CN1040244A

CN1040244A - 硬质合金刀尖

Info

Publication number: CN1040244A
Application number: CN89104931A
Authority: CN
Inventors: 史蒂芬·P·斯蒂弗尔; 微尼·H·比奇; 卓尼·J·皮里兹
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1990-03-07
Also published as: AU3985189A; EP0427758A1; JPH03503793A; AU617509B2; CN1011995B; PL163117B1; ES2015172A6; CA1332178C; US4941711A; KR900702169A; EP0427758A4; WO1990001107A1

Abstract

一种刀头用的硬质合金刀尖，它关于纵轴旋轴对称，在其后端有一窝座以便铜焊到钢刀体的凸起上。刀尖窝座和刀尖后端最后的外表面上分别有一组第一凸痕和第二凸痕，以便在把刀尖放置到刀体上时起到隔离，定心和对准的作用，从而在刀体和刀尖之间形成具有预定厚度的铜焊头。

Description

本发明涉及装在建筑及挖掘中使用的刀头上的耐磨刀尖，特别是硬质合金刀尖。

过去，在建筑和挖掘中曾使用过许多刀头设计。这些刀头一般在刀尖装有钨钴碳硬质合金镶刃，镶刃铜焊在钢制刀体或刀柄上。

在这些应用场合采用了旋转式和非旋转式两种刀头，较早的一种旋转式刀头设计中用到一种硬质合金刀尖，它有一环形后面，带有一窝座，刀体的前端铜焊在窝座上面。刀体的前端有一环形前面，其上有一向前的凸起，部分地伸入窝座（即，窝座的深度大于向前的凸起的高度）。因而钢和硬质合金间的铜焊头在钢的凸起的前端最厚，而在硬质合金和钢的相对环形表面最薄。虽然前述设计的旋转式刀头已有商业应用，但是，刀尖的硬质合金却易于破裂。

前述设计已被下述两种旋转式刀头设计所取代，其中一种的硬质合金的后面是平的，另一种具有所谓的阀座设计（value seat design），这两种都铜焊入钢刀体前端的窝座内（例如，可参阅美国专利4，497，520和4，216，832号以及西德专利公开号2846744）。

采用硬质合金后面上的窝座的刀头设计，其实例可见南非专利82/9343号，苏联发明证书402655号，瑞典专利申请公开号8400269-0以及美国专利4，547，020号。

按照本发明，在刀头前端采用一种改进后的硬质合金刀尖，它关于其纵轴旋转对称，并具有一个安装在铁金属刀体上的后端。刀尖的后端具有一环形的向后的外表面和一个从该外表面向前的内窝座，其形状与铁金属刀体的凸起相配合。而且刀尖在外表面和其内窝座两者中至少有一个上设有从其后端凸起的装置以便接合铁金属体的端部，并使刀尖的放置位置距铁金属体端部间保持一间距，从而有利于在其间形成一个具有预定横截面厚度形状的铜焊头。

具体来说，凸起装置最好具有一组第一凸痕和一组第二凸痕。第一凸痕在刀尖的后端的内窝座上形成，其间相互间隔开来。例如，第一凸痕可以有三个，相互周向间隔开大约120°。第二凸痕在刀尖后端的外表面上形成，并相互间隔开来。例如，第二凸痕可有四个，相互间隔大约90°。

现在对照以下附图详细描述本发明，这样可以更清楚地了解本发明的上述方面和其它方面。

图1是按照本发明的刀头的一实施例的正视图，图中部分剖开;

图2是图1所示剖开部分中的铜焊头的放大图;

图3是图1和2所示刀尖实例的后端的后视图;

图4是刀尖实施例的正视图，图中部分剖开;

图5是图4所示刀尖实施例正视图的一半;

图6是类似图2的视图，但表示的是刀尖的另一种实施例;

图7是类似图3的视图，但表示的是刀尖的另一种实施例;

图8是类似图4的视图，但表示的是刀尖的另一种实施例;

图9是刀尖另一种实施例的纵轴向剖开的放大视图;

图10是刀体另一种实施例的纵轴向剖开的放大的局部视图。

如图1所示，本发明一实施例的旋转式刀头1具有一个连接于铁金属刀体5的钨钴碳硬质合金刀尖3，这里是用铜焊头7焊接在钢的刀体5上的。钢刀体5沿纵轴X-X延伸并最好关于纵轴X-X旋转对称，纵轴X-X是在刀体5的前端9和后部11之间延伸的。钢刀体5的后端11上可松弛地设置一弹性止动件13以便可拆卸地固定刀头，刀头可在普通的建筑或挖掘机械（未画出）上的安装块的孔中转动。本发明中用到的这种或其它种的弹性止动装置详见美国专利3，519，309和4，201，421号。

