EA018287B1

EA018287B1 - Самозатачивающаяся автосигнализирующая деталь, подверженная износу

Info

Publication number: EA018287B1
Application number: EA201070590A
Authority: EA
Inventors: Пер Кварфордт; Клас Вийма; Стефан Эдерюд
Original assignee: Комби Веар Партс Аб; Воста Лмг Б.В.
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-06-28
Also published as: KR20100101066A; EA201070590A1; US20100251580A1; PT2240645E; WO2009061248A1; SE0702491L; EP2240645B1; PA8803501A1; EG25667A; AU2008325325B2; MX2010004853A; PL2240645T3; CN101889118B; AU2008325325A1; EP2240645A1; EP2240645A4; ES2548769T3; US7930844B2; SA08290720B1; SE532815C2

Abstract

В изобретении предложена самозатачивающаяся подверженная износу деталь (1), обладающая повышенными сопротивлением истиранию и прочностью, содержащая по меньшей мере части из первого (2) и второго (3) материала. Часть (2) из первого материала образована литым телом, а часть (3) из второго материала состоит по меньшей мере из одного удлиненного стержня из твердого металла, который закреплен в части из первого материала. Подверженная износу деталь выдает автосигнал, когда часть должна быть заменена вследствие износа.

Description

Настоящее изобретение относится к детали, подверженной износу, обладающей улучшенными сопротивлением истиранию и прочностью, содержащая по меньшей мере части из первого материала и второго материала, при этом часть из первого материала образована литым телом из литьевого сплава, содержащим заднюю крепежную часть для съемного крепления к части держателя в рабочем инструменте, в котором подверженная износу деталь образует сменную расходную часть, а также фронтальную шейку, выступающую от и под углом к продольной оси X через заднюю крепежную часть, причем выступающая фронтальная шейка имеет наружную вершину, имеющую по меньшей мере одну поверхность износа вершины, расположенную на самом наружном конце наружной вершины, при этом поверхность износа вершины образует часть, которая должна активно работать на рабочей поверхности, причем выступающая шейка изнашивается, начиная от по меньшей мере одной поверхности износа вершины на наружной вершине, при этом часть из второго материала состоит по меньшей мере из одного удлиненного стержня из твердого металла, закрепленного в продольной плоскости симметрии А подверженной износу детали, по существу, аксиально внутри выступающей шейки части из первого материала, причем по меньшей мере один удлиненный стержень из твердого металла содержит по меньшей мере одну свободную поверхность износа стержня, составляющую часть большей поверхности износа наружной вершины, а все другие стороны по меньшей мере одного удлиненного стержня (стержней) из твердого металла окружены и закреплены на месте посредством части из первого материала.

Определение задачи, предпосылки создания изобретения и уровень техники

В настоящее время существует множество различных промышленных систем деталей, подверженных износу, содержащих сменные, подверженные износу детали, которые расположены с возможностью отсоединения в держателях подверженных износу деталей, установленных на инструменте грунтообрабатывающих машин, для освобождения и отделения более или менее твердой почвы и каменных материалов от рабочей поверхности, после чего эти отработанные материалы могут быть соответствующим образом удалены. Одним примером подобных систем подверженных износу деталей, инструментов, подверженных износу деталей и держателей деталей, подверженных износу, в данном случае конкретно является вращающаяся режущая головка землечерпалки, также обозначаемая ниже как нож землечерпалки, со своей системой зубьев, содержащей сменные подверженные износу детали, также называемые как подверженные износу зубья, при этом подверженные износу зубья съемно установлены в держателях зубьев. Подобные системы подверженных износу деталей, конечно, также могут быть использованы в других типах инструмента для грунтообрабатывающих машин, таких как лопата для экскаватора, в бульдозерном лопастном полотне или в головке бура и т.д.

Более конкретно, в случае ножей для землечерпалки подверженные износу зубья размещены разнесенными на определенное расстояние вдоль более или менее закругленных рычагов или спиральных, вытянутых лезвий режущей головки, которые выступают во множественном числе из центрального корпуса вращения, расположенного на центральной втулке, которая вращается посредством приводного вала. Лезвия режущей головки соответствующим образом продолжаются спиралеобразно от втулки на переднем конце корпуса вращения и назад в направлении подачи инструмента к заднему концу корпуса вращения, обычно содержащему кольцевую часть, которая удерживает вместе лезвия режущей головки и в которой также размещено устройство всасывания для отвода освобожденного, обработанного материала через пространство между упомянутыми лезвиями режущей головки.

Подобные системы зубьев обычно содержат две основные соединительные части в виде охватывающей части и охватываемой части, которые при взаимодействии за счет общей геометрической формы, которая точно подогнана для охватывающей части и охватываемой части, вместе образуют цельную часть, составной зуб, т.е. упомянутая система зубьев, составной зуб которой может быть одним в серии зубьев, расположенных рядом друг с другом вдоль, например, передних кромок лезвий режущей головки, ножа головки бура или острой режущей кромки экскаватора или лезвия долота. Насколько далеко установлены на инструменте охватывающая часть или охватываемая часть имеет маленькое значение, важным является то, что две соединительные части являются съемными и блокируемыми по отношению друг к другу, и то, что часть, которая составляет часть держателя, постоянно прикреплена к инструменту.

Составной зуб такого типа, следовательно, содержит первую соединительную часть, а именно вышеупомянутую подверженную износу деталь в виде, например, сменного переднего подверженного износу зуба, имеющего определенную форму рабочей части, например вершину или режущую кромку, и также содержащего крепежную часть, предпочтительно свою - по отношению к его телу или шейке, например, телу зуба или шейки зуба - заднюю или нижнюю часть, например задний вал или отверстие, для установки в конкретной канавке, отверстии или штифте, изготовленными на заказ, именно для такого типа подверженных износу деталей, во второй соединительной части, т.е. задней или нижней закрепленной части держателя, в данном случае держателе зуба. Для того чтобы достичь динамичного, а также еще и надежного крепления сменного подверженного износу зуба на держателе зуба, соединительные части также содержат систему соединения, которая является общей для частей и имеет разъемный блокировочный механизм. Каждая подобная соединительная система имеет исключительно характерную геомет

- 1 018287 рию, в которой соответствующая соединительная часть имеет свое собственное особенное решение, содержащее взаимодействующие между собой поверхности и формы вышеупомянутых вала, канавки и т.д., одного или более крепежных элементов, например блокирующего штифта, и/или одного или более зажимных устройств для осуществления зажима подверженной износу детали на части держателя, см. §Е524301 (ЕР-1644588), в попытке получить подверженную износу деталь каждого зуба, удерживаемую полностью закрепленной в предназначенном месте и в правильном положении эффективным, надежным и функциональным образом, также вызывающую только минимальный износ между соединительными частями, пока подверженная износу деталь, за счет, однако неизбежного износа, должна быть снята и заменена новой подверженной износу частью для постоянного использования конкретного инструмента.

Известные промышленные системы зубьев такого типа выполнены, чтобы поглощать нагрузки (Е) от использования инструмента за счет специально сконструированных и взаимодействующих между собой контактных зон, которые размещены вдоль соединения между соединительными деталями, состоящими из вала, штифта и канавки или отверстия.

Однако следует понимать, что во время использования инструмента действуют не только нагрузки, которые являются параллельными с продольной плоскостью симметрии А соединительной геометрии, но также нагрузки, которые отклоняются от этой плоскости симметрии. В основном каждая действующая нагрузка (Е) поэтому включает в себя, см. фиг. 1 и 3, во-первых, составляющую Е_с сдвигающей силы, которая действует, по существу, спереди, параллельно рабочей поверхности и, по существу, аксиально по отношению к упомянутому соединению; во-вторых, составляющую Е, нормальной силы, которая действует, по существу, сверху, перпендикулярно рабочей поверхности, и, в-третьих, по меньшей мере одну составляющую Е_р боковой поперечной силы, которая действует со стороны или со сторон, по существу, параллельных рабочей поверхности и более перпендикулярно по отношению к размеру подверженного износу зуба вдоль плоскости симметрии А, т.е. его упомянутой шейки зуба, которая составляет более сильно выступающее продолжение тела зуба, перед общим соединением соединительных частей, при этом шейка зуба во время использования подверженной износу детали будет выступать и под определенным особым углом к оставшейся части тела зуба. Составляющая Е_р боковой поперечной силы обычно меньше, чем составляющая Е_с сдвигающей силы и составляющая Е, нормальной силы.

Позиционные термины, которые использованы в данном описании, такие как задний, передний, нижний, верхний, вертикальный, боковой или горизонтальный и т.д., впоследствии могут быть получены из приведенных выше определений для упомянутых сил и взаимного расположения соединительных частей между собой, также как их положения относительно рабочей поверхности.

Новый замысел для системы зуба типа согласно настоящей заявке на патент включает множество признаков, которые в отдельности или в комбинации являются уникальными по сравнению с известными в настоящее время системами зубьев, и при этом признаки обеспечивают предпочтительные решения для множества проблем, которые могут возникать в известных системах зубьев.

В обычных системах зубьев является фактом то, что хотя системы зуба являются относительно прочными, они обладают сверхбыстрым износом опорных поверхностей или других рабочих поверхностей, подвергающихся воздействию при работе, которые, например, упираются или имеют приводное, транспортирующее, проникающее, раздавливающее, сдвигающее и т.п. действие на рабочую поверхность. Все подобные поверхности, подверженные истиранию или износу, также называются ниже как подверженные износу поверхности, несмотря на конкретную функцию. В вариантах осуществления изобретения, показанных в этой заявке, подверженные износу детали являются деталями, которые являются сменными, еще во время работы они полностью закреплены относительно упомянутого инструмента, подверженные износу детали которого закреплены в частях держателя самых дальних от центра на инструменте, в отличие от тех, подверженных износу деталей, которые являются сменными, но дополнительно являются вращающимися вокруг их собственной продольной оси. Подразумевается, однако, что специалист в данной области техники поймет, как подверженные износу детали согласно настоящему изобретению могут быть использованы во многих типах рабочего инструмента, даже если они точно не проиллюстрированы здесь посредством примеров.

В землечерпалке, имеющей вращающуюся режущую головку, например, землечерпательная емкость закреплена с возможностью вращения на корме землечерпательного судна. Лебедки расположены по левому и по правому борту на носу судна, при этом лебедки закреплены в морском дне и с ними нос судна может быть поднят в движении, колеблющемся из стороны в сторону, вокруг кормового крепления, в то же самое время, когда режущая головка вращается вокруг ее приводного вала. В этом вращающемся использовании подверженных износу зубьев вершина зуба обычно изнашивается сначала с одной из его двух противоположных боковых сторон на переднем конце шейки зуба за счет упомянутой составляющей Е_р боковой поперечной силы, т.е. одна из двух, по отношению к размеру шейки, продольных сторон составляет опорную поверхность, или первую поверхность износа, на рабочей поверхности, но поскольку инструмент землечерпалки также направляют назад и вперед над морским дном в упомянутом колебательном и подметающем движениях с помощью лебедок, износ противоположной стороны также происходит, после чего образуется вторая поверхность износа.

