CN117545899A - 转接器和包括该转接器的耐磨工具 - Google Patents

Abstract

提供转接器用于呈现金刚石复合材料，例如TSDC，其由金属基质复合材料结合在其中。转接器主体适合于被容纳在形成于耐磨工具的耐磨面上的互补安装座中。所描述的方法允许机加工各个转接器以在耐磨工具安装座内提供精确配合，而不需要对金刚石复合材料进行具有挑战性的机加工或克服将多个金刚石复合材料精确地结合到其互补安装座中的困难。

Description

转接器和包括该转接器的耐磨工具

技术领域

本公开涉及一种与耐磨工具一起使用的转接器。具体地，本公开涉及包括结合在其中的金刚石复合材料的转接器，并且该转接器被配置为容纳在耐磨工具的互补安装座以及如此形成的耐磨工具中。

背景技术

采矿和挖掘需要破碎、减少和去除大量岩石，这通常使用专门设计的诸如截齿、钻头、铲斗等之类的耐磨工具来实现。例如，截齿可以具有带有碳化钨尖端的钢体，这对于破碎软到中硬的岩石是有效的。然而，当需要破碎硬岩石时(商业上越来越多的情况)，碳化钨就不适合，因为尖端和岩石之间的界面处会产生高温。这会导致碳化钨软化并导致尖端快速磨损。

为了解决这个问题，开发了先进的金刚石复合材料(ADC)以及将它们结合到耐磨工具主体中的技术。以本申请人的名字且其全部内容通过引用并入本文的WO 2001/88322描述了使由金属基质复合材料(MMC)来将ADC有效地结合至碳化钨或钢耐磨工具基材。此类ADC包括热稳定金刚石复合材料(TSDC)，其具有结合在碳化硅内的金刚石晶粒，并且已发现其耐磨性比碳化钨高出几个数量级。碳化硅使TSDC在高达1200℃左右的温度下仍能保持其性能，并且TSDC优异的导热性可以更好地散发所产生的热量。

虽然此类ADC材料在使用中，特别是在破碎较硬的岩石类型时，具有显著优势，但由于将多个TSDC切削尖端结合到耐磨工具中的挑战性和成本，阻碍了其广泛的商业应用。当制备在其耐磨面上具有许多单独的耐磨尖端或表面的耐磨工具时，这尤其具有挑战性。虽然将尖端压配合到耐磨工具主体中的成本较低，但配合必须非常精确，因此需要将被容纳到耐磨工具安装座中的TSDC区域的精确尺寸。金刚石复合材料(例如TSDC)由于其固有的硬度而极难加工，这大大增加了生产成本。这导致在破碎岩石情况下使用劣质碳化钨或类似材料，而这些材料不是最佳的，或者在适当制备TSDC尖端耐磨工具时会产生大量额外费用。

对已包括在本说明书中的文件、行为、材料、装置、文章等的任何讨论，不应被视为承认这些内容中的任何部分或所有内容像在所附权利要求中的每一项的优先权日期之前就存在那样，形成现有技术基础的一部分或者是与本公开相关的领域中的公知常识。

贯穿本说明书，词语“包含”或诸如“含有”或“包括”的变体将被理解为暗示包括规定的一个要素、整数或步骤，或者一组要素、整数或步骤，但不排除任何其他要素、整数或步骤，或者要素、整数或步骤组。

发明内容

本公开提供了一种用于容纳结合在其中的金刚石复合材料的转接器；包括这种转接器的耐磨工具；形成这种耐磨工具的方法以及使用这种耐磨工具的方法。

一个重大挑战是在单个耐磨工具中包含多个金刚石复合材料耐磨尖端，同时确保在每个金刚石复合材料和基材之间形成牢固的结合。金刚石复合材料(例如TSDC)由于其固有的硬度而极难加工，这意味着金刚石复合材料耐磨尖端不太可能具有均匀的尺寸。将多个金刚石复合材料耐磨尖端结合到耐磨工具内的凹部的一个重大挑战是考虑制造工艺中众多MMC区域的体积变化。

