬質(zhì)合金刀頭，此刀頭則有一接地的外部；一環(huán)狀的后面，它面向上述黑色金屬體的前端，并在從一與該接地的外部相會(huì)合處向前延伸同時(shí)沿徑向朝內(nèi)漸縮；在上述環(huán)狀面內(nèi)沿徑向有一后面；同時(shí)有一硬焊接頭，它將上述后面與所說環(huán)狀的后面接合到該黑色金屬體的前端；而其中述及的硬焊接頭在此后面鄰近處有一平均厚度，它小于此硬焊接頭在前述環(huán)狀后面相鄰處的平均厚度。
2.一種刀頭，它包括具有縱軸與前端的一種黑色金屬體;硬質(zhì)合金刀頭，此刀頭則有一接地的外部;一環(huán)狀的后面，它面向上述黑色金屬體的前端，并在從一與該接地的外部相會(huì)合處向前延伸同時(shí)沿徑向朝內(nèi)漸縮;在上述環(huán)狀面內(nèi)沿徑向有一后面，同時(shí)有一硬焊接頭，它將上述后面與所說環(huán)狀的后面接合到該黑色金屬體的前端;而其中述及的硬焊接頭在此后向面鄰近處有一平均厚度，它小于此硬焊接頭在前述環(huán)狀后面相鄰處的平均厚度。
3.一種刀具，它包括具有縱軸與前端的一種黑色金屬體，硬質(zhì)合金刀頭，此刀頭則有一接地的外部;一環(huán)狀的后面，它面向上述黑色金屬體的前端，并在從一與該接地的外部相會(huì)合處向前延伸同時(shí)沿徑向朝內(nèi)漸縮，上述接合部界定一垂直于上述縱軸的平面，-第二后面，它位于前述環(huán)狀后面之內(nèi)和所說平面之前的距離D處;而所說的第二后面與環(huán)狀后面則硬焊接到前述鋼體的前端上。
4.如權(quán)利要求1所述的刀具，其中述及之環(huán)狀后面呈凸形。
5.如權(quán)利要求2所述的刀具，其中述及之環(huán)狀后面呈凸形。
6.如權(quán)利要求3所述的刀具，其中所說的環(huán)狀后面呈凸形。
7.如權(quán)利要求4所述的刀具，其中所說的接地部分上有一凹面，它沿一與前述環(huán)狀后面基本上相對(duì)的方向上沿徑向朝外。
8.如權(quán)利要求5所述的刀具，其中所說的接地部分上有一凹面，它沿一與前述環(huán)狀后面基本上相對(duì)的方向上沿徑向朝外。
9.如權(quán)利要求6所述的刀具，其中所說的接地部分上有一凹面，它沿一與前述環(huán)狀后面基本上相對(duì)的方向上沿徑向朝外。
10.如權(quán)利要求4所述的刀具，其中所說的接地部分上有一凹面，而此凹面與所說環(huán)狀后面同心。
11.如權(quán)利要求5所述的刀具，其中所說的接地部分上有一凹面，而此凹面與所說環(huán)狀后面同心。
12.如權(quán)利要求6所述的刀具，其中所說接地部分上有一凹面，而此凹面與所說環(huán)狀后面同心。
13.刀具用的一種硬質(zhì)合金刀頭，它包括一接地部分，它有一前端與后端并繞一縱軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn);用來接附到一刀具柄上的安裝部分;所說接地部分有一沿徑向朝外的凹面;所說安裝部分有一沿徑向朝內(nèi)的凸面并連接地部分延伸。
14.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中所說的凹面與所說的凸面同心。
15.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中所說的接地部分包括一沿徑向朝外的圓柱面，上面則連接著前述的凹面與凸面。
16.如權(quán)利要求15所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中所說的凹面與所說的凸面同心。
17.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中述及的安裝部分還包括沿徑向在所述凹面內(nèi)且與之相鄰的一后面。
18.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中所說的后面是平面且位于上述凸面之前。
19.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中述及的凸面上有凹坑。
20.如權(quán)利要求19所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中述及的凹坑包括第一凹坑、第二凹坑與第三凹坑，這些凹坑圍繞前述縱軸于圓周上兩兩分隔120°。
21.如權(quán)利要求13所述的硬質(zhì)合金刀頭，其中所說的凸面有一第一曲率半徑，所說的凹面有一第二曲率半徑，而此第一曲率半徑大于第二曲率半徑。
全文摘要
一種硬質(zhì)合金刀頭，上面設(shè)有用來安裝到一刀具鋼柄上的凹座。此凹座有一環(huán)形凸面，從該刀頭上接地部沿徑向朝內(nèi)和向前延伸。此凸面則焊接到一鋼柄上的前端以形成一刀具。
文檔編號(hào)E21C35/183GK1040846SQ8910492
公開日1990年3月28日 申請(qǐng)日期1989年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月20日
發(fā)明者史蒂芬·P·斯蒂弗爾, 微尼·H·比奇, 卓尼·J·皮里茲 申請(qǐng)人:克尼曼托公司