Поскольку составляющие Е_р, Е,, Е_с действующей силы являются постоянно меняющимися по силе и

- 2 018287 действуют с многих направлений, сталь может испытывать усталость, и если тогда разные прочностные свойства стали являются в то же самое время слишком низкими, чтобы выдержать суровую работу землечерпалки, литая сталь вершины зуба стремится растрескаться также на довольно большие осколки или фрагменты, которые очень быстро изнашивают полностью шейку зуба, до тех пор, пока подверженный износу зуб не станет неэффективным, и при этом также держатель зуба рискует быть поврежденным, если замена не произведена вовремя. Обычные подверженные износу детали землечерпалки, которые в настоящее время используются, поэтому становятся изношенными слишком быстро и должны быть обменены и заменены новыми подверженными износу зубьями слишком часто, приводя к дорогим по цене зубьям и к многочисленным дорогостоящим простоям в работе. Подобные неблагоприятные ситуации также преобладают в других типах расходуемого инструмента. Дополнительным является то, что шейка зуба имеет максимально возможный размер и, таким образом, максимальную рабочую длину или длину износа, которая определяется, например, максимально разрешенной изгибающей и прогибающей нагрузкой. Если нагрузки на литую сталь становятся чрезмерными, слишком длинная шейка зуба способна достаточно просто сломаться и незамедлительно сделать подверженный износу зуб полностью непригодным.

Для того чтобы это предотвратить, известно, что подверженный износу зуб имеет поперченное сечение, которое увеличивается по направлению к основанию, за счет чего, в свою очередь, приобретается явно неблагоприятный признак, что каждая поверхность контакта или поверхность износа становится тем больше тупой, чем больше изнашивается поверхность износа, так что проникающее действие подверженного износу зуба в конце концов становится достаточно бесполезным.

В настоящее время режущая головка инструмента землечерпалки должна быть поднята из воды для того, чтобы можно было проверить, какие подверженные износу зубья требуется заменить. Это означает, во-первых, что некоторые подверженные износу зубья заменены напрасно, поскольку режущая головка в любом случае была поднята, и при проверке полагали, что подверженный износу зуб не выдержит до следующей визуальной проверки, и, во-вторых, что некоторые поверхности износа заменены слишком поздно, так что держатели зубьев в некоторых случаях испытывают серьезное повреждение. То, что это является неблагоприятным, будет легко понятно, если знать, что в обычной землечерпалке при полной работе меняют от 4000 до 5000 подверженных износу зубьев в неделю. Если только 5% заменены напрасно, то это приводит к слишком большой цене в неделю.

Другим недостатком, который здесь необходимо принять во внимание, является то, что подверженный износу зуб, который оставлен, содержит ценный металл, который следует восстановить. Если, как в некоторых подверженных износу частях, которые в настоящее время используются, твердое металлическое зерно или твердые металлические обломки примешаны в литую сталь для того, чтобы увеличить износостойкость, то трудность возникает в восстановлении экономичным образом двух различных металлических материалов.

Поэтому существует требование, во-первых, решить проблему, связанную со сверхбыстрым износом, существующей в настоящее время слишком короткой длиной износа, со случайной и неконтролируемой сменой подверженных износу зубьев, которые еще не полностью износились, в сочетании с тем фактом, что некоторые подверженные износу зубья заменены, когда держатель зуба уже испытал серьезное повреждение, и что восстановление в некоторых случаях является и дорогостоящим, и сложным.

В патенте Швеции 8Е 449383 (И8 4584020) на фиг. 3 показан зуб для землеройной или землечерпальной машины, содержащий литьевой сплав и изнашиваемый слой из литого твердого металла. Хотя этот подверженный износу зуб содержит внутренний изнашиваемый слой, во-первых, он размещен по всей ширине вершины зуба и таким образом является тупым, даже когда новый, так что он не обладает оптимальной проникающей функцией, и, во-вторых, изнашиваемый слой расположен либо на центральной линии зуба или в двух его плоскостях симметрии А, В таким образом, что износ сделает подверженный износу зуб еще более тупым и неэффективным, т.е. он должен быть либо преждевременно забракован или он должен быть заточен таким образом, что его изнашиваемый слой опять заканчивается на центральной линии.

Литая сталь в упомянутом патенте 8Е 449383 (И8 4584020), которая используется, имеет содержание углерода от 1,5 до 2,5 вес.%, что делает сталь слишком мягкой, таким образом, что внутренний изнашиваемый слой будет постепенно подвержен дополнительному удару за раз, за счет чего изнашиваемый слой будет достаточно просто разбит. Это возникает потому, что сопротивление разрыву является слишком низким, чтобы изнашиваемый слой был способен выдерживать нагрузки без поддержки литой стали. Следовательно, несмотря на тот факт, что подверженная износу деталь имеет внутренний изнашиваемый слой, износ будет неблагоприятно быстрым, поскольку изнашиваемый слой будет фактически разбит на достаточно большие фрагменты, перед тем как он испытает какое-либо повышающее эффективность воздействие. Кроме того, утверждают, что стальная пленка с низким содержанием углерода (<0,20%) должна быть помещена вокруг твердого металлического тела. Точка плавления пленки должна быть на 200-400°С выше, чем точка плавления для литьевого сплава.

Чугун с шаровидным графитом, который используется в предшествующем уровне техники, обычно имеет низкую твердость, равную около 38 (ИКС) единиц твердости по шкале С Роквелла, при этом из

- 3 018287 нашиваемый слой, который является низколегированной сталью, имеет твердость от 40 до 53 (ИКС) единиц твердости по шкале С Роквелла, что означает, что матрица из низколегированной стали в упомянутой выше подверженной износу детали только получает приблизительно двойную прочность по отношению к сравниваемому изделию из чугуна согласно предшествующему уровню техники. Кроме того, это является только теоретическим соотношением, поскольку реальность заключается в том, что подверженная износу деталь за счет хрупкости изнашиваемого слоя и отсутствия поддерживающей литой стали, при этом литая сталь, как упоминалось выше, является слишком мягкой, чтобы быть трудно изнашиваемой и, следовательно, изнашивается быстро, становится еще мягче. Путь для решения этой задачи, следовательно, остается неразрешенной проблемой, при этом эта проблема, вопреки ее длительному во времени пониманию, никогда не была удовлетворительно решена, несмотря на значительный экономический стимул, как было указано выше. Основываясь на предшествующем уровне техники ясно, что до сих пор было понятно, что твердый металл должен быть отлит в сплав железа с относительно высоким содержанием углерода для того, чтобы создать тело, при этом по предшествующему уровню техники упомянутое тело является впоследствии отлитым в сплав железа с более низким содержанием углерода, например, согласно патенту США 4584020.

Предыдущие попытки литья низколегированной стали приводили к растворению твердого металла в зоне связывания на литой стали и образованию в упомянутой зоне связывания хрупких волокон карбида вольфрам-железо. Кроме того, в этой плавке поверхностей литой стали и твердого металла любые загрязнения или влажность могут способствовать появлению неблагоприятных газовых пузырьков и, следовательно, полостей в зоне связывания внутри литой подверженной износу детали, что является причиной более слабой сцепляемости и более слабой прочности в упомянутой зоне связывания и, следовательно, вышеупомянутого неконтролируемого раскалывания поверхностей износа на осколки или фрагменты большого размера, которые очень быстро изнашивают целую шейку зуба, несмотря на то, выполнен он или нет из твердого металла, до точки, где подверженный износу зуб становится неэффективным или повреждается держатель зуба.

Современное размещение литой части, в данном случае изнашиваемого слоя твердого метала, в самой литьевой форме составляет проблему, поскольку литая часть перемещается в сторону, когда расплав литой стали выливают в пространство, предназначенное для нее, в литьевой форме. В предшествующих решениях были использованы, например, различные опоры внутри упомянутого пространства, которые затем расплавлялись и соединялись с расплавом литой стали при литье. Следует понимать, что этот известный способ приводит к появлению значительного риска перемещения литой части от требуемого положения, когда опоры расплавляются и, кроме того, этот расплав опор образует загрязнения в отливаемом веществе, что изменяет требуемые свойства подверженной износу детали и зоны связывания между литой частью и остальной частью литой стали. Например, это может стать причиной слабого сцепления, могут появиться пузырьки и могут образоваться смеси хрупкого металла в литой стали в упомянутой зоне связывания во время отливки подверженной износу детали.

Задача изобретения и его характерные признаки

Одной задачей настоящего изобретения и различных вариантов осуществления изобретения является создание усовершенствованной подверженной износу детали для съемного крепления к части держателя в рабочем инструменте для выполнения этой подверженной износу детали, по существу, уменьшающей, идеально устраняющей вышеперечисленные проблемы, при этом подверженные износу детали с усилением твердым металлом могут быть установлены для лучшего, чем ранее, использования.

Усовершенствованием этой задачи является создание с помощью настоящего изобретения и его различных вариантов осуществления изобретения самозатачивающейся подверженной износу детали для съемного крепления к части держателя в рабочем инструменте для осуществления самозатачивания, при этом самозатачивающаяся подверженная износу деталь существенно уменьшает, а в идеале устраняет вышеуказанную проблему тупых подверженных износу деталей.

Упомянутые задачи, также как и другие задачи, которые здесь не перечислены, удовлетворительно подпадают под объем того, что определено в настоящем независимом пункте формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предложена усовершенствованная подверженная износу деталь, которая отличается тем, что по меньшей мере один удлиненный стержень из твердого металла подверженной износу детали размещен своим центром в нейтральной зоне действия сил выступающей шейки, по существу концентрично в направлении продольной оси Υ выступающей шейки, и имеет длину Ζ, которая короче, чем длина Ь выступающей шейки, при этом внутренний литой конец четко заканчивается на определенном расстоянии от продольной оси X задней крепежной части так, чтобы выдавать автоматический сигнал, содержащий регистрируемые вибрации при окончательном износе внутреннего литого конца и за счет этого самосообщающую функцию, что требуется замена подверженной износу детали во время работы.