人们已经认识到，通过使用适当的转接器可以应对精确确定不规则形状的金刚石复合材料的维度或尺寸以及考虑多个MMC区域的体积变化的挑战。金刚石复合材料可以如WO 2001/88322中所述那样合成为所需的大致尺寸，然后使用MMC结合在转接器内。MMC的使用允许在金刚石复合材料与转接器的配合方面存在一定量的公差，因此不需要对金刚石复合材料进行精确机加工，并且金刚石复合材料呈现的不规则表面通常也是可接受的。MMC将金刚石复合材料结合到转接器中，同时填充两者之间的任何间隙或不必要的空隙，从而有效地提供准备好安装在耐磨工具的安装座内的已修改耐磨元件。每个转接器都是单独制造的，这解决了在制造工艺中同时考虑单个耐磨工具内MMC多个区域中体积波动的重大问题。有利地，这允许更好地控制由于制造期间的温度变化而导致的体积波动，并且增加耐磨尖端与转接器的凹部之间必然牢固结合的可能性。

由于转接器可以由常见的基材材料(例如钢)制成，因此可以非常方便对其进行精确加工，以便在随后将其压配合到安装座中时形成最佳的过盈配合。因此，转接器的使用允许采用常见的压配合方法来将金刚石复合材料安装在耐磨工具内。这允许快速且相对低成本地在耐磨工具内附接并形成多个金刚石复合材料耐磨尖端的强过盈配合。MMC的使用确保金刚石复合材料牢固地结合到转接器上。方便地，本公开的方法意味着耐磨工具(适当地呈现TSDC)可以仅使用通用工程车间设施来制备，而不需要任何其他HPHT(高压、高温)设备。合适的工具可包括车床、压力机、测量设施和加热装置(感应加热器等)。因此，所概述的方法允许将多个TSDC配合到单个耐磨工具中的工艺由使其商业化的通用工程车间或现场车间来完成。

