EP2430289A2 - Cutting tool for a mining machine - Google Patents

Cutting tool for a mining machine

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Publication number
EP2430289A2
EP2430289A2 EP10718831A EP10718831A EP2430289A2 EP 2430289 A2 EP2430289 A2 EP 2430289A2 EP 10718831 A EP10718831 A EP 10718831A EP 10718831 A EP10718831 A EP 10718831A EP 2430289 A2 EP2430289 A2 EP 2430289A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
cutting insert
receiving bore
tool
solder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10718831A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roman Gerer
Ralf Grief
Jan Akerman
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.)
Sandvik Mining and Construction GmbH
Sandvik Mining and Construction Oy
Original Assignee
Sandvik Mining and Construction GmbH
Sandvik Mining and Construction Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Mining and Construction GmbH, Sandvik Mining and Construction Oy filed Critical Sandvik Mining and Construction GmbH
Publication of EP2430289A2 publication Critical patent/EP2430289A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH 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 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
    • E21C35/1831—Fixing methods or devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49863—Assembling or joining with prestressing of part
    • Y10T29/49865—Assembling or joining with prestressing of part by temperature differential [e.g., shrink fit]

Definitions

  • Cutting tools for mining machines are known for example in the form of so-called chisels, which are used for example in the mining of coal or in tunneling.
  • Chisels are usually arranged on the circumference of a cutting or cutting roller, which is achieved by selecting the respective cutting angle that usually tapered chisel due to the rotating movement of the cutting or Schrämwalze with the degraded material or the stone to be removed Engage that material or stone is removed by cutting or scraping from the surface of the working face.
  • Chisels usually consist of a base body and a set in a receiving bore of the body cutting insert. So that even harder rock can be removed efficiently, the cutting insert consists of a particularly hard and wear-resistant material.
  • tungsten carbide or a tungsten carbide-cobalt composite material has been proposed in this connection.
  • a particularly wear-resistant training succeeds through the use of cutting tools or chisels with a tip made of diamond or polycrystalline diamond composite material.
  • the cutting insert of the cutting tool can have only an outer coating of a diamond composite material or consist entirely of such a diamond composite material.
  • US 5,161,627 shows and describes a round shank bit with a cutting insert that is tapered and has a rounded tip.
  • a layer of a polycrystalline diamond composite material is applied. The layer is about 0.04 inches (0.1 cm).
  • a conical cutting insert with a coating of a polycrystalline diamond material can also be taken from US Pat. No. 4,811,801.
  • the subject matter of US Pat. No. 6,733,087 mentions diamond, polycrystalline diamond material, cubic boron nitride binder, free carbide or combinations thereof as the material for a wear-resistant coating of a cutting insert.
  • EP 1283936 B1 has proposed a cutting tool with a tapered cutting insert consisting of diamond crystals which are interconnected by means of a silicon carbide matrix.
  • a metal matrix composite is indicated for bonding the cutting insert to the tool body.
  • a cutting geometry is defined on the one hand by the shape of the chisel tip and on the other hand by the peripheral force occurring at the chisel tip and the rock-dependent normal force.
  • the cutting geometry should be designed so that a resulting cutting force is formed, which coincides with the cutting axis, ie with the axis of the chisel.
  • the invention therefore aims to the determination of the cutting insert in the tool body in a simple manner improve and extend the life of the cutting tools with the same constant cutting geometry.
  • the invention starting from a cutting tool of the type mentioned in essence that the diameter of the cutting insert and receiving bore are dimensioned such that the cutting insert is held by shrink-fit in the receiving bore.
  • the invention is based on the surprising finding that a shrink-fit fit in cutting inserts made of a diamond composite material sufficient holding forces and even with an extremely high load on the cutting tool, for example when cutting hard rock, a permanent and stable down the cutting insert allows.
  • a further improvement of the attachment results in accordance with a preferred development in that the cutting insert is additionally held in the receiving bore with the aid of a soldered connection, preferably using a solder, preferably metal solder, introduced into the receiving bore, wherein at the interface between the attachment Cutting insert and the solder a particularly stable connection is achieved if, as it corresponds to a further preferred embodiment, the cutting insert has an electrolytic copper coating whose thickness is preferably 0.1 to 0.2 mm.
  • solder and in particular the electrolytic copper occupancy of the cutting insert is melted during soldering of the cutting insert in the bore of the tool body, wherein due to the cooling of the tool body and the resulting shrink-fit of the cutting insert in the receiving bore penetration of the molten solder or the gives electrolytic copper occupancy in the surface of the cutting insert and between the tool body and the cutting insert a kind of micro-toothing arises, which leads to a very strong and permanent connection between the cutting insert and horrigan.
  • a solder is preferably a copper-silver solder selected.
  • the diamond composite according to a preferred development of diamond crystals, which are connected to each other by means of a silicon carbide matrix. Such a diamond composite material has become known from WO 90/01986 A1. A method of making such a diamond composite has become known from WO 88/07409 A1.
  • the embodiment is preferably such that the cutting tool is designed as a chisel and the tip of the cutting insert is substantially conical, the point angle being 60-75 °, wherein it is preferably provided that the tip of the Cutting insert has a tip radius of 2 - 5mm, preferably 4mm.