Согласно дополнительным аспектам части, подверженной износу, согласно настоящему изобретению внутренний литой конец при закреплении задней крепежной части внутри части держателя закан

- 4 018287 чивается на определенном расстоянии от верхней стороны держателя зуба и, следовательно, также на определенном дополнительном расстоянии от продольной оси X задней крепежной части, вставленной в держатель зуба, часть из первого материала содержит материал, который имеет более низкое сопротивление истиранию, чем удлиненный стержень из твердого металла, при этом соотношение между более низкой прочностью части из первого материала и более высокой прочностью удлиненного стержня из твердого материала выбрано так, что свободная поверхность износа стержня удлиненного стержня из твердого металла относительно оставшейся части поверхностей износа вершины части из первого материала всегда является более выступающей, чем окружающая выступающая шейка так, чтобы обеспечить способность самозатачивания, подверженная износу деталь содержит по меньшей мере две поверхности износа, имеющие разную прочность на истирание, при этом по меньшей мере две поверхности износа размещены таким образом, что прочность на истирание возрастает в радиальном направлении удлиненного стержня из твердого металла так, чтобы обеспечить способность самозатачивания подверженной износу детали, по меньшей мере две поверхности износа подверженной износу детали размещены концентричными слоями вокруг удлиненного стержня из твердого металла, удлиненный стержень из твердого металла размещен под углом (λ) в пределах от 0 до 15° по отношению к продольной оси Υ выступающей шейки, удлиненный стержень из твердого металла размещен с длиной (Ζ), которая составляет от 80 до 95% от длины (Ь) выступающей шейки, рассчитанной от центра его поверхности износа исходной вершины наружной вершины, удлиненный стержень из твердого металла состоит из материала, который имеет среднюю твердость от 800 до 1750 единиц твердости по шкале Викерса (НУ3), рабочий инструмент для подверженной износу детали содержит датчик, установленный с возможностью регистрирования регистрируемых вибраций при окончательном износе внутреннего отлитого конца, и тем самым указания, что удлиненный стержень из твердого металла изношен и должен быть заменен, удлиненный стержень из твердого металла выполнен в виде усеченного конуса, удлиненный стержень из твердого металла имеет максимальную ширину от 10 до 30 мм, поперечное сечение удлиненного стержня из твердого металла поперечно к продольной оси удлиненного стержня из твердого металла имеет квадратную или прямоугольную форму, поперечное сечение удлиненного стержня из твердого металла поперечно продольной оси Υ' удлиненного стержня из твердого металла имеет круглую или эллиптическую форму, подверженная износу деталь содержит первый стержень из твердого металла, размещенный по центру в подверженной износу детали и по меньшей мере один дополнительный стержень из твердого металла, размещенный на периферии по отношению к первому стержню из твердого металла, подверженная износу деталь содержит по меньшей мере один упрочняющий участок, расположенный между наружной вершиной подверженного износу зуба и задней крепежной частью подверженного износу зуба.

Преимущества и положительный эффект изобретения

Согласно настоящему изобретению и вариантам осуществления изобретения получено множество положительных эффектов.

Подверженная износу деталь, которая имеет повышенные эксплуатационные характеристики и лучшую твердость по отношению к износу, может быть получена, если твердый металл отливают в литую сталь с помощью отливки, при этом литая сталь имеет низкое содержание углерода и температура во время процесса литья точно выверена, при этом используют твердый металл, который имеет содержание углерода, которое находится близко к образованию графита.

Срок службы нового подверженного износу зуба значительно возрастает с заключенным в него более долговечным, более твердым сердечником из твердого металла по сравнению с ранее используемым подверженным износу зубом из обычного гомогенного стального материала. Износостойкость с отлитым стержнем из твердого металла по меньшей мере в 4-5 раз выше по сравнению с обычным подверженным износу зубом без подобного стержня из твердого металла. Даже хотя стоимость стержня из твердого металла удвоила бы стоимость подверженной износу детали, она все еще является очень экономичной, поскольку может быть получено очень значительное, на несколько сотен процентов, увеличение срока службы.

При использовании подверженных износу зубьев верхушка зуба обычно изнашивается в первую очередь с одной стороны из двух боковых сторон шейки зуба, т.е. двух, по отношению к размеру шейки, продольных сторон, поскольку режущая головка вращается, но поскольку землечерпательный инструмент также направляется назад и вперед над морским дном в колебательном и поворотном движениях с помощью лебедок, также происходит износ на противоположной стороне таким образом, что гребнеобразная или хребтообразная режущая кромка или резец могут быть образованы, по существу, непосредственно над серединой поверхности вершины и центральной линии стержня из твердого металла, при этом

- 5 018287 гребень или хребет, по существу, параллельны продольному размеру держателя зуба и продольному размеру шейки зуба. Эта режущая кромка затем постоянно затачивается за счет упомянутых поворотных и колебательных движений до тех пор, пока стержень из твердого металла не израсходуется. Если бы износ литой стали был бы таким быстрым, что выступала бы более длинная режущая кромка из твердого металла, тогда она могла бы быть сломана до подходящей длины и затем вновь быстро заточена до заточенной гребнеобразной режущей кромки. Предшествующие подверженные износу зубья с использованием зерен твердого металла или обломков твердого металла в литой стали, чтобы увеличить износостойкость, не обеспечивали поэтому существенных преимуществ, полученных с помощью настоящего изобретения со стрежнем из твердого металла, размещенным в плоскости А симметрии.

Подверженный износу зуб на лезвиях режущей головки землечерпалки размещен под положительным режущим углом по отношению к рабочей поверхности, т.е. с углом атаки, который врезается в поверхность грунта по сравнению с отрицательным углом атаки, который только волочится по верху рабочей поверхности и который может только соскребать материал, поскольку действующий резец идет после лезвия, если смотреть в направлении продвижения вперед.

Дополнительные преимущества и положительные эффекты будут выяснены после изучения и понимания следующего подробного описания изобретения, включая множество предпочтительных вариантов его осуществления, формулы изобретения и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет описано более подробно ниже со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематичный вид сбоку частей по предпочтительному варианту осуществления зуба, подверженного износу, согласно настоящему изобретению содержащего размещенную наклонно вперед шейку зуба, на которой схематично показаны составляющая Е_с сдвигающей силы и составляющая Е, нормальной силы действующей нагрузки, и в котором верхний участок шейки зуба показан в частичном продольном разрезе, причем отлитая часть в форме стержня из твердого металла показана отдельно;

фиг. 2 - схематичный вид сверху зуба, подверженного износу, согласно фиг. 1 на виде сверху, на котором показана задняя крепежная часть для съемного крепления и блокировки в держателе зуба, и самыми дальними на фронтальной части шейки зуба два подверженные износу зуба на каждой стороне от центральной линии, показывающий продольную плоскость симметрии А подверженного износу зуба;

фиг. 3 - схематичный вид сзади зуба, подверженного износу, согласно фиг. 1 на виде сзади, на котором показано упрочняющее боковое крыло на каждой стороне хребтообразного упрочняющего участка с фронтальной части шейки зуба и расположенный ниже изогнутый выступ, также как и множество поверхностей контакта и задних поверхностей на теле зуба, подверженного износу, предназначенных для передачи и позиционирования нагрузок, вырабатываемых между соединительными деталями системы зуба в положениях, выбранных для этой цели, также как составляющая Е_р боковой поперечной силы действующей нагрузки;

фиг. 4а-б - схематичные виды частей стержня из твердого металла согласно фиг. 1, на фиг. 4а-с показан свободный конец стержня из твердого металла, выступающий из передней вершины зуба шейки зуба, т.е. его крепежный стержень, справа на чертеже, и его крепежный конец, присоединенный металлургически внутри шейки зуба в литую сталь, слева, как два вида сбоку и продольный разрез. Также показаны на фиг. 46 точка требуемого разрыва посредством желобка в форме изменения диаметра и выемки в подверженном износу конце, выполненном позднее;

фиг. 5 - схематичный разрез шейки зуба согласно фиг. 1, на котором конкретно показана опорная зона между хребтовым участком и стрежнем из твердого металла на стрежне из твердого металла, включающая изменение от 0 до 90° положения действующей нагрузки, т.е. изменение в величине составляющей Е_с сдвигающей силы и составляющей Е, нормальной силы во время работы режущей головки;

фиг. 6 - схематичный вид спереди фронтальной части шейки зуба, содержащей боковые поверхности износа на любой стороне поверхности износа подверженного воздействию стержня из твердого металла;

фиг. 7 - схематичный вид одной половины песочной оболочковой формы, в которой находится литая часть в виде стержня из твердого металла, показанного на фиг. 4, который здесь имеет позднее отделяемый крепежный стержень, зафиксированный на месте, в правильном положении внутри профилированного пространства песочной оболочковой формы для расплава литой стали;

фиг. 8 - схематичный вид части режущей головки с лезвиями в форме лопат, при этом на лезвиях режущей головки закреплено множество держателей зубьев с прочно закрепленными, но размещенными с возможностью отсоединения, зубьями, подверженными износу, согласно фиг. 1;

фиг. 9 - оптический микроснимок зоны связывания между сталью стержня из твердого металла и литой сталью с последующим травлением с помощью реактивов Мураками и Ниталь; на фиг. 9 и 10 использованы следующие обозначения: А - литая сталь, В - зона эта-фазы, С - зона связывания в твердом металле, Ό - нетронутый твердый металл, Е - зона, обогащенная углеродом, в литой стали;

фиг. 10 представляет собой увеличенный вид фиг. 9;

- 6 018287 фиг. 11 представляет собой распределение вольфрама кобальта Со, железа Р и хрома Сг вдоль линии, перпендикулярной зоне связывания. А - литая сталь, В - зона эта-фазы, С - зона связывания в твердом металле, Ό - нетронутый твердый металл, Е - зона, обогащенная углеродом, в литой стали;

фиг. 12а-с представляют собой схематичные виды дополнительного варианта осуществления стержня из твердого металла согласно фиг. 1, в котором крепежный стержень надлежащим образом выполнен из конструкционной стали более мягкого типа, чем твердый металл, используемый для отлитого конца. Отдельный крепежный стержень закреплен на стержне из твердого металла за счет запрессовки двух зажимных частей в двух полостях в стержне из твердого металла на конце, противоположном литому концу.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Одни и те же ссылочные позиции единообразно применяют ниже к множеству элементов, если названный составной элемент образован той же частью на чертежах, например часть 3 материала, литая часть 3 и стержень 3 из твердого металла, которые все образованы одной и той же частью на чертежах.

На фиг. 1 схематично показан предпочтительный вариант осуществления детали 1, подверженной износу и имеющей улучшенную устойчивость к истиранию и прочность согласно настоящему изобретению, при этом подверженная износу деталь 1 в данном случае состоит из подверженного износу зуба 1. Подверженный износу зуб 1 содержит по меньшей мере две части 2, 3 из материала. Часть 2 из первого материала состоит из литого тела 2, содержащего литьевой сплав, в данном применении также называемый литой сталью 2, и передней шейки 5 зуба, выступающей наклонно вперед из задней крепежной части 4 и имеющей наружную вершину 6 зуба по меньшей мере с одной поверхностью 7 износа вершины, на шейке 5 зуба, вершине 6 зуба и поверхности 7 износа вершины схематично показаны составляющая Р_ссдвигающей силы и составляющая Р, нормальной силы действующей нагрузки, при этом верхний участок шейки 5 зуба показан в частичном продольном разрезе. Часть 3 из второго материала состоит по меньшей мере из одной отлитой части 3 в виде по меньшей мере одного удлиненного стержня 3 из твердого металла для литья в литую сталь 2 с низким содержанием углерода части 2 из первого материала, при этом стержень 3 из твердого металла, который показан отдельно в упомянутом продольном разрезе, закреплен в продольной плоскости симметрии А детали 1, подверженной износу, по существу, аксиально внутри шейки 5 зуба части 2 из первого материала, также предпочтительно, по существу, концентрично в продольной оси Υ шейки 5 зуба, при этом стержень 3 из твердого металла содержит свободную поверхность 8 износа, далее называемую поверхностью 8 износа стержня, составляющую часть поверхности 7 износа вершины упомянутой вершины 6 зуба, причем предпочтительно все другие стороны окружены и закреплены упомянутой частью 2 из первого материала.