本公开的一个方面提供了一种用于呈现金刚石复合材料的转接器，该转接器包括：

(a)主体，其限定一凹部；和

(b)金刚石复合材料，其由金属基质复合材料结合在凹部内，

其中转接器主体被配置为直接容纳在形成于耐磨工具的耐磨面上的互补安装座内。

在实施例中，金刚石复合材料经由金属基质复合材料结合至凹部的表面。

在一些实施例中，金属基质复合材料在金刚石复合材料和凹部的表面之间形成一层。

在一些实施例中，转接器被配置为可释放地容纳在耐磨工具的互补安装座中。

在实施例中，转接器主体被配置为至少局部地容纳在互补安装座内。

在实施例中，转接器主体被配置为基本上被容纳在互补安装座内。

在实施例中，转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁直接接触。

在实施例中，该转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就抵靠互补安装座的壁。

在实施例中，该转接器主体被配置为一旦其被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁摩擦接合。

在实施例中，该转接器被配置为通过机加工主体的外表面而被容纳在耐磨工具的互补安装座中。

在实施例中，该金属基质复合材料在金刚石复合材料和凹部之间形成一结合层。

在实施例中，该转接器主体由钢形成。

在实施例中，该金刚石复合材料延伸超出转接器主体的上部范围。

在实施例中，金刚石复合材料呈现出具有至少一个倾斜面的面向外的区域。

本公开的另一方面提供了一种耐磨工具，包括：

(a)工具主体，其包括设置在工具主体上的至少一个安装座；和

(b)转接器，其包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在凹部内的金刚石复合材料，

其中转接器被容纳在至少一个安装座内。

在实施例中，该工具主体的至少一个安装座与转接器主体互补。

在实施例中，该转接器主体直接容纳在至少一个安装座内。

在实施例中，至少一个安装座形成在耐磨工具的耐磨面上。

在一些实施例中，该工具主体包括多个安装座，每个安装座均容纳有转接器。

在实施例中，该转接器与其容纳在其中的安装座配合地接合。

在实施例中，该配合接合是过盈配合。

在实施例中，该转接器被容纳在安装座内，使得金刚石复合材料延伸超出安装座设置在其中的耐磨工具的耐磨面。

本公开的另一方面提供了一种制备耐磨工具的方法，包括以下步骤：

(a)提供一种转接器，该转接器包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；

(b)提供一种包括工具主体的工具，该工具主体包括设置在工具主体上的至少一个安装座，该安装座与转接器互补；和

(c)将转接器定位在工具主体的至少一个安装座内，从而制备耐磨工具。

在实施例中，该转接器以过盈配合位于工具主体的至少一个安装座内。

在实施例中，所述定位是压配合步骤以实现过盈配合。

在实施例中，该转接器主体直接容纳在至少一个安装座内。

在实施例中，所述至少一个安装座形成在工具的耐磨面上。

在一些实施例中，该方法还包括步骤(bi)：在步骤(c)之前修改转接器主体以被容纳在工具主体中的至少一个安装座中。

在某些实施例中，所述修改是对转接器主体进行机加工。

在实施例中，该工具主体包括多个安装座。

在实施例中，在工具主体的多个安装座中的每个内设有单独的转接器。

本公开的又一个方面提供了一种破碎岩石的方法，包括以下步骤：

(a)提供一种耐磨工具，该耐磨工具包括工具主体和转接器，该工具主体包括设置在该工具主体内的至少一个安装座，而该转接器容纳在该至少一个安装座内，并且该转接器包括限定凹部的主体和用基质金属复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；和

(b)使岩石与耐磨工具接触，从而破碎岩石。

附图说明

尽管任何其他形式都可能落入发明内容中阐述的方法的范围内，但现在将参考下面的附图来描述具体实施例：

图1是热稳定金刚石复合材料(TSDC)在模拟测试条件下暴露于砂轮之前(上面的两幅图像)和之后(下面的两幅图像)的一系列图像。

图2(a)和(b)示出了用于呈现金刚石复合材料的转接器的实施例的照片(a)和相应的示意图(b)。

图3是用于将具有所结合的金刚石复合材料的转接器定位到工具主体的互补安装座中的压配合布置的照片。

图4(a)和4(b)是作为耐磨工具的一个实施例的采矿钻头的照片，呈现了多个金刚石复合切削元件，而图(c)是耐磨工具的一个部件的横截面的示意图，示出了其中具有金刚石复合材料切削元件的转接器如何与耐磨工具的互补安装座安装在一起。

具体实施方式

通用定义

在整个本说明书中，除非另有具体说明或上下文另有要求，提及单个步骤、物质组合物、步骤组或物质组合物组应被视为涵盖这些步骤、物质组合物、步骤组或物质组合物组中的一个和多个(或一种或多种)。因此，如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”包括复数方面，除非上下文另外明确指出。例如，提及“一”包括单个以及两个或更多个；提及“一个”也包括单个以及两个或多个；提及“所述”或“该”包括单个以及两个或更多个等等。

术语“和/或”，例如“X和/或Y”，应理解为意指“X和Y”或“X或Y”，并且应被视为对两种含义或任一含义提供明确支持。

除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。尽管与本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于本发明的实践或测试，但是合适的方法和材料描述如下。如有冲突，以本说明书(包括定义)为准。另外，材料、方法和实施例仅是说明性的而非旨在限制。

转接器

本公开的一个方面提供了一种用于呈现金刚石复合材料的转接器，该转接器包括：

(a)限定凹部的主体；和

(b)由金属基质复合材料结合在凹部内的金刚石复合材料，

其中转接器主体被配置为直接容纳在形成于耐磨工具的耐磨面上的互补安装座内。

图1示出了金刚石复合材料100的一个实施例，该金刚石复合材料是在陶瓷基碳化硅内包含金刚石晶粒的热稳定金刚石复合材料(TSDC)。应当理解，金刚石复合材料的形状和材料或成分的确切性质可以改变为岩石挖掘和采矿领域中已知的任何那些。金刚石复合材料100也可称为金刚石复合材料耐磨或切削元件100并且配备有耐磨尖端110和耐磨主体120。图1仅以举例说明方式在顶部两张图像中示出了未使用的TSDC金刚石复合材料100，而底部两张图像中示出了在模拟测试条件下暴露于砂轮后的相同TSDC金刚石复合材料100。可以看出，对耐磨尖端110的损坏相对最小，并且可以理解为远小于利用类似形状的碳化钨耐磨尖端(未示出)观察到的损坏。这种TSDC在本领域中是已知的，但由于其有利的耐磨特性而被认为作为本公开的转接器的部件是有益的。

在实施方案中，金刚石复合材料是金刚石金属和/或准金属复合材料。例如，金刚石与多种金属或准金属(包括钴和/或钨和/或硅)内的复合材料是本领域已知的。优选地，金刚石复合材料是金刚石和含硅复合材料。

