DE2516147C2

DE2516147C2 - Schneideneinsatz für ein Gesteinsschneidwerkzeug

Info

Publication number: DE2516147C2
Application number: DE2516147A
Authority: DE
Inventors: Stanley Norman Lichfield Staffordshire Johnson; Peter Kenny
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1974-04-24
Filing date: 1975-04-12
Publication date: 1983-09-01
Also published as: FR2268940B1; US4194790A; FR2268940A1; DE2516147A1; GB1463137A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideneinsatz für ein Gesteinsschneidwerkzeug.

Herkömmlich sind Gesteinsschneidwerkzeuge mit einer Ausnehmung oder einem Schlitz versehen, in die ein Schneideneinsatz eingesetzt ist. Dieser Schneideneinsatz besteht aus gesinterten Karbiden (Hartmetall) «> von einheitlicher Zusammensetzung. Der Härtegrad des für solche Schneideneinsätze verwendeten Hartmetalls ist über den ganzen Körper gleich. Die Sorte des verwendeten Karbids wird in jedem einzelnen Falle in Abhängigkeit des jeweils zu schneidenden Gesteins ^b5 ausgewählt. So kann z. B. bei schwierigen Schneidbedingungen ein verhältnismäßig weiches Karbid ausgewählt werden um die Bruchanfälligkeit des Schneideneinsatzes zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. In diesem Falle hat das Schneidwerkzeug jedoch eine verhältnismäßig kurze Standzeit, weil der Schneideneinsatz verschleißt und stumpf wird. Alternativ können bei weniger schwierigen Schneidbedingungen, bei denen die Bruchgefahr ein kleineres Problem ist, härtere Karbide ausgewählt werden, um den Verschleiß herabzusetzen und die Standzeit des Schneideneinsatzes zu verlängern, d.h. die Zeit, bevor ein erneutes Anschärfen erforderlich wird.

Besonders ist hervorzuheben, daß das für den Hartmetallkörper des Schneideneinsatzes zu verwendende Karbid in seiner Härte durch die Erfordernisse im Bereich der Schneid- oder Arbeitskante des Schneideneinsatzes bestimmt is:, d. h. also desjenigen Teiles des Schneideneinsatzes, der dem loszuschneidenden Gestein am nächsten liegt.

Unabhängig von der Härte des ausgewählten Karbids ist der Schneideneinsatz während der Srhneidarbeit doch einem gewissen Verschleiß ausgesetzt, so daß an dem Schneideneinsatz eine Schleißfläche ausgebildet wird, die in Schneidrichtung hinter der Schneid- oder Arbeitskante liegt Das Hartmetall verschleißt derart, daß die Schleißfläche sich in einem solchen Winkel relativ zur Schneid- oder Arbeitskante ausbildet, daß zwischen dem Schneideneinsatz und dem noch nicht losgeschnittenen Gestein ein negativer Freiwinkel entsteht Infolge«? «sen neigt die Schleißfläche dazu, auf der Oberfläche des noch nicht losgeschnittenen Gesteins entlangzureiben oder zwischen der Schleißfläche und dem noch nicht losgeschnittenen Gestein Gesteinspartikel zu zermahlen. Infolgedessen wird die Schneidwirkung des Schneidwerkzeuges herabgesetzt, so daß eine verhältnismäßig große Schneidkraft auf das Schneidwerkzeug ausgeübt werden muß, um das Gestein loszuschneiden. Ein solcher Schneideinsatz, der auch die oben beschriebenen Nachteile aufweist, ist aus der FR-PS 10 67 092 bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schneideneinsatz für ein Schneidwerkzeug zu schaffen, der trotz Verschleiß scharf bleibt, eine dementsprechend verlängerte Standzeit hat und geringere Anpreßkräfte des Schneidwerkzeuges gegen das Gestein erfordert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schneideinsatz für ein Gesteinschneidewerkzeug mit einem in Schneidrichtung vorn liegenden Schneid- oder Arbeitskörper und einem dahinter angeordneten, am Gesteinschneidwerkzeug gehaltenen Stützkorper, wobei der aus Hartmetall bestehende Schneid- oder Arbeitskörper eine größere Härte aufweist als der Stützkorper, der sich dadurch kennzeichnet, daß der Schneid- oder Arbeitskörper als dünne Platte ausgebildet ist, die auf einem um ein mehrfaches dickeren, bei der Gesteinsbearbeitung verschleißenden Stützkorper befestigt ist und daß die beiden Körper aus einem ähnlichen Material bestehen, wobei die Härte des Stützkörpers wenigstens 1000 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala beträgt, während die Härte der Schneid- oder Arbeitsplatte mindestens 100 Einheiten größer ist.