  • the cutting tool is oriented on the cutting roller with a cutting angle of 45-58 °, preferably 49 °, optimal conditions at the point of contact between the bit tip and the Rock, wherein the thus optimized cutting geometry due to the extremely high wear resistance of the diamond composite material can be maintained substantially over the entire life of the cutting tool.
  • the cutting tool has a cutting insert with a cylindrical base body with a diameter of preferably 10-18 mm, which carries the conical tip, wherein between the cylindrical base body and the conical tip a transition radius is provided, the 35 - 45 mm, preferably 40 mm.
  • the invention further relates to a cutting roller with at least one cutting tool, in particular chisel, according to one of claims 1 to 8, wherein the arrangement of the cutting tool on the cutting roller takes place in such a way that the cutting tool the cutting roller with a cutting angle of 45 - 58 °, preferably 49 °, oriented.
  • the invention further relates to a method for producing a cutting tool, in particular for fixing a cutting insert made of a diamond composite material in a receiving bore of a tool base body.
  • the method is characterized according to the invention by the following process steps: a) heating of the tool body to a temperature of at least 750 0 C, preferably 800-860 0 C, b) inserting the cutting insert into the receiving bore of the tool body, c) cooling the tool body in air until about 600 0 C, d) further cooling the tool body with water and e) preferably final annealing to about 300 0 C, wherein the cutting insert is determined by the warming and subsequent cooling of the tool body with a shrink-fit in the receptacle of the tool body ,
  • a preferred procedure provides that before step a) an electrolytic copper occupation of the
  • Cutting insert is made and that between step a) and b) a solder, in particular a copper-silver solder, in the Aufauf receiving bore is introduced, so that the setting of the cutting insert in the receiving bore takes place both due to the shrink-fit and due to a solder joint.
  • a solder in particular a copper-silver solder
  • the solder is introduced in the form of a cartridge in the receiving bore.
  • FIG. 2 shows a cutting tool with a cutting insert made of a diamond composite material inserted into it
  • FIG. 3 shows the cutting geometry of a cutting tool according to the invention, which is fastened to a cutting roller ,
  • FIG. 1 a cutting insert made of a diamond composite material is designated by FIG. 1, which essentially consists of three regions: a cutting insert tip 2, a cutting insert main body 3 and a cutting insert end 4. The entire cutting insert is rotationally symmetrical about the central axis 10.
  • the cutting insert tip is substantially frusto-conical, with the tip being rounded.
  • the peak radius designated r is between 2 and 5 mm and the apex angle ( ⁇ ), i. the angle between the two diametrically opposite generatrix of the cone is 71 ° in this embodiment.
  • a tool body 5 is shown, in which a cutting insert 1 is fixed in a receiving bore 6.
  • the bit consisting of tool base body 5 and cutting insert 1, is rotationally symmetrical about the central axis 10.
  • the tool base body has at its front end a widening region 7, which merges directly into a skirt 8.
  • the conical widening in the front area of the round chisel serves to stabilize the cutting tool.
  • a groove 9 At the rear end of the chisel is a groove 9, in which an unillustrated snap ring can engage for fixing to a chisel holder.
  • FIG 3 12 schematically shows a cutting roller on which a bit holder 11 a round shank chisel is fixed.
  • the apron 8 rests on the front of the chisel holder and thus seals the opening of the chisel holder against the ingress of dust and debris.
  • the radius denoted by R corresponds to the distance between the axis of rotation of the cutting roller and the tip of the cutting insert, which is in engagement with the rock or the reduction face 13.
  • the cutting angle of attack ( ⁇ ) is defined as the angle between the central axis 10 of the bit and the tangent to the circle of radius R at the point of engagement. In the case shown, this angle is 51 °.

Abstract

The invention relates to a cutting tool for a mining machine, in particular a shearer, comprising a tool base body and a cutting insert (1) that consists of a diamond composite material and is fixed in a receiving bore (6) of said body. The diameter of the cutting insert (1) and the receiving bore (6) are dimensioned in such a way that the cutting insert (1) is held in the receiving bore (6) by a shrink-press fit.

Description

Schneidwerkzeug für eine BerqbaumaschineCutting tool for a Berqbaumaschine
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für eine Bergbaumaschine, insbesondere Schrämmaschine , umfassend einen Werkzeug- grundkörper und einen in einer Aufnahmebohrung desselben festgelegten Schneideinsatz, der aus einem Diamantverbundwerkstoff besteht. Weiters betrifft die Erfindung eine Schrämwalze mit wenigstens einem Schneidwerkzeug. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs.The invention relates to a cutting tool for a mining machine, in particular a cutting machine, comprising a tool base body and a cutting insert thereof which is defined in a receiving bore and consists of a diamond composite material. Furthermore, the invention relates to a cutting roller with at least one cutting tool. Furthermore, the invention relates to a method for producing a cutting tool.