在实施例中，金刚石复合材料是金刚石金属或准金属碳化物材料。金刚石复合材料可以选自与硅、钨和钴中的一种或多种碳化物复合的金刚石。优选地，金刚石复合材料是包含金刚石和碳化硅的复合材料。

在某些实施例中，金刚石复合材料可以是由金刚石和碳化硅组成或基本上由金刚石和碳化硅组成的复合材料。

在实施例中，金刚石复合材料是陶瓷基碳化硅粘合剂材料内的金刚石。优选地，金刚石复合材料是TSDC。

在实施例中，金刚石复合材料不是多晶金刚石复合片或复合材料，在本领域中称为PDC。

图2(a)和2(b)示出了本公开的转接器200的实施例，其呈现出结合至其中的凹部的金刚石复合材料100。转接器200具有主体210，主体210具有外壁220、底座230(如图2(b)所示)和上部范围或表面240，上部范围或表面240是外壁220的上表面。应当理解，转接器主体210可以采用任何期望的形状，并且其将被设计成与其所在的耐磨工具的安装座互补。主体210限定可与上部范围或表面240连续的凹部，该凹部具有图2中的金刚石复合材料100结合到其上的结合表面。再次，由主体210限定的凹部可被适当地成形以容纳金刚石复合材料100，但在一个实施例中，可被成形为如图1中所示那样容纳TSDC。

主体210可以由适合形成为与耐磨工具主体过盈配合的一系列材料形成，因此本领域已知的用于此类目的的多种金属和金属复合材料都可以是合适的。在实施例中，转接器主体210可由钢形成。

应当理解，转接器主体210可以具有任何合适的尺寸。通常，金刚石复合材料100的直径将在10-26mm之间，或者直径在14-24mm之间，或者直径在18-22mm之间，包括18mm、19mm和20mm。

在实施例中，金刚石复合材料100经由金属基质复合材料结合至凹部的表面。在图2(a)和(b)中，可以在主体210的内表面或凹部表面(未示出)与金刚石复合材料100之间看到MMC(金属基复合材料)层250。使用MMC将金刚石复合材料100结合至钢凹部的内表面的方法可如WO 2001/88322中所描述。MMC可以通过局部扩散到金刚石复合材料100和转接器主体210的钢中来形成结合层。

在实施例中，MMC层250是局部层或完整层。优选地，MMC层250是在金刚石复合材料100和转接器主体210的凹部260之间延伸的完整结合层。结合层可以包括与凹部260的下表面的接触。MMC可以选自WO 2001/88322中描述的那些以及本领域已知用于粘合的金属基质复合材料粉末的那些。此类材料的多种选择是商购。

在一个实施例中，MMC可从Kennametal购买并选自其网站https://www.kennametal.com/us/en/products/Met.al-Powders-Materiais-Consumables/readv-to-Press-powders.html。

在一些实施例中，如从图4(c)中可以推断的那样，转接器被配置为可释放地容纳在耐磨工具的互补安装座中。配合的可释放性质显然取决于过盈配合的性质以及将转接器200在安装座内反向定位的能力，但是在一些实施例中，可能期望能够抽出转接器200并且用新的转接器200，进而新鲜的金刚石复合材料100的耐磨尖端110替换它的能力。转接器200通常将以强过盈配合定位在互补安装座内，并且不会在过度磨损后被移除，而是整个钻头或耐磨工具的其他部件将被位于其中的新的转接器200替换。

优点是转接器200被配置为通过机加工主体210的外表面而直接容纳在耐磨工具的互补安装座中。也就是说，转接器主体不经由诸如轴或其他连接元件的中间结构被容纳，而是转接器主体210本身直接位于互补安装座内，并且基本上被互补安装座容纳或包围。正如所讨论的，金刚石复合材料的加工可能极具挑战性、耗时且昂贵。如本文所述，转接器200的使用有效地产生具有更易于通过机加工或其他标准尺寸技术来改变其尺寸的外部的已修改金刚石复合材料镶嵌件。转接器200的钢主体210允许使用标准机加工技术，其可以在转接器主体210及其互补安装座的尺寸之间产生非常精确的匹配。一旦转接器200已被压配合到安装座中，这就允许优化的过盈配合。

在实施例中，金刚石复合材料100延伸超过转接器主体210的上部范围。具体地，尖端110延伸超出外壁220的上部范围或表面240，使得当转接器200定位在耐磨工具的安装座内时，金刚石复合材料尖端110将远离耐磨工具向外呈现以最佳地定位用于在使用过程中破碎岩石。

