EP0345114A1 - Outil pour machine d'abattage minier comportant une pièce abrasive diamantée - Google Patents

Outil pour machine d'abattage minier comportant une pièce abrasive diamantée Download PDF

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EP0345114A1
EP0345114A1 EP89401393A EP89401393A EP0345114A1 EP 0345114 A1 EP0345114 A1 EP 0345114A1 EP 89401393 A EP89401393 A EP 89401393A EP 89401393 A EP89401393 A EP 89401393A EP 0345114 A1 EP0345114 A1 EP 0345114A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
tool according
layer
workpiece
carbide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89401393A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Sionnet
Paul Renard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrielle de Combustible Nucleaire Ste
Original Assignee
Industrielle de Combustible Nucleaire Ste
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Filing date
Publication date
Application filed by Industrielle de Combustible Nucleaire Ste filed Critical Industrielle de Combustible Nucleaire Ste
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
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    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • E21C35/1833—Multiple inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • E21C35/1837—Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material characterised by the shape

Definitions

  • the invention relates to a tool for a mining machine comprising a diamond abrasive piece.
  • the tools used for felling rocks in the context of mining generally consist of a treated steel body, the rear part of which constitutes a handle allowing the tool to be mounted in a support for the felling machine and the front part of which carries a point made of hard material such as tungsten carbide.
  • the whole tool is symmetrical in revolution and the handle is mounted in the tool holder so that the tool can rotate around its axis during the work of felling the rock.
  • a material more resistant to abrasion than tungsten carbide to constitute the tip of the tool.
  • a tool comprising an active part made of an abrasion-resistant material, such as polycrystalline diamond.
  • a housing is provided at the end of the tungsten carbide working part of the tool and a composite abrasive part is fixed having an active end part made of polycrystalline diamond inside the housing.
  • the front part of the tool constitutes a work surface of generally frustoconical shape having a part-carrying part at its end with respect to which the active part in polycrystalline diamond of the abrasive composite part is projecting.
  • the presence of the housing in the frustoconical part-holder part has the corollary of the existence of an annular zone of small thickness made of tungsten carbide around the abrasive part.
  • tungsten carbide has poor bending and shear strength, cracks occur in the work piece when the tool is working, constituting a weakened area.
  • the composite abrasive piece can then be ejected from its housing after a relatively short duration of use of the tool, which limits the overall lifetime of the tool and leads to an increase in the operating costs of the slaughter machine. .
  • an angle is provided at the top of the frustoconical working part of the tool and in particular of the workpiece-holding part which is adapted to the specific working conditions of the rock.
  • annular zone surrounding the composite abrasive piece has a thickness that is greater the greater the angle of the truncated cone of the workpiece portion. A increasing this angle substantially beyond the angle corresponding to the wear profile of the working part of the tool however leads to accelerated wear of this working zone and of the workpiece part.
  • the object of the invention is therefore to provide a tool for a mining machine consisting of a body carrying a composite abrasive part projecting at its anterior working end, the body comprising at the rear a handle allowing its mounting in a tool support for the felling machine and, at the front, a work surface of generally frustoconical shape having a workpiece part whose angle at the top ⁇ depends on the nature of the rock of which l felling and the composite abrasive piece fixed in a housing disposed inside the workpiece-carrying part of the working surface of the body consisting of a metal carbide pin secured at its projecting end relative to the body of a part active in polycrystalline diamond, this tool making it possible to avoid in service, to a large extent, cracking of the body in the vicinity of the abrasive composite part, excessive wear of the surface of tr had significant body and friction.
  • the body of the tool consists of a single piece of steel, the housing of the composite abrasive piece being provided in this steel piece, - the work surface of the body has, at least in its workpiece part, an apex angle ⁇ ′ less than at least 20% than the apex angle of the corresponding part of a metal carbide tool for the felling of the same rock, - And the surface of the workpiece holder is covered, at least partially and immediately in the vicinity of the composite abrasive piece at least, by a wear layer of a material whose hardness is greater than that of the steel constituting the body.
  • FIG. 1 a tool for cutting coal has been represented, comprising a body 1 of steel and a diamond abrasive piece 2.
  • the body 1 comprises a rear part 1a of generally cylindrical shape constituting the handle of the tool and a front part 1b of profiled form constituting the working part of the tool.
  • the tool 1 is intended for a coal mining machine and the handle 1a has a shape allowing it to fit in a tool holder of the mining machine, so that the fully symmetrical tool of revolution relative to an axis ZZ ′ is rotatably mounted on the tool support around this axis.
  • the body 1 of the tool is produced in the form of a single piece of steel having good mechanical characteristics and in particular good resilience and great resistance to bending, shearing and fatigue.
  • This part can be constituted for example by a steel of the 35CD4, 42CD4 or 35NCD16 type heat treated so as to obtain a tensile strength at least equal to 90 hbar.
  • the housing 3 of the composite abrasive part 2, of cylindrical shape and axis ZZ ′, is machined at the end of the part 1b of the body 1, inside a zone 4 delimited by a frustoconical surface which will be hereinafter called the workpiece holder part of the tool.
  • the frustoconical surface 5a surrounding the workpiece-carrying part 4 constitutes the anterior zone of the working surface 5 of the tool coming into contact with the rock whose felling is carried out.