铁金属刀体5的前端9具有一个第一环状朝前的表面15，它最好处于与纵轴垂直的平面上。第一环状朝前表面15的径向之内有一个凸起17，它向前凸起。凸起17的前端是第二朝前表面19，它最好位于垂直于纵轴的平面上。第一和第二朝前表面由一个朝外的表面21连接，表面21向前延伸时向内有一锥度，也就是说最好呈截圆锥形，关于X-X轴旋转对称。最好除去所有尖锐的内外角而代之以倒棱或圆角。

第二表面19相对于第一表面15的高度H最好大约为0.178至0.188英寸。更重要的是，高度H要大于钨钴碳硬质合金刀尖3上的基本互补形的窝座23的深度，从而当把凸起17铜焊到窝座23上时，使得所得到的铜焊头的厚度，在邻近于第二朝前表面19处要小于邻近于第一环状朝前表面15。

在图2中，上述情况表示得更为清楚，硬质合金刀尖3具有一个最后的表面25，它朝向钢刀体前端9，具体来说，朝向钢刀体的环状朝前表面15。朝后表面25的径向向内，向前有一个第二朝后的表面27。表面25和27都最好为平面形，最好位于垂直于纵轴X-X的平面内。在两个朝后表面25和27之间，最好是连接于这两表面，有一个朝向的表面29从最后的表面25开始延伸，并向内有一个锥度，也就是说，最好呈截圆锥形。由表面27和29所形成的窝座23的深度D最好为0.170至0.176英寸，但更重要的是，该窝座的深度D要小于高度H。窝座和凸起的大小要使得没有焊铜时，刀尖可以靠住钢刀体的表面19而又不触及钢刀体的表面15。

因此，刀尖的环状朝后表面25加钢刀体的环状朝前表面15之间的铜焊头7的平均厚度T₁大于刀尖朝后表面27和钢刀体朝前表面19之间的平均厚度T₂。厚度T₁的推荐值为大约0.010至0.016英寸，最好为大约0.010至0.016英寸。厚度T₂的推荐值为大约0.001至0.006英寸，最好为大约0.002至0.004英寸。窝座向内锥面29和凸起17的锥面21之间的铜焊头平均厚度T₃的推荐值大约为0.008至0.024英寸，最好大约为0.010至0.016英寸。T₁和T₃最少都应为T₂的二倍，最好至少应为T₂的三倍。

围绕凸起17的周面，为了基本保持铜焊头厚度T₃的均匀一致，推荐的作法是使呈一组第一凸痕31形式的凸起装置位于刀尖3和刀体前端9之间。第一凸痕31最好设置在刀尖3的后端，从刀尖3的向内锥面29上凸起的以便接触铁金属刀体凸起的锥面21。以这种方式，第一凸痕31使得刀尖3处于与铁金属刀体凸起隔开并同心的位置上以便于在其间形成符合上述要求厚度的铜焊头7。因此，第一凸痕31最好是刀尖3的一部分，从刀尖窝座向内的锥面29上向内径向凸起，并在锥面29上周向分布开。最好有三个第一凸痕31，相互间隔120°，如图3所示。

在图6至8所示的实施例中，可以看到设有一组第二凸痕32作为凸起装置。一般来说，第一凸痕31会在刀尖3和刀体端部9之间建立起可靠的间隔开来的关系，它可保证铜焊头7的厚度要求。但是，由于刀尖3在刀体9上不精确的放置，或者由于刀尖或刀体相对表面之中任何一个局布出现超出公差的情况，第一凸痕31就会产生翘起和不能对准的问题。设置第二凸痕32就可消除这种可能性。第二凸痕32在最朝后的表面25上形成并凸起，用来使刀尖在铁金属体端部9上放置时，与其形成对准的并且隔开来的关系，因此，使两者的轴线基本重合。如图7所示，第二凸痕最好有四个，周向分布开，相互间隔大约90度。

第一和第二凸痕31，32的大小应该使其有助于保证铜焊厚度T₃基本均匀一致，它们不能太大以致影响到所要求的铜焊头厚度T₁T₃和T₂之间的关系。凸痕最好为球形。凸痕31应高于表面29大约0.005至0.008英寸以便保证T₂小于T₃的要求。我们认为，保证了T₂和T₃的上述关系就可以减小刀尖破裂的可能性，在刀尖和铜刀体之间提供牢固的，高寿命的铜焊头，从而减小刀尖的损耗。