На фиг. 2 показана задняя крепежная часть 4 для съемного крепления и блокировки в держателе 10, также называемом держателем 10 зуба, в рабочем инструменте 11, при этом в рабочем инструменте 11 подверженный износу зуб 1 составляет сменную расходуемую часть и самые дальние от центра на фронтальной части шейки 5 зуба, на вершине 6 зуба, две части 7а, 7Ь поверхности 7 износа вершины, по одной на каждой из двух сторон от центральной линии, показывающей продольную плоскость симметрии А подверженного износу зуба 1, при этом эти части 7а, 7Ь окружают стержень 3 из твердого металла. На фиг. 3 показано боковое крыло 12, 12', усиливающее прочность шейки 5 зуба с каждой из двух сторон хребтообразного треугольного упрочняющего участка 13 (также называемого как хребтовым участком 13) вдоль задней стороны 14 фронтальной части шейки 5 зуба, и ниже расположенный изогнутый выступ 15, также как и множество поверхностей контакта и задних поверхностей литого тела 2 подверженного износу зуба 1, предназначенные для передачи и позиционирования вырабатываемых нагрузок между соединительными частями системы зуба в положениях, выбранных для этой цели, также как составляющая Р_р боковой поперечной силы действующей нагрузки.

Когда подверженная износу деталь 1 находится в работе, см. фиг. 1, составляющая Р_с сдвигающей силы действует, по существу, спереди, параллельно с рабочей поверхностью С и, по существу, аксиально по отношению к крепежной части 4 подверженной износу детали 1, в то время как составляющая Р, нормальной силы действует, по существу, сверху, перпендикулярно рабочей поверхности С. Составляющая Р_р боковой поперечной силы действует со стороны или со сторон, по существу, параллельно с рабочей поверхностью С и более перпендикулярно по отношению к размеру подверженного износу зуба 1, т.е. его шейки 5 зуба, которая составляет более сильно выступающее продолжение тела 2 зуба, напротив держателя 10 зуба подверженного износу зуба 1, см. фиг. 4. Во время использования подверженной износу детали 1 шейка 5 зуба выступает из и под некоторым углом, во-первых, к остальной части тела 2 зуба, т.е. под углом α между продольными осями X, Υ через крепежную часть 4 подверженного износу зуба 1 и шейки 5 зуба соответственно, при этом угол α в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, содержит оптимальный угол, равный 68°, и, во-вторых, к рабочей поверхности С, угол β на чертеже содержит оптимальный угол, равный 112°, к составляющей Р_с сдвигающей силы, которая действует вдоль упомянутой рабочей поверхности С, и под углом δ, который оптимально составляет угол, равный 22°, к составляющей Р, нормальной силы. В показанном варианте осуществления изобретения продольная ось Υ' стержня 3 из твердого металла должна быть поэтому аналогичным образом раз

- 7 018287 мещена под оптимальным углом 22° к составляющей Е, нормальной силы и параллельна с фронтальной стороной 9 шейки 5 зуба и продольной осью Υ шейки 5 зуба. Этот угол λ может изменяться, однако, предпочтительно на +0-15° от продольной оси Υ' стержня 3 из твердого металла, продольная ось показана на фиг. 1 и размещена, по существу, концентрично в шейке 5 зуба и также, по существу, параллельно с фронтальной частью 9 шейки 5 зуба. Упомянутый угол α между упомянутыми продольными осями X, Υ, показанными на фиг. 1, может изменяться предпочтительно в пределах от 50 до 90°. Следует отметить, что размещенные упрочняющие участки, т.е., по меньшей мере, хребтовой участок 13 и боковые крылья 12, 12' подверженного износу зуба 1 обуславливают появление площади поперечного сечения, которая увеличивается вниз вдоль шейки 5 зуба и которая делает шейку 5 зуба тупее и тупее, чем больше изнашивается подверженный износу зуб 1.

На фиг. 4а-б схематично показаны части стержня 3 из твердого металла согласно фиг. 1, причем на фиг. 4а-с показан в виде двух видов сбоку и продольного разреза свободный конец стержня 3 из твердого металла, выступающий из фронтальной вершины 6 зуба шейки 5 зуба, т.е. его крепежный стержень 16, справа на чертеже, и его отлитой конец 17, который металлургически присоединен внутри шейки 5 зуба в литую сталь 2, слева. На фиг. 46 также показаны точка 18 требуемого разрыва с помощью желобка 19 в виде изменения 18 диаметра и выемки 19 на изнашиваемом конце, т.е. поверхности 8 износа стержня, выполненные позже, после удаления крепежного стержня 16.

На фиг. 5 показан разрез шейки 5 зуба, на которой конкретно показана опорная зона 20 между хребтообразным упрочняющим участком 13 и стержнем 3 из твердого металла на стержне 3 из твердого металла, включая изменение положения нагрузки от 0 до 90°, действующей в плоскости симметрии А, т.е. изменение в величине составляющей Е_с сдвигающей силы и составляющей Е, нормальной силы во время работы режущей головки 11. Две составляющие Е_с, Е, силы создают, среди прочего, отрицательные изгибающие нагрузки, в то время как Г₈, которая действует, по существу, вертикально, может создавать нагрузку, которая преимущественно сжимает стержень 3 из твердого металла, но при этом нагрузка сжатия может быть, однако, причиной возникновения прогибающих и изгибающих нагрузок на литую сталь 2 подверженного износу зуба 1, таким образом, что шейка 5 зуба содержит упрочнения спинки 13 и боковых крыльев 12, 12', которые противодействуют этим недостаткам. На фиг. 5 показаны предпочтительные признаки, а именно литая сталь 2 на спинке шейки 5 зуба на крепежной части 4 подверженной износу детали 1 не слишком изношена, поскольку преобладающая нагрузка, т.е. составляющая Е_с сдвигающей силы и, следовательно, ее изнашивающее действие, действует на фронтальную сторону 9 шейки 5 зуба вместе с Е_р на ее боковых кромках 21, причем стержень 3 из твердого металла, на своем наружном конце, удерживается на стержне 3 из твердого металла с помощью кромки литой стали или опорной зоны 20 сзади поверхности 7 износа рабочей вершины шейки 5 зуба. Оптимальный подверженный износу зуб 1 для ножей землечерпалки должен быть сконструирован для максимального сопротивления большим нагрузкам и в то же самое время с минимальной площадью поперечного сечения для максимального проникновения. Следует понимать, что эти требования являются взаимоисключающими, таким образом, что в ранее известных подверженных износу зубьях, без упрочняющего стержня из твердого металла с меньшим, в относительных терминах, диаметром для повышенной способности проникать внутрь литой стали большего диаметра, длина шейки зуба должна была остаться короткой, чтобы предотвратить поломку шейки 5 зуба. Длинная шейка 5 зуба изгибается назад и вперед под действием изменяющихся нагрузок таким образом, что длинная шейка зуба 5 может испытывать усталость. Это предотвращают путем осевой компенсации между модулями упругости литой стали 2 и твердого металла 3 и за счет соотношения между поперечным сечением литой стали 2 и твердого металла 3 вниз вдоль шейки 5 зуба.

На фиг. 6 показан схематичный вид спереди фронтальной части шейки 5 зуба, содержащей две боковые части 7а, 7Ь поверхности 7 износа вершины на каждой из двух сторон поверхности 8 износа подверженного воздействию стержня 3 из твердого металла, при этом две боковые части 7а, 7Ь поверхности 7 износа вершины здесь окружают поверхность 8 износа стержня из твердого металла. На фиг. 8 показана режущая головка 11 с лопатообразными лезвиями, к которым прикреплено множество держателей 10 зубьев с жестко закрепленными, но размещенными с возможностью отсоединения, зубьями 1, подверженными износу. Фиг. 9 представляет собой светооптическую микрофотографию зоны связывания, также называемую зоной перехода, между сталью стержня 3 из твердого металла и литой сталью, с последующим травлением с помощью реактивов Мураками и Ниталь.

Со ссылкой на фиг. 7 схематично показана половина песочной отливочной формы 23, содержащей две части оболочки, из которых показана одна часть 23' оболочки, выполненная из отформованного затвердевшего песка, части оболочки были предварительно изготовлены в повторно используемой металлической литейной форме, профилированной согласно будущей подверженной износу детали 1, при этом в металлической литейной форме распределенный песок, смешанный со связующим агентом, оставляют для отверждения в каждой из упомянутых двух частей оболочки, которые являются достаточно жесткими для современного литья и которые, за счет их подобной формы вдоль продольной плоскости симметрии, затвердевают в той же самой металлической форме для литья. Эти две части 23' оболочки, следовательно, вместе образуют пространство, которое придает детали 1, подверженной износу, которую отли

- 8 018287 вают в это пространство предпочтительно, но не исключительно, подверженному износу зуба 1 для землечерпалки, его правильную продольную форму вдоль продольной плоскости симметрии А. Однако следует понимать, что неправильные подверженные износу детали требуют различных форм.

Литая подверженная износу деталь 1 после удаления песка, например, с помощью вибрации содержит литое тело 2, далее называемое тело 2 зуба, выполненное из определенного ниже литьевого сплава, далее называемого также литая сталь 2, и по меньшей мере одну аксиально продольную литую часть 3 из спеченного твердого металла, в этом описании в виде стержня, т.е. продолговатого, поэтому называемого ниже стержень 3 из твердого металла. Стержень 3 из твердого металла предпочтительно закреплен своим центром в нейтральной зоне действия сил обработанного тела 2 зуба, т.е. в которой напряжения растяжения и сжатия являются, по существу, одинаково большими, вдоль плоскости А симметрии внутри литого тела 2 зуба, до и во время литья путем закрепления в соответствующей части 23' оболочки, и сопровождаемым отливкой поверхности контакта или зоны связывания, см. фиг. 9 и 10, между поверхностью стержня 3 из твердого металла и расплавом литой стали, таким образом, чтобы изготовить, по меньшей мере одно внутреннее, удлиненное, подверженное износу тело, содержащее стержень 3 из твердого металла с повышенной износостойкостью и очень высоким сопротивлением истиранию в центре шейки 5 зуба, с фронтальной вершиной 6 зуба, выступающей из тела 2 зуба, подверженного износу зуба 1. Вершина 6 зуба имеет высокую жесткость в литой стали 2, окружающей стержень 3 из твердого металла, таким образом, что шейка 5 зуба приобретает значительно более высокую прочность на разрыв за счет упрочнения с помощью стержня 3 из твердого металла. Вершина 6 зуба содержит для этой цели, см. фиг. 1 и 2, по меньшей мере одну наружную поверхность 7 износа вершины, которая содержит, во-первых, поверхность 8 износа из твердого металла, предпочтительно размещенную, по существу, концентрично в шейке 5 зуба и в продольной плоскости А симметрии подверженного износу зуба 1 (показанную как линия на фиг. 2 и 3), и, во-вторых, две части 7а, 7Ь поверхности 7 износа вершины, которые окружают стержень 3 из твердого металла предпочтительно полностью, при этом вершина выполнена из литой стали 2 с более низкой износостойкостью и низким сопротивлением истиранию, чем поверхность 8 износа стержня 3 из твердого металла. На фиг. 1 также показана в дополнение к продольной плоскости А симметрии плоскость симметрии В, которая проходит перпендикулярно упомянутой плоскости А, вдоль самой шейки зуба 5 и стержня 3 из твердого металла, и является, по существу, правильной в своем поперечном сечении, см. фиг. 5, в этом случае исключая хребтообразный упрочняющий участок 13 для поглощения составляющей Р_с сдвигающей силы действующей нагрузки Р. Полученная подверженная износу деталь 1 поэтому приобретает, прежде всего, и сильно возросшую износостойкость и во много раз возросшую прочность на разрыв, в то же самое время имея обеспеченную высокую жесткость и эффект самозатачивания, при этом эффект самозатачивания объяснен более подробно ниже, что также применяется к прочностным свойствам упомянутого материала.