  • the composite abrasive piece 2 is constituted, in a known manner, by a cylindrical pin 2a of tungsten carbide secured, at its projecting end relative to the housing 3 of the workpiece carrier 4, by a active tie 2b of hemispherical shape in polycrystalline diamond.
  • the forming of the composite abrasive part and the fixing of the diamond active part on the tungsten carbide pin are carried out at high temperature and under very high pressure, a metal such as cobalt being used as binder.
  • the body 1 of the tool consists of a single piece of steel in which the housing 3 of the abrasive composite part 2 is machined.
  • the annular zone of the workpiece carrier 4 of small thickness lying between the frustoconical surface 5a and the cylindrical housing 3 is thus constituted by treated steel, with high mechanical strength, much less fragile than tungsten carbide. This prevents cracking of this part of the workpiece when the tool is in service.
  • the favorable mechanical properties of the tool body allow it to transmit the forces of the felling machine adequately.
  • the composite abrasive piece 2 is fixed by brazing or tight fitting inside the housing 3, the brazed surface corresponding substantially to the entire surface of the housing 3.
  • This technique of brazing a piece of tungsten carbide in a body in steel is used, in the case of tools according to the prior art, to fix the tungsten carbide tip in the body of the tool.
  • the edges at the bottom of the hole will have a rounded part 6 and the bottom 7 may have a slightly conical or hemispherical shape.
  • FIG 1 there is shown in dotted lines the contour 8 of the outer surface of the front working part 1b of a tool according to the prior art intended for a coal mining machine and comprising a steel body on which is reported a tungsten carbide tip.
  • the housing of the diamond abrasive part is machined at the end of the tungsten carbide insert, inside the frustoconical surface 8a delimiting the workpiece holder and constituting, with the substantially cylindrical surface 8b, the working surface of the tool.
  • the angle at the top of the frustoconical surface 8a delimiting the workpiece holder is of the order of 55 °.
  • the angle at the top of the surface 5a delimiting the part-holder part of the body of the steel tool according to the invention is 40 °, which represents a decrease of a little less than 30%.
  • the profile of the working surface of the tool according to the invention represented in solid lines in FIG. 1 is substantially more tapered than the profile of the working surface of the tool according to the prior art represented in dotted.
  • the average diameter of the generally cylindrical part 5b disposed in the extension of the frustoconical part 5a of the working surface is 25% less than the corresponding diameter of the cylindrical part 8b of the working surface of the tool. according to the prior art.
  • the parts 5a and 5b of the working surface are connected by a rounded part 5c of substantially toroidal shape.
  • the profile of the tool according to the invention shown in solid lines corresponds substantially to the wear profile of a tool of a coal mining machine, that is to say the equilibrium profile for which the the friction and wear of the tool are the lowest.
  • This profile can be used without revealing a fragile annular zone liable to crack, at the workpiece carrier. This result is obtained thanks to the excellent mechanical properties of the treated steel constituting the body of the tool, by comparison with the corresponding properties of an insert made of tungsten carbide.
  • the surface 5a, the surface 5c and the front part of the surface 5b were covered with a layer of tungsten carbide 10 whose thickness is between 0.7 mm (zone located near the abrasive composite part 2) and 2 mm (anterior area of the surface 5b).
  • This layer can be obtained by torch reloading using tungsten carbide embedded in a metal binder such as nickel.
  • This layer can also be advantageously obtained, by infiltration of a binder consisting of a nickel-based liquid alloy, in the interstices of a layer of tungsten carbide particles molded on the surface to be coated.
  • a tool according to the invention comprising a monobloc body of steel, of a more tapered shape than a conventional tool and a protective layer of hard material on its work surface exhibited a service life. at least ten times greater than that of a tool according to the prior art. The use of a diamond abrasive piece is therefore entirely justified.
  • a tool for a mining machine for slaughtering potash comprising a one-piece body 11 of steel of the same type as the body 1 of the tool shown in Figure 1.
  • the body 11 comprises at l at the rear a handle 11a and at the front a working part 11b delimited by successive frustoconical surfaces in the axial direction.
  • the front end of the working part 11b of the tool constitutes the workpiece holder 14 delimited by a frustoconical surface 15a, itself connected to the surface of the base of the part 11b of the tool by a second frustoconical surface 15b and by a toric surface 15c.
  • the composite abrasive piece 12 comprising a cylindrical pin 12a of tungsten carbide and an active end portion 12b hemispherical of polycrystalline diamond is fixed as before by brazing, inside a housing 13 machined in the steel body of the tool in the workpiece holder part 14.
  • the outline 18 of the tungsten carbide end piece added in the steel body of a tool according to the prior art has also been shown in dotted lines in FIG. 2.
  • the angle at the top of the frustoconical end portion of the contour 18 is, in the case of potash, close to 80 °.
  • the angle at the top of the part 15a of the external surface of the workpiece holder 14 of the tool according to the invention, in the vicinity of the abrasive composite part 12 is 55 °, which represents a slightly reduced more than 30%.
  • the angle of the part 15b is of the order of 70 °, which is also smaller than the angle of the usual profile of a tool for slaughtering potash.
  • the tool according to the invention is more tapered, in its front end part, than the tool comprising an insert made of tungsten carbide according to the prior art.
  • the working surface 15 of the body 11 of the tool is covered in its end portion in the immediate vicinity of the abrasive composite piece 12 by a wear layer 20 of tungsten carbide whose thickness is between 2 and 2.5 mm and is reduced to 0.7 mm in the vicinity of the tip of the tool.