在另一种实施例（未画出）中，刀尖和钢刀体之上的环形表面25和15，在其从纵轴X-X径向向外延伸时分别向后倾斜以便形成截圆锥表面，在这种情形时，其倾角要小于表面21和29的倾角，与垂直于纵轴X-X的平面的夹角不大于30度。在这个实施例中，深度D可以从表面25与圆柱面65（见图4）相交产生的表面25的后缘所限定的平面来计算。与其对应，在这种情况下钢凸起的高度H可以从表面15与刀尖表面65外径D_R3（见图4）相交所限定的平面来计算。

在把刀尖焊到铁金属刀体上时最好使用高温铜焊材料，以便在较宽的温度范围内保持铜焊头的强度。推荐使用的铜焊材料是：

Handy Hi-temp 548，Trimet 549，080和655。Handy Hi-temp 545由55+/-1.0W/O（重量百分比）的铜，6+/-0.5W/O的镍，4+/-0.5W/O的锰，0.15+/-0.05W/O的硅以及差额的锌和少于0.50W/O的杂质组成。Handy Hi-temp-Trimet 549是以1-2-1的比率在铜的两侧复盖Handy Hi-temp 548的三金属复合带。有关Handy Hi-temp 548和Trimet 549的资料可见Handy Harman技术数据单D-74号。前述铜焊合金由Handy Harman公司（地址859Tbird Avenue，New York，NY1002）制造和销售。Handy Hi-temp和Trimet是Handy Harman公司的注册商标。

本申请人发现，用Handy Hi-temp 549盘做成杯形装配在刀尖窝座和铁金属刀体之间，然后用普通的感应铜焊技术，不仅使刀尖焊在钢刀体上，也使钢硬化，钢可以是任何用来制造旋转式刀体的标准钢材，这样形成的铜焊头质量很好。在铜焊和硬化步骤之后，将钢回火至洛式硬度C40-45。硬质合金刀尖可以由普通用在建筑和挖掘的任何标准钨钴碳硬质合金制作。申请人发现硬质约为洛氏硬度A88.2的含大约5.7W/O的钴的标准钨硬质合金，用沥青回火（asphalt reclamation）可取得满意的效果。

刀尖接地表面可以为本专业以前使用的任何尺寸和形状，但是，最好采用图1-5（以及图6-8）的设计在图示设计中，接地表面的前端具有半径为R_T的球端45，连接于与旋转对称轴X-X向后成90-A_T度角的截圆锥面50，以便形成与球端45的前端距离为D_F的最大直径。与截圆锥面50相连接的是一个钟形部分55，有一接地的凹形面60，其后端连接圆柱形防护面65。凹形面60是由若干凹形面60A，60B和60C组成的，每个凹形面的曲率半径各不相同，沿刀尖纵向向后半径递减（即60A＞60B＞60C）。虽然可以采用任意数目的曲率半径R_n或弧A_n，但是推荐至少采用三种半径（或弧）以形成光滑的连续表面60，图中所示为R₁，R₂和R₃以及A₁，A₂和A₃。凹形面60的后端与圆柱形面65相接，圆柱形面65的直径D_R3最好不仅大于D_F而且其大小要足以或至少基本复盖焊接刀尖的整个钢刀体前表面（即大于该前表面的98%）。因此可由硬质合金刀尖提供对钢刀体前端的防磨保护，以便减少钢刀体前端9的磨损率。

由于采用了不同曲率半径的凹形面60，使刀尖在保证使用中具有最大强度和基本平均的应力分布的同时还可以减少长度L₁，从而减小刀尖在使用中破裂的可能性。

对窝座的内径D_R1和D_R2以及窝座的形状要有所选择，以便形成基本均匀的壁面，尤其是在凹形面60的区域内，窝座前端的圆形平面27提供了一个大的面积以便铜焊到钢刀体凸起的前端面上，这种结构，连同这一位置薄的铜焊头厚度保证了在使用中作用在刀尖上的大部分负荷使刀尖受压而不是受拉。申请人推荐的尺寸实例如表Ⅰ所示。这些尺寸应与前述的关于刀尖窝座，铜的凸起以及铜焊头厚度的尺寸一道采用。