因此，应当理解，本说明书的实施例提供了转接器主体(图2中的210)，其直接容纳在互补安装座内，该互补安装座本身形成在耐磨工具的耐磨面内。这导致耐磨工具的耐磨面的主体至少局部地围绕、包围转接器主体210和/或直接接触转接器主体210。在实施例中，这进一步导致转接器底座230直接位于互补安装座内并且定位成基本上邻近安装座空隙的互补底板。

耐磨工具及其制备

本公开的另一方面提供了一种耐磨工具，包括：

(a)工具主体，包括设置在工具主体上的至少一个安装座；和

(b)转接器，包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料，

其中该转接器主体被容纳在该至少一个安装座内。

本公开的另一方面提供了一种制备耐磨工具的方法，包括以下步骤：

(a)提供一种转接器，该转接器包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；

(b)提供一种包括工具主体的工具，该工具主体包括设置在工具主体上的至少一个安装座，该安装座与转接器互补；和

(c)将转接器主体定位在工具主体的至少一个安装座内，从而制备耐磨工具。

术语“耐磨工具”在本文中以广义使用，它在该广义范围内包括可用于破碎、切割、挖掘或以其他方式降解或减少岩石和类似材料的所有形式的工具，或者可以简单地是在使用过程中暴露于此类岩石和类似材料，因此需要能够抵抗这些材料可能造成的磨损的所有形式的工具。例如，本文描述的耐磨工具可以是采矿钻头、岩石锯、圆盘刀具等，因此具有呈现金刚石复合材料100的切割或耐磨元件的耐磨面或表面。替代地，本文描述的耐磨工具可以是拉铲铲斗、挖掘机转接器、凿齿等(其可以具有一些在操作中破土作用的部件，但也具有简单地捕获和去除可能会导致其暴露表面过度磨损的岩石和瓦砾的作用)的齿上的可更换部件。本质上，本文描述的耐磨工具可以是金刚石复合材料能够附接到其上并且所述金刚石复合材料将提供已修改耐磨面的任何工具。

在一个实施例中，耐磨工具是用于破碎或切割岩石的工具。

在优选实施例中，耐磨工具是具有或适合于具有用于容纳转接器和所结合的金刚石复合材料的多个安装座的耐磨工具。多个安装座可以是至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个或至少7个适合容纳本文所述的转接器的安装座。

在实施例中，工具主体的至少一个安装座与转接器主体210互补。图3和图4(a)至(c)示出了耐磨工具300、工具310和工具主体320的实施例。图3示出了工具310的实施例，其例如可以采用需要附接金刚石复合材料耐磨或切削元件的采矿钻头的形式。工具310具有工具主体320，在工具主体320内，在其上部延伸处设置有与上述转接器200互补的多个安装座330。具体地，在该实施例中，安装座330形成在工具主体320的头部350上的耐磨面340内。

在实施例中，安装座是形成在工具主体(其可以称为耐磨面主体)内的凹部，其适合于以过盈配合容纳耐磨元件。

图3还示出了具有驱动工具的配合组件400，该驱动工具适合于容纳具有所结合的金刚石复合材料100的转接器200(在图3上标记为“TSDC组件”，尽管TSDC不可见)。配合组件400可以是本领域已知的用于在部件之间产生过盈配合以形成耐磨工具的任何此类可用组件。这种组件经常用于将碳化钨切削尖端压配合到工具的互补安装座中。配合组件400可选自如本领域已知的手动、气动、液压气动或电伺服压配合。例如，用于生成和测试此类压配合的合适组件可从Instron获得，网址为https://www.instron.us/en-us/products/testing-systems/dynamic-and-fatigue-systems。

因此，期望提供一种诸如本发明所提供的方法，其允许使用具有已建立的商业应用的标准技术来将金刚石复合材料(例如TSDC)定位在这样的安装座330内，而不需要对TSDC进行额外的机加工。配合组件400将在一定压力下将转接器200驱动到其互补的安装座330中，该压力由于通过机加工或类似的尺寸修改而产生的转接器主体210的精确尺寸，而导致强过盈配合。