  • This wear layer covers the frustoconical surfaces 15a and 15b and the toric surface 15c.
  • This layer of protection against wear can be obtained as previously by torch deposition or by infiltration of binder in a layer of molded tungsten carbide powder.
  • FIGS. 3 and 3A a coal-cutting tool has been represented which is identical to the tool represented in FIG. 1, except for the creation of the wear layer on the working surface of the tool.
  • the wear layer of the working surface of the tool represented in FIGS. 3 and 3A is constituted by segments of tungsten carbide 16 brazed in shallow housings machined or stamped on the surface of the body of the tool and arranged one after the other along the circumference of the work surface in its zones 5a and 5c
  • the wear segments are generally helical in shape, the winding direction of the propeller corresponding to the opposite direction of rotation of the tool in service.
  • the abrasive point makes a groove in the rock that the front cone bursts. Consequently, the working surface must be effectively protected against wear, at least in the immediate vicinity of the abrasive part, in its conical part, with a slight overflow on the cylindrical part 5b, that is to say with overlap. of the toric zone 5c and possibly of the anterior end of the cylindrical part 5b. This avoids the risk of back-abrasion of part 1b of the tool body.
  • FIGS. 4 and 5 a second and a third alternative embodiment of the wear layer of a tool for coal mining, as shown in FIGS. 1, 3 and 3A.
  • the diamond composite abrasive part 2 is fixed directly in a housing 3 formed at the end of the working part 1b of the tool.
  • the variant shown in FIG. 4 is characterized by a wear layer 25 of diamond electro-deposited on the frustoconical surface 5a of the workpiece carrier 4 and by a layer of tungsten carbide 21 deposited with a blowtorch on the part 1b of the body in tool steel, on the toric surface 5c and on the end part of the surface 5b.
  • the layer 21 could also consist of tungsten carbide infiltrated by a metal.
  • the thickness of the electro-deposited diamond layer is 0.5 mm and the thickness of the layer 21 of tungsten carbide 2 mm.
  • a groove 22 is provided in the body of the tool at the rear end of the layer 25.
  • the shallow groove 22 makes it possible to limit the area covered by the electro-deposited diamond 20 and to prevent any separation of the layer by retro-abrasion.
  • the layer of electro-deposited diamond 25 can be replaced by a layer of silicon carbide also electro-deposited, of the same thickness or a diamond and silicon carbide mixture.
  • FIG. 5 a third variant embodiment of the tool is shown, the wear layer of the working surface 5 being in this case constituted by a continuous layer of electro-deposited diamond 24 ending inside of a shallow groove 23 with rounded edge.
  • the layer 24 of electro-deposited diamond whose thickness is 0.6 mm covers the frustoconical part 5a, the toric part 5c and the cylindrical front part 5b of the working surface 5 of the tool.
  • a protective layer consisting of electro-deposited silicon carbide with a total thickness of less than 1 mm or a mixture of diamond and silicon carbide.
  • the thickness of the wear layer protecting the working surface from the tool is selected in the following intervals: - between 1 and 3 mm, in the case of a thermal deposition of carbide; - between 1 and 3 mm, in the case of a layer of pre-molded carbide and infiltrated with a metallic binder; - around 2 mm, in the case of reported carbide segments or in the case of diamond concretions, that is to say of diamond particles bonded by a metal or an alloy.
  • the tools according to the invention have an endurance much greater than that of standard tools with carbide tip, even in the case where these tools have a profile close to the balance profile for the rock considered.
  • the tools according to the invention also have a much higher endurance than tools with a diamond tip housed in a carbide part.
  • this invention applies to so-called "front attack" stationary tools: in fact, when the tip of the tool is formed by a composite abrasive piece, the tool can remain stationary. This then no longer has a symmetry of revolution with respect to an axis but a symmetry with respect to a plane.
  • the angle at the top of the work surface of the workpiece carrier will preferably be less than the angle at the top of a conventional carbide tool used for felling the same rock, by about 30%.
  • the active part of the diamond abrasive piece may have a shape different from the hemispherical shape and, for example, a frustoconical shape.
  • the tools according to the invention can be used on any mining slaughter machine, and in particular on cutters and point attack machines.

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Abstract

Le corps (1) de l'outil est constitué par une pièce monobloc en acier. Le logement (3) de la pièce abrasive composite (2) est ménagé dans cette pièce en acier. La surface de travail (5) du corps (1) présente, au moins dans sa partie porte-pièce (5a) un angle au sommet inférieur d'au moins 20 % à l'angle au sommet de la partie correspondante (8a) d'un outil en carbure métallique pour l'abattage de la même roche. La surface (5a) du porte-pièce (4) est recouverte au moins partiellement par une couche d'usure (10) en matériau dur.

Description

  • L'invention concerne un outil pour une ma­chine d'abattage minier comportant une pièce abrasive diamantée.
  • Les outils utilisés pour l'abattage de ro­ches dans le cadre de l'exploitation minière sont gé­néralement constitués par un corps en acier traité dont la partie arrière constitue un manche permettant le montage de l'outil dans un support de la machine d'abattage et dont la partie antérieure porte une pointe en matériau dur tel que le carbure de tung­stène. L'ensemble de l'outil est symétrique de révolu­tion et le manche est monté dans le support d'outil de manière que l'outil puisse tourner autour de son axe pendant le travail d'abattage de la roche.