Крепление стержня 3 из твердого металла до литья в песочную оболочковую форму 23, см. фиг. 7, содержит по меньшей мере одно зажимное приспособление, например один или более крепежный выступ 25, см. фиг. 46, на одном конце стержня 3 из твердого металла, далее называемый как его крепежный стержень 16, который после отливки и выемки из формы составляет свободный конец 16, выступающий из шейки 5 зуба, стержня 3 из твердого металла, в то время как его отлитый конец 17, противоположный крепежному стержню, удерживается неподвижно закрепленным с помощью упомянутого зажимного приспособления внутри пространства, которое должно быть наполнено расплавом отливки, например, из индукционной печи. Одно из преимуществ данного способа заключается в том, что стержень 3 из твердого металла полностью закреплен в своем неподвижном положении внутри формы 23 для отливки, здесь песочной оболочковой формы 23, во время литья таким образом, что стержень 3 из твердого металла не изменяет своего положения, когда разливают расплав для отливки. Предшествующие решения содержали, например, различные опоры внутри упомянутого пространства, опоры затем плавились и смешивались с расплавом для отливки во время операции отливки. Следует понимать, что в этом известном способе появляется значительный риск перемещения отлитой части 3 от требуемого положения, когда опоры расплавляются, и, кроме того, этот расплав опор создает загрязнение в расплав для отливки, при этом это загрязнение изменяет требуемые свойства детали 1, подверженной износу, поверхности контакта и зоны 24 связывания между отлитой частью 3 и остальной частью литой стали 2. Например, может появиться слабое сцепление, могут появиться пузырьки в литой стали 2 или на упомянутой поверхности контакта и поверхности 24 связывания во время литья детали 1, подверженной износу. Слабое сцепление также создает дефектную опорную зону 20 для стержня 3 из твердого металла, когда он подвержен действующим силам таким образом, что он более легко ломается.

После открытия песочной оболочковой формы 23 и высвобождения зуба 1, подверженного износу, удаляют крепежный стержень 16 стержня 3 из твердого металла, при этом крепежный стержень выступает из фронтальной вершины 6 зуба шейки 5 зуба. Точка 18 требуемого разрыва уже была надлежащим образом выполнена для этой цели посредством желобка 19 во время формования твердого металла и до его спекания в обработанный стержень 3 из твердого металла, при этом точка разрыва 18, когда стержень 3 из твердого металла закреплен в песочной оболочковой форме 23, размещена неподвижно рядом с границей поверхности с расплавом отливки песочной оболочковой формы 23. Высвобождение осуществля

- 9 018287 ют соответствующим образом путем выстукивания крепежного стержня 16, поскольку стержень 3 из твердого металла является достаточно хрупким, чтобы разрыв произошел, по существу, непосредственно внутри или на уровне с наружной поверхностью 7 износа вершины 6 зуба, если был сделан достаточно глубокий желоб 19.

На фиг. 12а-с схематично показан отдельный крепежный стержень 16, который запрессован в стержень 3 из твердого металла. Крепежный стержень 16 выполнен соответствующим образом из обычной стали более мягкого типа, чем твердый металл, используемый для литого конца 17. Отдельный крепежный стержень 16 закреплен на стержне 3 из твердого металла путем запрессовки двух зажимов 16а и 16Ь в две полости 27а, 27Ь в стержне 3 из твердого металла на противоположном конце литого конца 17. После литья стержня 3 из твердого металла в литую сталь 2 удаление крепежного стержня 16 выполняется легко путем удаления зажимов 16а и 16Ь из полостей 27а, 27Ь.

Другими возможными путями достижения отделения крепежного стержня 16 от стержня 3 из твердого металла являются, во-первых, для более дешевого материала предпочтительно более традиционной стали, который подлежит сварке или спеканию в качестве крепежного стержня 16 к остальной части твердого металла в вышеупомянутом положении для требуемого разрыва, после чего в этом случае отделение может быть легко осуществлено просто с помощью недорогого отрезного диска, который режет традиционную сталь, но для которого требуются алмазные ножи для твердого металла, и, во-вторых, чтобы такой материал стержня 16 был прикреплен посредством взаимодействия пальца и отверстия для пальца 26, 27, см. фиг. 4с, причем один палец 26/отверстие 27 выполнены на предварительной стадии стержня 3 из твердого металла, до спекания стержня, а противоположное отверстии 27/палец 26 в крепежном стержне 16 - после спекания. Печь того типа, который используется при плавке литой стали 2, обеспечивает в некоторой степени разные температуры расплава отливки, что было принято во внимание ниже в диапазонах температур.

Литье стержня 3 из твердого металла в литую сталь 2 осуществляют соответствующим образом обычно при температуре около 1500-1700°С, в первую очередь зависящую от способа плавки, предпочтительно 1550-1650°С в отношении температуры пальца, при этом поверхность стержня 3 из твердого металла образует металлургическую поверхность контакта или зону 24 связывания с литой сталью 2, окружающей стержень 3 из твердого металла. В этой плавке поверхностей тела 2 зуба и стержня 3 из твердого металла любые загрязнения или влага могут стать причиной неблагоприятных ухудшений материала, трещин, газовых пузырьков и полостей, более слабого сцепления и внутренней прочности в поверхности контакта, зоне 24 связывания или внутри литой детали 1, подверженной износу.

Стержень 3 из твердого металла может быть также плакирован одной или более металлической пленкой, не показана, например никелевой или стальной пленкой, на поверхности контакта или зоне 24 связывания между стержнем 3 из твердого металла и литой сталью 2. Если все сделано надлежащим образом, т.е. литая часть 3 тщательно очищена и высушена, получают предпочтительное усадочное предварительное напряжение за счет объемного сокращения в литой стали. Стержень 3 из твердого металла таким образом связан с литой сталью 2 вдоль литейного шва, взаимодействуя между отдельными стальными материалами, причем горячая посадка, включающая в себя сжимающее предварительное напряжение, образуется в то же время, когда получают металлургическую связь в поверхности контакта и зоне 24 связывания.

Удаленный фрагмент 16 стержня из твердого металла может быть соответствующим образом восстановлен для изготовления новых стержней 3 из твердого металла, что приводит и к положительному воздействию на окружающую среду, и к экономическим преимуществам. Литье в песчаную оболочковую форму создает достаточно гладкие поверхности для большинства деталей, подверженных износу, например, таким образом, что можно изготавливать детали, подверженные износу, например подверженных износу зубьев, со сложными формами без основных обработок.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения стержень 3 из твердого металла имеет диаметр от 10 до 30 мм, предпочтительно около 18-23 мм, при этом стержень 3 из твердого металла может быть в некоторой степени коническим, предпочтительно с большим диаметром в направлении внутреннего литого конца 17. Варианты осуществления изобретения, показанные в данной заявке, включают в себя, во-первых, стержень 3 из твердого металла, который размещен концентрично в нейтральной зоне действия сил шейки 5 зуба, в продольной А плоскости симметрии и, по существу, также в плоскости В симметрии, перпендикулярной к первой плоскости, см. фиг. 1, при этом в пределах изобретательского замысла находится изготовление более твердых металлических стержней и это следует расценивать целесообразным. Например, стержень из сверхтвердого металла может быть размещен на периферии по отношению к концентричному стержню 3 из твердого металла в определенной области поперечного сечения шейки 5 зуба, в которой требуется сверхупрочнение защиты от износа. Поверхность 8 износа стержня 3 из твердого металла может содержать, например, в терминах его поперечного сечения квадратное, прямоугольное, круглое, эллиптическое сечение по отношению к одной или обеим плоскостям симметрии А, В, боковую или трубчатую поверхность износа. Вышеуказанное, с учетом диаметра, в данном случае рассматривается как максимальная ширина для некруглых поперечных сечений. В случае трубчатой поверхности износа трубка может быть наполнена маркой стали, которая отличается от марки

- 10 018287 окружающей стали. Следует понимать, что внутренняя литая часть 3 также может быть, в свою очередь, окруженной одной или более марками стали. Стержень из твердого металла может быть выполнен, например, в виде усеченного конуса.

Стержень 3 из твердого металла имеет аксиальный размер Ζ внутри шейки 5 зуба, при этом стержень 3 из твердого металла проходит, по существу, параллельно или под некоторым определенным углом λ к продольной оси Υ шейки 5 зуба, проходящей, по существу, параллельно с фронтальной стороной 9 шейки 5 зуба, см. фиг. 1 и 5, угол А составляет в диапазоне от 0 до 15°, и размер Ζ составляет около 8095% от длины Ь шейки 5 зуба, измеренной от свободного наружного конца исходной шейки 5 зуба, т.е. ее исходной поверхности 7 износа вершины, вдоль продольной оси Υ, при этом размер четко разграничен во внутреннем направлении на нижнем литом конце 17 стержня 3 из твердого металла и там надлежащим образом закруглен для того, чтобы усилить функцию автосигнализации детали 1, подверженной износу.

Полная длина Ь износа выступающей фронтальной шейки 5 является длиной, измеренной от центра исходной поверхности 7 износа вершины вниз до верхней стороны двух упрочняющих крыльев 12, 12'. В других вариантах осуществления изобретения, не показаны, аксиальный размер Ζ удлиненного стержня 3 из твердого металла может составлять около 65-95% полной длины Ь износа фронтальной выступающей шейки 5.