Beim Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung verschleißt die aus weicherem Material bestehende Stützschicht schneller als die Schneid- oder Arbeitsschicht, so daß im Bereich der Stützschicht stets ein positiver Freiwinkel vorhanden ist. Infolgedessen reibt das Schneidwerkzeug weniger am noch nicht losgeschnittenen Gestein, so daß die zum Schneiden erforderlichen Anpreßkräfte kleiner sind und auch ein Nachschleifen des Schneideneinsatzes entfallen kann.

Es ist zwar bei der Metallbearbeitung bekannt, aus Stahl bestehende Schneideinsätze mit Hartmetallplättchen zu bestücken, deren freie Kanten die Schneiden bilden. Auch ist es (US-PS 20 53 977) bekannt, bei einem solchen Schneideinsatz auf dem aus Stahl bestehenden Grundkörper mehrere Hartmetallplättchen übereinander anzuordnen, wobei die Härte der Hartmetallplättchen derart verschieden ist, daß das zu oberst liegende Hartmetallplättchen die größte Härte aufweist Hierbei liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, zwischen dem obersten, härtesten, Hartmetallplättchen und dem Stahl eine Verbindung von abnehmender Härte zu schaffen, durch die ein Zersplittern oder Zerbrechen des obersten Hartmetallplättchens verhindert werden solL Dementsprechend wird auch mit dem Patent ein Schutz für derart ausgebildete Schneideneinsätze zum Bearbeiten von Metallen nicht beansprucht, sondern nur für Schneideneinsätze für Gesteinsschneidewerkzeuge.

GemsB einer ersten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sind die Schneid- oder Arbeitsplatte und der Stützkörper aus gesinterten Hartmetallen unterschiedlicher Härte ausgebildet

Um einen besseren Verbund zwischen der Schneid- oder Arbeitsplatte und dem Stützkörper zu erzielen, können die Schneid- oder Arbeitsplatte und/oder der Stützkörper aus einem harten Metall einer Hartkeramik oder aus einem zusammengesetzten Material bestehen, das aus Teilchen aus hartem Mineral oder Hartkeramik besteht, die in einem Matrix aus weicherem Material eingebettet sind. Derartige Materialien können noch erheblich härter als herkömmliche Hartmetalle sein. Es können auch Materialien verwendet werden, die aufgrund ihrer Härte nicht mehr sinterfähig sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bestehen die Schneid- oder Arbeitsplatte und der Stützkörper aus dem gleichen Material, wobei die Schneid- oder Arbeitsplatte durch einen gesonderten Härteprozeß auf eine höhere Härte gebraucht worden ist als der Stützkörper.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der Härteuntersrhied zwischen Schneid- oder Arbeitsplatte bzw. der diese bildenden Schicht und dem Stüizkörper mindestens 400 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala beträgt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fs zeigt

F i g. 1 schematisch in Seitenansicht einen Teil eines Schneidwerkzeuges mit einem Schneideneinsatz aus gesintertem Hartmetall, der erfindungsgemäß aufgebaut ist, wobei der Verschleiß des Schneideneinsatzes veranschaulicht ist;

Fig.2 ein Detail de- Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig.3 ein Diagramm, in dem die auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Schneidkraft in Abhängigkeit von der Breite der Schleißfläche dargestellt ist, und zwar für ein herkömmliches Schneidwerkzeug einerseits und für ein Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung andererseits.

In den Fig. 1 und 2 ist der Vorderteil des Schneidwerkzeuges in seiner Gesamtheit mit dem Bazugszeichen 1 bezeichnet. Dieser Vorderteil des Schneidwerkzeuges 1 weist einen Körper 2 auf, der eine Ausnehmung 3 hat, in der ein Schneideneinsatz 4 befestigt ist, der am Körper 2 beispielsweise durch Löten befestigt ist. Der iichneideneinsatz 4 besteht aus einem Schneid- oder Arbeitskörper 5 von geringer Dicke und einem Stützkörper 6 von wesentlich größerer Dicke. Die Teile 5 und 6 weisen unterschiedliche Härten auf. So besteht die Schneid- oder Arbeitsplatte 5 aus einem relativ harten gesinterten Hartmetali mit einer Härte von etwa 1450 bis 1550 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala. Die Dicke der Schneid- oder Arbeitsplatte 5 beträgt vorzugsweise etwa 1 mm.