  • Afin d'augmenter la durée de vie de l'outil, on a proposé d'utiliser un matériau plus résistant à l'abrasion que le carbure de tungstène pour constituer la pointe de l'outil. On a proposé, par exemple, dans le brevet GB-A-2. 146.058, un outil comportant une par­tie active en un matériau résistant à l'abrasion, tel que le diamant polycristallin. A cet effet, on ménage un logement à l'extrémité de la partie de travail en carbure de tungstène de l'outil et on fixe une pièce abrasive composite ayant une partie d'extrémité active en diamant polycristallin à l'intérieur du logement.
  • La partie antérieure de l'outil constitue une surface de travail de forme globalement tronconi­que présentant une partie porte-pièce à son extrémité par rapport à laquelle la partie active en diamant po­lycristallin de la pièce abrasive composite est sail­lante.
  • L'avantage de cet outil par rapport aux ou­tils comportant une pointe en carbure de tungstène est cependant limité. En effet, le diamant est environ dix fois plus cher que le carbure de tungstène et il se­rait nécessaire, pour que le prix de l'outil reste compétitif, que la durée de vie de cet outil diamanté soit augmentée dans le même rapport ou dans un rapport voisin.
  • En fait, on a pu constater qu'en réalité la durée de vie d'un tel outil comportant une pièce abra­sive diamantée était considérablement réduite à cause d'une mauvaise résistance mécanique du carbure de tungstène, dans la partie porte-pièce de l'outil.
  • En effet, la présence du logement dans la partie porte-pièce de forme tronconique a pour corol­laire l'existence d'une zone annulaire de faible épaisseur en carbure de tungstène autour de la pièce abrasive.
  • Comme le carbure de tungstène présente une mauvaise résistance à la flexion ainsi qu'au cisaille­ment, il se produit, lors du travail de l'outil, des fissures dans la partie porte-pièce constituant une zone affaiblie. La pièce abrasive composite peut alors être éjectée de son logement après une durée d'utili­sation de l'outil relativement courte, ce qui limite la durée de vie globale de l'outil et entraîne une augmentation des coûts de fonctionnement de la machine d'abattage.
  • En fonction de la nature de la roche dont on effectue l'abattage, on prévoit un angle au sommet de la partie tronconique de travail de l'outil et en par­ticulier de la partie porte-pièce qui soit adapté aux conditions spécifiques de travail de la roche.
  • Il est évident que la zone annulaire entou­rant la pièce abrasive composite comporte une épais­seur d'autant plus grande que l'angle du tronc de cône de la partie porte-pièce est lui-même plus grand. Une augmentation de cet angle sensiblement au-delà de l'angle correspondant au profil d'usure de la partie de travail de l'outil conduit cependant à une usure accélérée de cette zone de travail et de la partie porte-pièce.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un outil pour une machine d'abattage minier constitué par un corps portant une pièce abrasive composite saillante à son extrémité antérieure de travail, le corps comprenant à l'arrière un manche permettant son montage dans un support d'outil de la machine d'abat­tage et, à l'avant, une surface de travail de forme globalement tronconique ayant une partie porte-pièce dont l'angle au sommet α est fonction de la nature de la roche dont on effectue l'abattage et la pièce abra­sive composite fixée dans un logement disposé à l'in­térieur de la partie porte-pièce de la surface de tra­vail du corps étant constituée par un pion en carbure métallique solidaire à son extrémité saillante par rapport au corps d'une partie active en diamant poly­cristallin, cet outil permettant d'éviter en service, dans une large mesure, une fissuration du corps au voisinage de la pièce abrasive composite, une usure excessive de la surface de travail du corps et des frottements importants.
  • Dans ce but :
    - le corps de l'outil est constitué par une pièce mo­nobloc en acier, le logement de la pièce abrasive composite étant ménagé dans cette pièce en acier,
    - la surface de travail du corps présente, au moins dans sa partie porte-pièce, un angle au sommet α′ in­férieur d'au moins 20% à l'angle au sommet de la par­tie correspondante d'un outil en carbure métallique pour l'abattage de la même roche,
    - et la surface du porte-pièce est recouverte, au moins partiellement et immédiatement au voisinage de la pièce abrasive composite au moins, par une couche d'usure en un matériau dont la dureté est supérieure à celle de l'acier constituant le corps.
  • Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titres d'exemples non limi­tatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'un outil suivant l'invention utilisable pour l'abattage du charbon ou pour l'abattage de la potasse.
    • La figure 1 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un outil suivant l'invention pour l'abattage du charbon.
    • La figure 2 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un outil suivant l'invention pour l'abattage de la potasse.
    • La figure 3 est une vue en élévation d'un outil suivant l'invention et suivant une variante de réalisation conçu pour l'abattage du charbon.
    • La figure 3A est une vue de dessus suivant A de la figure 3.
    • La figure 4 est une vue en coupe de l'extré­mité de travail d'un outil pour l'abattage du charbon, suivant l'invention et suivant une seconde variante de réalisation.
    • La figure 5 est une vue en coupe de l'extré­mité de travail d'un outil pour l'abattage du charbon, suivant l'invention et suivant une troisième variante de réalisation.
  • Sur la figure 1, on a représenté un outil pour l'abattage du charbon comportant un corps 1 en acier et une pièce abrasive diamantée 2.
  • Le corps 1 comporte une partie arrière 1a de forme globalement cylindrique constituant le manche de l'outil et une partie avant 1b de forme profilée cons­tituant la partie de travail de l'outil.