Schneidwerkzeuge für Bergbaumaschinen sind beispielsweise in der Form von sogenannten Meißeln bekannt, die beispielsweise beim Abbau von Kohle oder im Tunnelbau eingesetzt werden. Meißel werden meist am Umfang einer Schneid- oder Schrämwalze an- geordnet, wobei durch die Wahl des jeweiligen Schneidanstellwinkels erreicht wird, dass die für gewöhnlich spitz zulaufenden Meißel aufgrund der rotierenden Bewegung der Schneid- oder Schrämwalze derart mit dem abzubauenden Material oder dem abzutragenden Gestein in Eingriff gelangen, dass Material bzw. Ge- stein durch Schneiden oder Abkratzen von der Oberfläche der Ortsbrust abgelöst wird. Meißel bestehen in der Regel aus einem Grundkörper und einem in einer Aufnahmebohrung des Grundkörpers festgelegten Schneideinsatz. Damit auch härteres Gestein effizient abgetragen werden kann, besteht der Schneideinsatz aus einem besonders harten und verschleißbeständigen Werkstoff. Als Werkstoff für den Schneideinsatz ist in diesem Zusammenhang beispielsweise Wolframkarbid oder ein Wolframkarbid-Kobalt- Verbundwerkstoff vorgeschlagen worden.Cutting tools for mining machines are known for example in the form of so-called chisels, which are used for example in the mining of coal or in tunneling. Chisels are usually arranged on the circumference of a cutting or cutting roller, which is achieved by selecting the respective cutting angle that usually tapered chisel due to the rotating movement of the cutting or Schrämwalze with the degraded material or the stone to be removed Engage that material or stone is removed by cutting or scraping from the surface of the working face. Chisels usually consist of a base body and a set in a receiving bore of the body cutting insert. So that even harder rock can be removed efficiently, the cutting insert consists of a particularly hard and wear-resistant material. As a material for the cutting insert, for example, tungsten carbide or a tungsten carbide-cobalt composite material has been proposed in this connection.
Eine besonders verschleißresistente Ausbildung gelingt durch die Verwendung von Schneidwerkzeugen bzw. Meißeln mit einer Spitze aus Diamant oder polykristallinem Diamant-Verbundwerkstoff. Der Schneideinsatz des Schneidwerkzeugs kann dabei lediglich eine Außenbeschichtung aus einem Diamant-Verbund- werkstoff aufweisen oder vollständig aus einem derartigen Diamant-Verbundwerkstoff bestehen. Beispielsweise zeigt und beschreibt die US 5,161,627 einen Rundschaftmeißel mit einem Schneideinsatz, der konisch und mit einer abgerundeten Spitze ausgebildet ist. Auf die Oberfläche des Schneideinsatzes ist eine Schicht aus einem polykristalli- nen Diamant-Verbundwerkstoff aufgebracht. Die Schicht beträgt ca. 0,04 Inch (0,1 cm). Ein kegelförmiger Schneideinsatz mit einer Beschichtung aus einem polykristallinen Diamantwerkstoff ist auch der US 4,811,801 zu entnehmen. Beim Gegenstand der US 6,733,087 wird als Material für einen verschleißfesten Überzug eines Schneideinsatzes Diamant, polykristalliner Diamantwerkstoff, kubisches Bornitridbindemittel, freies Karbid oder Kombinationen hiervon genannt.A particularly wear-resistant training succeeds through the use of cutting tools or chisels with a tip made of diamond or polycrystalline diamond composite material. The cutting insert of the cutting tool can have only an outer coating of a diamond composite material or consist entirely of such a diamond composite material. For example, US 5,161,627 shows and describes a round shank bit with a cutting insert that is tapered and has a rounded tip. On the surface of the cutting insert, a layer of a polycrystalline diamond composite material is applied. The layer is about 0.04 inches (0.1 cm). A conical cutting insert with a coating of a polycrystalline diamond material can also be taken from US Pat. No. 4,811,801. The subject matter of US Pat. No. 6,733,087 mentions diamond, polycrystalline diamond material, cubic boron nitride binder, free carbide or combinations thereof as the material for a wear-resistant coating of a cutting insert.
Aufbauend auf einer neuen Generation von Diamant-Verbund- Werkstoffen, welche in der WO 88/07409 Al und WO 90/01986 Al beschrieben sind, wurde in der EP 1283936 Bl ein Schneidwerkzeug mit einem spitz zulaufenden Schneideinsatz vorgeschlagen, der aus Diamantkristallen besteht, die mit Hilfe einer Siliziumkarbidmatrix miteinander verbunden sind. Zum Verbinden des Schneideinsatzes mit dem Werkzeuggrundkörper wird ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff angegeben.Based on a new generation of diamond composite materials described in WO 88/07409 A1 and WO 90/01986 A1, EP 1283936 B1 has proposed a cutting tool with a tapered cutting insert consisting of diamond crystals which are interconnected by means of a silicon carbide matrix. For bonding the cutting insert to the tool body, a metal matrix composite is indicated.