Die Schneid- oder Arbeitsplatte 5 ist beispielsweise durch Löten an einem wesentlich dickeren Stützkörper 6 befestigt, der aus einem weniger harten gesinterten Hartmetall hergestellt ist Die Härte dieses Hartmetalls beträgt 1000 bis 1100 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala. ·

In F i g. 1 ist die Richtung der auf das Schneidwerkzeug 1 einwirkenden Schneidkraft durch einen Pfeil C angedeutet. Die mit einem spitzen Keilwinkel versehene Schneide weist einen vorderen Spanwinkel r und einen rückwärtigen Freiwinkel c auf. Zusätzlich ist die Richtung einer senkrecht zur Schneidkraft wirkenden Kraft durch einen Pfeil N angedeutet Diese Kraft ist wichtig, v/eil sie auf die sich beim Gebrauch des Schneidwerkzeuges ausbildende & -nleißfläche 8 einwirkt Die Schieißfiäche 8 ist im Detail in Fig.2 dargestellt. Aus Fig.2 kann ersehen werden, daß die Schleißfläche 8 im Bereich der harten Schneid- oder Arbeitsplatte 5 in einer anderen Ebene verläuft als im Bereich- des weniger harten Stützkörpers 6. Der Winkel zwischen diesen beiden Ebenen ist in den F i g. 1 und 2 mit θ bezeichnet und wird im folgenden Schleißwinkel genannt Der sogenannte Schleißwinkel bildet sich aus, weil das weniger harte Hartmetall des Stützkörpers 6 sich leichter abschleift als das härtere Hartmetall der Schneid- oder Arbeitsplatte 5. Bei der Schneidarbeit mit dem Schneidwerkzeug und der Ausbildung der Schleißfläche 8 neigt deshalb die Schneid- oder Arbeitsplatte 5 des Schneideneinsatzes 4 dazu, einen Freiraum für den Stützkörper 6 freizuschneiden. Hierdurch wird der Reibeffekt zwischen dem noch nicht losgeschnittenen Gestein und dem Schneidwerkzeug 1 reduziert.

Da darüber hinaus der sich bewegende Schneideneinsatz mit dem noch nicht losgeschnittenen Gestein vom Berührungspunkt mit dem Gestein an einen zunehmend breiter werdenden Spalt bildet, werden die losgeschnittenen Gesteinsteilchen nicht zwischen dem Schneideneinsatz und dem noch nicht losgesctinittencn Gestein zerrieben.

Infolgedessen werden die Schneidkraft und die Kraft senkrecht zur Schneidkraft reduziert. Dabei wird die beim Schneiden auf das Schneidwerkzeug einwirkende Kraft verringert und eine bessere Schneidwirkung erzielt, und dies bei einer verlängerten Standzeit des Schneidwerkzeuges.

Fig.3 veranschaulicht in zwei Kurven die beim Schneiden auf das Schneidwerkzeug einwirkende Kraft ir: Abhängigkeit von der Breite der Schleißfläche 8, d, h. dem Abstand A-B in Fig. 1. Die Kurve X gilt ivr ein Schneidwerkzeug mit einem herkömmlichen Schneideneinsatz, der aus gleichmäßig hartem Hartmetall besteht. Die Kurve Y gilt für ein Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung mit einem Schneideneinsatz, der aus zwei Schichten von unterschiedlich hartem Hartmetall bssteht, wie oben an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Wie aus F i g. 3 ersehen werden kann, haben die beiden Kurven X und Y bis zu einer Breite der Schieißfiäche von ' mm den gleichen Verlauf. Dies deshalb, weil die Dicke der harten Schneid- oder Arbeitsplatte 5 einen Millimeter beträgt.

Sobald jedoch die Breite der Schleißfläche I mm übersteigt, weichen die beiden Kurven X und V voneinander ab. Die Kurve X zeigt, daß beim Schneidwerkzeug mit dem herkömmlichen Schneideneinsatz die auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Kraft steil und etwa linear mit der Breite der Schleißschicht 8 zunimmt. Infolgedessen nimmt die Schneidwirkung mit zunehmendem Verschleiß des Schneideneinsatzes rapide ab.