  • L'outil 1 est destiné à une machine d'abat­tage du charbon et le manche 1a présente une forme lui permettant de s'adapter dans un support d'outil de la machine d'abattage, de manière que l'outil entièrement symétrique de révolution par rapport à un axe ZZ′ soit monté rotatif sur le support d'outil autour de cet axe.
  • Le corps 1 de l'outil est réalisé sous la forme d'une pièce monobloc en acier présentant de bon­nes caractéristiques mécaniques et en particulier une bonne résilience et une grande résistance à la fle­xion, au cisaillement et à la fatigue.
  • Cette pièce peut être constituée par exemple par un acier du type 35CD4, 42CD4 ou 35NCD16 traité thermiquement de façon à obtenir une résistance à la traction au moins égale à 90 hbar.
  • Le logement 3 de la pièce abrasive composite 2, de forme cylindrique et d'axe ZZ′, est usiné à l'extrémité de la partie 1b du corps 1, à l'intérieur d'une zone 4 délimitée par une surface tronconique qui sera appelée par la suite partie porte-pièce de l'outil.
  • La surface tronconique 5a entourant la par­tie porte-pièce 4 constitue la zone antérieure de la surface de travail 5 de l'outil venant en contact avec la roche dont on effectue l'abattage.
  • La pièce abrasive composite 2 est constitué, de manière connue, par un pion cylindrique 2a en car­bure de tungstène solidaire, à son extrémité saillante par rapport au logement 3 du porte-pièce 4, d'une par­ tie active 2b de forme hémisphérique en diamant poly­cristallin.
  • De manière connue, le formage de la pièce abrasive composite et la fixation de la partie active en diamant sur le pion en carbure de tungstène sont réalisés à haute température et sous très forte pres­sion, un métal tel que le cobalt étant utilisé comme liant.
  • Selon l'invention, le corps 1 de l'outil est constitué par une pièce monobloc en acier dans laquel­le est usiné le logement 3 de la pièce abrasive compo­site 2. La zone annulaire du porte-pièce 4 de faible épaisseur comprise entre la surface tronconique 5a et le logement cylindrique 3 est ainsi constituée par de l'acier traité, à haute résistance mécanique, beaucoup moins fragile que le carbure de tungstène. On évite ainsi une fissuration de cette partie du porte-pièce, lorsque l'outil est en service. De plus, les proprié­tés mécaniques favorables du corps de l'outil lui per­mettent de transmettre les efforts de la machine d'abattage de façon adéquate.
  • La pièce abrasive composite 2 est fixée par brasure ou emmanchement serré à l'intérieur du loge­ment 3, la surface brasée correspondant sensiblement à la totalité de la surface du logement 3. Cette techni­que de brasure d'une pièce en carbure de tungstène dans un corps en acier est utilisée, dans le cas des outils suivant l'art antérieur, pour fixer la pointe en carbure de tungstène dans le corps de l'outil.
  • Afin de limiter la concentration des contraintes en fond de trou, on pourra prévoir une forme adaptée du logement 3. De manière avantageuse, les arêtes en fond de trou comporteront une partie ar­rondie 6 et le fond 7 pourra présenter une forme légè­rement cônique ou hémisphérique.
  • Sur la figure 1, on a représenté en pointil­lés le contour 8 de la surface extérieure de la partie antérieure de travail 1b d'un outil selon l'art anté­rieur destiné à une machine d'abattage du charbon et comportant un corps en acier sur lequel est rapporté un embout en carbure de tungstène. Dans un tel outil selon l'art antérieur, le logement de la pièce abrasi­ve diamantée est usiné à l'extrémité de la pièce rap­portée en carbure de tungstène, à l'intérieur de la surface tronconique 8a délimitant le porte-pièce et constituant, avec la surface sensiblement cylindrique 8b, la surface de travail de l'outil.
  • Dans le cas d'un outil selon l'art antérieur pour une machine d'abattage du charbon, l'angle au sommet de la surface tronconique 8a délimitant le porte-pièce est de l'ordre de 55°.
  • Par comparaison, l'angle au sommet de la surface 5a délimitant la partie porte-pièce du corps de l'outil en acier suivant l'invention est de 40°, ce qui représente une diminution d'un peu moins de 30 %.
  • De manière générale, le profil de la surface de travail de l'outil suivant l'invention représenté en traits pleins sur la figure 1 est sensiblement plus effilé que le profil de la surface de travail de l'ou­til suivant l'art antérieur représenté en pointillés.
  • C'est ainsi que le diamètre moyen de la par­tie globalement cylindrique 5b disposée dans le pro­longement de la partie tronconique 5a de la surface de travail est inférieur de 25 % au diamètre correspon­dant de la partie cylindrique 8b de la surface de tra­vail de l'outil suivant l'art antérieur. Les parties 5a et 5b de la surface de travail sont raccordées par une partie arrondie 5c de forme sensiblement torique.
  • Le profil de l'outil selon l'invention re­présenté en traits pleins correspond sensiblement au profil d'usure d'un outil d'une machine d'abattage de charbon, c'est-à- dire le profil d'équilibre pour lequel le frottement et l'usure de l'outil sont les plus faibles.