Neben dem Material des Schneideinsatzes ist die jeweilige Schneidgeometrie für die erzielbare Schneidleistung ausschlag- gebend. Eine Schneidgeometrie definiert sich einerseits aus der Form der Meißelspitze und andererseits aus der an der Meißelspitze auftretenden Umfangskraft und der gesteinsabhängigen Normalkraft. Um ein Schneidsystem zu optimieren, d.h. um Biegekräfte auf den Schneidmeißel weitestgehend zu reduzieren, soll- te die Schneidgeometrie derart ausgelegt sein, dass sich eine resultierende Schneidkraft bildet, die mit der Schneidachse, d.h. mit der Achse des Meißels zusammenfällt. Dabei ist darauf zu achten, dass sich die Schneidgeometrie aufgrund des Verschleißes des Schneideinsatzes nicht dahingehend verändert, dass sich eine resultierende Schneidkraft ausbildet, die mit der Meißelachse einen Winkel einschließt, was zu einer Kippbe- lastung bzw. einer Kippbewegung des Meißels, und insbesondere des Meißelgrundkörpers, führt.In addition to the material of the cutting insert, the respective cutting geometry is decisive for the achievable cutting performance. A cutting geometry is defined on the one hand by the shape of the chisel tip and on the other hand by the peripheral force occurring at the chisel tip and the rock-dependent normal force. In order to optimize a cutting system, ie to reduce bending forces on the cutting chisel as far as possible, the cutting geometry should be designed so that a resulting cutting force is formed, which coincides with the cutting axis, ie with the axis of the chisel. Care must be taken to ensure that the cutting geometry does not change due to the wear of the cutting insert in such a way that a resulting cutting force is formed, which forms an angle with the bit axis, resulting in a tilting condition. Lastung or a tilting movement of the bit, and in particular the chisel body leads.
Schneidversuche haben gezeigt, dass Schneideinsätze mit einer Beschichtung aus einem Diamant-Verbundwerkstoff insofern nachteilig sind, als es innerhalb kürzester Zeit zu Absplitterungen der Verschleißschicht kommt, womit die ursprünglich festgelegte und optimierte Schneidgeometrie dann nicht mehr gegeben ist. Bessere Ergebnisse haben sich bei Schneideinsätzen ergeben, die aus dem in den Dokumenten WO 88/07409 Al und WO 90/01986 Al beschriebenen Diamant-Verbundwerkstoff bestehen, da der Verschleiß aufgrund der verbesserten Verschleißeigenschaften entscheidend verringert wird bzw. weil ein ggf. erfolgter Verschleiß gleichmäßig verteilt auftritt, sodass die Schneidgeo- metrie nicht wesentlich verändert wird.Cutting tests have shown that cutting inserts with a coating made of a diamond composite material are disadvantageous in that it comes within a very short time to chips of the wear layer, whereby the originally specified and optimized cutting geometry is then no longer given. Better results have been obtained with cutting inserts consisting of the diamond composite material described in documents WO 88/07409 A1 and WO 90/01986 A1, since the wear is decisively reduced due to the improved wear properties or because of any wear occurring evenly occurs so that the cutting geometry is not significantly changed.
Aus diesen Grundüberlegungen ergibt sich nun, dass es für die Beibehaltung einer konstant hohen Schneidleistung von wesentlicher Bedeutung ist, einen Schneideinsatz zu verwenden, der vollständig aus einem Diamant-Verbundwerkstoff besteht, wie dies beispielsweise beim Gegenstand der EP 1283936 Bl der Fall ist, und gleichzeitig eine Schneidgeometrie zu wählen, bei welcher Kippmomente auf den Schneideinsatz oder den Werkzeuggrundkörper möglichst vermieden werden können. Allerdings ergibt sich bei Verwendung von Schneideinsätzen, die vollständig aus einem Diamant-Verbundwerkstoff bestehen, das Problem der ausreichend stabilen Verbindung mit dem Werkzeuggrundkörper. Infolge ihrer kovalenten atomaren Bindungen können Diamanten nämlich nicht ohne weiteres mit herkömmlichen Lotwerkstoffen be- netzt und gefügt werden. Hohe Löttemperaturen bergen außerdem die Gefahr einer möglichen Schädigung der Diamanten und können außerdem zu einer Zersetzung des Diamanten an der Grenzfläche zum Lotwerkstoff infolge der Ausbildung von korrespondierenden Reaktionsschichten führen.From these considerations, it now appears that, to maintain a consistently high cutting performance, it is essential to use a cutting insert made entirely of a diamond composite, as is the case, for example, in the subject of EP 1283936 Bl, and simultaneously to choose a cutting geometry, where tilting moments on the cutting insert or the tool body can be avoided as possible. However, when using cutting inserts made entirely of a diamond composite, there is the problem of sufficiently stable connection to the tool body. Because of their covalent atomic bonds, diamonds can not be readily wetted and joined with conventional solder materials. In addition, high soldering temperatures entail the risk of possible damage to the diamonds and, moreover, can lead to decomposition of the diamond at the interface with the solder material as a result of the formation of corresponding reaction layers.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, die Festlegung des Schneideinsatzes im Werkzeuggrundkörper in einfacher Weise zu verbessern und die Standzeiten der Schneidwerkzeuge bei möglichst gleich bleibender Schneidgeometrie zu verlängern.The invention therefore aims to the determination of the cutting insert in the tool body in a simple manner improve and extend the life of the cutting tools with the same constant cutting geometry.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung ausgehend von einem Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art im Wesentlichen darin, dass die Durchmesser von Schneideinsatz und Aufnahmebohrung derart bemessen sind, dass der Schneideinsatz durch Schrumpf-Presspassung in der Aufnahmebohrung gehalten ist. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass eine Schrumpf-Presspassung bei Schneideinsätzen aus einem Diamant- Verbundwerkstoff zu ausreichenden Haltekräften führt und auch bei einer außerordentlich hohen Belastung des Schneidwerkzeugs, beispielsweise beim Schneiden von Hartgestein, eine dauerhafte und stabile Festlegung des Schneideinsatzes ermöglicht. Eine weitere Verbesserung der Befestigung ergibt sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hierbei dadurch, dass der Schneideinsatz zusätzlich mit Hilfe einer Lötverbindung, vorzugsweise unter Verwendung eines in die Aufnahmebohrung eingebrachten Lotes, vorzugsweise Metalllotes, in der Aufnahmebohrung gehal- ten ist, wobei an der Grenzfläche zwischen dem Schneideinsatz und dem Lot eine besonders stabile Verbindung erreicht wird, wenn, wie es einer weiteren bevorzugten Ausbildung entspricht, der Schneideinsatz eine elektrolytische Kupferbelegung aufweist, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm beträgt. Das Lot, und insbesondere die elektrolytische Kupferbelegung des Schneideinsatzes wird beim Verlöten des Schneideinsatzes in der Bohrung des Werkzeuggrundkörpers aufgeschmolzen, wobei sich aufgrund der beim Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers und des dabei entstehenden Schrumpf-Presssitzes des Schneideinsatzes in der Aufnahmebohrung ein Eindringen des aufgeschmolzenen Lotes bzw. der elektrolytischen Kupferbelegung in die Oberfläche des Schneideinsatzes ergibt und zwischen dem Werkzeuggrundkörper und dem Schneideinsatz eine Art Mikroverzahnung entsteht, die zu einer überaus starken und dauerhaften Verbindung zwischen Schneideinsatz und Werkzeuggrundköper führt. Als Lot ist hierbei bevorzugt ein Kupfer-Silber-Lot gewählt. Der Diamant-Verbundwerkstoff besteht gemäß einer bevorzugten Weiterbildung aus Diamantkristallen, die mit Hilfe einer Siliziumkarbidmatrix miteinander verbunden sind. Ein derartiger Diamant-Verbundwerkstoff ist aus der WO 90/01986 Al bekannt geworden. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Diamant-Verbundwerkstoffs ist aus der WO 88/07409 Al bekannt geworden.To achieve this object, the invention, starting from a cutting tool of the type mentioned in essence that the diameter of the cutting insert and receiving bore are dimensioned such that the cutting insert is held by shrink-fit in the receiving bore. The invention is based on the surprising finding that a shrink-fit fit in cutting inserts made of a diamond composite material sufficient holding forces and even with an extremely high load on the cutting tool, for example when cutting hard rock, a permanent and stable down the cutting insert allows. A further improvement of the attachment results in accordance with a preferred development in that the cutting insert is additionally held in the receiving bore with the aid of a soldered connection, preferably using a solder, preferably metal solder, introduced into the receiving bore, wherein at the interface between the attachment Cutting insert and the solder a particularly stable connection is achieved if, as it corresponds to a further preferred embodiment, the cutting insert has an electrolytic copper coating whose thickness is preferably 0.1 to 0.2 mm. The solder, and in particular the electrolytic copper occupancy of the cutting insert is melted during soldering of the cutting insert in the bore of the tool body, wherein due to the cooling of the tool body and the resulting shrink-fit of the cutting insert in the receiving bore penetration of the molten solder or the gives electrolytic copper occupancy in the surface of the cutting insert and between the tool body and the cutting insert a kind of micro-toothing arises, which leads to a very strong and permanent connection between the cutting insert and Werkzeuggrundköper. As a solder here is preferably a copper-silver solder selected. The diamond composite according to a preferred development of diamond crystals, which are connected to each other by means of a silicon carbide matrix. Such a diamond composite material has become known from WO 90/01986 A1. A method of making such a diamond composite has become known from WO 88/07409 A1.
Zur Erzielung einer optimalen Schneidgeometrie ist die Ausbil- düng bevorzugt derart getroffen, dass das Schneidwerkzeug als Meißel ausgebildet ist und die Spitze des Schneideinsatzes im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Spitzenwinkel 60 — 75° beträgt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Spitze des Schneideinsatzes einen Spitzenradius von 2 — 5mm, vorzugsweise 4mm aufweist. Eine derartige Ausbildung der Spitze des Schneideinsatzes ergibt insbesondere in Kombination mit einer weiteren bevorzugten Ausbildung, bei welcher das Schneidwerkzeug an der Schrämwalze mit einem Schneidanstellwinkel von 45 — 58°, vorzugsweise 49°, orientiert ist, optimale Verhältnis- se am Kontaktpunkt zwischen Meißelspitze und dem Gestein, wobei die auf diese Art und Weise optimierte Schneidgeometrie aufgrund der überaus hohen Verschleißresistenz des Diamant-Verbundwerkstoffs im Wesentlichen über die gesamte Standzeit des Schneidwerkzeugs aufrecht erhalten werden kann.To obtain an optimum cutting geometry, the embodiment is preferably such that the cutting tool is designed as a chisel and the tip of the cutting insert is substantially conical, the point angle being 60-75 °, wherein it is preferably provided that the tip of the Cutting insert has a tip radius of 2 - 5mm, preferably 4mm. Such a design of the tip of the cutting insert results, in particular in combination with a further preferred embodiment, in which the cutting tool is oriented on the cutting roller with a cutting angle of 45-58 °, preferably 49 °, optimal conditions at the point of contact between the bit tip and the Rock, wherein the thus optimized cutting geometry due to the extremely high wear resistance of the diamond composite material can be maintained substantially over the entire life of the cutting tool.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn das Schneidwerkzeug einen Schneideinsatz mit einem zylindrischen Grundkörper mit einem Durchmesser von bevorzugt 10 - 18 mm aufweist, der die kegelförmige Spitze trägt, wobei zwischen dem zylindrischen Grundkörper und der kegelförmigen Spitze ein Übergangsradius vorgesehen ist, der 35 — 45 mm, bevorzugt 40 mm beträgt.A further advantageous embodiment results if the cutting tool has a cutting insert with a cylindrical base body with a diameter of preferably 10-18 mm, which carries the conical tip, wherein between the cylindrical base body and the conical tip a transition radius is provided, the 35 - 45 mm, preferably 40 mm.