Поскольку стержень 3 из твердого металла имеет вполне определенный размер, т.е. длина Ζ стержня 3 из твердого металла, которая короче, чем полная длина Ь износа шейки 5 зуба, фактически достигается эффект, что подверженный износу зуб 1 является автосигнализирующим, т.е. что подверженная износу деталь 1 автоматически сообщает, что она изношена и должна быть заменена, это благодаря тому факту, что регистрируемые свойства, например изменения в вибрации или в сопротивлении крутящему моменту в лебедках или приводном валу, появляются в рабочем инструменте 11, в котором закреплен подверженный износу зуб 1. Стержень 3 из твердого металла таким образом закреплен в шейке 5 зуба на определенном расстоянии от верхней стороны держателя 10 зуба подверженного износу зуба 1, таким образом, что держатель 10 зуба никогда не испытывает риска прямого контакта с рабочей поверхностью С в результате того, что шейка 5 зуба износилась вниз слишком далеко, т.е. подверженная износу деталь 1 изменилась после приема автосигнала, когда полная рабочая длина Ь подверженной износу детали 1 была израсходована. Как только стержень 3 из твердого металла изнашивается, рабочая способность подверженного износу зуба 1 и его заточка изменяется настолько сильно, что, например, возникают вибрации, при этом эти вибрации определяются в ручную или соответствующим датчиком, и вследствие этого предупреждают оператора землечерпалки, например, что существующий, работающий подверженный износу зуб 1 теперь требуется заменить.

Это создает гораздо более предпочтительную и эффективную замену подверженной износу детали 1, чем прежде, поскольку режущая головка 11 землечерпалки должна быть поднята из воды для того, чтобы можно было проверить, какой подверженный износу зуб 1 должен быть заменен. Это также означает, что некоторые подверженные износу зубья 1 были без надобности заменены, поскольку режущая головка 11 была в любом случае поднята, и было понятно, что подверженный износу зуб 1 не протянет до следующей визуальной проверки, а также, что некоторые подверженные износу зубья 1 были заменены слишком поздно и держатели 10 зубьев таким образом испытали серьезные повреждения.

С помощью настоящего изобретения предпочтительные дополнительные характеристики, кроме всего прочего, были получены, при этом все подверженные износу зубья 1 могут быть заменены очень точно, так что получают и повышенную эффективность работы инструмента 11 и значительно сокращают число неизбежных остановок в работе. Также не существует риска, что держатели 10 зубьев подверженного износу зуба 1 будут повреждены, если замена выполнена, как только был зарегистрирован автосигнал. Дополнительным преимуществом является, например, то, что стержень 3 из твердого металла действительно изнашивается непосредственно перед его заменой таким образом, что подверженный износу зуб 1, который оставлен, очень часто содержит только один материал, литую сталь 2. Восстановление остаточного зуба таким образом становится очень легким. Если замена должна быть произведена перед тем, как твердый металл полностью израсходован, этот фрагмент может быть отрезан от остальной части подверженной износу детали 1, после чего восстановление остаточного зуба, который в данном случае выполнен из гомогенного стального материала, и оставшегося фрагмента шейки зуба с дорогостоящим твердым металлом проводят раздельно. Твердый металл может быть легко отделен, поскольку он имеет точку плавления, отличающуюся от точки плавления литой стали, около 1500-1700°С.

Дополнительное преимущество заключается в том, что поверхность контакта и зона 24 связывания между стержнем 3 из твердого металла и остальной литой сталью 2 испытывает предварительное напряжение, при котором поверхность 24 контакта приобретает характеристику, обеспечивающую более сильную выдержку стержня 3 из твердого металла. Зона 24 связывания между стержнем 3 из твердого металла и литой сталью 2 содержит некоторое количество расплавленного твердого металла, который был растворен и смешан вместе с литой сталью 2, за счет этого был изготовлен более твердый сердечник из твердого металла, окруженным более мягкой литой сталью и более мягкой зоной связывания, с твердо

- 11 018287 стью от 1220 до 1450 единиц по шкале Викерса (НУ3), образованной между литой сталью 2 и стержнем 3 из твердого металла. Сердечник 3 из твердого металла является таким образом полностью нетронутым и неповрежденным, несмотря на литье в литую сталь 2. Если был использован сердечник из твердого металла в некоторой степени более мягкий, чем в описанном ниже иллюстративном варианте осуществления изобретения, риск появления трещин в упомянутой зоне 24 связывания снижается, но срок службы затем сокращается, когда инструмент 11 используется. В предпочтительном варианте осуществления изобретения стержень 3 из твердого металла имеет значение твердости, равное около 800-1750 единиц по шкале Викерса (НУ3).

После того как крепежный стержень 16 на стержне 3 из твердого металла был удален согласно вышеописанному, маленькое углубление может быть обнаружено в поверхности 7 износа свободной фронтальной вершины шейки 5 зуба, но поскольку самозатачивание, являющееся результатом износа этой поверхности 7 износа фронтальной вершины, т.е. заточка шейки 5 зуба подверженного износу зуба 1, происходит быстро, стержень 3 из твердого металла будет подвержен воздействию и начнет освобождение рабочей поверхности С. В отличие от обычного подверженного износу зуба без такой поверхности 8 износа внутреннего стержня в пределах поверхности 7 износа вершины, обычный подверженный износу зуб всегда имеет тупую поверхность контакта с рабочей поверхностью С, при этом проникающее действие в подверженном износу зубе 1 всегда получают согласно настоящему изобретению. Факт того, что в случае одностороннего или двухстороннего износа, который является случаем, когда подверженный износу зуб 1 закреплен на месте в своем положении на инструменте 11, см. конкретно фиг. 5 и 8, поверхность 7 износа вершины подверженного износу зуба 1, которая закреплена в отношении держателя 10 зуба, трется о рабочую поверхность С, образуется режущая кромка 29, см. фиг. 6, над поверхностью 7 износа вершины, имеет меньшее значение, поскольку поверхность 8 износа стержня 3 из твердого металла, по отношению к поверхностям 7а, 7Ь износа вершины литой стали, все еще составляет фронтально выступающую вершину. В случае поверхности поворотной вершины не образуется режущей кромки.

Эффект самозатачивания получают благодаря тому, что литая сталь 2 и стержень 3 из твердого металла имеют различное сопротивление истиранию (также называемое износостойкостью), при этом твердый металл имеет более высокую износостойкость так, что литая сталь 2, имеющая более низкое сопротивление истиранию, изнашивается более быстро, чем стержень 3 из твердого металла, окруженный литой сталью 2, когда инструмент 11 и, следовательно, подверженный износу зуб 1 используются, таким образом, что получают баланс между сопротивлением истиранию литой стали 2 и сопротивлением истиранию стержня 3 из твердого металла, и таким образом шейка 5 подверженного износу зуба постоянно затачивается, поскольку стержень 3 из твердого металла подвергается воздействию во время использования подверженного износу зуба 1 и поэтому эффективно проникает в рабочую поверхность С. В течение всего времени стержень 3 из твердого металла является той частью подверженного износу зуба 1, которая выступает дальше всего из шейки 5 зуба и, таким образом, всегда работает на рабочей поверхности С, в то время как литая сталь 2 работает в меньшей степени или совсем не работает на рабочей поверхности С, до тех пор пока стержень 3 из твердого металла полностью не износится и функция автосообщения автоматически не предупредит, что требуется смена подверженной износу детали 1.

Для того чтобы получить более определенный эффект самозатачивания в подверженной износу детали 1, может быть предпочтительным размещать окружающее литье 2 концентрично вокруг стержня 3 из твердого металла в виде множества слоев, не показаны, в которых сопротивление истиранию каждого слоя является разным.

Сопротивление истиранию слоев определяют с помощью их твердости и толщины. Структура слоев может быть изменена большим количеством способов. Для того чтобы создать постепенно возрастающее сопротивление истиранию радиально внутрь по направлению к стержню 3 из твердого металла, толщина и твердость слоев могут быть увеличены ступенчато внутрь в пределах поперечного сечения шейки 5 зуба. В качестве альтернативы слои могут быть размещены таким образом, что сопротивление истиранию увеличивается вдоль длины стержня 3 из твердого металла. Изменяя число, толщину и твердость слоев заданным образом, можно, таким образом, также использовать подверженные износу детали, сконструированные обычным образом, для различных применений. В зависимости от характера износа может быть предпочтительным иметь различные самозатачивающиеся профили. При определенном применении может быть предпочтительным конический самозатачивающийся профиль, в других применениях выпуклый самозатачивающийся профиль и т.д.

В некоторых применениях износ неравномерно распределен вокруг подверженной износу детали 1, что означает, что некоторые части подверженной износу детали 1 изношены больше, чем другие. Тогда может быть предпочтительным распределить слои соответствующим неравномерным образом вокруг подверженной износу детали 1, чтобы компенсировать неравномерный износ.

Когда подверженные износу зубья 1 используются в землечерпалке, в которой режущая головка 11 вращается в колебательных движениях, износ происходит на любой стороне продольной плоскости симметрии А подверженного износу зуба 1, таким образом, что гребнеобразная режущая кромка 29 образуется, по существу, непосредственно на середине твердого металла. Эта режущая кромка 29 затем постоянно затачивается за счет поворотных и колебательных движений, пока стержень 3 из твердого металла

- 12 018287 не израсходуется.

Дополнительное преимущество по сравнению с поверхностью вершины обычного подверженного износу зуба заключается в том, что самые твердые участки обрабатываемой поверхности ломаются с помощью вершины 8 из твердого металла, в то время как более традиционные части 7а, 7Ь поверхности 7 износа вершины из литой стали 2 вокруг этой вершины 8 из твердого металла затем приобретают более низкую скорость износа, и таким образом возросшее действие на длину износа, поскольку поэтому рабочая поверхность С является уже освобожденной. Срок службы подверженного износу зуба 1 может быть, таким образом, увеличен на несколько сотен процентов.

Рабочая длина Ζ на стержне 3 из твердого металла размещена таким образом, что когда вершина 6 зуба испытывает риск стать очень тупой, стержень 3 из твердого металла заметно расходуется, поскольку полное поперечное сечение шейки 5 зуба, содержащее шейку 5 зуба саму по себе, которая также может быть по своему праву увеличивающейся, по существу, концентрично вниз вокруг стержня 3 из твердого металла, по меньшей мере, с ее боковой 21 и задней 14 сторон, и окружающих упрочняющих участков 12, 13 содержащих задний участок 13 и боковые крылья 12, 12', показанные на фиг. 1-3, предпочтительно увеличивается вниз в направлении держателя 10 зуба таким образом, что эффект, увеличивающий долговечность стержня 3 из твердого металла, резко исчезает и дает, более или менее сразу же, тупой подверженный износу зуб 1, который создает такое большое возрастание вибраций и/или такую отмечаемую более низкую работоспособность на рабочей поверхности С и, следовательно, также такую заметную или обнаруживаемую потерю производительности, что оператор предупрежден о необходимости заменить подверженный износу зуб 1.

За счет того что литая сталь 2 вокруг стержня 3 из твердого металла изнашивается быстрее, именно стержень 3 из твердого металла всегда будет испытывать значительную часть резки, износа или проникающего действия подверженной износу детали 1, эффект который мы называем самозатачиванием. Это ведет к тому преимуществу, что подверженный износу зуб 1 способен более легко проникать в твердые типы почв и скал и т.п., за счет чего подверженный износу зуб 1 достигает большей эффективности. Ранее использованные обычные подверженные износу зубья становятся тупыми очень быстро, поскольку они не имеют твердой металлической вершины, и таким образом обычные подверженные износу зубья теряют свою функцию значительно более быстро.