  • Ce profil peut être utilisé sans faire appa­raître une zone annulaire fragile et susceptible de se fissurer, au niveau du porte-pièce. Ce résultat est obtenu grâce aux excellentes propriétés mécaniques de l'acier traité constituant le corps de l'outil, par comparaison avec les propriétés correspondantes d'une pièce rapportée en carbure de tungstène.
  • Bien que l'utilisation d'un profil le plus proche possible du profil d'équilibre pour la partie de travail de l'outil permette de limiter le frotte­ment et l'usure, il est néanmoins nécessaire de proté­ger la surface extérieure de travail de la partie 1b du corps de l'outil, au moins dans la zone correspon­dant à la surface 5a du porte-pièce 4.
  • Pour celà, on a recouvert la surface 5a, la surface 5c et la partie antérieure de la surface 5b par une couche de carbure de tungstène 10 dont l'é­paisseur est comprise entre 0,7 mm (zone située à pro­ximité de la pièce abrasive composite 2) et 2 mm (zone antérieure de la surface 5b).
  • Cette couche peut être obtenue par recharge­ment au chalumeau en utilisant du carbure de tungstène noyé dans un liant métallique tel que le nickel.
  • Cette couche peut être également obtenue de manière avantageuse, par infiltration d'un liant cons­titué par un alliage liquide à base de nickel, dans les interstices d'une couche de particules de carbure de tungstène moulée sur la surface à revêtir.
  • On a pu montrer qu'un outil suivant l'inven­tion comportant un corps monobloc en acier, d'une for­me plus effilée qu'un outil classique et une couche de protection en matériau dur sur sa surface de travail présentait une durée de vie en service au moins dix fois supérieure à celle d'un outil selon l'art anté­rieur. L'utilisation d'une pièce abrasive diamantée est alors tout-à-fait justifiée.
  • Sur la figure 2, on a représenté un outil pour une machine minière d'abattage de la potasse com­portant un corps monobloc 11 en acier du même type que le corps 1 de l'outil représenté sur la figure 1. Le corps 11 comporte à l'arrière un manche 11a et à l'avant une partie de travail 11b délimitée par des surfaces tronconiques successives suivant la direction axiale. L'extrémité antérieure de la partie de travail 11b de l'outil constitue le porte-pièce 14 délimité par une surface tronconique 15a, elle-même reliée à la surface de la base de la partie 11b de l'outil par une seconde surface tronconique 15b et par une surface to­rique 15c.
  • La pièce abrasive composite 12 comportant un pion cylindrique 12a en carbure de tungstène et une partie d'extrémité active 12b hémisphérique en diamant polycristallin est fixée comme précédemment par brasu­re, à l'intérieur d'un logement 13 usiné dans le corps en acier de l'outil dans la partie porte-pièce 14.
  • On a également représenté en pointillés sur la figure 2 le contour 18 de la pièce d'extrémité en carbure de tungstène rapportée dans le corps en acier d'un outil selon l'art antérieur. L'angle au sommet de la partie tronconique terminale du contour 18 est, dans le cas de la potasse, voisin de 80°.
  • Par comparaison, l'angle au sommet de la partie 15a de la surface extérieure du porte-pièce 14 de l'outil suivant l'invention, au voisinage de la pièce abrasive composite 12 est de 55°, ce qui repré­sente une diminution un peu supérieure à 30 %.
  • L'angle de la partie 15b est de l'ordre de 70°, ce qui est également plus faible que l'angle du profil habituel d'un outil pour l'abattage de la po­tasse.
  • De manière générale, l'outil suivant l'in­vention est plus effilé, dans sa partie d'extrémité antérieure, que l'outil comportant une pièce rapportée en carbure de tungstène suivant l'art antérieur.
  • Comme dans le cas de l'outil pour l'abattage du charbon qui a été décrit plus haut, la surface de travail 15 du corps 11 de l'outil est recouverte dans sa partie d'extrémité au voisinage immédiat de la piè­ce abrasive composite 12 par une couche d'usure 20 en carbure de tungstène dont l'épaisseur est comprise entre 2 et 2,5 mm et se réduit jusqu'à 0,7 mm au voi­sinage de la pointe de l'outil. Cette couche d'usure recouvre les surfaces tronconiques 15a et 15b et la surface torique 15c.
  • Cette couche de protection contre l'usure peut être obtenue comme précédemment par dépôt au cha­lumeau ou par infiltration de liant dans une couche de poudre de carbure de tungstène moulé.
  • Les avantages en service de l'outil pour l'abattage de la potasse sont tout-à-fait équivalents aux avantages mentionnés plus haut pour l'outil d'a­battage du charbon.
  • Sur les figures 3 et 3A, on a représenté un outil d'abattage du charbon qui est identique à l'ou­til représenté sur la figure 1, à l'exception de la réalisation de la couche d'usure sur la surface de travail de l'outil.
  • Les éléments correspondants sur les figures 1 d'une part et 3 et 3A d'autre part portent les mêmes repères. Seuls les repères relatifs à la couche d'usu­re ont été modifiés.
  • La couche d'usure de la surface de travail de l'outil représenté sur les figures 3 et 3A est constituée par des segments en carbure de tungstène 16 brasés dans des logements peu profonds usinés ou ma­tricés sur la surface du corps de l'outil et disposés l'un à la suite de l'autre suivant la circonférence de la surface de travail dans ses zones 5a et 5c
  • Entre deux segments d'usure 16 successifs est ménagé un intervalle 17 où la surface du corps de l'outil n'est pas recouverte et se trouve simplement protégée par les segments d'usure situés de part et d'autre.