Gegenstand der Erfindung ist weiters eine Schrämwalze mit we- nigstens einem Schneidwerkzeug, insbesondere Meißel, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Anordnung des Schneidwerkzeugs an der Schrämwalze derart erfolgt, dass das Schneidwerkzeug an der Schrämwalze mit einem Schneidanstellwinkel von 45 — 58°, vorzugsweise 49°, orientiert ist.The invention further relates to a cutting roller with at least one cutting tool, in particular chisel, according to one of claims 1 to 8, wherein the arrangement of the cutting tool on the cutting roller takes place in such a way that the cutting tool the cutting roller with a cutting angle of 45 - 58 °, preferably 49 °, oriented.
Insgesamt ergibt sich auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbil- düng die Einsatzmöglichkeit in hochabrasivem Gestein bis zu 165 MPa. Weiters kann die Funkenbildung während des Schneidvorgangs vollständig vermieden werden. Es erfolgt außerdem eine wesentliche Reduzierung der Staubentwicklung. Die Schnittkräfte können um ca. 50% reduziert werden. Gegenüber Hartmetall- Schneideinsätzen ergibt sich eine 30-fache Standzeit. Als weitere Vorteile sind außerdem die höhere Schneidleistung sowie die geringere Lärm- und Hitzeentwicklung vor allem beim Schneiden von Hartgestein zu erwähnen.On the whole, the possibility of use in highly abrasive rock is up to 165 MPa due to the embodiment of the invention. Furthermore, the sparking during the cutting process can be completely avoided. There is also a significant reduction of dust. The cutting forces can be reduced by about 50%. Compared to carbide cutting inserts results in a 30-fold service life. Further advantages include the higher cutting performance and the lower noise and heat development, especially when cutting hard rock.
Gegenstand der Erfindung ist weiters ein Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs, insbesondere zum Festlegen eines Schneideinsatzes aus einem Diamant-Verbundwerkstoff in einer Aufnahmebohrung eines Werkzeuggrundkörpers . Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte aus: a) Aufwärmen des Werkzeuggrundkörpers auf eine Temperatur von wenigstens 7500C, vorzugsweise 800 — 8600C, b) Einschieben des Schneideinsatzes in die Aufnahmebohrung des Werkzeuggrundkörpers, c) Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers an Luft bis ca. 6000C, d) weiters Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit Wasser und e) vorzugsweise abschließendes Anlassen bis ca. 3000C, wobei der Schneideinsatz durch das Aufwärmen und anschließende Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit einem Schrumpf-Presssitz in der Aufnahme des Werkzeuggrundkörpers festgelegt wird.The invention further relates to a method for producing a cutting tool, in particular for fixing a cutting insert made of a diamond composite material in a receiving bore of a tool base body. The method is characterized according to the invention by the following process steps: a) heating of the tool body to a temperature of at least 750 0 C, preferably 800-860 0 C, b) inserting the cutting insert into the receiving bore of the tool body, c) cooling the tool body in air until about 600 0 C, d) further cooling the tool body with water and e) preferably final annealing to about 300 0 C, wherein the cutting insert is determined by the warming and subsequent cooling of the tool body with a shrink-fit in the receptacle of the tool body ,
Eine bevorzugte Verfahrensführung sieht hierbei weiters vor, dass vor Schritt a) eine elektrolytische Kupferbelegung desIn this case, a preferred procedure provides that before step a) an electrolytic copper occupation of the
Schneideinsatzes vorgenommen wird und dass zwischen Schritt a) und b) ein Lot, insbesondere ein Kupfer-Silber-Lot, in die Auf- nahmebohrung eingebracht wird, sodass das Festlegen des Schneideinsatzes in der Aufnahmebohrung sowohl auf Grund des Schrumpf-Presssitzes als auch auf Grund einer Lötverbindung erfolgt. Bevorzugt wird das Lot in Form einer Patrone in die Aufnahmebohrung eingebracht.Cutting insert is made and that between step a) and b) a solder, in particular a copper-silver solder, in the Aufauf receiving bore is introduced, so that the setting of the cutting insert in the receiving bore takes place both due to the shrink-fit and due to a solder joint. Preferably, the solder is introduced in the form of a cartridge in the receiving bore.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In diesen zeigen Fig.l einen Schneideinsatz aus einem Diamant-Verbundwerkstoff in einer seitlichen Ansicht, Fig.2 ein Schneidwerkzeug mit einem in dieses eingesetzten Schneideinsatz aus einem Diamant-Verbundwerkstoff und Fig.3 die Schneidgeometrie eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs, welches an einer Schrämwalze befestigt ist.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown schematically in the drawing. 2 shows a cutting tool with a cutting insert made of a diamond composite material inserted into it, and FIG. 3 shows the cutting geometry of a cutting tool according to the invention, which is fastened to a cutting roller ,