在实施例中，转接器主体被配置为至少局部地容纳在互补安装座内。这从附图中显而易见，因为不需要中间或连接元件，而是转接器的主体(和底座)直接位于互补安装座内以直接与安装座的壁接触。

在实施例中，转接器主体被配置为基本上被容纳在互补安装座内。虽然不是必需的，但为了适当的强过盈配合的目的，可能转接器主体的很大一部分或基本上全部直接被安装座的壁或边界包围。

在实施例中，转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁直接接触。应当理解，外壁220和底座230因此将紧邻或邻接互补安装座的互补壁和底板。

在实施例中，转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就抵靠互补安装座的壁。

在实施例中，转接器主体被配置为一旦其被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁摩擦接合。

在这种情况下，应当理解，在实施例中，金属基质复合材料在金刚石复合材料(TSDC)和转接器的凹部的表面之间形成一层，然后将外壁220紧邻该互补安装座壁定位。即，在转接器主体的外壁与直接与耐磨工具的耐磨面形成的安装座的壁之间不存在中间载体或基座，在转接器主体的内部通过MMC结合TSDC。换句话说，TSDC以化学方式结合到的转接器本身直接位于互补安装座内。此时，耐磨工具不需要暴露于任何进一步的化学或热处理，因为转接器的简单化学放置提供了期望的最终结果。

然而，应当理解，本公开不具体限于用于将转接器定位在互补安装座内的任何一种技术，而是可以使用本领域已知的任何方法，包括目前用于将碳化钨切削元件放置在互补安装座内的那些方法。

当耐磨面340的每个安装座330已容纳转接器200时，就如图4(a)和(b)所示那样形成最终耐磨工具300。因此，术语“工具”在本文中与制备耐磨工具的方法相关地使用，以描述在转接器200位于其中之前具有可用安装座330的工具。一旦转接器200如此定位，则该工具被称为耐磨工具。

虽然无法看到转接器200本身，但图4(a)和(b)清楚地示出了结合在转接器主体210的凹部内的金刚石复合材料100如何远离耐磨面340延伸，从而形成适合破碎岩石的耐磨工具300。图4(c)是耐磨工具的一个区域的横截面的表示，示出了具有位于其中的金刚石复合材料100的切削元件的一个转接器200如何与耐磨工具的互补安装座330一起安装。由于能够加工转接器主体210的外表面，所以当每个转接器200通过配合组件400以简单的方式定位在其互补安装座330内时，有利地提供适当精确的过盈配合。如果耐磨工具300要在不使用本文描述的转接器200的情况下形成，则所有金刚石复合材料100将必须以巨额费用和难度单独机加工，因此本方法提供了一种大大改进的工艺，该工艺应提高金刚石复合材料技术在耐磨应用中的接纳与使用。

因此，在一些实施例中，该方法还包括步骤(bi)：在步骤(c)的定位之前修改转接器主体210以产生与工具主体310的至少一个安装座的最佳配合。

这种修改通常是转接器主体210的一个或多个尺寸的减小。如本文所述，金刚石复合材料镶嵌件的直接机加工极具挑战性，因此难以修改自然不规则形状的金刚石复合材料基材。转接器200内的结合产生了更多规则形状，即转接器200的外部形状，然后可以根据需要方便地进一步修改，以最佳地与安装座330互补。

在某些实施例中，修改是对转接器主体进行机加工。

在一些实施例中，工具主体310包括多个安装座330，每个安装座已容纳转接器200。虽然应当理解，本方法可应用于将单个转接器200定位在安装座330内以形成耐磨工具300，但是当由于以下原因而必须将多个转接器200定位在一个工具主体310内时，优点显著增加：否则在将多个金刚石复合材料100的部件直接定位在所有可用安装座330内时将面临困难。

因此，在实施例中，工具主体包括多个安装座，转接器可位于其中。每个安装座的设计和/或尺寸可以相同或不同，但通常每个安装座将具有与其他安装座类似的设计和/或尺寸。

耐磨工具的使用

本公开的又一个方面提供了一种破碎岩石的方法，包括以下步骤：

(a)提供一种耐磨工具，该耐磨工具包括工具主体和转接器，该工具主体包括设置在该工具主体内的至少一个安装座，而该转接器容纳在该至少一个安装座内，并且该转接器包括限定凹部的主体和用基质金属复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；和