  • Pour éviter l'usure "inter-segments", les segments d'usure sont de forme globalement hélicoïda­le, le sens d'enroulement de l'hélice correspondant au sens inverse de rotation de l'outil en service.
  • La pointe abrasive fait une saignée dans la roche que le cône frontal fait éclater. En conséquen­ce, la surface de travail doit être protégée efficace­ment contre l'usure, au moins au voisinage immédiat de la pièce abrasive, dans sa partie conique, avec un lé­ger débordement sur la partie cylindrique 5b, c'est-­à-dire avec recouvrement de la zone torique 5c et éventuellement de l'extrémité antérieure de la partie cylindrique 5b. On évite ainsi des risques de rétro-­abrasion de la partie 1b du corps de l'outil.
  • Sur les figures 4 et 5, on a représenté une seconde et une troisième variantes de réalisation de la couche d'usure d'un outil pour abattage minier de charbon tel que représenté sur les figures 1, 3 et 3A.
  • La forme géométrique des outils selon le mo­de de réalisation de la figure 1 et selon les trois variantes est sensiblement identique.
  • Les éléments correspondants des outils re­présentés sur la figure 1 d'une part et sur les fi­gures 4 et 5 d'autre part portent les mêmes repères, seules les références relatives à la couche d'usure de la surface de travail des outils ont été modifiées.
  • Dans tous les cas, la pièce abrasive compo­site diamantée 2 est fixée directement dans un loge­ment 3 ménagé à l'extrémité de la partie de travail 1b de l'outil.
  • La variante représentée sur la figure 4 est caractérisée par une couche d'usure 25 en diamant électro-déposé sur la surface tronconique 5a du porte-­pièce 4 et par une couche de carbure de tungstène 21 déposée au chalumeau sur la partie 1b du corps en acier de l'outil, sur la surface torique 5c et sur la partie d'extrémité de la surface 5b. La couche 21 pourrait être constituée également par du carbure de tungstène infiltré par un métal.
  • L'épaisseur de la couche de diamant électro-­déposé est de 0,5 mm et l'épaisseur de la couche 21 en carbure de tungstène de 2 mm. On prévoit une rainure 22 dans le corps de l'outil à l'extrémité arrière de la couche 25.
  • La rainure 22 de faible profondeur permet de limiter la zone recouverte par le diamant électro-­déposé 20 et d'éviter tout décollement de la couche par rétro-abrasion.
  • La couche de diamant électro-déposé 25 peut être remplacée par une couche de carbure de silicium également électro-déposé, de même épaisseur ou un mélange diamant et carbure de silicium.
  • Sur la figure 5, on a représenté une troi­sième variante de réalisation de l'outil, la couche d'usure de la surface de travail 5 étant dans ce cas constituée par une couche continue de diamant électro-­déposé 24 se terminant à l'intérieur d'une rainure 23 de faible profondeur à bord arrondi. La couche 24 en diamant électro-déposé dont l'épaisseur est de 0,6 mm recouvre la partie tronconique 5a, la partie torique 5c et la partie antérieure cylindrique 5b de la surfa­ce de travail 5 de l'outil.
  • Au lieu d'une couche de diamant électro-­déposé, il serait possible de déposer une couche de protection constituée par du carbure de silicium électro-déposé sur une épaisseur totale inférieure à 1 mm ou un mélange diamant et carbure de silicium.
  • Dans tous les cas, quelle que soit la roche dont on réalise l'abattage et quelle que soit la forme géométrique exacte de l'extrémité de l'outil, l'épais­seur de la couche d'usure protégeant la surface de travail de l'outil est choisie dans les intervalles suivants :
    - entre 1 et 3 mm, dans le cas d'un dépôt thermique de carbure ;
    - entre 1 et 3 mm, dans le cas d'une couche de carbure prémoulée et infiltrée par un liant métallique ;
    - autour de 2 mm, dans le cas de segments rapportés en carbure ou dans le cas de concrétions diamantées, c'est-à-dire de particules de diamant liées par un mé­tal ou un alliage.
  • Dans le cas de segments ou concrétions dia­mantées, brasés sur la surface de travail, il est pré­férable d'usiner des logements de faible profondeur d'une forme correspondant à celle des segments ou concrétions qui sont rapportés et brasés à l'intérieur du logement.
  • Comme il a été indiqué plus haut, il est avantageux de prévoir des segments de forme hélicoï­dale et donc des logements de forme correspondante, en fonction du sens de rotation de l'outil. De manière avantageuse, ces logements feront un angle supérieur à 30° avec les lignes d'usure de l'outil.
  • Dans tous les cas, on a pu constater que les outils suivant l'invention présentent une endurance bien supérieure à celle des outils standard à embout carbure, même dans le cas où ces outils ont un profil proche du profil d'équilibre pour la roche considérée. Les outils suivant l'invention présentent également une endurance bien supérieure à celle des outils à em­bout diamanté logé dans une pièce en carbure.
  • L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.
  • C'est ainsi qu'on peut envisager des outils pour l'abattage du charbon ou de la potasse d'une for­me différente de celles qui ont été décrites et repré­sentées. En particulier, cette invention s'applique aux outils fixes dits "à attaque avant" : en effet, lorsque la pointe de l'outil est constituée par une pièce abrasive composite, l'outil peut rester fixe. Celui-ci ne présente plus alors une symétrie de révo­lution par rapport à un axe mais une symétrie par rap­port à un plan.