Дополнительное преимущество достигается за счет способности повышать прочность фронтального конца подверженного износу зуба 1 вдоль шейки 5 зуба, поскольку возможно использовать больше литой стали 2 вокруг этого конца без получения обратного негативного эффекта затупления с отсутствием проникающей способности. Это означает, например, что даже в твердую скалу могут проникнуть и ее разрушить подверженные износу детали 1 на режущей головке 11 землечерпалки. Кроме того, является предпочтительном размещать упрочняющие участки, такие как боковые крылья 12, 12' и хребтообразный упрочняющий участок 13, на той задней части шейки 5 зуба подверженного износу зуба 1, которая обращена от носа режущей головки 11, или на сторонах 21 боковых по отношению к задней части 14, при этом хребтообразный упрочняющий участок 13 и упрочняющие боковые крылья 12, 12' придают жесткость шейке 5 зуба таким образом, что она может быть изготовлена значительно длиннее без того, чтобы быть разрушенной, таким образом, что рабочая длина шейки 5 зуба, т.е. длина, которая может изнашиваться до того, как подверженный износу зуб должен быть заменен, становится значительно длиннее, чем в соответствующей концентричной шейке 5 зуба без подобного упрочнения. Известна режущая головка, например, в которой каждый подверженный износу зуб 1 содержит поворотную цилиндрическую вершину, которая должна иметь очень короткую шейку, чтобы не быть сломанной, таким образом эти подверженные износу зубья с цилиндрической вершиной требуют замены, очень часто приводя к большому числу дорогостоящих остановок работы.

Предпочтительный вариант осуществления подверженного износу зуба 1 согласно настоящему изобретению содержит поперечное сечение, которое увеличивается по направлению к основанию шейки 5 зуба, при этом это поперечное сечение может содержать соответственно шейку 5 зуба, охватывающую стержень 3 из твердого металла, предпочтительно со всех сторон 14, 21, 9, причем имеет одну или более, или все стороны 14, 21, 9 с поперечным сечением, которое увеличивается по направлению к основанию шейки 5 зуба, упрочняющий хребет 13 с поперечным сечением, которое увеличивается по направлению к основанию шейки 5 зуба, две противоположные секции, т.е. по одной на каждой из двух сторон стержня 3 из твердого металла, размещенные секции литой стали с поперечным сечением, которое увеличивается по направлению к основанию шейки зуба, такие как боковые крылья 12, 12', или комбинацию двух или более упомянутых альтернатив.

С помощью вышеописанных конфигураций, имеющих стержень 3 из твердого металла, заключенный в шейке 5 зуба, свойства нового подверженного износу зуба 1 становятся, по меньшей мере, такими же предпочтительными, как и современные традиционные подверженные износу зубья по отношению к телу литой стали, в то же самое время, как и размещение стержня 3 из твердого металла, по меньшей мере, в центре шейки 5 зуба означает, что свойства подверженного износу зуба 1, например прочность на разрыв и т.п., возрастают. Если вершина 6 зуба и шейка 5 зуба становятся изношенными с двух противоположных направлений, в которых каждый стальной материал имеет конкретный взаимный баланс та

- 13 018287 ким образом, что износ соответствующих стальных материалов точно совпадает друг с другом, образуется острая кромка 29 в качестве центральной линии поперчено через поверхности 7 износа вершины между двумя противоположными угловыми частями 7а, 7Ь поверхности износа 7 вершины, при этом острая кромка 29 действует как острый нож и свободно режет новый материал, а если образуются более наклонные поверхности износа, взамен получают вершину типа шила, которая дополнительно царапает свободный новый материал.

Функция ножа усилена, кроме того, поперечным сечением, показанным на фиг. 1 и содержащим хребтообразный упрочняющий участок 13, который позволяет изготовить более длинные шейки 5 зуба, которые могут поэтому изнашиваться гораздо дольше, чем, например, круглая шейка зуба, которая ломается, как только предел прочности при изгибе, например, не может выдержать длины, получаемой с упрочненным вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1. Взаимное соотношение между длиной и диаметром круглой шейки зуба не должно быть больше чем 2, перед тем как ухудшатся рабочие характеристики или риск слома станет очень большим. С конфигурацией, имеющей упрочняющие участки, т.е. задний участок 13 и боковые крылья 12, 12' поперечно к поверхности 7 износа вершины, длина шейки зуба может быть примерно в 3-5 раз больше, чем поперечный размер шейки 5 зуба на фронтальном конце шейки 5 зуба, как это показано на фиг. 1, которая затем увеличивает рабочую длину и, следовательно, период использования подверженного износу зуба 1 без ухудшения рабочих характеристик или становящегося слишком большим риска разлома.

Дополнительное преимущество хребтообразного профиля 13 и формы 29 поверхности режущей вершины, как на фиг. 1-3, заключается в том, что современный подверженный износу зуб 1 также выполняет функцию лопаты, которая переносит и относит в сторону отходы обрабатываемых материалов.

Иллюстративные варианты осуществления изобретения

В конкретно показанном варианте осуществления следующий предпочтительный литьевой сплав, также называемый выше литой сталью, содержит главным образом сплав на основе железа (Ре) 95,0-96,0 вес.%, в котором материалы сплава предпочтительно содержат следующее.

Иллюстративный вариант 1 осуществления изобретения (вес.%).

Химический состав литой стали:

С 0,24-0,28 вес.%;

8ΐ 1,40-1,70 вес.%;

Мп 1,00-1,40 вес.%;

Р максимально 0,25 вес.%, предпочтительно 0,020 вес.%;

максимально 0,20 вес.%, предпочтительно 0,013 вес.%;

Сг 1,25-1,50 вес.%;

N1 0,40-0,60 вес.%;

Мо 0,17-0,22 вес.%;

А1 максимально 0,03-0,08 вес.%, предпочтительно 0,045 вес.%;

Τι максимально 0,04-0,10 вес.%, предпочтительно 0,07 вес.%;

N максимально 180 (ррт) ч./млн, предпочтительно 120 (ррт) ч./млн;

ΌΙ-индекс закаливаемости, минимально 6,6, предпочтительно 7,3, максимально 10,8.

Т ермообработка.

Полный отжиг/нормализация при 900-1050°С.

Время: минимально 3±1 ч или 1 ч/25 мм длины.

Охлаждение на открытом воздухе, нагрев до 850-1000°С.

Время: 1±0,5 ч; отверждение в водно-полимерной ванне или воде.

Выдержка при 200-300°С. Время: 3±1 ч или 1 ч на 25 мм длины, охлаждение на открытом воздухе. Все время основано на целой составной части, которая по температуре выше.

Механические свойства:

твердость по Бринеллю НВ минимально 450, предпочтительно 475;

предел текучести В_р0,₂ минимально 1200 МПа, предпочтительно 1300 МПа; прочность на разрыв Р_т минимально 1450 МПа, предпочтительно 1550 МПа; удлинение А₅ минимально 2%, предпочтительно 5%;

сокращение площади Ζ минимально 4%, предпочтительно 10%; ударная вязкость КУ+20 минимально 12 Дж, предпочтительно 15 Дж; ударная вязкость КУ-20 минимально 12 Дж, предпочтительно 12 Дж; модуль упругости для литой стали 195-220 ГПа;

твердость замерена после литья и 2 мм шлифовки.

Химический состав твердого металла:

10-25 вес.% Со и/или N1 с карбидом вольфрама с размером зерна приблизительно 0,5-7,0 мкм; твердость по шкале Викерса 800-1750.

Свойства поверхности контакта или зоны связывания:

твердость по шкале Викерса 1220-1450.

- 14 018287

Иллюстративный вариант 2 осуществления изобретения (вес.%).

Химический состав литой стали:

С 0,31-0, 36 вес.%;

8ΐ 1,10-1,50 вес.%;

Мп 0,80-1,10 вес.%;

Р максимально 0,25 вес.%, предпочтительно 0,015 вес.%;

максимально 0,15 вес.%, предпочтительно 0,010 вес.%;

Сг 1,00-1,40 вес.%;

N1 максимально 0,50 вес.%;

Мо 0,20-0,30 вес.%;

N максимально 180 ч./млн, предпочтительно 120 ч./млн;

Т ермообработка.

Полный отжиг/нормализация при 900-1050°С.

Время: минимально 3±1 ч или 1 ч/25 мм длины.

Охлаждение на открытом воздухе, нагрев до 850-1000°С. Время: 1±0,5 ч. Отверждение в воднополимерной ванне или воде.

Выдержка при 200-300°С. Время: 3±1 ч или 1 ч на 25 мм длины, охлаждение на открытом воздухе. Все время основано в целом на составной части, которая по температуре выше.

Механические свойства:

твердость по Бринеллю НВ минимально 500, предпочтительно 530;

предел текучести В_р0>2 минимально 1300 МПа, предпочтительно 1400 МПа; прочность на разрыв В_т минимально 1600 МПа, предпочтительно 1700 МПа; удлинение А₅ минимально 2%, предпочтительно 4%;

сокращение площади Ζ минимально 4%, предпочтительно 8%; ударная вязкость КУ+20 минимально 10 Дж, предпочтительно 14 Дж; ударная вязкость КУ-20 минимально 8 Дж, предпочтительно 10 Дж;

значения твердости измерены после литья и 2 мм шлифовки в определенном месте.

Тестовый образец 50x35 мм.

Металлургические аспекты и дополнительные конфигурации.

Литая сталь 2 имеет состав, содержащий углеродный эквивалент С_еч=вес.% С+0,3 ( вес.% 81+вес.% Р), который меньше чем 0,9 вес.%, предпочтительно меньше чем 0,8 вес.%, но все еще превышающий 0,1 вес.%, предпочтительно превышающий 0,5 вес.% Литая сталь предпочтительно будет состоять из материала Сг, N1, Мо низколегированной стали, имеющего точку плавления около 1450-1550°С. Твердость литой стали находится между 45 и 55 единиц твердости по шкале С Роквелла.

Данное изобретение может быть применено к твердым металлам на основе карбида вольфрама (АС) с фазой связывания из Со и/или N1, предпочтительно имеющими содержание углерода, которое находится рядом с образованием свободного графита и которое означает в случае твердого металла с фазой связывания кобальта, что содержание магнитоактивного кобальта составляет 0,9-1,0 номинального содержания кобальта. Может присутствовать до 5 вес.% карбидов Τι, Сг, N6, Та или V.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, предназначенном для землеройных инструментов, например для ножей землечерпалки, твердый металл имеет содержание фазы связывания из 10 до 25 вес.% Со и/или N1 с карбидом вольфрама (АС) с размером зерна между 0,5 и 7 мкм.