(b)使岩石与耐磨工具接触，从而破碎岩石。

岩石的破碎在本文中被广义地考虑，它涵盖破碎的岩石和碎石的移动和/或收集(例如通过铲斗和其他挖掘机转接器和耐磨齿实现的)以及实际破裂、切割或减少岩石。

所提供的耐磨工具可以是如上文关于任何方面描述的耐磨工具300。耐磨工具300将具有如本文所限定的位于其至少一个安装座330内的转接器200以及具有凹部的转接器主体210，金刚石复合材料100的切削或耐磨元件经由MMC结合在该凹部内。

应当理解，岩石与耐磨工具300的接触将根据耐磨工具300的性质和其所应用的任务而变化。如果使用诸如图3和图4中所示的采矿钻头作为耐磨工具300，则钻头将被提供动力并以通常的方式与岩石面接合，由此可以看出当前公开的方法的优点在于耐磨工具300的制备，而在一些实施例中，在于使用这种方法来更换任何过度磨损的金刚石复合材料100的耐磨或切削元件。

现在将通过非限制性示例来描述本公开，但是应当理解，根据本公开，可以做出各种修改而不脱离所述公开的精神。

示例

以下工作步骤提供了一种形成本公开的转接器并将其装配在耐磨工具内的方法。这些步骤可以根据附图和本公开中的相关部件的公开来查看。然而，应当理解，基于材料(例如MMC)和配合组件等的特定选择，这些步骤可能发生变化。本领域技术人员可以根据本公开内容对以下步骤进行这样的修改。

形成转接器：

·转接器主体可由AISI 4340钢制成或加工成所需形状，并留有足够的内部空间以容纳TSDC并允许MMC。

·可从https://www.kennametal.com/us/en/products/Metal-Powders-Materials-Consumables/readv-to-press-powders.html中选择MMC，其中DMHPM 0079或P75SB是合适的。

·然后将选定的MMC插入到TSDC坯料的下方和周围。经由可通过感应线圈实现的受控加热循环对转接器/TSDC坯料加热。

·加热过程中，提供还原性环境，以减少MMC元件氧化的发生。加热最高温度可达980℃，并在最高温度下应用模具以帮助MMC固结。随后允许空气冷却而不进行主动淬火，以经由MMC层向转接器提供位于其中的TSDC。

将转接器放置在耐磨工具内：

·将转接器的外部加工至所需的直径和长度，以满足正在制造的耐磨工具内互补安装座的尺寸要求。转接器底座和外壁的精确成品直径和形状将取决于工具主体中提供的凹口/安装座，但设计为能够产生转接器的合适的过盈配合，该过盈配合不会太大而导致机体龟裂。该方法与当前将碳化钨切削元件安装到耐磨刀具安装座中时使用的方法一致。

·压配合组件(例如气动或伺服压配合)按照制造商的建议进行设置和准备。转接器被装载到压配合组件中并且耐磨工具被适当地定位以便将转接器容纳到互补安装座中。

·然后使用压配合组件将转接器压入耐磨工具主体的安装座中。

·如果耐磨工具切削面具有多个安装座(通常是这种情况，并且是观察到本公开的方法的最大益处的情况)，则针对每个单独的安装座重复该工艺，直到所有期望的转接器呈现TSDC切削元件以过盈配合方式位于耐磨或切削面上的安装座内，此时耐磨工具即可使用。

总结

本公开提供了一种允许将金刚石复合材料耐磨或切削元件非常精确地配合到具有互补安装座的工具主体中的方法，而不需要将多个金刚石复合材料以化学方式结合到单个工具主体的安装座中或机加工每个单独的金刚石复合材料。尚未证明这种金刚石复合材料的机加工在如此规模上在经济上是否可行的，因此限制了这种优质耐磨材料的采用。使用转接器可以将每个单独的金刚石复合材料单独结合到该转接器上，从而可以将尺寸更精确的部件定位在安装座内。为了形成最佳的过盈配合，转接器的主体可以通过机加工等方便地修改为由已经形成在工具主体内的标准安装座规定的精确尺寸。

所概述的方法进一步允许使用已经广泛用于在耐磨工具内定位常用切削元件(例如碳化钨切削尖端)的技术将转接器定位在安装座内。因此，所描述的工艺不需要工具制造商显著改变他们的耐磨工具制备方法。本质上，他们只需获取或提供转接器以及所选的MMC结合金刚石复合材料，然后将其以标准方式定位到工具中。然而，这种简单的转换可以通过使用优质耐磨材料(例如TSDC)轻松形成耐磨工具而获得显著的优势，从而大大改善岩石破碎、减少热损伤和火花以及延长使用寿命。