  • De même, on peut envisager des outils pour l'abattage d'autres roches dont la surface de travail présente une forme différente et en particulier un angle au sommet de la surface tronconique du porte-­pièce différent.
  • L'angle au sommet de la surface de travail du porte-pièce sera de préférence inférieur à l'angle au sommet d'un outil classique en carbure utilisé pour abattage de la même roche, d'à peu près 30 %.
  • On peut envisager une réduction un peu plus faible de cet angle au sommet ; pour obtenir des per­formances suffisantes de tenue à l'usure, il est ce­pendant nécessaire de réduire cet angle d'au moins 20 % par rapport aux angles au sommet des parties correspondantes des outils standard.
  • La partie active de la pièce abrasive dia­mantée peut avoir une forme différente de la forme hémisphérique et, par exemple, une forme tronconique.
  • Il est bien évident qu'on peut utiliser, pour réaliser le corps de l'outil, tout acier dont les caractéristiques mécaniques et en particulier la rési­lience sont suffisantes dans les conditions d'utilisa­tion.
  • Les outils suivant l'invention peuvent être utilisés sur toute machine d'abattage minier, et en particulier sur les haveuses et les machines à attaque ponctuelle.

Claims (14)

1.- Outil pour une machine d'abattage minier constitué par un corps (1) portant une pièce abrasive composite saillante à son extrémité antérieure de tra­vail (1b), le corps comprenant, à l'arrière, un manche (1a) permettant son montage dans un support d'outil de la machine d'abattage et, à l'avant, une surface de travail (5) de forme globalement tronconique ayant une partie porte-pièce (5a) dont l'angle au sommet α est fonction de la nature de la roche dont on effectue l'abattage et la pièce abrasive composite (2, 12) fixée dans un logement (3, 13) disposé à l'intérieur de la partie porte-pièce (5a) de la surface de travail (5) du corps (1) étant constituée par un pion en car­bure métallique (2a) solidaire à son extrémité sail­lante par rapport au corps (1) d'une partie active (5b) en diamant polycristallin, caractérisé par le fait :
- que le corps (1, 11) de l'outil est constitué par une pièce monobloc en acier, le logement (3, 13) de la pièce abrasive composite (2, 12) étant ménagé dans cette pièce en acier,
- que la surface de travail (5) du corps (1) présente, au moins dans sa partie porte-pièce (5a), un angle au sommet ( α′) inférieur d'au moins 20 % à l'angle au sommet de la partie correspondante (8a) d'un outil en carbure métallique pour l'abattage de la même roche,
- et que la surface du porte-pièce (5a) est recouver­te, au moins partiellement et immédiatement au voisi­nage de la pièce abrasive composite (2, 12) au moins, par une couche d'usure (10, 20, 16, 21, 22, 24) en un matériau dont la dureté est supérieure à celle de l'acier constituant le corps (1).
2.- Outil suivant la revendication 1, carac­térisé par le fait que l'angle au sommet (α′) de la partie porte-pièce (5a) de la surface de travail (5) est inférieur à l'angle au sommet de la partie corre­spondante d'un outil en carbure métallique, d'environ 30 %.
3.- Outil suivant la revendication 2, desti­né à l'abattage du charbon, caractérisé par le fait que l'angle au sommet (α′) de la partie porte-pièce (5a) de la surface de travail (5) est sensiblement égal à 40°.
4.- Outil suivant la revendication 2, desti­né à l'abattage de la potasse, caractérisé par le fait que l'angle au sommet (α′) de la partie porte-pièce (5a) de la surface de travail (5) est sensiblement égal à 55°.
5.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure (10, 20) est constituée par du carbure de tungstène et un liant métallique déposés au chalu­meau et présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.
6.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure (10, 20) est constituée par des parti­cules de carbure de tungstène infiltrées par un métal liquide et présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mm.
7.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure est constituée par des segments (16) en matériau dur d'une épaisseur voisine de 2 mm fixés par brasure sur le corps de l'outil (1) et séparés par des espaces (17).
8.- Outil selon la revendication 7, caracté­risé par le fait que les segments sont en carbure de tungstène.
9.- Outil selon la revendication 7, caracté­risé par le fait que les segments (16) sont constitués par des concrétions diamantées.
10.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 7, 8 et 9, caractérisé par le fait que les segments (16) ont une forme globalement hélicoïda­le.
11.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure (24, 25) est constituée par une couche de diamant électro-déposé d'une épaisseur inférieure à 1 mm.
12.- Outil suivant l'une quelconque des re­vendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couche d'usure (24, 25) est constituée par une couche de carbure de silicium électro-déposé ou par une cou­che mixte diamant et carbure de silicium d'une épais­seur inférieure à 1 mm.
13.- Outil selon l'une quelconque des reven­dications 11 et 12, caractérisé par le fait que la couche électro-déposée (24) est complétée, dans la partie arrière de la surface de travail (5), par une couche (21) de carbure déposée au chalumeau ou infil­trée sur une épaisseur voisine de 2 mm.
14.- Outil suivant la revendication 1, ca­ractérisé par le fait qu'une couche d'usure (10, 20, 16, 21, 24, 25) est déposée non seulement sur la par­tie porte-pièce (5a) de la surface de travail (5), mais encore sur une partie de la surface de travail située à l'arrière de la partie porte-pièce (5a).
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