表Ⅰ

刀尖尺寸的实例

半径（英寸）直径（英寸）角度（度）长度（英寸）

R₁1.179

R₂1.047

R₃0.363

A₁3.708

A₂11.630

A₃53.672

R_T0.125

A_T50

L₁0.693

L₂0.184

L₃0.070

D_F0.425

DR₁0.285

DR₂0.531

DR₃0.750

本说明书提到的所有专利和文件都用作本申请的参考文件。

本专业普通技术人员熟知，硬质合金刀尖各表面的接合处，只要有助于增加结构的强度，便于制造，可以设置倒棱，圆角和/或压制平面（pressing flats）。

图9和10分别示出刀尖3A和刀体5A的变型实施例。这两个实施例只是在图2和6所示刀尖3和刀体5上稍作改变，因此只描述其不同之处。在图2和6中，刀体5的凸起17的朝外表面21和刀尖3的窝座23的朝内表面29都是截圆锥形的，与此不同的是，刀体5A的凸起17A和刀尖3A的窝座23A的相应表面21A和29A却分别是凹形和凸形的。刀尖窝座的凸形面29A具有大约0.487英寸的半径，并与刀尖3A的外表面55A同心。外表面55A的半径R₃与前述相同。另外，凸形面29A和表面27之间的过渡面67的半径大约为0.12英寸。刀体凸起17A的凸形面21A以及凸形面21A和表面19之间的过渡而69与刀尖窝座23A的那些表面的形状是互补的。把刀尖3的窝座23的形状（如图2和6所示，具有截圆锥面29）改变成刀尖3A的窝座23A的形状（如图9所示，具有凸形面29A），可以在刀尖环绕窝座的环形部分提供更为均匀一致的厚度，从而使这一部分的刀尖材料得以加强。此时，第一凸痕31是在刀尖窝座23A的朝内凸形面29A上形成并凸起的，以便接合刀体凸起17A的朝外的凹形面21A。

根据说明书公开的构思和作法，本专业的技术人员显然可对本发明做其它变化，本说明书旨在用举例的途径对本发明作出描述，本发明的实质和范围在本申请的权利要求书中指明。

Claims

1、一种硬质合金刀尖，它具有：

一个接触地层的前端；

一个附着在铁金属刀体一端的后端；

所述刀尖关于从所述前端延伸到所述后端的一纵轴旋转对称：

所述后端具有一朝后的环形外表面和一个从环形外表面向前延伸的内窝座，该内窝座的形状与铁金属刀体端部凸起相配合；

至少在所述环形外表面和其内窝座之一上从所述后端凸起的装置，用以接合铁金属刀体端部并使所述刀尖在铁金属刀体端部放置时成相互隔开的关系，以便在其间形成具有预定厚度的铜焊头。

2、按照权利要求1所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述后端的所述内窝座上形成的且相互间隔开的第一凸痕。

3、按照权利要求2所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述内窝座包括一个径向向内的表面，所述第一凸痕在该径向向内的表面上形成。

4、按照权利要求3所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述径向向内的表面呈截圆锥形。

5、按照权利要求3所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述径向向内表面呈凸面形。

6、按照权利要求2所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第一凸痕有三个，在周向上相互隔开大约120°。

7、按照权利要求2所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔开的第二凸痕。

8、按照权利要求7所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第二凸痕有4个，在周向上相互隔开大约90°。

9、按照权利要求1所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔开的第二凸痕。

10、按照权利要求9所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第二凸痕有4个，在周向上相互隔开大约90°。

11、一种硬质合金刀尖，它具有：

一个接触地层的前端;

一个随着在铁金属刀体端部的后端;

所述刀尖关于从所述前端延伸到所述后端的一纵轴旋转对称;

所述后端具有一环形的朝后的第一表面，一个位于所述第一表面之内且从所述第一表面向前的朝后的第二表面，以及分开所述第一和第二表面的径向向内的第三表面;

在所述第一和第三表面至少之一上从所述后端凸起的装置，用以接合铁金属刀体端部并使所述刀尖在铁金属刀体端部上放置时成相互隔开的关系，以便在其间形成具有预定厚度的铜焊头。

12、按照权利要求11所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述第三表面上形成的且相互间隔开的第一凸痕，用把所述刀尖放置在所述铁金属刀体端部上时，其间形成同心的，相互隔开的关系。

13、按照权利要求12所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第三表面为截圆锥形面。

14、按照权利要求12所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第三表面为凸形面。

15、按照权利要求12所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第一凸痕有3个，周向上相互隔开大约120°。

16、按照权利要求12所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔开的第二凸痕，用以在把所述刀尖放置在铁金属刀体端部上时其间形成对准的，相互隔开的关系。

17、按照权利要求16所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第二凸痕有四个，周向上相互隔开大约90°。

18、按照权利要求11所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述凸起装置包括一组在所述后端的外表面上形成的且相互隔开的第二凸痕，用以在把所述刀尖放置在铁金属刀体端部上时其间形成对准的，相互隔开的关系。

19、按照权利要求18所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第二凸痕有四个，周向上相互隔开大约90°。

20、按照权利要求11所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第三表面为截圆锥形面。

21、按照权利要求11所述的硬质合金刀尖，其特征在于：所述第三表面为凸形面。