Claims (24)

1.一种用于呈现金刚石复合材料的转接器，该转接器包括：

(a)主体，其限定一凹部；和

(b)金刚石复合材料，其由金属基质复合材料结合在凹部内，其中所述转接器主体被配置为直接容纳在形成于耐磨工具的耐磨面上的互补安装座内。

2.根据权利要求1所述的转接器，其中所述金刚石复合材料经由所述金属基复合材料结合至所述凹部的表面。

3.根据权利要求2所述的转接器，其中所述金属基质复合材料在所述金刚石复合材料和所述凹部的表面之间形成一层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转接器，其中所述转接器主体被配置为可释放地容纳在所述耐磨工具的互补安装座中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转接器，其中所述转接器主体被配置为通过机加工所述主体的外表面而被容纳在所述耐磨工具的互补安装座中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转接器，其中所述金属基质复合材料在所述金刚石复合材料和所述凹部之间形成一结合层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转接器，其中所述转接器主体由钢形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转接器，其中所述转接器具有以下(i)至(iv)情形中的至少一种：

(i)所述转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁直接接触；

(ii)所述转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就紧靠互补安装座的壁；

(iii)所述转接器主体被配置为一旦被容纳在互补安装座内就与互补安装座的壁摩擦接合；和

(iv)所述金刚石复合材料呈现出具有至少一个倾斜面的面向外的区域。

9.一种耐磨工具，包括：

(a)工具主体，其包括设置在工具主体上的至少一个安装座；和

(b)转接器，其包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在凹部内的金刚石复合材料，

其中所述转接器主体直接容纳在所述至少一个安装座内。

10.根据权利要求9所述的耐磨工具，其中所述工具主体的所述至少一个安装座与所述转接器主体互补。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的耐磨工具，其中所述工具主体包括多个安装座，每个安装座均容纳有所述转接器。

12.根据权利要求9至权利要求11中任一项所述的耐磨工具，其中所述转接器主体与其容纳在其中的安装座配合地接合。

13.根据权利要求12所述的耐磨工具，其中所述配合接合是过盈配合。

14.根据权利要求9至权利要求13中任一项所述的耐磨工具，其中所述转接器主体被容纳在所述安装座内，使得所述金刚石复合材料延伸超出所述安装座设置于其中的耐磨工具的耐磨面。

15.根据权利要求9至权利要求14中任一项所述的耐磨工具，其中所述耐磨工具是具有耐磨面的耐磨工具，所述耐磨面呈现或适于呈现多个安装座，所述多个安装座用于容纳根据权利要求1至权利要求8中任意一项的转接器和所结合的金刚石复合材料。

16.一种制备耐磨工具的方法，包括以下步骤：

(a)提供转接器，该转接器包括限定凹部的主体和由金属基质复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；

(b)提供包括工具主体的工具，该工具主体包括设置在工具主体上的至少一个安装座，该安装座与转接器主体互补；和

(c)将转接器主体直接定位在工具主体的所述至少一个安装座内，从而制备耐磨工具。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述转接器以过盈配合定位在所述工具主体的所述至少一个安装座内。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述定位是压配合步骤以提供过盈配合。

19.根据权利要求16至权利要求18中任一项所述的方法，还包括步骤(bi)：在步骤(c)之前修改所述转接器主体以容纳在所述工具主体的至少一个安装座中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述修改是对所述转接器主体进行机加工。

21.根据权利要求16至权利要求20中任一项所述的方法，其中所述工具主体包括多个安装座。

22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述工具主体的多个安装座中的每个内设有单独的转接器。

23.一种破碎岩石的方法，包括以下步骤：

(a)提供耐磨工具，该耐磨工具包括工具主体和转接器，该工具主体包括设置在该工具主体内的至少一个安装座，而该转接器直接容纳在所述至少一个安装座内，并且该转接器包括限定凹部的主体和用基质金属复合材料结合在该凹部内的金刚石复合材料；和

(b)使岩石与耐磨工具接触，

从而破碎岩石。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述耐磨工具是如权利要求9至权利要求15中任一项所限定的耐磨工具。