Die Kurve Y zeigt, daß bei einem mit einem Schneideneinsatz gemäß der Erfindung versehenen Schneidwerkzeug die auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Kraft etwa konstant auf einem relativ niedrigen Wert verbleibt. Die Kraft N, die senkrecht zur Richtung der Schneidkraft C wirkt, wird ähnlich beeinflußt, wie oben im Hinblick auf die Schneidkraft C erläutert. Infolgedessen bleibt die Schneidwirkung des Schneidwerkzeuges über die gesamte verlängerte Lebensdauer verhältnismäßig gut.

Bei Abwandlungen der Erfindung besteht der Schneideneinsatz aus zwei unterschiedlich harten Karbiden, deren Märtedifferenz über 100 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala betrügt.

Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung bestehen die Schneid- oder Arbeitsplatte und/oder der

ί Stützkörper aus einem harten Mineral, einer Hartkeramik oder einem zusammengesetzten Material, bei dem Teilchen aus hartem Material oder Hartkeramik in einer weicheren Matrix eingebettet sind. Das harte Mineral kann beispielsweise Diamantpulver sein.

ι» Alternativ kann die Schneid- oder Arbeitsplatte aus dem gleichen Material wie der Stüizkörper bestehen, wobei die Schneid- oder Arbeitsplatte in diesem Falle jedoch in einem gesonderten HärteprozeB gehärtet ist. Eine solche Härtung kann beispielsweise mechanisch,

i") thermisch, chemisch oder durch Strahlungsbehandlung erfolgen. Die Schneid- oder Arbeitsplatte kann nach der Härtebehandlung am Stützkörper befestigt werden oder kann durch Behandlung der entsprechenden Zone eines Schneidwerkzeuges ausgebildet werden, das von

-'" Anfang an nur aus dem Material des Siützkorpers besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneideneinsatz für ein Gesteinschneidewerkzeug mit einem in Schneidrichtung vorn liegenden Schneid- oder Arbeitskörper und einem dahinter "> angeordneten am Gesteinschneidewerkzeug gehaltenen Stützkörper, wobei der aus Hartmetall bestehende Schneid- oder Arbeitskörper eine größere Härte aufweist als der Stützkorper, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneid- '" oder Arbeitskörper als dünne Platte (5) ausgebildet ist, die auf einem um ein mehrfacheres dickeren, bei der Gesteinsbearbeitung verschleißenden Siützkörper (6) befestigt ist und daß die beiden Körper (5,6) aus einem ähnlichen Material bestehen, wobei die Härte des Stützkörpers (6) wenigstens 1000 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala beträgt, während die Härte der Schneid- oder Arbeitsplatte mindestens 100 Einheiten größer ist

Z Schneideneinsatz nach Anspruch 1, dadurch ^o gekennzeichnet, daß die Schneid- oder Arbeitsplatte (5) und der Stützkorper (6) aus gesinterten Hartmetallen unterschiedlicher Härte ausgebildet sind.

3. Schneideneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid- oder Arbeitsplatte (5) und/oder der Stützkorper (6) aus einem harten Metall einer Hartkeramik oder aus einem zusammengesetzten Material bestehen, das aus Teilchen aus hartem Mineral oder Hartkeramik besteht, die in einem Matrix aus weicherem Material eingebettet sind.

4. Schneideneinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Schneid- oder Arbeitsplatte (5) oder der StützkOrper (6) aus dem gleichen J5 Material bestehen, wobei die i.'jhneid- oder Arbeitsplatte (5) in einem gesonderten Härteprozeß auf eine höhere Härte gehärtet ist als der Stützkörper (6).

5. Schneideneinsatz nach Anspruchs dadurch -»ο gekennzeichnet, daß die Schneid- oder Arbeitsplatte (5) als eine durch einen Härteprozeß behandelte Schicht des Stützkörpers (6) ausgebildet ist, die eine höhere Härte als der Stützkorper (6) aufweist.

6. Schneideneinsatz nach einem der Ansprüche 1 -»5 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteunterschied zwischen der Schneid- oder Arbeitsplatte (5) bzw. der diese bildenden Schicht und dem Stützkorper (6) mindestens 400 Einheiten auf der Vickers-Härte-Skala beträgt. so