Зона перехода между твердым металлом и литой сталью имеет хорошее связывание, которое в основном не имеет полостей и трещин. Некоторые немногочисленные трещины в зоне между литой сталью и твердым металлом, однако, не будут серьезно влиять на эксплуатационные свойства изделия. В зоне перехода/зоне связывания существует тонкая зона эта-фазы, имеющая толщину между 50 и 200 мкм (В). В твердом металле ближе всего к зоне эта-фазы существует содержащая железо зона связывания с шириной от 0,5 до 2 мм (С). В стали, находящейся ближе всего к зоне эта-фазы, существует зона с повышенным содержанием углерода (Е) с толщиной между 10 и 100 мкм. Согласно способу литья, стержень из твердого металла крепят в литейной форме и заливают расплавленную сталь в литейную форму. Температура расплавленной стали, когда ее наливают в литейную форму, находится между 1550 и 1650°С. Предпочтительно стержень из твердого металла предварительно нагревают расплавом литой стали, поступающим в литейную форму вокруг стержня из твердого металла, закрепленного там в правильном положении. Охлаждение происходит на воздухе. После литья осуществляют стандартную термообработку, чтобы произвести закалку и отпуск стали.

Пример 1.

Цилиндрические стержни из твердого металла с диаметром 22 мм и длиной 120 мм, с содержанием 5 вес.% N1 и 10 вес.% Со и оставшейся частью карбида вольфрама (АС) с размером зерна 4 мкм изготавливают с помощью традиционных способов порошковой металлургии. Содержание углерода составляло

- 15 018287

5,2 вес.%, при этом твердость составляла 1140 единиц по шкале Викерса (НУ3).

Стержни были закреплены в литейных формах для изготовления подверженных износу зубьев для системы УО8ТЛ Т4, которая используется в режущей головке для землечерпалки. Сталь типа ΟΝΜ85 с содержанием 0,26 вес.% С, 1,5 вес.% δί, 1,2 вес.% Μη, 1,4 вес.% Сг, 0,5 вес.% N1 и 0,2 вес.% Мо, С ес.|=0,78 была расплавлена, и расплавленная масса с температурой 1570°С была разлита в литейные формы. Стержень из твердого металла был предварительно нагрет с помощью расплава литой стали, поступающей в литейную форму вокруг стержня из твердого металла, закрепленного там в правильном положении. После охлаждения на воздухе была проведена нормализация зубьев при 950°С и закалка при 920°С. Отпуск при 250°С был конечной стадией в термообработке перед тем, как изделие приняло свою конечную форму с помощью шлифовки.

Зуб был выбран для металлургической экспертизы зоны перехода между твердым металлом/литой сталью в зубе. Поперечное сечение зуба было изготовлено путем резания, шлифовки и полировки. Зона перехода между твердым металлом/сталью была исследована в оптическом микроскопе, ЬОМ. Изучение с помощью оптического микроскопа проводят и на непротравленной поверхности, и на поверхности, протравленной с помощью растворов Мураками и Ниталь, см. фиг. 9 и 10. Связывание между сталью и твердым металлом было хорошим и в основном без полостей и трещин. Между твердым металлом и сталью была обнаружена зона эта-фазы толщиной 100 мкм, В. В твердом металле присутствовала содержащая железо зона перехода С, имеющая толщину 1,5 мм на вершине нетронутого твердого металла Ό. В стали имеется упрочненная углеродом зона Е размером 50 мкм. Распределение вольфрама Ю, кобальта Со, железа Ее и хрома Сг по зоне связывания также было исследовано с помощью электронно-зондового микроанализа. На фиг. 11 показано распределение вольфрама Ю, кобальта Со, железа Ее и хрома Сг вдоль линии, перпендикулярной зоне связывания, при этом было обнаружено, что зона перехода С в основном состоит из карбида вольфрама в фазе связывания железа.

Пример 2.

Пример 1 был повторен с маркой твердого металла, который имеет состав из 20 вес.% Со, остальная часть - карбид вольфрама (ЮС) с размером зерен 2 мкм. Содержание магнитоактивного Со составляло 18,4 вес.%, при этом твердость составляла 900 единиц по шкале Викерса (НУ3).

Альтернативные варианты осуществления изобретения

Изобретение не ограничено показанным вариантом осуществления изобретения и может быть изменено различными путями в пределах объема формулы изобретения.

Перечень ссылочных позиций:

- подверженная износу деталь, подверженный износу зуб,

- часть из первого материала, литое тело, отливка, литая сталь,

- часть из второго материала, литая часть, удлиненный стержень из твердого металла,

- крепежная часть, вал зуба,

- шейка зуба, выступающая шейка,

- вершина зуба, наружная вершина,

- поверхность вершины, поверхность износа вершины зуба,

- свободная поверхность износа, поверхность износа стержня,

- фронтальная сторона шейки зуба,

- часть держателя, держатель зуба,

- рабочий инструмент,

- боковое крыло 12, 12',

- хребтообразный упрочняющий участок 13, хребтовой участок,

- спинка 14 фронтальной части шейки 5 зуба,

- изогнутый выступ 15,

- крепежный стержень, стержень из твердого металла,

- литой конец, стержень из твердого металла в литой стали,

- точка разрыва, изменение диаметра,

- желобок, выемка,

- кромка литой стали или опорная зона,

- боковые кромки,

- песочная оболочковая форма, часть оболочки 23',

- поверхность контакта или зона связывания,

- зажимное приспособление, крепежные выступы 25,

- палец и

- отверстие пальца,

- режущая кромка, продольные оси X, Υ, угол α, угол β,

- 16 018287 угол δ, угол λ, составляющая Е_с сдвигающей силы, составляющая Е, нормальной силы, составляющая Е_р боковой поперечной силы, рабочая поверхность С, длина (Ζ) стержня (3) из твердого металла, длина (Ь) шейки зуба, плоскость симметрии А, плоскость симметрии В.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Подверженная износу деталь (1) рабочего инструмента, обладающая улучшенными сопротивлением истиранию и прочностью, содержащая по меньшей мере части (2, 3) из первого материала и второго материала, при этом часть (2) из первого материала образована литым телом (2) из литьевого сплава, содержащим заднюю крепежную часть (4) для съемного крепления к части (10) держателя в рабочем инструменте (11), в котором подверженная износу деталь (1) образует сменную расходную часть, а также фронтальную шейку (5), выступающую от и под углом к продольной оси (X) через заднюю крепежную часть (4), причем выступающая фронтальная шейка (5) имеет наружную вершину (6), имеющую по меньшей мере одну поверхность (7) износа вершины, расположенную на самом наружном конце наружной вершины (6), при этом поверхность (7) износа вершины образует часть, которая должна активно работать на рабочей поверхности (С), причем выступающая шейка (5) изнашивается, начиная от по меньшей мере одной поверхности (7) износа вершины на наружной вершине (6), при этом часть (3) из второго материала состоит по меньшей мере из одного удлиненного стержня из твердого металла, закрепленного в продольной плоскости симметрии (А) подверженной износу детали (1), по существу, аксиально внутри выступающей шейки (5) части (2) из первого материала, причем по меньшей мере один удлиненный стержень из твердого металла содержит по меньшей мере одну свободную поверхность (8) износа стержня, составляющую часть большей поверхности (7) износа наружной вершины (6), а все другие стороны по меньшей мере одного удлиненного стержня (стержней) (3) из твердого металла окружены и закреплены на месте посредством части (2) из первого материала, отличающаяся тем, что по меньшей мере один удлиненный стержень (3) из твердого металла подверженной износу детали (1) размещен своим центром в зоне выступающей шейки (5), по существу, концентрично в направлении продольной оси (Υ) выступающей шейки (5) и имеет длину (Ζ), которая короче, чем длина (Ь) выступающей шейки (5), при этом внутренний литой конец (17) четко заканчивается на расстоянии от продольной оси (X) задней крепежной части (4), большем, чем расстояние ближайшего конца выступающей шейки (5) от продольной оси (X) так, чтобы автоматически выдавать сигнал, регистрирующий вибрацию, от подверженной износу детали при окончательном износе внутреннего литого конца и необходимости замены детали.
2. Деталь по п.1, отличающаяся тем, что при креплении задней крепежной части (4) внутри части (10) держателя внутренний литой конец (17) заканчивается на расстоянии от верхней стороны держателя (10) зуба и, следовательно, также на дополнительном расстоянии от продольной оси (X) задней крепежной части (4), вставленной в держатель (10) зуба.
3. Деталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что часть (2) из первого материала содержит материал, который имеет более низкое сопротивление истиранию, чем удлиненный стержень (3) из твердого металла, при этом соотношение между более низкой прочностью части (2) из первого материала и более высокой прочностью удлиненного стержня (3) из твердого материала выбрано так, что свободная поверхность (8) износа удлиненного стержня (3) из твердого материала по отношению к оставшимся поверхностям (7) износа вершины части (2) из первого материала всегда является более выступающей, чем окружающая выступающая шейка (5) с тем, чтобы обеспечить способность самозатачивания.
4. Деталь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что подверженная износу деталь (1) содержит по меньшей мере две поверхности (7 а, 7Ь, 8) износа, имеющие разное сопротивление истиранию, при этом по меньшей мере две поверхности (7 а, 7Ь, 8) износа расположены так, что сопротивление истиранию возрастает в радиальном направлении удлиненного стержня (3) из твердого металла с тем, чтобы обеспечить способность самозатачивания детали (1), подверженной износу.
5. Деталь по п.4, отличающаяся тем, что по меньшей мере две поверхности (7а, 7Ь, 8) износа подверженной износу детали (1) расположены концентричными слоями вокруг удлиненного стержня (3) из твердого металла.
6. Деталь по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что удлиненный стержень (3) из твердого металла расположен под углом (λ) в пределах от 0 до 15° по отношению к продольной оси (Υ) выступающей шейки (5).
7. Деталь по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что удлиненный стержень (3) из твердого металла размещен с длиной (Ζ), составляющей от 80 до 95% от длины (Ь) выступающей шейки (5), рассчитан

- 17 018287 ной от центра его исходной поверхности (7) износа наружной вершины (6).
8. Деталь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что удлиненный стержень (3) из твердого металла состоит из материала, который имеет среднюю твердость от 800 до 1759 единиц по шкале Викерса (ΗΥ3).
9. Деталь по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что рабочий инструмент (11) для подверженной износу детали (1) содержит датчик, установленный с возможностью регистрирования регистрируемых вибраций при окончательном износе внутреннего литого конца (17) и тем самым указания на то, что удлиненный стержень (3) из твердого металла изношен и должен быть заменен.
10. Деталь по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что удлиненный стержень (3) из твердого металла выполнен в виде усеченного конуса.
11. Деталь по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что удлиненный стержень (3) из твердого металла имеет максимальную ширину от 10 до 30 мм.
12. Деталь по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что поперечное сечение удлиненного стержня (3) из твердого металла поперечно продольной оси удлиненного стержня (3) из твердого металла имеет квадратную или прямоугольную форму.
13. Деталь по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что поперечное сечение удлиненного стержня (3) из твердого металла поперечно продольной оси Υ' удлиненного стержня (3) из твердого металла и имеет круглую или эллиптическую форму.
14. Деталь по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что подверженная износу деталь (1) содержит по меньшей мере один дополнительный стержень из твердого металла, размещенный на периферии по отношению к первому стержню (3) из твердого металла.
15. Деталь по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что подверженная износу деталь (1) содержит по меньшей мере один упрочняющий участок (12, 12', 13), расположенный между наружной вершиной (6) подверженного износу зуба (1) и задней крепежной частью (4) подверженного износу зуба (1).