In Fig.l ist mit 1 ein Schneideinsatz aus einem Diamant- Verbundwerkstoff bezeichnet, welcher im Wesentlichen aus drei Bereichen besteht: einer Schneideinsatzspitze 2, einem Schneideinsatzgrundkörper 3 und einem Schneideinsatzende 4. Der gesam- te Schneideinsatz ist um die zentrale Achse 10 rotationssymmetrisch. Demnach ist die Schneideinsatzspitze im Wesentlichen kegelstumpfförmig, wobei die Spitze abgerundet ist. Der mit r bezeichnete Spitzenradius beträgt zwischen 2 und 5 mm und der Spitzenwinkel (α), d.h. der Winkel zwischen den zwei diametral gegenüberliegenden Erzeugenden des Kegels, beträgt bei dieser Ausbildung 71°.1, a cutting insert made of a diamond composite material is designated by FIG. 1, which essentially consists of three regions: a cutting insert tip 2, a cutting insert main body 3 and a cutting insert end 4. The entire cutting insert is rotationally symmetrical about the central axis 10. Thus, the cutting insert tip is substantially frusto-conical, with the tip being rounded. The peak radius designated r is between 2 and 5 mm and the apex angle (α), i. the angle between the two diametrically opposite generatrix of the cone is 71 ° in this embodiment.
In Fig.2 ist ein Werkzeuggrundkörper 5 dargestellt, in welchem ein Schneideinsatz 1 in einer Aufnahmebohrung 6 festgelegt ist. Der Meißel, bestehend aus Werkzeuggrundkörper 5 und Schneideinsatz 1, ist um die zentrale Achse 10 rotationssymmetrisch. Der Werkzeuggrundkörper besitzt an seinem vorderen Ende einen sich erweiternden Bereich 7, welcher direkt in eine Schürze 8 übergeht. Die konische Aufweitung im vorderen Bereich des Rund- schaftmeißels dient der Stabilisierung des Schneidwerkzeugs. Am hinteren Ende des Meißels befindet sich eine Nut 9, in welche ein nicht dargestellter Sprengring zur Fixierung an einen Meißelhalter eingreifen kann.In Figure 2, a tool body 5 is shown, in which a cutting insert 1 is fixed in a receiving bore 6. The bit, consisting of tool base body 5 and cutting insert 1, is rotationally symmetrical about the central axis 10. The tool base body has at its front end a widening region 7, which merges directly into a skirt 8. The conical widening in the front area of the round chisel serves to stabilize the cutting tool. At the rear end of the chisel is a groove 9, in which an unillustrated snap ring can engage for fixing to a chisel holder.
In Fig.3 ist mit 12 schematisch eine Schrämwalze dargestellt, an welcher über einen Meißelhalter 11 ein Rundschaftmeißel festgelegt ist. Die Schürze 8 liegt dabei auf der Vorderseite des Meißelhalters auf und dichtet damit die Öffnung des Meißelhalters vor einem Eindringen von Staub und Geröll. Der mit R bezeichnete Radius entspricht dem Abstand zwischen der Drehach- se der Schrämwalze und der Spitze des Schneideinsatzes, die mit dem Gestein bzw. der Abbaufront 13 in Eingriff steht. Der Schneidanstellwinkel (ß) ist definiert als Winkel zwischen der zentralen Achse 10 des Meißels und der Tangente an den Kreis mit Radius R an der Stelle des Eingriffs. Im abgebildeten Fall beträgt dieser Winkel 51°. In Figure 3, 12 schematically shows a cutting roller on which a bit holder 11 a round shank chisel is fixed. The apron 8 rests on the front of the chisel holder and thus seals the opening of the chisel holder against the ingress of dust and debris. The radius denoted by R corresponds to the distance between the axis of rotation of the cutting roller and the tip of the cutting insert, which is in engagement with the rock or the reduction face 13. The cutting angle of attack (β) is defined as the angle between the central axis 10 of the bit and the tangent to the circle of radius R at the point of engagement. In the case shown, this angle is 51 °.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Schneidwerkzeug für eine Bergbaumaschine, insbesondere Schrämmaschine, umfassend einen Werkzeuggrundkörper und einen in einer Aufnahmebohrung desselben festgelegten Schneideinsatz, der aus einem Diamantverbundwerkstoff besteht, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Durchmesser von Schneideinsatz (1) und Aufnahmebohrung (6) derart bemessen sind, dass der Schneideinsatz (1) durch Schrumpf-Presspassung in der Aufnahmebohrung (6) gehalten ist.1. Cutting tool for a mining machine, in particular a cutting machine, comprising a tool base body and a same in a receiving bore cutting insert, which consists of a diamond composite, characterized marked characterized in that the diameter of the cutting insert (1) and receiving bore (6) are sized such that the cutting insert (1) is held by shrink-fit in the receiving bore (6).
2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (1) zusätzlich mit Hilfe einer Lötverbindung, vorzugsweise unter Verwendung eines in die Aufnahmebohrung (6) eingebrachten Lotes, vorzugsweise Metalllotes, in der Aufnahmebohrung (6) gehalten ist.2. Cutting tool according to claim 1, characterized in that the cutting insert (1) is additionally held by means of a solder joint, preferably using a in the receiving bore (6) introduced solder, preferably metal solder, in the receiving bore (6).
3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (1) eine elektrolytische Kupferbelegung aufweist, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm beträgt.3. Cutting tool according to claim 1 or 2, characterized in that the cutting insert (1) has an electrolytic copper coating whose thickness is preferably 0.1 to 0.2 mm.
4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass als Lot ein Kupfer-Silber-Lot gewählt ist.4. Cutting tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that a copper-silver solder is selected as the solder.
5. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantverbundwerkstoff aus Diamantkristallen besteht, die mit Hilfe einer Siliziumkarbidmatrix miteinander verbunden sind.5. Cutting tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the diamond composite material consists of diamond crystals, which are interconnected by means of a silicon carbide matrix.
6. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug als Meißel ausgebildet ist und die Spitze des Schneideinsatzes (1) im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Spitzenwinkel 60 — 75° beträgt.6. Cutting tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cutting tool is designed as a chisel and the tip of the cutting insert (1) substantially is cone-shaped, wherein the apex angle is 60 - 75 °.
7. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (2) des Schneideinsatzes (1) einen Spitzenradius von 2 — 5 mm, vorzugsweise 4 mm aufweist.7. Cutting tool according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tip (2) of the cutting insert (1) has a tip radius of 2 - 5 mm, preferably 4 mm.
8. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz einen zylindrischen Grundkörper (3) mit einem Durchmesser von bevorzugt 10 - 18 mm aufweist, der die keglige Spitze (2) trägt, wobei zwischen dem zylindrischen Grundkörper (3) und der kegligen Spitze (2) ein Übergangsradius vorgesehen ist, der 35 — 45, bevorzugt 40 mm beträgt.8. Cutting tool according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cutting insert has a cylindrical base body (3) with a diameter of preferably 10-18 mm, which carries the conical tip (2), wherein between the cylindrical base body (3 ) and the conical tip (2) a transition radius is provided which is 35-45, preferably 40 mm.
9. Schrämwalze mit wenigstens einem Schneidwerkzeug, insbesondere Meißel, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug an der Schrämwalze (12) mit einem Schneidanstellwinkel von 45 — 58°, vorzugsweise 49°, orientiert ist.9. cutting roller with at least one cutting tool, in particular chisel, according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cutting tool on the cutting roller (12) with a cutting angle of 45 - 58 °, preferably 49 °, oriented.
10. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere zum Festlegen eines Schneideinsatzes aus einem Diamantverbundwerkstoff in einer Aufnahmebohrung eines Werkzeuggrundkörpers, umfassend a) Aufwärmen des Werkzeuggrundkörpers auf eine Temperatur von wenigstens 7500C, vorzugsweise 800 — 8600C, b) Einschieben des Schneideinsatzes in die Aufnahmebohrung des Werkzeuggrundkörpers, c) Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers an Luft bis ca. 6000C, d) weiters Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit Wasser und e) vorzugsweise abschließendes Anlassen bis ca. 3000C, wobei der Schneideinsatz durch das Aufwärmen und anschließende Abkühlen des Werkzeuggrundkörpers mit einem Schrumpf-Presssitz in der Aufnahme des Werkzeuggrundkörpers festgelegt wird. 10. A method for producing a cutting tool according to one of claims 1 to 8, in particular for fixing a cutting insert of a diamond composite in a receiving bore of a tool body, comprising a) heating of the tool body to a temperature of at least 750 0 C, preferably 800 - 860 0 C. , b) inserting the cutting insert into the receiving bore of the tool body, c) cooling the tool body in air to about 600 0 C, d) further cooling the tool body with water and e) preferably final tempering to about 300 0 C, wherein the cutting insert is determined by the warming up and subsequent cooling of the tool body with a shrink-fit in the recording of the tool body.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) eine elektrolytisch Kupferbelegung des Schneideinsatzes vorgenommen wird und dass zwischen Schritt a) und b) ein Lot, insbesondere ein Kupfer-Silber-Lot, in die Aufnahmebohrung eingebracht wird, sodass das Festlegen des Schneideinsatzes in der Aufnahmebohrung sowohl auf Grund des Schrumpf- Presssitzes als auch auf Grund einer Lötverbindung erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that before step a) an electrolytic copper coating of the cutting insert is made and that between step a) and b) a solder, in particular a copper-silver solder is introduced into the receiving bore, so that the Determining the cutting insert in the receiving bore, both due to the shrink fit and due to a solder joint done.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot in Form einer Patrone in die Aufnahmebohrung eingebracht wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that the solder is introduced in the form of a cartridge in the receiving bore.
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